Устройство генерации "холодного тумана" (аэрозолей)

Заявляемое техническое решение предназначено для получения "холодного" тумана (аэрозолей) специальной жидкости, обладающей агрессивным воздействием на материалы или микроорганизмы и может быть использовано для дезинфекции упаковочного материала и оборудования в машинах и линиях для фасовки и изготовления изделий пищевой и фармацевтической промышленности. В данном устройстве дезинфицирующая жидкость и пьезогенератор разделены дополнительной камерой с мембраной. Генератор обеспечивает возможность получения регулируемого потока аэрозолей агрессивных дезинфицирующих жидкостей, для обработки небольших поверхностей (например, поверхностей упаковочного материала в пищевой или фармацевтической промышленности).

Заявляемое техническое решение предназначено для получения "холодного" тумана (аэрозолей) специальной жидкости, обладающей агрессивным воздействием на материалы или микроорганизмы и может быть использовано для дезинфекции упаковочного материала и оборудования в машинах и линиях для фасовки и изготовления изделий пищевой и фармацевтической промышленности.

При изготовлении, фасовке и упаковке продуктов пищевой и фармацевтической промышленностей необходимо соблюдение требований гигиены и выполнение ограничений по бактериальной обсемененности упаковки и частей машины, соприкасающихся с фасуемыми пищевыми продуктами.

Асептиками, обладающими высоким стерилизующим воздействием на нежелательные микроорганизмы, являются водный раствор перекиси водорода и надуксусная (перуксусная) кислота (СН ₃ СОООН). Бактерицидные свойства перекиси водорода и надуксусной кислоты позволяют широко использовать указанные средства в областях, регулируемых правилами безопасности здоровья потребителей.

Однако сама перекись водорода является сильнейшим окислителем и все соприкасающиеся с ней детали и механизмы машин должны быть изготовлены из специальных материалов или быть изолированы от соприкосновения с ней.

Трудность проектирования и изготовления конструкции устройства, предназначенного для создания аэрозолей дезинфицирующих жидкостей, стерилизующих микроорганизмы, как раз и обусловлены сильными окислительными свойствами перекиси водорода и надуксусной кислоты.

Для получения "холодного" тумана (аэрозолей) применяются генераторы ультразвука.

Известен способ образования монодисперсного аэрозольного облака и устройство для его осуществления по патенту РФ 2164827, применяемый в технологических процессах, требующих высокого качества распыления для защиты растений от вредителей.

Жидкость подается в акустическую форсунку, разгоняется через тангенциальное отверстие в регулирующей расход жидкости гильзе, далее через сверхзвуковое сопло попадает в поле ультразвуковых волн и веерообразно разбрызгивается в пространство. Согласно данному изобретению обеспечивается хорошая монодисперсность потока аэрозольных частиц в широком диапазоне расхода жидкости и дисперсности аэрозолей.

Но данное устройство разработано для применения на открытом пространстве для обработки больших площадей. Указанное устройство имеет большую «дальнобойность» распыления аэрозоля, сверхзвуковое сопло и степень повышения давления воздуха перед соплом 1,9÷2,0 для выноса аэрозоля в атмосферу.

Указанные особенности конструкции не позволяют применить принцип ее работы в пищевой промышленности, где требуется локальное нанесение обрабатывающей жидкости и не допускается создание вихревых потоков в чистой зоне оборудования (чистая зона оборудования должна иметь ламинарный поток, направленный перпендикулярно рабочему процессу для защиты тары и продукта от попадания внешнего загрязненного воздуха).

Кроме того, общая схема устройства построена на дроблении частиц жидкости воздушными струями, двигающимися со скоростью звука, а для дробления значительных объемов жидкости требуются более значительные объемы газа (например, воздуха).

Пищевая и фармацевтическая промышленность предъявляют особые требования к газовым средам, используемым в процессах микробиологической обработки упаковки и приготовления продукта. В частности, воздух для указанных процессов должен пройти многоступенчатую очистку и быть стерильным. Естественно, что для обработки больших объемов воздуха необходимы зачастую не только большие типоразмеры фильтрующих элементов, но и принципиально новые конструктивные решения в области очистки газов.

В патенте РФ 2234380, относящемся к обработке химреагентами внутренней поверхности газопровода, рассматривается конструкция для нанесения химреагентов при помощи сопла с проточной частью по аналогии с соплом Лаваля.

Однако принцип рассматриваемого технического решения имеет недостатки при использовании его в пищевой и фармацевтической промышленности. В частности, в указанных. отраслях промышленности нормируется остаточная величина дезинфицирующей жидкости на поверхностях тары. При использовании принципов нанесения дезинфицирующей жидкости через сопла и управляемые запорные клапаны в циклическом режиме (в режиме работы машины) происходит каплеобразование на кромке распыляющего сопла. Указанные капли попадают на поверхность тары не в виде аэрозольных частиц, а в виде крупных капель, не поддающихся сушке в течение короткого времени. При использовании указанного принципа в непрерывном режиме (режим работы машины остается циклическим), происходит потеря дезинфицирующего аэрозоля.

