CN102573927A - 分布式净化系统的反馈和剂量控制 - Google Patents

Abstract

杀菌系统包括由相互连接的控制器的网络所控制的多个汽化器。所述网络包括多个控制单元，其中每个控制单元控制相关联的汽化器以独立地调节相关联的汽化器向封闭体的不同区域注入汽化了的杀菌剂的速率。所述网络还包括主控制单元，其被设置为控制所述网络中的各控制单元从而协调杀菌剂蒸汽的总体注入。

Description

分布式净化系统的反馈和剂量控制

技术领域

本发明涉及净化系统和净化方法。

背景技术

净化剂产生系统，例如用以产生蒸汽状过氧化氢(VHP)的净化剂产生系统，已经被用于净化诸如房间和建筑物(例如旅馆房间、医院病房、科学实验室等)的大型封闭体内诸如细菌、霉菌、真菌和酵母等的污染物。

发明内容

本发明提供了净化系统，其包括被整合到网络中的多个净化剂源，以允许净化剂在所净化的整个空间内更有效且更有效率的分配。

根据本发明的一个方面，杀菌系统包括液体杀菌剂源；多个汽化器，其以不同的可调速率独立地向载气中注入汽化了的杀菌剂，每个汽化器包括单独的液体杀菌剂调节器，用于同时、可变且独立地控制向汽化器注入杀菌剂的速率；至少一条供给管路，用于将杀菌剂蒸汽从每个汽化器传送至待杀菌的封闭体的不同区域；和相互连接的控制器的网络，所述网络包括(a)多个控制单元，每个控制单元控制相关联的汽化器以独立地调节相关联的汽化器注入汽化了的杀菌剂的速率，从而向各个区域提供所选浓度的杀菌剂蒸汽；和(b)主控制单元，其被配置为控制网络中的各控制单元从而协调杀菌剂蒸汽的总体注入。

根据所述杀菌系统的一个实施方式，所述主控制单元是多个控制单元之一。

根据所述杀菌系统的另一个实施方式，所述主控制单元是独立于所述多个控制单元的单元。

根据所述杀菌系统的一个实施方式，所述杀菌系统包括多个监测器，用以检测封闭体的各个不同区域内的条件；和相互连接的控制器的网络，其根据所检测的不同区域的条件而控制每个汽化器向载气中注入汽化了的杀菌剂的速率。所检测的条件可以选自温度、压力、相对湿度、空气流速、杀菌剂浓度及其组合。

根据所述杀菌系统的一个实施方式，所述杀菌剂包含过氧化氢。

根据所述杀菌系统的另一个实施方式，每个汽化器进一步包括载气流调节器，用于独立地控制载气流向汽化器的流速。

在本发明的一个方面，提供了用于向封闭体提供汽化了的杀菌剂的方法。所述方法包括，在第一位置，以第一汽化速率汽化液体杀菌剂以形成杀菌剂蒸汽；在第二位置，以第二汽化速率汽化液体杀菌剂以形成杀菌剂蒸汽；向第一位置和第二位置提供载气流；以独立可调的速率在每个位置将汽化了的杀菌剂注入至载气中；将杀菌剂蒸汽从各个位置传送至待杀菌的封闭体的不同区域；和通过多个相互连接的控制单元控制汽化，每个控制单元控制相关联的汽化器以独立地调节相关联的汽化器在每个位置注入汽化了的杀菌剂的速率，从而向每个区域提供所选浓度的杀菌剂蒸汽，其中每个控制单元受相互连接的控制单元的网络中的主控制单元的控制从而协调杀菌剂蒸汽的总体注入。

为了实现上述目的和相关目的，本发明包含下文完整描述并且尤其在权利要求书中指出的特征。以下描述和附图详细说明了本发明的某些示例性实施方式。然而，这些实施方式仅表示可以采用本发明的原则的少数不同的形式。通过本发明的以下详述并结合附图，本发明的目的、优势和新特征将是显而易见的。

附图简要说明

在附图中，所有部分和特征都具有类似的标记。附图中的多个图是示意图，其并不一定显示精确的比例或者按照比例画图。

图1为根据本发明的汽化过氧化氢净化系统的实施例的示意图。

图2为图1所示的局部净化系统的控制系统的示意图。

图3为用于净化系统的控制系统网络的示意图。

图4为用于净化系统的控制系统网络的另一个经修改的实施方式的示意图。

发明详述

术语“净化”应理解为包括杀菌、消毒和卫生处理。为了描述本文的优选实施方式，所讨论的目的将为杀菌(如本领域技术人员对该术语的理解)。虽然术语“净化”和“杀菌”可以在本文中交替使用，但本发明的系统和方法可适用于所有水平的生物污染控制，不论其被称为杀菌、净化、消毒或其它。如本领域技术人员所理解的，术语“杀菌剂”和“净化剂”旨在包括所有液体和气体的杀菌剂、净化剂、消毒剂、卫生处理剂。

