УСТРОЙСТВО СБОРА КОНДЕНСАТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ БАКТЕРИЦИДНОГО МЕТАЛЛА
DEVICE FOR COLLECTING CONDENSATES WITH USING BACTERICIDE METAL

Изобретение относится к области устройств сбора конденсатов, предназначенных, в частности, для применения в системах кондиционирования, системах охлаждения, системах вентиляции или системах обогрева.
В этих различных системах или установках конденсаты, образующиеся в результате конденсации водяного пара, присутствующего в охлаждаемом окружающем воздухе, обычно собирают в резервуар или в сборную емкость, которая в некоторых случаях может представлять собой простую сборную панель. Следовательно, собираемые конденсаты необходимо удалять, чтобы избегать переполнения сборной емкости. Это удаление может происходить за счет силы тяжести, например, через жесткую или полужесткую трубу, соединенную с системой слива сточных вод, или посредством откачивания конденсатов, собираемых в сборную емкость.
Изобретение применяют, в частности, для этого последнего случая.
В частности, изобретение относится к борьбе с образованием биопленки в таком насосе и, в частности, в резервуаре или баке для сбора конденсатов.
Биопленка представляет собой желеобразный водный матрикс с концентрацией 95%, секретируемый бактериями, находящимися в воде, что увеличивает их пролиферацию.
При этом образование пленки связано, в частности, со следующими четырьмя параметрами:
- температура, которая оказывается идеальной для развития биопленки, в диапазоне от 15 до 45°;
- стагнация или движение в жидкости;
- рецептивность субстрата, то есть, в частности, его поверхностное состояние, присутствие накипи или ржавчины;
- присутствие благоприятствующих продуктов (в основном, органических остатков).
Очень часто в резервуарах для сбора конденсатов отмечают существенное образование биопленки. Эта биопленка может также развиваться в трубах обвязки, предназначенных для отвода конденсатов в резервуар, в частности, когда они имеют небольшие сечение и наклон. Это приводит к закупориванию труб, которые могут оказаться полностью или в основном заполненными биопленкой.
Точно так же, присутствие биопленки в резервуаре ограничивает объем, предназначенный для конденсатов, и может привести к нарушению и даже к отказу в работе откачивающего насоса.
Кроме того, разумеется, в плане гигиены и охраны здоровья нежелательно допускать образование таких биопленок, которые способствуют развитию бактерий. Например, биопленки часто обнаруживаются в сборных резервуарах откачивающих насосов, связанных с холодильными витринами, например, в супермаркетах.
Как известно, для замедления образования биопленки в резервуарах в них помещают бактерицидные реагенты. Такие методы описаны, например, в документах ЕР 1 840 475, US 2007 119 503, ЕР 2 085 711. Как правило, эффективность этих методов против появления биопленки проявляется лишь временно. Кроме того, эти методы являются дорогими, так как требуют регулярного добавления химических веществ в резервуары. По этой же причине они являются вредными для окружающей среды.
В других документах, например в ЕР 1 835 236, раскрыто применение биоцидной поверхностной обработки стенок резервуара для предупреждения образования на них биопленки. Но и в этом случае эффективность такой обработки носит временный характер, и в конечном счете на поверхностях появляется биопленка.
Некоторые металлы, такие как медь или серебро, считаются токсичными по отношению к бактериям. Однако их эффективность остается спорной. Так, на Интернет-сайте www.girpi.fr указано, что: «на всех металлах, включая медь, которую ошибочно считают бактерицидной, могут развиваться колонии микроорганизмов». Действительно, было установлено, что использование медных труб не позволяет избежать образования биопленки.
Некоторые изготовители откачивающих насосов безуспешно пытались бороться с образованием биопленки посредством включения в них медных элементов: действительно, необходимо периодически прочищать фильтры и использовать биоцидное вещество, которое необходимо регулярно заменять.
Задачей изобретения является устранение недостатков известных решений.
В частности, изобретение призвано предложить технологию, позволяющую эффективно бороться с образованием биопленки, в частности, в баках для сбора конденсатов и избегать ее появления в течение более длительного периода, чем при применении известных технологий.