Кроме того, указанная конструкция выполнена на принципе газодинамического течения. Это, в свою очередь, накладывает ограничения при ее использовании в случаях обработки локальных поверхностей с сохранением ламинарности потока.

Наиболее близким к предлагаемому для рассмотрения решению является ультразвуковой генератор аэрозолей патент РФ 2254934, содержащий аэрозольную камеру, состоящую из верхней и нижней частей, ультразвуковой преобразователь, служащий одновременно емкостью для рабочей жидкости и герметично установленному в днище камеры пьезоэлектрическому ультразвуковому излучателю.

Технический результат изобретения - возможность получения аэрозоля с диаметром частиц от 0,1 до 10 мкм.

Недостатком этого технического решения является прямой контакт пьезоэлектрического излучателя ультразвуковых волн с дезинфицирующей жидкостью.

Предлагаемое для рассмотрения техническое решение относится к обработке агрессивными дезинфицирующими жидкостями поверхностей пищевого и фасовочного оборудования путем образования "холодного" тумана (аэрозолей) и последующего их нанесения на поверхность.

Технической задачей предлагаемого технического решения является создание устройства, конструкция которого обеспечивает возможность получения регулируемого потока аэрозолей агрессивных дезинфицирующих жидкостей, для обработки небольших поверхностей (например, поверхностей упаковочного материала в пищевой

промышленности). При этом, поток аэрозоля должен иметь размеры частиц, соответствующие размеру частиц "холодного тумана" (аэрозолей), который подается на обрабатываемые поверхности при помощи ламинарного потока газа (например, стерильного воздуха) для получения заданной величины удельной дисперсности аэрозольного облака дезинфицирующей жидкости. В предлагаемом для рассмотрения устройстве для защиты генерирующих мембран и корпусов излучателей от воздействия специальной жидкости применено разделение сред, проводящих ультразвук.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что для получения "холодного тумана" (аэрозоля) дезинфицирующей жидкости посредством ультразвукового генератора дезинфицирующая жидкость, образующая аэрозоль, помещена в камеру, отделенную от пьезогенератора дополнительной камерой с нейтральной жидкостью и мембраной, выполненной из полимерного материала, например полихлорвинила (PVC), что является новым в конструкции данных устройств.

Предложенное техническое решение характеризуется следующими отличительными признаками:

- наличием дополнительной камеры, отделяющей пьезогенератор от дезинфицирующей жидкости,

- наличием мембраны с покрытием или без него.

Отличительные признаки заявляемого решения обеспечивают его соответствие критерию "новизна".

Данное техническое решение поясняется чертежами.

Фиг.1 - общий вид устройства.

Фиг.2 - продольный разрез устройства.

Устройство генерации аэрозолей агрессивной жидкости содержит:

1 - Верхняя камера для дезинфицирующей жидкости.

2 - Датчик уровня.

3 - Нижняя камера для нейтральной жидкости.

4 - Пьезоэлектрический генератор ультразвука.

5 - Трубка подачи дезинфицирующей жидкости в объем верхней камеры.

6 - Патрубок для выхода аэрозоля.

7 - Трубка подачи газовой среды (стерильного воздуха).

8 - Мембрана.

9 - Колба.

Конструктивно предлагаемое устройство представляет собой колбу 9, разделенную (по вертикали) на верхнюю камеру 1 для дезинфицирующей жидкости и нижнюю камеру 3 для нейтральной жидкости при помощи гибкой мембраны 8 из полимерного материала или другого материала с защитным покрытием или без него.

В нижней камере расположены пьезоэлектрические генераторы ультразвука 4. Объем нижней камеры полностью заполнен нейтральной жидкостью (например, дистиллированной водой), воздух из указанного объема удален. Указанный объем отделен от верхнего объема полимерной разделительной мембраной 8. В верхней камере находится специальная дезинфицирующая жидкость, обладающая агрессивным воздействием на материалы или микроорганизмы (например, 35% водный раствор перекиси водорода). При работе пьезоэлектрических излучателей 4, ультразвуковые волны передаются через нейтральную жидкость из нижнего объема и разделительную мембрану 8 в верхний объем, где за счет кавитационных процессов происходит образование аэрозоля.

В крышке, закрывающей верхнюю камеру, имеются две трубки и один патрубок. Трубка 5 служит для подачи дезинфицирующей жидкости в объем верхней камеры. Трубка 7 служит для подачи сжатого стерильного воздуха для осуществления процесса массообмена. Патрубок 6 служит для выхода "холодного тумана" (аэрозолей) из верхнего объема к объекту применения воздействия. В объеме верхней камеры может быть расположен датчик уровня 2.

