ДЕЗИНФИЦИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОЗОНА И ДАТЧИК РАСХОДА ДЛЯ НЕГО
DISINFECTING DEVICE USING OZONE AND FLOW SENSOR THEREFOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к дезинфицирующему устройству общего характера с использованием озона, причем устройство при использовании распыляет воду с эффективным и подходящим количеством озона в ней. Более конкретно, изобретение относится к дезинфицирующему устройству с использованием озона, которое подходит для обработки пищи, хотя может быть применено и в других областях.
Еще более конкретно, изобретение относится к дезинфицирующему устройству общего характера, описанному в нашей ранее опубликованной международной патентной заявке WO 2010/001279.
ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Рост микробов является одной из главных проблем в пищевой промышленности и у потребителей. Присутствие патогенных микроорганизмов на пищевых продуктах потенциально может приводить к пищевым заболеваниям.
Химикаты на основе хлора, такие как гипохлорит натрия, гипохлорит кальция, дихлоризоцианурат натрия и соединения четвертичного аммония, применялись для дезинфекции пищевых продуктов в прошлом. Однако хлор наиболее эффективен при 6-8 и становится менее эффективен за пределами этого диапазона pH. Также хлор может продуцировать токсичные побочные продукты, которые вредны для здоровья человека, такие как хлорамины и тригалометаны.
В результате этого Европейский Союз ввел запрет на использование соединений хлора для дезинфекции пищевой продукции своей Директивой EU 2092/91. Она, следовательно, является совместным усилием по улучшению технологии применения продуктов на основе хлора для обработки пищевых продуктов с целью их дезинфекции. Это привело к повышению интереса к дезинфицирующим свойствам озона. Использование озона для дезинфекции пищи было одобрено Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA).
Отмечается, что, согласно сообщениям, окислительный потенциал озона приблизительно в 1,5 раза больше чем у хлора, причем время контакта для противомикробного действия озона обычно в четыре-пять раз меньше, чем у хлора.
Доказано, что озон является высоко реактивным окислителем, который способен убивать микроорганизмы, такие как бактерии, а также реагировать с другими химикатами, такими как пестициды и гербициды. Конечно, одним из главных преимуществ озона является его естественное разложение в кислород, и таким образом его использование для дезинфекции пищевых продуктов является очень выгодным, поскольку он разлагается в нетоксичный газ. Поэтому он не придает запаха или окраски пищевым продуктам и не оставляет остаточных соединений или токсичного остатка. Промывная вода может быть сброшена в окружающую среду или использована для других целей без дополнительной обработки или обеззараживания.
Способы дезинфекции, известные заявителю из уровня техники, в которых применены озон, инжекторные системы Вентури и барботажные диффузоры, используют для смешивания озона с водой. В случае инжекторов Вентури вода продавливается через суживающее коническое тело, создавая разницу давлений на входе и выходе системы. Это создает вакуум внутри корпуса инжектора, инициируя поток обогащенного озоном воздуха в канале всасывания.
Что касается барботажных диффузоров, обогащенный озоном воздух выходит пузырями ниже поверхности воды. Независимо от проблем, описанных ниже, барботажные диффузоры имеют неотъемлемый недостаток в том, что отверстия диффузора с течением времени часто забиваются, этим снижая КПД системы.
В обоих случаях озон растворяется в воде, обычно из обогащенного озоном воздуха, и существенная часть стерилизующей способности озона может быть затрачена на стерилизацию самой воды. Это оставляет уменьшенное количество озона для эффективной дезинфекции конечной цели, которой может быть, например, свежая продукция.
Кроме того, эти известные системы, кажется, позволяют свободному газообразному озону выходить в атмосферу в более высоких концентрациях, чем разрешено регулирующими стандартами. Следует сказать, что свободный озон в воздухе вреден, когда он превышает определенные концентрации.