Изобретение призвано также предложить технологию, которая является простой в применении и недорогой.
Изобретение призвано также предложить такую технологию, которая исключает или, по крайней мере, существенно сокращает потребности в обслуживании и связанные с этим расходы, в частности, для удаления биопленок.
Наконец, изобретение призвано предложить такую технологию, которая оказывает минимальное влияние на окружающую среду.
Эти задачи, а также другие, которые будут более ясно определены в нижеследующем описании, решаются изобретением при помощи устройства отбора конденсатов, содержащего резервуар, в который собирают конденсаты, и откачивающий насос, обеспечивающий удаление конденсатов из указанного резервуара.
Согласно изобретению, указанный резервуар подвергают, по меньшей мере, на части его погруженных внутренних стенок биоцидной поверхностной обработке, и он содержит по меньшей мере один нитевидный элемент, выполненный из бактерицидного металлического материала, имеющий диаметр от 0,01 мм до 1 мм и длину, определяемую таким образом, чтобы иметь площадь контакта, превышающую половину площади указанного резервуара, входящей в контакт с указанными конденсатами.
Действительно, автор изобретения установил, что использование медных труб или медных элементов является бесполезным и что биопленки развиваются в баке точно так же и в таких же количествах, как и в отсутствие этого металла. Например, можно уточнить, что такая медная труба имеет площадь контакта порядка 0,5 дм при длине 50 мм и при диаметре 14×16 мм.
С другой стороны, когда площадь контакта превышает критическое значение, зависящее от обрабатываемого объема жидкости (конденсатов), развитие биопленки в резервуаре значительно замедляется даже после периода использования в один или несколько месяцев.
Таким образом, желательно, чтобы площадь контакта превышала, по меньшей мере, половину площади указанного резервуара, входящей в контакт с указанными конденсатами. Желательно даже, хотя и не обязательно, чтобы эта площадь контакта была, по меньшей мере, больше площади указанного резервуара, входящей в контакт с указанными конденсатами. Кроме того, желательно, чтобы эта металлическая поверхность была хорошо распределена в жидкости.
Использование металла в виде нити позволяет максимизировать площадь контакта при относительно небольшом габарите. Кроме того, легкое сгибание металлических нитей предпочтительно позволяет распределить этот металл в большой части резервуара. Кроме того, присутствие этих нитевидных элементов за счет их небольшого диаметра обеспечивает эффективный контакт, не мешая при этом потоку на входе и на выходе резервуара.
Наконец, применение биоцидной поверхностной обработки на части погруженных внутренних стенок резервуара и предпочтительно на всех этих погруженных внутренних стенках в сочетании с использованием нитей из бактерицидного металла позволяет очень эффективно замедлять появление биопленки.
Предпочтительно указанный нитевидный элемент имеет вид бобины, клубка, ваты, щетки и/или сетки.
Предпочтительно указанные нитевидные элементы имеют вид многожильных проводов.
Это решение тоже позволяет получать большую площадь контакта с жидкостью.
Указанный металл может принадлежать, в частности, к группе, в которую входят медь, серебро или любой сплав, содержащий по меньшей мере один из этих двух металлов. В частности, преимуществом меди является то, что она имеет умеренную стоимость даже при таком применении.
Так, например, металл может представлять собой медные электрические провода.
Предпочтительно используемые нитевидные элементы являются медными или латунными нитями с серебряным покрытием. Действительно, эти нити проявляют высокую эффективность в борьбе с образованием биопленки.
Согласно частному варианту осуществления, предусмотрены средства активации и/или ускорения бактерицидного действия указанного металла, которые могут принадлежать к группе, в которую входят:
- средства, обеспечивающие кислотное воздействие;
- средства, обеспечивающие термическое воздействие;
- средства, обеспечивающие окислительно-восстановительное воздействие;
- средства, обеспечивающие прохождение тока.
Предпочтительно указанная биоцидная поверхностная обработка включает в себя нанесение биоцидной краски, выделяющей соли меди.