本说明书和权利要求书中公开的所有范围和比例界限都可以以任意方式组合。可以理解，除非另有具体说明，否则以单数形式提及的项目也可以包括该项目的复数形式。权利要求书中指明的所有组合都可以以任意方式组合。

通过使用VHP系统中的多个净化剂注入位置，最好地实现了大型和/或非均匀的封闭体的净化。随着封闭体的尺寸增加，所需要的过氧化氢也随之增加并且汽化系统的效率也变得更加重要。汽化器的能力以多种方式受到限制。例如，汽化过程产生压力下降，其减少了经过汽化器的气流。这增加了杀菌时间并将封闭体的尺寸有效地限制在能够在可接受的时间内杀菌的尺寸。此外，为了维持杀菌效率，将产生蒸汽的压力限定在过氧化氢以蒸汽状态稳定的压力。

此外，大型封闭体本身造成一些问题。整个腔室内的温度差异需要不同浓度的杀菌剂以弥补冷凝器表面上的冷凝。由于其相对吸收性，封闭体内的物品需要不同浓度的杀菌剂以获得最佳接触。向封闭体内的较远区域泵送蒸汽提高了蒸汽供给管路内的冷凝程度，从而降低了效力。

提高汽化器的尺寸和向汽化器注入过氧化氢的速率可能是有帮助的。然而，较大的汽化器仍然会有浓度变化和冷凝的问题。可选择地，通过从封闭体外部向多个位置注入净化剂，或者通过在整个封闭体内放置多个VHP产生系统，可以通过使用多个净化剂注入点而实现大型和/或非均匀的封闭体的净化。

为了实现目标无菌或净化保证水平，气态和蒸汽杀菌/净化系统依赖于维持某些过程参数。对于过氧化氢蒸汽杀菌/净化系统，这些参数包括过氧化氢的浓度、饱和程度、温度和压力以及接触时间。通过控制这些参数，可以成功地获得期望的无菌保证水平，同时避免由于蒸汽饱和造成的过氧化氢冷凝。

本发明的杀菌系统包括多个净化剂源。所述净化源可以为，例如用于过氧化氢的汽化器(VHP)。每个汽化器被局部控制，并且用于汽化器的控制器通过联通网络互相连接。每个汽化器都提供有本地传感器，用于提供与净化剂浓度和其它过程条件有关的反馈，以允许调节净化注入系统从而将过程条件维持在期望的界限内。此外，还可以调节过程条件和/或设定以允许净化剂浓度的整合，从而可以使净化过程持续至已经在正在净化的整个空间内递送适当剂量的净化剂。

参考图1，多个汽化器32向载气中注入汽化了的过氧化氢。为了简化，示出两个汽化器，每个汽化器均具有相关联的局部控制器。具体净化系统中使用的汽化器的数量部分依赖于封闭体的尺寸和构造。优选通过可调节的计量泵44从筒或储库42抽吸过氧化氢，并以经测定的速率以滴或薄雾的形式注入至汽化器32的被加热的板上。过氧化氢在与板接触时汽化并且被载气流带走。维持板的温度低于过氧化氢发生解离的温度。载气流控制器或导流片38可调节地控制载气的流动。计量泵44和载气流调节器38的调节控制产生过氧化氢蒸汽的速率。

虽然也可以考虑不与过氧化氢反应的其它气体，但优选载气为空气。载气产生器22，例如高压气体的泵或容器向汽化器32供给载气。当空气为载气时，过滤器36除去污染物。优选地，加热器32在载气到达汽化器32前提升载气的温度，从而降低供给管路中的冷凝并提高过氧化氢蒸汽的饱和浓度。任选地，干燥器24或类似装置控制载气的湿度，预热器26对载气进行预热。

供给管路12将载气与汽化了的过氧化氢的混合物从汽化器32运送至封闭体10中。为了降低冷凝的风险，使供给管路12的长度最小化。为了进一步降低冷凝的风险，绝缘体和/或加热器可以在供给管路12周围。任选地，两个或更多个供给管路将每个汽化器连接至封闭体10的两个或更多个区域。

