CN109701336A - 一种无菌风保护的无菌操作箱及基于该无菌操作箱的无菌处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无菌风保护的无菌操作箱及基于该无菌操作箱的无菌处理方法，经鼓风装置加压的空气通入洗气桶内的微孔曝气装置，水中曝气后空气中的微生物转移到水中产生无菌风，同时电催化杀菌盘在线消杀工作用水，经除湿装置除湿后的无菌风通过无菌操作箱，箱内气压高于箱外气压而使污染源被无菌风持续隔离，无菌操作箱内的无菌环境得以保持。
Description
技术领域
本发明涉及一种无菌风保护的无菌操作箱及基于该无菌操作箱的无菌处理方法，特别是涉及一种产生无菌风并利用正压无菌风持续保持箱内无菌状态的操作箱，为医药科研、医疗器械生产与包装、药品生产与包装、熟食品生产与包装等场合提供持续的无菌操作环境。防止微生物进入机体或物体的方法称为无菌操作或无菌技术，本发明的无菌处理方法是指经过消杀微生物达到无菌操作箱的无菌状态后，通入经灭菌处理的空气气流持续防止箱外空气进入箱内以保持无菌操作箱的无菌状态的方法。
背景技术
目前常见的可持续操作的无菌操作箱有三种，一是利用紫外线消毒的无菌操作箱，二是利用惰性气体置换的真空手套箱，三是利用烟气或蒸汽消毒的无菌操作箱。
利用紫外线消毒的无菌操作箱，对空气中被浮尘遮挡的微生物消杀不够彻底，连续操作工作会因箱体内气压变化而吸入箱外空气造成微生物污染，短时间内须用消毒剂对箱体内进行重复消杀，工作繁琐、运行成本高、微生物污染风险大。
利用惰性气体置换的真空手套箱，因结构复杂而购置成本高，而运行精度高的同时耗用大量惰性气体而导致高昂的运行成本，因惰性气体置换机制繁琐而维护成本高。
烟气或蒸汽消毒的无菌操作箱，因连续使用烟气或蒸气而能耗高，而且烟气的排放会造成污染。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、微生物污染风险低、制作成本低廉、运行成本低、使用范围广、易维护、可持续工作的无菌操作箱。
本发明所采用的技术方案是：本无菌操作箱由鼓风装置(1)、洗气桶进气管(2)、洗气桶(3)、微孔曝气器(4)、电催化杀菌盘(5)、带止回阀的洗气桶进水管(6)、带阀门的洗气桶出水管(7)、洗气桶出气管(8)、除湿装置(9)、操作箱壳(10)、操作口 (11)、操作口盖板(12)、进料口(13)、出料口(14)、进料口盖板(15)、出料口盖板(16)、操作箱进风管(17)、操作箱出风管(18)组成；鼓风装置的出气端与洗气桶进气管连接，洗气桶进气管置于洗气桶顶部一侧，洗气桶进气管延伸至洗气桶内底部与微孔曝气器连接，微孔曝气器置于洗气桶内底部，电催化杀菌盘水平置于洗气桶内中部，电催化杀菌盘底面水平位置高于微孔曝气器顶部水平位置一定高度，带阀门的洗气桶出水管置于洗气桶底部，带止回阀的洗气桶进水管置于洗气桶顶部一侧，洗气桶出气管置于洗气桶顶部另一侧，洗气桶出气管与除湿装置进气端连接，除湿装置出气端与操作箱进风管连接，操作箱进风管置于操作箱壳顶部一侧，操作箱出风管置于操作箱壳顶部另一侧，操作箱进风管与操作箱出风管在操作箱壳顶部位置尽量远离，操作箱壳立面一侧设进料口，操作箱壳立面进料口对侧设出料口，操作箱壳立面剩余两侧的一侧设操作口，进料口设置进料口盖板，出料口设置出料口盖板，操作口设置操作口盖板；进料口盖板可开口对接进料设备，出料口盖板可开口对接出料设备，操作口盖板可开口对接操作设备。操作箱进风管与操作箱出风管在操作箱壳顶部位置尽量远离以保持操作箱内无菌风压降均匀，流动有序。
