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消毒柜方案開發(fā)
一、干燥消毒柜與其它類型消毒柜的比較
1.1高溫食具消毒柜的特點(diǎn)
高溫消毒通常采用乳白石英發(fā)熱管加熱，以遠(yuǎn)紅外線直接輻射和空氣對流的形式，將柜內(nèi)各處物品和空氣升溫至120℃以上，保持時(shí)間大于15min。在高溫干熱空氣中，細(xì)菌、病毒產(chǎn)生氧化性破壞而被殺滅。高溫干熱式消毒只適用于耐溫性能大于150℃以上物品的消毒，對塑膠制品基本不適應(yīng)。由于消毒溫度高，為節(jié)省能耗并保持外壁溫升不超標(biāo)，高溫消毒柜都采用夾層式保溫結(jié)構(gòu)，因而柜體材料耗用量較大，保溫層所用發(fā)泡劑還要考慮環(huán)境保護(hù)問題。
1.2臭氧食具消毒柜的特點(diǎn)
臭氧消毒柜最顯著的特點(diǎn)是工作溫度較低，適合于多種材質(zhì)的食具。臭氧消毒通常采用中頻或高頻、高壓放電式臭氧發(fā)生器，或臭氧紫外燈等臭氧源，在密閉的容積內(nèi)產(chǎn)生一定濃度的臭氧，并使臭氧濃度保持一定的時(shí)間。臭氧的強(qiáng)氧化作用充分破壞細(xì)菌、病毒及微生物的組織后達(dá)到殺菌的效果，空氣濕度越大，消毒效果越好。臭氧是一種很不穩(wěn)定的氣體，在室溫下的空氣中臭氧的氣相半衰期為20～50min，30℃時(shí)開始熱分解，40～50℃產(chǎn)生顯著分解；臭氧還有一定的毒性，對人的呼吸系統(tǒng)粘膜有刺激作用，并能使血液中的血紅蛋白凝固，人吸入一定量的臭氧后會(huì)產(chǎn)生咳嗽、頭暈等癥狀。因此臭氧消毒的理想工作狀態(tài)是:在具有較大濕度的常溫下達(dá)到要求的濃度并保持一定的時(shí)間，然后轉(zhuǎn)加熱升溫至50℃以上使臭氧完全分解，烘干被消毒食具，消除細(xì)菌再次繁殖的條件。由于符合消毒柜濕、熱工作環(huán)境要求的臭氧發(fā)生器成本較高，柜體要求耐腐蝕、密封性好，必須設(shè)置臭氧泄漏防護(hù)安全裝置，但控制電路較復(fù)雜。
1.3干燥食具消毒柜的特點(diǎn)
干燥消毒是一種熱力消毒，其工作溫度能適應(yīng)多種材質(zhì)的物品，柜體一般不設(shè)保溫層，烘干食具過程中無任何副作用。如果其消毒效果也能滿足要求，則將是一種理想的、既可彌補(bǔ)高溫消毒和臭氧消毒不足，又可降低成本、節(jié)約電能的消毒方法。干燥消毒柜的研究目標(biāo)就是采用何種熱源、如何達(dá)到滿意的消毒效果。
二、干燥消毒柜的工作原理及消毒效果分析
2.1消毒效果要求
中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB14934-94《食(飲)具消毒衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中食具物理消毒后的感官指標(biāo)是:表面無油漬、無水漬、無異味；細(xì)菌指標(biāo)是:采用發(fā)酵法檢測，每100cm2濾紙片檢出大腸菌群個(gè)數(shù)<3，采用紙片法不得檢出大腸菌群。對于消毒柜產(chǎn)品質(zhì)量檢測，一般采用人工染菌法進(jìn)行消毒效果項(xiàng)目的檢驗(yàn)，相應(yīng)的要求指標(biāo)是:對大腸桿菌的殺滅率≥9919%。
2.2低溫消毒的理論依據(jù)
熱力滅菌在干熱和濕熱兩種條件下的作用原理或殺菌過程是不同的。在濕熱條件下，例如飽和蒸氣，微生物的殺滅是因?yàn)槊附Y(jié)構(gòu)及蛋白質(zhì)的不可逆轉(zhuǎn)變性，其變性溫度與含水量成反比。例如，雞蛋蛋白質(zhì)的白蛋白凝固參數(shù)如下:白蛋白+50%水份，凝固點(diǎn)56℃；白蛋白+25%水份，凝固點(diǎn)74～80℃；白蛋白+0%水份，凝固點(diǎn)160～170℃。含水份0%即干熱消毒的溫度之所以如此之高，是因?yàn)槠錃⒕^程有了本質(zhì)改變，一般認(rèn)為干熱消毒是一種細(xì)胞成份的氧化過程。根據(jù)國外的有關(guān)專業(yè)消毒文獻(xiàn)介紹，繁殖體型微生物(如大腸桿菌、綠膿桿菌、金黃色葡萄球菌等)在濕熱條件下，80℃時(shí)10min，73℃時(shí)15min不能存活，絕大多數(shù)病毒在60℃時(shí)，20min內(nèi)失活。醫(yī)療上有對不耐熱的器械用恰當(dāng)溫度的水消毒清洗，要?dú)缂?xì)菌繁殖體或滅活包括甲型肝炎(HIV)在內(nèi)的大多數(shù)病毒，水溫70～100℃，浸泡時(shí)間5～10min即可。