3
В этой связи следует сказать, что в Европейском Союзе текущее целевое значение концентраций озона, по сообщениям, составляет 120 мкг/м, что равно приблизительно 60 нмоль/моль. Это значение применимо во всех государствах-участниках в соответствии с Директивой 2008/50/ЕС, хотя для формального применения этого значения в качестве требования даты еще не установлено, и оно рассматривается как цель в длительной перспективе. В США в мае 2008 года Управление по охране окружающей среды (ЕРА) снизило свой стандарт на озон с 80 нмоль/моль до 75 нмоль/моль. Это было сделано несмотря на тот факт, что научные работники и консультативный совет самого Управления рекомендовали снизить стандарт до 60 нмоль/моль. ЕРА разработало Индекс качества воздуха, чтобы помочь разъяснить обществу уровни загрязнения воздуха, и в настоящее время действующие стандарты указывают среднюю за восемь часов молярную долю озона 85-104 нмоль/моль как "нездоровую для чувствительных групп"; 105 нмоль/моль - 124 нмоль/моль как "нездоровую" и 125 нмоль/моль - 404 нмоль/моль как "очень нездоровую". Рекомендация Всемирной организации здравоохранения составляет 51 нмоль/моль.
Излишек озона в воздухе поэтому очень нежелателен, и важно, чтобы любое дезинфицирующее устройство, использующее озон в качестве активной дезинфицирующей среды, не должно выбрасывать существенные количества озона в атмосферу, при этом создавая эффективную концентрацию для разрушения целевых бактерий и т.д.
В нашей вышеуказанной международной патентной заявке, которая подана раньше, предложение по отслеживанию потока воды через смеситель заключалось в контроле роста давления в смесителе, когда вода подается в смеситель под давлением. Это не всегда работает эффективно, и необходимо исследовать альтернативные средства управления.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с настоящим изобретением, предлагается дезинфицирующее устройство с использованием озона, включающее смеситель, имеющий в общем полый корпус с входом для воды под давлением, распылительную форсунку для создания в общем конического факела распыла воды, введенной через вход для воды, камеру контакта, сообщающуюся с входом для газов, обогащенных озоном, выходное отверстие камеры контакта, причем выходное отверстие соосно распылительной форсунке и отнесено от нее на некоторое расстояние, и устройство отслеживания расхода для отслеживания расхода воды через распылительную форсунку, причем дезинфицирующее устройство с использованием озона отличается тем, что устройство отслеживания расхода является электронным устройством отслеживания расхода для отслеживания вибрации, вызываемой потоком воды через смеситель.
Другие признаки изобретения предусматривают следующее: электронное устройство отслеживания расхода расположено в кармане, выполненном в корпусе смесителя, электронное устройство отслеживания расхода включает пьезоэлектрический датчик и соответствующую связанную с ним схему генерации сигнала, указывающего расход воды через смеситель, пьезоэлектрический датчик введен в затвердевающий материал и имеет общую форму диска с тонким сжимаемым диском меньшего диаметра, прикрепленным концентрически к обеим поверхностям диска датчика, причем наружный диаметр пьезоэлектрического датчика плотно введен в затвердевающий материал, и причем небольшое отверстие в центре одного диска обеспечивает контакт затвердевающего материала с пьезоэлектрическим датчиком в центральной области на одной его стороне.
Другие признаки изобретения предусматривают, что связанная схема расположена на печатной плате, размещенной в корпусе смесителя, причем печатная плата размещена в кармане корпуса смесителя, устройство отслеживания расхода и связанная схема предназначены для включения и отключения генератора озона, оперативно соединенного с входом для газов, обогащенных озоном, устройство отслеживания расхода и связанная схема выводят сигнал, чтобы оперативно включать и отключать вентилятор, подающий воздух в генератор озона, причем включение вентилятора происходит до включения генератора озона и отключение вентилятора происходит после отключения генератора озона, и что вентилятор способен работать с разными частотами вращения в зависимости от расхода воды через распылительную форсунку.
Дополнительные признаки изобретения предусматривают, что диаметр выходного отверстия по существу соответствует диаметру конического факела распыла в таком положении, что при использовании по существу не остается свободного пространства между наружной границей факела распыла и периметром выходного отверстия, что сама камера контакта имеет размер поперечного сечения больше диаметра выходного отверстия, и что вход для газов, обогащенных озоном, имеет ось, параллельную оси входа для воды, но смещенную вбок от нее, причем камера входа газа сливается сбоку с камерой контакта.