出口62允许封闭体内过量压力的受控释放。任选地，在引入过氧化氢蒸汽前，用真空泵64抽空封闭体。抽空提高过氧化氢蒸汽可被抽入至腔室内的速率，降低过氧化氢蒸汽的供给压力并由此避免冷凝。催化剂66或类似物裂解排出气体中的任何残留过氧化氢。任选地，加热器14提高杀菌前和杀菌过程中封闭体10和其内部的温度。提高封闭体内的温度或至少其表面温度也减少蒸汽冷凝。

可除菌的封闭体包括不含微生物的工作区、冷冻干燥机和药品或食品加工设备。杀菌过程中是否可以实施高杀菌温度和/或抽空取决于封闭体的结构及其内容物的性质。例如，可除菌的工作区通常由不耐高温和低压的非刚性塑料材料构成。相反，食品加工设备在加工操作过程中通常需要耐受高温和高压，并且更容易经调整以提高排空和加热来实现更佳杀菌条件。

过氧化氢被容纳在封闭体10内直至完成杀菌。任选地，真空泵64在杀菌后从封闭体中抽出过氧化氢。这降低了驱散过氧化氢所需要的时间，并且较快地使封闭体恢复有用的活性。

在所例示的实施方式中，汽化器位于远离载气发生器而紧邻封闭体的位置。各汽化器引入过氧化氢的速率是可调节的，从而优化过氧化氢蒸汽在封闭体内的分布。

封闭体内材料的温度和吸收性的差异、封闭体内的流动模式以及封闭体形状属于影响最佳引入速率的因素。控制系统50根据封闭体内的局部条件并根据预定的整合过程设定而调节过氧化氢的引入。多个监测器54监测封闭体10内的条件。监测器包括温度传感器58、湿度传感器72、蒸汽浓度传感器56、空气流动或湍流传感器和压力传感器等。

可以使用多种感应技术来监测封闭体内的过程条件。至少使用一个传感器来测定净化系统内杀菌剂化学品的浓度。在一个实施方式中，杀菌系统使用整合到控制系统中的红外(IR)传感器探针，从而能够监测封闭体内所选位置或封闭体的不同部分的过氧化氢浓度。传感器探针提供红外区内的电磁辐射束，其穿过杀菌封闭体中的净化蒸汽。一些辐射被蒸汽吸收，未被吸收的辐射由对电磁波谱的IR区内的辐射波长敏感的辐射检测器检测。辐射检测器测定被蒸汽吸收的辐射量，并向计算封闭体内的过氧化氢蒸汽浓度的微处理器提供吸收信号。使用IR传感器的监测和控制系统的实例描述在美国专利第5,872,359号中，其通过引用并入本文。

在一个实施方式中，使用近红外(NIR)分光光度法测量杀菌/净化系统内过氧化氢的浓度。测定汽化了的过氧化氢的该方法的实例描述在美国专利第5,600,142、5,847,392和5,847,393号中，其通过引用并入本文。

在另一个实施方式中，通过与净化剂为液体联通的基于半导体的传感器在杀菌循环过程中测量液体或气体净化剂的浓度。传感器模块包括感应元件；和集成电子器件，其响应于与元件所接触的某些化学物质浓度的变化。与模块相关联的电子器件和软件可以被配置为响应于目标化合物。任何基于半导体的传感器模块以及与之相关联的软件(其对用作净化剂的特定液体或气体有选择性并且敏感)可经调整用于本发明。

基于半导体的传感器可以与可通过半导体感应系统检测的任何合适的液体或气体杀菌剂联合使用，所述杀菌剂包括，但不限于环氧乙烷气体、液态和气态过氧化氢、液态和气态甲醛、液态和气态过氧化合物、臭氧、醇、戊二醛、氨及它们的混合物。

一个示例性传感器描述在美国专利第6,844,742号中，其通过引用并入本文。该传感器包括用作传感元件的电容器。电容器的电学性质对系统中使用的杀菌剂化学品作出响应。因此，应该理解，电容器的介电常数依赖于电学“极化性”。极化是分子(例如水分子)在电场中形成偶极的能力或者电场排列或旋转固有偶极的能力。

另一个示例性传感器描述在美国专利第7,232,545号中，其通过引用并入本文。该传感器包括具有与净化系统中使用的杀菌剂化学品相互作用或发生反应的物质的层或涂层的元件，从而将元件的机械运动或移动转化成电信号。该元件可以是移动的或延迟的组件，但在优选的实施方式中，该元件是压电器件，并且更优选地为石英晶体。通过实例方式但非限制，其它压电材料包括Rochelle盐、钛酸钡、电气石、聚偏二氟乙烯和缺乏对称中心的晶体。