电催化杀菌盘由盘边框（34）、网盒（33）、催化剂颗粒（32）、正极惰性电极板（31A）和负极惰性电极板（31B）组成；正极惰性电极板和负极惰性电极板材质、形状和尺寸均相，通电极性不同，可互换使用；网盒为中空网面六面体，网盒的网面网眼尺寸小于催化剂颗粒直径，网盒中填满的催化剂颗粒不能漏出，网盒中填满的催化剂颗粒的厚度应在2厘米以上，即保证催化羟基自由基的水体厚度在2厘米以上，因此网盒厚度也在2厘米以上，催化剂颗粒一般表观为直径2-5毫米长度短于10毫米的棒状活性炭，其中富集催化剂，网盒中的催化剂颗粒自然填满而颗粒之间的空隙较大不影响过气效果；盘边框厚度与网盒厚度相同，两块惰性电极板平行置于网盒两侧，惰性电极板高度与网盒厚度相同，电流通过时催化水中氢氧根产生羟基自由基，羟基自由基氧化分解盘内水中及盘体附近水中的微生物，网盒和两块惰性电极板固定于盘边框之内，网盒、惰性电极板与盘边框之间不留缝隙，盘边框固定于洗气桶内壁上，盘边框与洗气桶内壁之间不留缝隙；网盒水平面为矩形或正方形，网盒水平面短边长度大于微孔曝气器产生的水面气泡群的直径，也就是网盒水平投影面须覆盖微孔曝气器产生的水面气泡群的水平投影面。曝气面积大的洗气桶可并联多个网盒单元而形成网盒组式电催化杀菌盘，网盒单元由网盒、催化剂颗粒、正极惰性电极板、负极惰性电极板和绝缘边框（37）组成，如附图5和附图6所示，每个网盒单元的绝缘边框框住惰性电极板和网盒并分别向网盒上、下面延伸相同的高度，绝缘边框由绝缘材料制成，以阻止不同网盒单元中的惰性电极短路，绝缘边框顶边和底边分别距网盒上下面的竖直高度须大于矩形网盒的水平面长边长度或大于正方形网盒水平面一边长度，即绝缘边框的总高度大于网盒的水平面长边长度的2倍与网盒的厚度之和。电催化杀菌盘底面水平位置高于微孔曝气器顶部水平位置一定高度，该高度大于微孔曝气器产生的微小气泡中携带的微生物完全被水捕获的高度，一般在10厘米以上，可依据微孔曝气器的实际曝气捕获效果调整，洗气桶中微孔曝气器产生的微小气泡中携带的微生物完全被水捕获的高度以下的水体空间为捕获区。洗气桶应标有水位高度线，洗气桶的水位高度大于洗气桶水面因气泡连续翻溅而降低的水面高度与电催化杀菌盘顶部水平位置高度之和，即曝气时电催化杀菌盘顶部仍须淹没于连续水面之下；持续运行的场合，因水体蒸发量大而损失较快，洗气桶可外接水源或水箱，以保持水面高度，外接水源或水箱的给水管管口须没入电催化杀菌盘底面以下水中，或让补充水直接注入捕获区，以防止补充水携带微生物污染隔离区和隔离区以上的空间。电催化杀菌盘内水体和电催化杀菌盘上部水体在电催化杀菌盘工作时，因电催化杀菌盘中持续产生羟基自由基消杀微生物而形成无菌隔离区。微小气泡群经过电催化杀菌盘后到达水面破裂，连绵不断的气泡破裂后形成的气流即为无菌风。羟基自由基存续时间短，一般10-9至10-6秒，所以安全且无残留。羟基自由基的强氧化作用可以撕裂DNA，可瞬间破坏微生物的结构，使微生物失去活性。1安培=1库伦/秒，1安培电流的电子数量为6.25×1018个/秒，100微安电流的电子数量为6.25×1014个/秒，而一般城市空气中的菌落浓度小于1×104个/立方米，畜舍空气的菌落浓度可达到2×106个/立方米，按有效鼓风量100立方米/小时计算，则洗气桶的过风量为0.028立方米/秒，在城市空气中捕获菌落的速率为278个/秒，在畜舍空气中捕获菌落的速率为55555个/秒，电催化杀菌盘内的水体分子数量远远大于被捕获的菌落数量，那么100微安电流提供电子作用于水中氢氧根产生的羟基自由基数量是远远大于被捕获的菌落数量的，因此电催化杀菌盘内惰性电极板之间的电场电流可以控制在100微安以下；羟基自由基的氧化电位为2.8eV，因此惰性电极板之间电压可控制在10伏特以下；随着电催化杀菌盘中电场的存续，水中羟基自由基不停的产生而又瞬间消失，但惰性电极板之间的强氧化作用持续存在，随水体翻腾在网盒中的微生物不断被破坏、分解，然后消逝。惰性电极板会因电解水而产生少许气泡，这一现象对系统无影响。
鼓风装置如气泵、鼓风机、风泵、空气压缩机等使空气流速和压强明显增加的机械装置。
除湿装置如除湿机、除湿器、含干燥剂的除湿装置等，但要求其气流流道可耐摄氏130度的高温，在湿度要求不高的场合也可不使用除湿装置。