Корпус смесителя предпочтительно состоит из первой части в форме колпака, определяющей выходное отверстие, который соединен на открытом конце напротив выходного отверстия со второй частью, определяющей вход для воды, вход для газа и карман для приема электронного устройства отслеживания расхода для отслеживания расхода воды через распылительную форсунку, причем вторая часть корпуса подсоединена на открытом конце колпака как вставка.
Вход для воды предпочтительно выполнен как гнездо с винтовой резьбой для прямого соединения с насадкой с соответствующей резьбой на кран или другое устройство подачи воды по трубам.
В соответствии со вторым аспектом изобретения предложено дезинфицирующее устройство с использованием озона, включающее описанный выше смеситель, генератор озона, оперативно соединенный с входом для газов, обогащенных озоном, в смесителе, и схему управления, соединенную с устройством отслеживания расхода и связанной схемой, причем схема управления предназначена для включения генератора озона после приема сигнала от устройства отслеживания расхода и связанной с ним схемы, когда данный сигнал соответствует минимальному расходу воды через смеситель, который требуется для создания подходящего факела распыла воды, поступающей в выходное отверстие из камеры контакта, и для отключения генератора озона, если принятый сигнал соответствует меньшему расходу, чем упомянутый минимальный расход.
Следует сказать, что осуществление настоящего изобретения на практике приводит к захвату газов, обогащенных озоном, многочисленными каплями воды в спрее, и считается, что озон сам присоединяется, возможно электромагнитным или электростатическим способом, к поверхности капель воды без растворения какой-либо существенной части озона в воде. Эта теория объясняет практические измерения, выполненные до настоящего времени, которые указывают, что вода несет больше озона, чем могло бы в ней раствориться в нормальных условиях. Испытания, проведенные до настоящего времени, также показали, что в воздухе, окружающем факел распыла дезинфицирующего средства, свободного озона, по существу, нет, и в израсходованной воде озон присутствует в небольшом количестве или отсутствует вообще. Практическое осуществления изобретения явно приближается к оптимальному использованию озона и позволяет ему быть высокоэффективным при дезинфекции.
Хотя механизм прикрепления или другого притяжения молекул озона к каплям воды еще не полностью понят или не полностью исследован с технической точки зрения, испытания, проведенные до настоящего времени, показывают, что размер капли в спрее предпочтительно составляет от 10 до 50 мкм, и конус факела распыла имеет угол от 35° до 45°. Также поток, развиваемый вентилятором, и уменьшение давления, создаваемого потоком конического факела распыла в выходном отверстии, такое, что в камере контакта поддерживается слабо отрицательное давление порядка 10 мм вод.ст. (100 Па). В этой связи дальнейшие испытания будут направлены на установление того, практично ли или нет полностью отказаться от вентилятора, и это будет в большой степени зависеть от отрицательного давления, которое создается в камере контакта, и характера пути потока через генератор озона в смеситель.
Для того чтобы вышеописанные и другие признаки изобретения стали более очевидными, теперь будет описан один вариант осуществления, включающий все разные аспекты изобретения, со ссылками на прилагаемые чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах:
Фиг.1 - схематическое изображение разных компонентов дезинфицирующего устройства с использованием озона согласно изобретению;
Фиг.2 - изображение генератора озона, используемого в устройстве, показанном на Фиг.1, со снятой крышкой;
Фиг.3 - похожее изображение генератора озона с удаленными некоторыми компонентами, чтобы показать другие компоненты;
Фиг.4 - покомпонентный перспективный вид смесителя, показанного на Фиг.1;
Фиг.5 - вид в разрезе смесителя, показанного на Фиг.1 и 4;
Фиг.6 - вид смесителя в плане;
Фиг.7 - блок-схема цепи схемы пьезоэлектрического датчика; и
Фиг.8 - график, показывающий изменение выходного сигнала пьезоэлектрического датчика и связанной с ним схемы и давления воды против расхода через смеситель.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СО ССЫЛКАМИ НА ЧЕРТЕЖИ
В варианте осуществления изобретения, показанном на чертежах, дезинфицирующее устройство с использованием озона включает смеситель (2), имеющий в общем полый корпус с гнездом (3), имеющим винтовую резьбу, в качестве входа для воды под давлением, причем гнездо приспособлено для прямого соединения с выходом с винтовой резьбой водопроводного крана (4) или какого-то другого устройства подачи воды, имеющего трубный выход.