控制系统调节杀菌剂向封闭体内的引入。每个局部净化系统包括杀菌剂供给；汽化器；流动调节器；监测器和控制单元。控制单元是经编程以控制局部净化系统的操作的系统微处理器或微控制器。控制单元可以依照任何常规控制器。控制单元优选包括(或连接于)用于储存数据的数据储存装置。

参考图2，示意性地示出用于控制局部净化系统的操作的控制系统50。控制系统50包括控制驱动泵44的电动机的操作的控制器52。控制器52也监测VHP传感器56、压力开关78、VHP温度传感器58、流动元件38和湿度传感器72。控制器52还控制加热器34和汽化器32的操作。

可以提供输入单元74以允许局部净化系统30的使用者输入操作参数。输入单元74通常与多个控制器中发挥主控制器功能的控制器相连。输入单元74可以是有助于系统30的使用者向控制器52输入数据或信息的任何器件，例如通过实例而非限制的方式，该器件可以为键区、键盘、触摸屏、开关或信号。可以提供输出单元76，使得控制器52能够向使用者提供关于系统30的操作的信息。通过实例而非限制的方式，输出单元76可以为打印机、显示屏或LED显示器或信号。控制器52经过编程从而使系统30在某种操作阶段中操作同时保持某种优选的操作条件。

典型的杀菌/净化循环包括干燥阶段、调节阶段、净化阶段和通风阶段。在开始杀菌/净化循环前，使用输入单元74向控制器52提供操作参数。操作参数包括干燥阶段的目标湿度水平、调节阶段的目标VHP浓度、净化阶段的目标湿度水平和目标VHP浓度以及通风阶段的目标VHP浓度。

在单独操作时，每个净化系统30能够在其本身的控制系统50下操作。通过联通缆或者类似物质将控制单元52连接在一起，系统产生整体的网络并且合作起作用。

使各个局部净化系统30响应于主要的局部净化条件，确保被处理的整个空间或封闭体的完全净化，同时确保在对净化剂的递送几乎没有挑战性的区域中不递送过量的净化剂。

参考图3，各个局部控制单元52通过网络80相连。在该实施方式中，网络包括与n个控制单元C₁至C_n中的每一个相连的主控制器82，而控制单元C₁至C_n通过主控制单元82彼此相联通。该网络配置可以称为“主-副”配置，其中主控制器82是主控制单元，而控制单元C₁至C_n是副控制单元。

参考图4，在另一个实施方式中，局部控制单元52连续地彼此相连，从而使该系列的一个终端的控制界面成为通过网络相连的所有单元52的主控制器，并且所有剩余的控制单元接受主控制单元的控制。该网络配置可以称为“同等”配置。例如，控制单元C₁可以作为主控制单元起作用。如果控制单元C₁发生故障、失去动力、难以计算信号或由于其它原因而变得不可操作，则控制单元C₂可以用作后援而成为主控制器。其它控制单元中的任意一个都可以用作主控制器。为了帮助确定哪一个控制单元52最适合用作主控制单元，控制单元可以彼此共享包括自诊断数据和交互诊断数据在内的健康和状态信息。在一个实施方式中，通过目前为主控制器的控制单元来确定主控制器和后援控制器职责的转换。使网络化的控制器自动确定哪一个控制单元是主控制器并自动从该控制单元接收过程条件，极大地简化分布式净化系统的设定和操作。对使用者来说，允许任何数目的控制单元相互连接，简化了设定。

应该理解，虽然已经参考包含过氧化氢和水的杀菌剂对本发明的优选实施方式进行了描述，但包含其它化学成分的杀菌剂也可以用在本发明中。这些其它的化学品可以包括减活化的化学品，包括但不限于选自由以下组成的组的化学品：次氯酸盐、碘伏(iodophors)、季铵盐氯化物(Quats)、酸性消毒剂、醛类(甲醛和戊二醛)、醇类、酚类、过乙酸(PAA)和二氧化氯。

杀菌剂化学品的具体实例包括但不限于液体过氧化氢、诸如过乙酸的过酸、漂白粉、氨、环氧乙烷、含氟化学品、含氯化学品、含溴化学品、汽化的过氧化氢、汽化的漂白剂、汽化的过酸、汽化的过乙酸、臭氧、环氧乙烷、二氧化氯、含卤素的化合物、其它高度氧化性化学品(即氧化剂)及其混合物。