Предпочтительно эту биоцидную поверхностную обработку применяют на погруженных деталях, присутствующих внутри указанного резервуара. Благодаря этому, все поверхности устройства, которые входят в контакт с конденсатом, оказываются покрытыми в результате этой поверхностной обработки.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления, указанная биоцидная поверхностная обработка включает в себя обработку в массе, например, при помощи специальных добавок для пластических материалов и/или посредством структурирования поверхности, например, при помощи наноструктуры или нанокомпозита.
Предпочтительно эту обработку в массе применяют также для погруженных деталей, присутствующих внутри указанного резервуара. Таким образом, эта обработка в массе предпочтительно обеспечивает защиту всех поверхностей устройства, которые входят в контакт с конденсатом.
Объектом изобретения являются также установки, в частности установки для охлаждения, обогрева и/или кондиционирования, содержащие по меньшей мере одно описанное выше устройство сбора конденсатов.
Эти отличительные признаки будут более очевидны из нижеследующего описания частного варианта осуществления, представленного в качестве простого и не ограничительного примера со ссылками на прилагаемые фигуры.
На фиг. 1 схематично показан возможный вариант осуществления изобретения;
на фиг. 2 схематично показан другой возможный вариант осуществления изобретения.
В ходе экспериментов автор изобретения установил, что даже большая масса меди, например, порядка 30 граммов, помещенная в резервуар откачивающего насоса с классическим объемом жидкости (например, от 0,25 л до 0,40 л), практически не оказывает никакого влияния на образование биопленки. Действительно, поверхность меди, входящая в контакт с водой, оказывается недостаточной, чтобы полностью препятствовать образованию биопленки, и эта биопленка может развиваться, в частности, на поверхности самой меди, что сводит на нет ее эффективность в борьбе с дальнейшим образованием биопленки. Таким образом, происходит образование одинакового количества биопленки в присутствии или в отсутствие этой массы меди.
Однако неожиданно выяснилось, что образование биопленки существенно замедляется, если аналогичное по массе количество меди поместить в резервуаре в виде нитей или нити. В частности, авторы изобретения отметили, что бактерицидный металл, например медь, необходимо располагать таким образом, чтобы максимизировать площадь контакта между металлом и водой, чтобы превысить критический порог, сверх которого металл становится эффективным, то есть бактерицидным.
Действительно, нитевидная форма металла позволяет ему иметь очень большую площадь контакта с водой. Кроме того, структура металлической нити позволяет легко сгибать его по необходимой форме и позволяет ему сохранять эту форму. Использование нити позволяет легко размещать ее в резервуаре в контакте с водой и получать большую площадь контакта, распределенную в резервуаре даже в случае, когда этот резервуар имеет необычную форму.
Так, как показано на фиг. 1, конденсаты, выходящие из трубы 2, собираются в баке или резервуаре 1. Можно установить фильтр 3, чтобы задерживать любой элемент слишком большого размера, который может заблокировать или повредить насос. К тому же фильтр 3 можно тоже выполнить, по меньшей мере, частично из бактерицидного металла, и он может участвовать в площади контакта.
Этот не показанный на фигуре насос может быть насосом любого типа, известного в области сбора конденсатов. Его помещают в бак или на бак 1, с которым его можно соединить неподвижно. Его форму можно предусмотреть таким образом, чтобы полностью перекрыть бак, а также можно установить реверсивные средства неподвижного соединения с этим баком.
Согласно простому и недорогому варианту осуществления, медь может представлять собой электрические провода 4, предпочтительно многожильные провода. В этом последнем случае предпочтительно разделить пряди («распушить» провод) для увеличения площади контакта. Следует отметить, что если электрические провода присутствуют только в части резервуара, их можно поместить в большей части этого резервуара. Легкость, с которой эти провода можно сгибать, позволяет распределить их в резервуаре, обходя установленный в этом резервуаре насос.
Согласно другому возможному варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 2, конденсаты выходят из трубы 7 и попадают в корзину 6, находящуюся в резервуаре 5. Эта корзина 6 может быть выполнена, например, в виде сетки для обеспечения легкого прохождения потока конденсатов в резервуаре 5. В этом варианте осуществления вокруг корзины 6 намотана нить 8 из бактерицидного металла. Таким образом, вся жидкость, вытекающая из корзины 6 в резервуар 5, проходит через намотанную нить из бактерицидного металла. В этом варианте осуществления нити 8, намотанные вокруг корзины 6, выполняют роль фильтра.