2.3干燥消毒試驗(yàn)
（1）具有發(fā)泡保溫層的干燥消毒柜的消毒效果:容積50L，采用130W發(fā)熱管，加熱時(shí)間53min，然后保溫至80min時(shí)開門取物，分干熱和濕熱兩種情況。干熱消毒前，食具上的水完全擦干，消毒前柜內(nèi)濕度70%，進(jìn)行了五次人工染菌消毒效果試驗(yàn)，結(jié)果在工作溫度最高8015℃，60℃以上時(shí)間達(dá)45min的測試點(diǎn)，大腸桿菌殺滅率<9919%。濕熱消毒時(shí)，食具倒去積水后放入柜內(nèi)，消毒前濕度達(dá)93%，消毒后濕度85%，三次消毒試驗(yàn)結(jié)果:在最高溫度82℃，60℃以上保持時(shí)間30min的測試點(diǎn)殺滅率≥9919%。
（2）熱風(fēng)外循環(huán)干澡消毒柜的消毒效果：容積56L，加熱功率230W，熱風(fēng)機(jī)由外界吸入空氣，加熱后吹向食具，蒸發(fā)的水汽從門縫排出柜外。食具清洗后倒去積水放入柜內(nèi)，消毒前柜內(nèi)濕度90%，消毒后濕度僅70%，連續(xù)加熱時(shí)間90min，柜內(nèi)最高溫度5611～6515℃，50℃以上保持時(shí)間60min，殺滅率<9919%。此外，往外排氣通道的孔隙足以爬入蟑螂等昆蟲的缺陷也使食具有二次污染的危險(xiǎn)。
（3）熱風(fēng)內(nèi)循環(huán)式干燥柜的消毒效果：熱風(fēng)內(nèi)循環(huán)與外循環(huán)相比的特點(diǎn)是不與外界進(jìn)行空氣交換，溫升更快，柜內(nèi)大濕度環(huán)境可保持更長時(shí)間，并杜絕了由昆蟲產(chǎn)生的二次污染。食具水份依靠排氣孔和溫度較低的柜壁冷凝作用而消除。
在75L柜中的試驗(yàn)結(jié)果:加熱功率230W，食具洗凈倒去積水后放入柜內(nèi)，消毒前濕度92%，消毒后濕度85%，環(huán)境溫度2315～27℃，不停機(jī)連續(xù)工作60min，最高工作溫度5917～7213℃，50℃以上保持時(shí)間40min，三次試驗(yàn)對大腸桿菌的殺滅率均≥9919%。
由于沒有隔熱保溫層，柜內(nèi)溫度受環(huán)境溫度的影響仍較大，為保證在標(biāo)準(zhǔn)檢測溫度20±5℃的極限條件下仍能達(dá)到消毒要求，加熱功率必需留有余量。將加熱功率提高至350W，并設(shè)控溫器使柜內(nèi)最高溫度低于85℃，重新進(jìn)行測溫升及消毒效果試驗(yàn)，三次試驗(yàn)在室溫25～29℃下進(jìn)行，消毒前濕度92%，消毒后濕度80%，結(jié)果在升溫35～40min時(shí)，控溫器開始跳動(dòng)，將柜內(nèi)最高溫限制在70～82℃，最低溫度限制在60～68℃之間，工作60min后切斷電源，60℃以上保持時(shí)間30min，測得各點(diǎn)的大腸桿菌殺滅率均≥9919%。在冬季室溫15℃條件下再次進(jìn)行試驗(yàn)，消毒前濕度92%，連續(xù)加熱60min，控溫器未動(dòng)作，柜內(nèi)最高溫度為60～70℃，50℃以上保持時(shí)間40min，消毒后濕度85%，殺菌率仍≥9919%。
（4）無風(fēng)自然對流加熱式干燥消毒柜的消毒效果：將發(fā)熱管或加熱片設(shè)在消毒柜的底部，依靠自然對流傳熱方式對食具進(jìn)行干燥消毒的最大優(yōu)點(diǎn)是省去了風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，使產(chǎn)品成本明顯下降。缺點(diǎn)是自然對流的傳熱效果比熱風(fēng)循環(huán)差，柜內(nèi)各部位的溫差較大，導(dǎo)致在溫差最大的兩極可能或是超過允許溫度，或是殺菌、干燥效果不佳。
在75L柜中的試驗(yàn)結(jié)果:加熱功率280W，采用特殊方法使乳白石英發(fā)熱管的紅外線輻射不能直接照射在食具上，以減少各部位的溫差。食具洗凈倒去積水后放入柜內(nèi)，消毒前柜內(nèi)濕度95%，連續(xù)工作70min，各測點(diǎn)溫度隨控溫器的動(dòng)作呈小幅波浪形緩慢上升，最高達(dá)到55～95℃，50℃以上保持時(shí)間40min，工作完畢時(shí)濕度仍90%，大腸桿菌殺滅率≥9919%。