杀菌剂化学品还可以与其它化学品组合，所述其它化学品包括但不限于水、去离子水、蒸馏水、醇(例如叔醇)、含二醇的化合物及其混合物。含二醇的化合物包括，但不限于聚乙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、二醇醚、聚丙二醇、丙二醇、去离子水蒸汽、蒸馏水蒸汽、汽化的醇(例如叔醇)及其混合物。这些化学品可以作为载液或稀释剂。

可由过氧化氢的水溶液产生的蒸汽状过氧化氢(VHP)可以用作净化剂。通过加入溶于过氧化氢的碱性气体(例如氨气)，可以控制净化剂的pH。当与氨气组合使用时，VHP可以被称为改性的VHP或mVHP。VHP和/或mVHP可以是有效的微生物和化学品净化剂，原因是它们可以提供针对多种病原微生物和化学品致病物质的广谱活性，这些病原微生物和化学品致病物质例如嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)、炭疽芽孢杆菌(Bacillus anthracis)和天花病毒等的难以破坏的孢子。它们还可以在室温或室温附近(即约15℃至约30℃)有效，从而使得它们适合用在很少加热或不加热的净化封闭体10中。VHP和/或mVHP可以具有良好的材料兼容性，从而使它们与包括电子设备、软装饰以及黄铜和铬固定装置等在内的多种设备和材料一起使用时是安全的。VHP可以随时间降解成水和氧，其对随后进入净化封闭体10内的人无害。在净化方法完成后可能保留在净化封闭体10内的低水平的过氧化氢(例如约1ppm或更低)可以不被认为是对进入封闭体的人造成危险。

以上描述是本发明的具体实施方式。应该理解，描述该实施方式仅为例示目的，本领域技术人员可以实施多个改变和修饰，而不偏离本发明的精神和范围。旨在将所有此类修饰和改变包括在本发明所要求的范围或者其等同范围内。

Claims (13)

1.杀菌系统，其包括

液体杀菌剂源；

多个汽化器，其以不同的可调节速率独立地向载气中注入汽化了的杀菌剂，每个汽化器包括单独的液体杀菌剂调节器，用于同时、可变且独立地控制向所述汽化器中注入杀菌剂的速率；

至少一条供给管路，用于将杀菌剂蒸汽从每个汽化器运送至待杀菌的封闭体的不同区域；和

相互连接的控制器的网络，其包括(a)多个控制单元，每个控制单元控制相关联的汽化器以独立地调节所述相关联的汽化器注入汽化了的杀菌剂的速率，从而向各个区域提供所选浓度的杀菌剂蒸汽，和(b)主控制单元，其被配置为控制所述网络中的各控制单元从而协调杀菌剂蒸汽的总体注入。

2.根据权利要求1所述的杀菌系统，其中所述主控制单元是所述多个控制单元中的一个。

3.根据权利要求1所述的杀菌系统，其中所述主控制单元是独立于所述多个控制单元的单元。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的杀菌系统，其进一步包括多个监测器，用于检测所述封闭体的各个不同区域内的条件，其中相互连接的控制器的网络根据所检测的所述不同区域内的条件而控制每个汽化器向载气注入汽化了的杀菌剂的速率。

5.根据权利要求4所述的杀菌系统，其中所检测的条件选自温度、压力、相对湿度、空气流速、杀菌剂浓度及其组合。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的杀菌系统，其中所述杀菌剂包含过氧化氢。

7.根据权利要求6所述的杀菌系统，其中所述杀菌剂包含蒸汽状过氧化氢和氨。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的杀菌系统，其中每个汽化器进一步包括载气流调节器，用于独立地控制载气向所述汽化器的流速。

9.用于向封闭体供给汽化了的杀菌剂的方法，其包括：

在第一位置，以第一汽化速率汽化液体杀菌剂以形成杀菌剂蒸汽；

在第二位置，以第二汽化速率汽化液体杀菌剂以形成杀菌剂蒸汽；

向第一位置和第二位置提供载气流；

以独立可调的速率在每个位置将汽化了的杀菌剂注入至载气中；

将所述杀菌剂蒸汽从各个位置运送至待杀菌的所述封闭体的不同区域；和

通过多个相互连接的控制单元控制汽化，每个控制单元控制相关联的汽化器以独立地调节所述相关联的汽化器在每个位置注入汽化了的杀菌剂的速率，从而向每个所述区域提供所选浓度的杀菌剂蒸汽，其中每个控制单元受所述相互连接的控制单元的网络中的主控制单元的控制以协调杀菌剂蒸汽的总体注入。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述杀菌剂包含过氧化氢。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述杀菌剂包含蒸汽状过氧化氢和氨。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述主控制单元是所述多个控制单元中的一个。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述主控制单元是独立于所述多个控制单元的单元。

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