Поскольку использование металлов в виде нитей является довольно распространенным и изготовление не является дорогим, применение таких нитей в резервуаре можно осуществить при гораздо меньших расходах, чем в известных решениях.
В зависимости от диаметра и расположения металлических нитей в резервуаре они могут иметь форму, приближающуюся к вате, к волокнам или к металлическому вязанию и даже к металлической сетке, которую применяют в некоторых ситах или фильтрах.
Размеры нити, которую необходимо разместить в резервуаре, могут быть самыми разными, в частности, в зависимости от размеров резервуара. Вместе с тем, как правило, эта нить имеет диаметр от 0,01 мм до 1 мм и длину, выбираемую таким образом, чтобы обеспечивать площадь контакта, превышающую половину площади резервуара, входящей в контакт с конденсатами. Предпочтительно эта площадь даже превышает площадь резервуара, входящую в контакт с конденсатами.
В возможном варианте осуществления для резервуара емкостью около 1,5 литра предусматривают площадь контакта порядка 6,9 дм, что обеспечивается 220 метрами посеребренной медной нити диаметром 0,1 мм.
2
2
В другом частном варианте осуществления для резервуара с площадью основания порядка 2,2 дм и объемом от 0,26 л (при неработающем насосе) до 0,40 л (при включении насоса) предусматривают площадь контакта порядка от 5 до 10 дм.
В другом варианте осуществления для резервуара примерно на несколько миллилитров (например, 10-30 мл) можно предусмотреть длину менее 1 метра нити диаметром порядка 0,01 мм.
Понятно, что минимальная площадь контакта зависит от объема обрабатываемой жидкости.
В целом, например, в различных вариантах применения изобретения с использованием резервуаров, которые могут иметь объем от 0,005 до 20 литров, можно предусмотреть использование длины от 0,1 до 5000 метров нити, которая может иметь диаметр от 0,01 до 1 мм.
Вместо меди или серебра или их комбинации можно использовать другие известные специалисту бактерицидные металлы. В частности, можно использовать любой другой металл или металлическую или не металлическую подложку, которая может иметь покрытие из серебра или из меди или из сплавов, содержащих по меньшей мере один из этих металлов.
Кроме того, можно предусмотреть средства активации и/или ускорения бактерицидного действия металла, в частности, посредством активации его окисления. Так, металл можно подвергнуть, например, воздействию кислоты, термическому воздействию, окислительно-восстановительному воздействию, пропустить через него ток и т.д.
Для дополнения действия бактерицидного металла в виде нити стенки резервуара, входящие в контакт с жидкостью, можно подвергнуть биоцидной поверхностной обработке. Так, биоцидной обработке можно подвергнуть внутреннюю стенку 10 резервуара 1 или внутреннюю стенку 50 резервуара 5. На эти стенки можно, например, нанести покрытие из полимера, в который включены биоцидные вещества.
Согласно другому возможному варианту осуществления, стенки можно обработать в массе, при этом в пластик, из которого выполнены стенки, можно включить специальную биоцидную добавку, которая распространяется через этот пластик. Согласно еще одному возможному варианту осуществления, поверхностную обработку можно осуществлять посредством структурирования поверхности, например, при помощи наноструктуры или нанокомпозита.
Предпочтительно таким образом обрабатывают всю погруженную внутреннюю поверхность. Однако в менее эффективном варианте можно ограничить обработку только частью этой поверхности, например частями этой поверхности, которые наиболее подвержены обрастанию биопленкой.
Применение такой обработки для борьбы с образованием биопленки само по себе известно. Однако эта обработка позволяет замедлить появление биопленки лишь в течение ограниченного времени.
Комбинация этой поверхностной обработки и применения нитевидного элемента большой длины и небольшого диаметра позволяет добиваться эффективного результата в течение большого периода времени в отличие от известных технологий.