Вход (5) для газов, обогащенных озоном, имеет ось, параллельную оси входа для воды, но немного смещенную вбок от нее, причем камера (6) входа газа сливается сбоку с в ином цилиндрической камерой контакта (7), окружающей вход для воды. Смеситель имеет распылительную форсунку (8), которая включает завихритель (9) (смотрите Фиг.4) для создания в общем конического факела распыла (11) воды, подводимой через вход для воды (смотрите Фиг.5), так что конический факел распыла направляется в камеру контакта и к соосному выходному отверстию (12) уменьшенного диаметра, удаленному от нее. Сама камера контакта имеет размер поперечного сечения больше диаметра выходного отверстия. Распылительная форсунка соосна входу для воды, и сама форсунка расположена в общем по центру в камере контакта.
Диаметр выходного отверстия, по существу, соответствует наружному диаметру конического факела распыла на этом расстоянии от форсунки, так что между наружным периметром конического факела распыла и периметром выходного отверстия свободного пространства практически не существует. Фактически, при использовании наружный периметр конического факела распыла может быть немного урезан периметром выходного отверстия, хотя необходимо предпринять усилия, чтобы эта величина не вызвала образования более крупных капель на периметре выходного отверстия.
Что касается конструкции корпуса смесителя, то он для удобства состоит из первой части (15) в форме колпака, определяющего выходное отверстие, и открытого конца напротив выходного отверстия, в который входит вторая часть (16), определяющая вход для воды, вход для газа, а также карман (17) между входом для воды и входом для газа. Боковое соединение камеры входа газа и камеры контакта в этом случае осуществлено по сторонам и ниже кармана.
Вторая часть корпуса входит в открытый конец колпака корпуса как вставка, как лучше всего видно на Фиг.4 прилагаемых чертежей. Первая и вторая части корпуса смесителя могут быть изготовлены литьем под давлением из подходящего материала, стойкого к озону, и эти две части могут быть постоянно скреплены между собой герметично любым подходящим способом, включая ультразвуковую сварку, сварку с растворителем и клеевое соединение. Отверстие кармана может быть закрыто подходящей крышкой (18), которая может быть снабжена гибкой кордной манжетой (19), которая показана на Фиг.4.
Смеситель включает устройство отслеживания расхода в форме пьезоэлектрического датчика (21), соединенного со связанной с ним схемой в форме печатной платы (22), генерирующей электронный сигнал, которая служит для усиления сигналов, генерируемых пьезоэлектрическим датчиком, и подает выходной сигнал, подходящий для работы схемы управления, которая описана ниже.
Для того чтобы обеспечить подходящее включение пьезоэлектрического датчика посредством вибрации, создаваемой водой, проходящей через смеситель, сам пьезоэлектрический датчик, а также связанная с ним схема в форме печатной платы (22), размещены в кармане (17) в корпусе смесителя, и остающееся пространство в кармане заполнено подходящим затвердевающим материалом. Затвердевающий материал таким образом обеспечивает надлежащую передачу вибрации на пьезоэлектрический датчик.
В одной успешной конструкции пьезоэлектрического датчика он имеет форму тонкого сжимаемого диска (23), в этом случае из пены, причем диск (23) концентрически присоединен к обеим поверхностям датчика. Уменьшенный наружный диаметр дисков из пены позволяет плотно вводить наружный периметр пьезоэлектрического датчика в затвердевающий материал. Небольшое отверстие (24) (смотрите Фиг.4) в центре диска из пены, которое ближе к гнезду, позволяет затвердевающему материалу контактировать с пьезоэлектрическим датчиком в центральной области на одной его стороне. Эффект заключается в том, что пьезоэлектрический датчик, плотно удерживаемый по его периметру и возбуждаемый небольшим стержнем (имеющим обозначение (24а) на Фиг.5) из затвердевающего материала через небольшое отверстие (24), развивает достаточное движение в результате того, что пена позволяет пьезоэлектрическому датчику вибрировать и генерировать усиленный выходной сигнал.