2.4消毒效果分析
由上述四種型式的干燥消毒柜試驗(yàn)結(jié)果看出，中溫消毒的溫度、保持時(shí)間、濕度與大腸桿菌的殺滅率具有如下關(guān)系:①濕度≤75%，溫度在60～80℃范圍保持45min時(shí)，殺菌率<9919%；②濕度90～70%，溫度在50～66℃范圍保持60min時(shí)，殺菌率<9919%；③濕度92～80%，溫度在60～82℃范圍保持30min時(shí)，殺菌率≥9919%；④濕度95～85%，溫度在50℃以上保持40min時(shí)，殺菌率≥9919%。
三、干燥消毒柜的加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1熱風(fēng)機(jī)
干燥消毒柜的加熱系統(tǒng)最好采用熱風(fēng)機(jī)，熱源常用電熱絲或PTC發(fā)熱元件。為了使高濕度保持較長時(shí)間并提高柜內(nèi)升溫效率，采用熱風(fēng)內(nèi)循環(huán)加熱方式較好。熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)道的設(shè)計(jì)必須保證柜內(nèi)溫升較均勻，滿負(fù)荷條件下沒有加熱死角。缺點(diǎn)是:熱風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的元器件成本較高，在小型干燥柜中所占成本的比重偏大。
3.2發(fā)熱管
電熱高溫食具消毒柜采用的乳白石英發(fā)熱管是一種成本低廉、通用性廣、壽命高、安裝方便的電熱元件，其遠(yuǎn)紅外線的發(fā)射率占輸出功率的60%以上，被加熱物體可直接吸收遠(yuǎn)紅外線，因而升溫快，熱效率高，是高溫干式消毒的理想加熱元件。干燥消毒柜的最高工作溫度≤95℃，如果直接采用乳白石英發(fā)熱管，高效率的熱輻射將使發(fā)熱管附近的物品升溫，而遠(yuǎn)離發(fā)熱管的物品只能靠空氣的熱對流傳熱升溫，使各處溫度懸殊很大，既容易損壞塑膠制品又不能達(dá)到消毒烘干效果。目前有兩種方式的發(fā)熱管加熱:(1)采用低遠(yuǎn)紅外線發(fā)熱管:通過降低元件表面溫度，有效的降低輻射轉(zhuǎn)換效率，而降低溫度的方便途徑便是降低發(fā)熱管功率。(2)在發(fā)熱管附近設(shè)置溫控器，通過控溫器的反復(fù)頻繁動(dòng)作限制最高溫度不超標(biāo)。上述兩種方式在熱源布局一定的條件下都使單位時(shí)間輸入的功率減少，加熱時(shí)間延長，升溫緩慢，熱效率低。
3.3新的發(fā)熱管加熱結(jié)構(gòu)
新的發(fā)熱管加熱器是針對乳白石英發(fā)熱管的上述優(yōu)缺點(diǎn)而設(shè)計(jì)出的一種干燥消毒柜用加熱器。它取乳白石英發(fā)熱管價(jià)廉物美之長，補(bǔ)高遠(yuǎn)紅外輻射率之短。
數(shù)支發(fā)熱管安裝在一只四面封閉、頂面敞口、底面有進(jìn)氣口的金屬加熱器中，加熱器的頂面敞口用密布有百葉窗的金屬蓋蓋住，使其中發(fā)熱管的遠(yuǎn)紅外輻射被擋住而熱空氣可順暢排出，周邊較冷的空氣通過底部進(jìn)氣口進(jìn)入加熱器中，形成柜內(nèi)空氣的自然熱對流，設(shè)在加熱器外的控溫器可控制柜內(nèi)食具不超溫。
發(fā)熱管在加熱器中的排布密度必須有一定的限制，使內(nèi)部最高溫度不超過發(fā)熱管材料的許用溫度。加熱器封閉四面是為擋住熱能對消毒柜柜壁的影響，柜壁與加熱器四壁的間距也必須控制，以免消毒柜外表面超溫。
這種發(fā)熱管加熱器僅適合于立式布置、全金屬件柜體。受發(fā)熱管排布密度的限制，要達(dá)到較好的干燥、消毒效果，其所適應(yīng)的消毒柜容積也受到一定的上限限制。
總結(jié)
①干燥食具消毒柜是一種比高溫食具消毒柜適應(yīng)范圍廣，比臭氧食具消毒柜成本造價(jià)低的食具消毒器具；②消毒溫度、濕度及保持時(shí)間設(shè)置正確的干燥消毒柜，對大腸桿菌的殺滅率可達(dá)到99.9%以上的消毒效果；③發(fā)熱管加熱器在一定的使用條件下能夠滿足干燥消毒柜中溫、廉價(jià)的市場需求。
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