Действительно, до настоящего времени поверхностные обработки и присутствие биоцидного вещества в резервуаре рассматривались лишь как альтернативные варианты борьбы против появления биопленки. Как один, так и другой вариант позволял избежать появления биопленки в резервуаре в течение ограниченного периода, как правило, в течение трех месяцев. Специалист не мог предположить, что комбинированное применение этих функционально противоположных известных методов (поверхностная обработка обычно предназначалась для облегчения прохождения потока, тогда как присутствие биоцидного вещества в резервуаре стремится нарушить и замедлить этот поток) может позволить избегать появления биопленки в течение гораздо большего периода, чем периоды эффективности различных отдельно взятых методов.
Тем не менее, выяснилось, что комбинация биоцидной поверхностной обработки и присутствия биоцидного металла в виде нити, обеспечивающего большую площадь контакта с водой, позволяет эффективно замедлять появление биопленки в течение периода времени, намного превышающего время эффективности отдельно биоцидной поверхностной обработки или отдельно применения биоцидного металла.
В нижеследующей таблице представлены результаты функциональных тестов, проведенных авторами изобретения на устройствах сбора конденсатов, содержащих резервуар, в который собирают конденсаты, и откачивающий насос. Эти устройства, на которых испытывались различные методы борьбы с появлением биопленок, были под постоянным наблюдением, чтобы определить, за какое время в них образуется биопленка.
Таким образом, оказалось (столбец «тест 1»), что биопленка появляется очень быстро (примерно менее 5 недель) в устройстве, в котором не применяли никакого метода для предупреждения ее образования.
Применение меди в резервуаре (столбец «тест 2») позволяет слегка замедлить появление биопленки (примерно до 7 недель). Другие известные решения (столбцы «тест 3» - «тест 5») позволяют замедлить появление биопленки примерно до трех месяцев.
Специалист не имел никаких предпосылок того, что некоторые комбинации этих методов (столбцы «тест 6» и «тест 7») могут позволить замедлять гораздо дольше появление этой биопленки (больше чем на 6 месяцев без какой-либо специальной оптимизации), как обнаружили авторы изобретения. Он тем более не мог прийти к этой мысли, поскольку эти технологии априори отличаются противоположным действием (они создают препятствия для циркуляции жидкости, а другие облегчают скольжение жидкостей по стенкам).
В дальнейшем также оказалось (столбцы «тест 8» и «тест 9»), что оптимизация этих методов, в частности поверхностная обработка всех погруженных деталей, а не только самого резервуара, позволяет улучшить эти результаты.
Можно отметить, что в этих условиях время (порядка 12 месяцев) не только превышает время, соответствующее только одному из этих средств (около 3 месяцев - тесты 3-5), но также превышает сумму этих периодов (около 6 месяцев), тогда как ничто не могло предвещать, что эти периоды могут полностью суммироваться.
По сути дела неожиданно обнаружилось, что полученные результаты являются еще более впечатляющими: действия двух средств сочетаются и усиливаются, а их синергия позволяет увеличить не менее чем в 4 раза период, связанный с каждым из них, который может достигать не менее 12 месяцев.
Так, например, нанесение на стенки резервуара биоцидной краски, выделяющей соли меди, и присутствие в резервуаре большого количества медной нити с серебряным покрытием позволяет продолжительно избегать (около 12 месяцев) появления биопленок. Необходимо отметить, что одновременное применение биоцидных веществ (медь и серебро) при поверхностной обработке и в нити, присутствующей в резервуаре, может частично объяснить эффективность этого решения.
Таким образом, предложенный изобретением метод позволяет отодвинуть по меньшей мере на 12 месяцев появление биопленки в резервуаре, тогда как известные технологии позволяли замедлить это появление только на 3 месяца. Заявленное решение позволяет, таким образом, существенно сократить частоту операций обслуживания, необходимых для удаления биопленки из резервуара.
В некоторых вариантах осуществления можно также предусмотреть средства генерирования движения конденсатов внутри резервуара, например, при помощи установленной в резервуаре крыльчатки.
Такой откачивающий насос находит свое применение в области холодильных систем, например, для витрин в супермаркетах, а также в любой установке, в которой применяют устройство сбора конденсатов, в котором могут развиваться биопленки.