Конечно, пьезоэлектрический датчик чувствителен к вибрации, создаваемой водой, когда она проходит через форсунку, и такая вибрация будет изменяться, обычно по частоте, вместе с расходом воды. На Фиг.8 представлен график, показывающий изменение расхода по отношению к давлению и выходному сигналу пьезоэлектрического датчика и связанной с ним схемы.
Микропроцессор (41) предпочтительно расположен на печатной плате и позволяет включить другие интеллектуальные электронные датчики в схему смесителя, например инфракрасный датчик приближения (42) для включения форсункой, а также для соединения с водяным электромагнитным клапаном, в котором случае он может включаться самим потоком воды. Таким образом, датчик можно использовать для включения от озонирующей смывной воды, например в писсуаре.
Просто ради полноты изложения, на Фиг.7 показан пример электронной схемы в форме блок-схемы. Следует сказать, что выходной сигнал от пьезоэлектрического датчика сначала проходит через фильтр нижних частот (43) и затем через усилитель (44). Усиленный сигнал проходит через фильтр верхних частот (45), затем через выпрямитель (46) и затем через фильтр нижних частот (47). Конечно, электронная схема может включать светодиод (LED) (48), чтобы указывать, когда работает датчик вибрации. Кроме того, дополнительной функцией светодиода в смесителе или функцией дополнительного светодиода может быть сообщение другой информации пользователю, например указание интервалов времени путем включения через каждые 15 секунд, что поможет более точно дозировать промываемые объекты. Он также может показывать ошибки или отказы устройства последовательностью включений красным светом (в противоположность зеленому или синему). Печатная плата может быть снабжена соединителем (49) для соединения с генератором озона, описанным ниже.
Отдельный генератор озона (25) общеизвестной конструкции и типа с коронным разрядом оперативно соединен подходящей трубкой (26) с входом (5) для газов, обогащенных озоном, смесителя. Такой генератор озона, однако, модифицирован для работы в настоящем изобретении и снабжен схемой управления на печатной плате (27) (смотрите Фиг.3) в корпусе генератора озона.
Генератор озона также соединен со смесителем посредством соединительного кабеля (28), который служит для подачи электрической энергии в форме постоянного тока низкого напряжения на печатную плату (22) и пьезоэлектрический датчик (21) в кармане смесителя и для передачи сигналов, генерируемых в ответ на сигнал пьезоэлектрического датчика, на схему управления в корпусе генератора озона.
Схема управления включает подходящий трансформатор и выпрямитель для соединения посредством подходящего кабеля (31) с электрической розеткой. Схема управления предназначена для включения генератора озона (32) коронного разряда после получения сигнала от смесителя, соответствующего минимальному заданному расходу воды через смеситель, который будет соответствовать созданию факела распыла воды, занимающего выходное отверстие из камеры контакта. Схема управления также отключает генератор озона после получения сигнала от смесителя, соответствующего расходу меньше упомянутого минимального. При этом понимается, что таким образом генерация озона в отсутствие адекватного потока воды через смеситель не осуществляется, и, вследствие этого, озон не может выбрасываться в атмосферу.
Генератор озона в этом варианте осуществления изобретения также включает центробежный вентилятор (33) переменной частоты вращения для подачи воздуха через генератор озона и оттуда в камеру контакта смесителя. Центробежный вентилятор имеет, по существу, известную центробежную крыльчатку (34), которая приводится в движение электродвигателем (35) постоянного тока с переменной частотой вращения. Электродвигатель с переменной частотой вращения управляется схемой управления по сигналам, принимаемым от пьезоэлектрического датчика, так что вентилятор включается до включения генератора озона и отключается после отключения генератора озона.