Для переноса аэрозоля к обрабатываемым поверхностям используется газовая струя (например, стерильный воздух). Газовая струя подается в пространство верхнего объема над уровнем дезинфицирующей жидкости и вытесняет аэрозоль к обрабатываемой поверхности. При этом к указанной поверхности аэрозоль подается ламинарным потоком, что позволяет исключить последующую полидисперсность частиц аэрозоля и обеспечить ламинарный поток внутри зоны обработки.

Верхний и нижний объемы разделены между собой мембраной. В качестве мембраны может выступать тонкая полимерная пластина из полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида или другого подобного материала.

Решение проблемы диффузии, осмоса или обратного осмоса через мембрану дезинфицирующей жидкости в нижний объем достигается за счет массообмена нейтральной жидкости в нижнем объеме. Таким образом, значительно уменьшается воздействие явлений диффузии, осмоса и обратного осмоса на работу пьезоэлектрического излучателя ультразвука.

Роль мембраны состоит в том, чтобы защитить пьезоэлектрический излучатель ультразвука от окислительного воздействия дезинфицирующей жидкости и продлить тем самым срок его эксплуатации. Как известно, окислительное воздействие на материалы при знакопеременных нагрузках приводит к их коррозионной усталости (понижении предела усталости материала в присутствии коррозионной среды) и коррозионной эрозии. На сегодняшний день, для увеличения срока службы излучающих мембран используют покрытия из благородных металлов (например, золото). Однако даже благородные металлы зачастую не могут противостоять воздействию неорганических кислот (например, «царской водки»). В отличие от металлических покрытий, мембрана из полимерного материала справляется с поставленной задачей.

Кроме этого, данное техническое решение позволяет использовать повышенные концентрации специальной жидкости, в частности водного раствора перекиси водорода или надуксусной кислоты, необходимые для более эффективного процесса дезинфекции упаковочного материала.

Устройство работает следующим образом:

Расположенные в нижней камере 3 пьезоэлектрические генераторы ультразвука 4 излучают волну, которая передается мембране 8 через нижнюю камеру с нейтральной жидкостью 3. Далее, волновое излучение через мембрану 8 передается дезинфицирующей жидкости, находящейся в объеме верхней камеры 1. За счет ультразвукового излучения на поверхности раздела сред дезинфицирующей жидкости и газовой среды, находящегося в объеме верхней камеры 1, происходит образование аэрозоля ("холодного тумана"). Для передачи аэрозоля к устройствам его распыления, в объем верхней камеры 1 осуществляется подача газовой среды (стерильного воздуха) под небольшим избыточным давлением. За счет происходящего массообмена аэрозоль поступает через патрубок 6 к обрабатываемой поверхности. Пополнение уровня дезинфицирующей жидкости в верхней камере 1 осуществляется через трубку 5. Величина уровня дезинфицирующей жидкости контролируется при помощи датчика 2.

Предлагаемый для рассмотрения ультразвуковой генератор аэрозолей дезинфицирующей жидкости обеспечивает создание ламинарного потока аэрозолей, что соответствует требованиям, предъявляемым к устройствам данного назначения.

Увеличение срока службы предлагаемого для рассмотрения ультразвукового генератора аэрозолей обеспечивается изоляцией пьезогенератора от воздействия дезинфицирующей жидкости путем введения дополнительной камеры с нейтральной жидкостью, передающей ультразвуковые колебания, и мембраной, имеющей дополнительное защитное покрытие со стороны камеры с дезинфицирующей жидкостью.

Данное устройство было разработано, собрано и испытано на машиностроительном заводе ЗАО «Таурас-Феникс» в г.Санкт-Петербург для дезинфекции узлов в фасовочных машинах, применяемых для фасовки пищевых продуктов. В качестве дезинфицирующей жидкости был использован 35% водный раствор перекиси водорода. Испытания показали полное соответствие параметров генератора требованиям, предъявляемым к данным устройствам. Таким образом, предлагаемое для рассмотрения техническое решение промышленно применимо и может изготавливаться на производстве.

1. Ультразвуковой генератор "холодного тумана" (аэрозоля), содержащий ультразвуковой генератор, аэрозольную камеру, узлы подачи газовой струи и вывода аэрозоля, отличающийся тем, что между ультразвуковым генератором и камерой образования аэрозоля дезинфицирующей жидкости помещены камера с нейтральной жидкостью и мембрана.

2. Ультразвуковой генератор "холодного тумана" (аэрозоля) по п.1, отличающийся тем, что мембрана имеет защитное покрытие на стороне, соприкасающейся с дезинфицирующей жидкостью.

3. Ультразвуковой генератор "холодного тумана" (аэрозоля) по пп.1 и 2, отличающийся тем, что мембрана имеет золотое покрытие.