При использовании создается дезинфицирующий спрей воды с озоном в качестве активного дезинфицирующего средства, причем спрей проходит через камеру контакта и выходит из выходного отверстия, так что озон выходит вместе со спреем из выходного отверстия, как сказано выше.
Работа дезинфицирующего устройства начинается с открытия крана, чтобы дать воде протекать через смеситель, и когда расход достигнет минимального уровня, в этом случае приблизительно 1,3 л/мин, и предпочтительно между 1,6 и 2 л/мин, схема управления сначала включит двигатель постоянного тока, который приводит в действие вентилятор, чтобы создать поток над устройством коронного разряда (32), и, вскоре после этого, подается напряжение на высоковольтную цепь устройства коронного разряда для начала генерации озона. Эта последовательность продолжается проверкой, что весь генерируемый озон поступает в смеситель. Схема управления также может включить контрольную лампу, такую как синий светодиод, чтобы указать, что воздух протекает и озон генерируется.
Когда кран будет открыт больше, пьезоэлектрический датчик в форсунке выполняет подачу сигнала увеличения расхода на схему управления, которая регулирует частоту вращения вентилятора, чтобы увеличить поток воздуха в ответ на увеличившийся расход воды. Таким образом, дезинфицирующее устройство имеет возможность отслеживать расход воды и подавать повышенное количество озона в смеситель при увеличении расхода воды.
Смесь озона с водой выходит из форсунки в форме спрея с мелкими каплями и попадает на целевой объект, который помещен или обрабатывается в водяном спрее для очистки.
Таким образом, воздух продувается вентилятором через устройство коронного разряда на скорости, которая изменяется согласно сигналу, принятому от пьезоэлектрического датчика и связанной с ним схемы. В этой связи следует сказать, что пьезоэлектрический датчик отслеживает вибрацию, создаваемую прохождением воды через завихритель и форсунку смесителя, и свойства вибрации будут изменяться вместе с расходом воды через смеситель.
Просто для примера, в примененном испытательном оборудовании следующие давления дали следующие указанные расходы воды и частоты вращения вентилятора при указанном содержании озона в воде.
Несмотря на вышесказанное, следует сказать, что также определено, что немного пониженное давление, созданное в смесительной камере посредством проходящего через нее спрея, может быть достаточным для удовлетворительного потока воздуха через генератор озона, что делает вентилятор и связанные с ним средства управления ненужными с соответствующим снижением расходов. Однако в таком случае давление подачи воды должно относительно соответствовать определенному практическому диапазону давлений в водопроводной сети.
Возможны многочисленные вариации и области применения изобретения. Так, например, может быть изготовлено переносное устройство как автономное устройство, носимое на плече с помощью ремня и укомплектованное резервуаром для воды, аккумулятором и распылительной трубкой. Пользователь может выполнять санитарную очистку оборудования для фитнеса или другие большие области, где нельзя применить большие объемы воды.
Форсунка может быть прикреплена к посудомоечной машине, чтобы создавать постоянное санитарное распыление во время цикла мойки. Такое применение может позволить снизить рабочую температуру посудомоечной машины, чтобы экономить электроэнергию.
Форсунку можно прикрепить к подвесной системе создания тумана, чтобы создавать мягкий охлаждающий туман над свежей продукцией для ее охлаждения и санитарной очистки во многих ситуациях, например на рынке, в транспортном средстве или в любой другой подходящей среде.
Устройство может использоваться в туннеле с транспортером и многочисленными форсунками, распределенными по длине туннеля, чтобы подвергать санитарной очистке объекты большого объема. Такая система может быть использована для санитарной обработки тары для упаковки рыбы или любой другой свежей продукции. Эту систему также можно использовать для санитарной обработки и удаления пестицидов с больших объемов свежей продукции в местах ее упаковки.
Дезинфицирующее устройство может быть соединено с писсуаром, чтобы распылять в него обогащенную озоном воду при смывании. Таким образом можно уменьшить число бактерий и неприятные запахи.
Устройство может быть размещено под прилавком или установлено на стену рядом, например, с раковиной для мытья рук.
Возможны многочисленные варианты изобретения, не нарушающие его объем.