微孔曝气器是常见的工业废水和生活污水处理用曝气设备，作用是向水中充氧，常见型号均可纳入本发明使用的筛选范围，本发明可通过增大微孔曝气器产生微小气泡群至电催化杀菌盘的行程来弥补曝气质量的不足。当然，微孔曝气器曝气气泡直径越小，捕获微生物的效率越高，同时兼顾较大的通气量和较小的阻力以降低能耗。
本发明从鼓风装置到操作箱出风管为一个完整的密封系统，该系统运行时须保证系统内气压始终大于系统外气压，即系统内空气最低压强与系统外大气压强差大于零，也就是正压差简称正压；如果系统内产生负压，系统外空气会进入系统内造成微生物污染。系统运行时由鼓风装置吸入系统外空气，鼓风装置加压后气流顺次沿各组件前进，至操作箱出风管排出系统，洗气桶进气管内气压最高，操作箱出风管内气压最低，操作箱出风管内气压须大于系统外大气压。系统内最低气压测试简单，在各组成部件对接处须严格密封，防止漏气，操作口盖板、进料口盖板和出料口盖板对接相应操作设备也须做好密封，对接的操作设备动作时对接处允许少量漏气，但须保证操作箱出风管管口有一定的持续出风风量，手感有明显持续压力的气流流出即可，这样可以保证各对接处即使有小漏气点也是正压出风，起到防止箱外空气被倒吸进入系统的作用。本发明的鼓风装置、微孔曝气器、除湿装置的制作或购置成品的筛选均以操作箱出风管管口出风风量和风压为参数倒推计算，洗气桶、微孔曝气器、除湿装置、各管路均有压力损耗，需要计算与实测兼顾以保证系统末端有足够的出风风量或出风风压。连续工作时间长的场合，操作箱出风管管口需加装风速计或气压计，风速计或气压计读数变化较大需停机检查各组成部件及对接处的密封情况、管路堵塞情况、鼓风装置的出风压强和风量、微孔曝气器的堵塞情况、洗气桶的水位高度等，故障排除后按照系统操作程序重新启动运行。
本发明的系统运行过程是：首先检查各组成部件对接处的密封情况，然后关闭带阀门的洗气桶出水管的阀门，由带止回阀的洗气桶进水管注水，水位达到洗气桶水位高度，全系统开机运行检测操作箱出风管管口出风压强或出风风量，确认系统密封合格关闭鼓风装置，电催化杀菌盘继续通电运行，几分钟后使高温蒸汽经带止回阀的洗气桶进水管持续通入系统中，进行系统整体消杀灭菌，此时电催化杀菌盘的运行起到了隔离作用，消杀灭菌持续20—30分钟再启动鼓风装置，微孔曝气器曝气后停止通入高温蒸汽；鼓风装置再启动后，系统外空气经过洗气桶进气管被压入微孔曝气器，气流通过微孔曝气器被分隔成大量微小气泡群由水中翻滚而上，微小气泡群上浮过程中各个微小气泡中的空气与连续液相的水激烈接触进行气液传质，微小气泡中携带的微生物在捕获区完全被液相水捕获，微生物转移到水中，捕获区高度低于电催化杀菌盘底面高度，上浮至电催化杀菌盘底面的气泡已经不含微生物；在电催化杀菌盘中翻腾的水体中的氢氧根因电催化杀菌盘电场催化而持续产生大量羟基自由基，羟基自由基瞬间作用于水体中的微生物，破坏微生物结构，使微生物失去活性，形成以电催化杀菌盘为分界层的隔离区，即电催化杀菌盘盘内水体和盘面以上水体为无菌区，该无菌区同时起到隔离作用，电催化杀菌盘底面以下水体含有被液相水捕获的活性微生物，已不含微生物的微小气泡群经过电催化杀菌盘后到达水面破裂，连绵不断的气泡破裂后形成的气流即为无菌风，此时无菌风湿度饱和并因大量微小气泡在水面破裂而夹带雾沫，大尺度的雾沫会溅射到洗气桶桶壁上，湿度饱和的无菌风经洗气桶出气管流入除湿装置，除湿后的无菌风经操作箱进风管进入操作箱，使操作箱内的气压升高，操作箱出风管管口气压最低，无菌风被压差推动从操作箱出风管流出，也有少量无菌风从局部漏气点流出，操作箱出风管管口可测到明显高于操作箱外大气压的气压或明显的出风风量，操作箱外空气无法进入操作箱，操作箱内的无菌工作面和无菌工作物体被无菌风隔离，无菌风连续不断通过，操作箱内的正压差保持，则无菌状态被持续保持，操作箱内的无菌工作效果得以保持。
系统操作程序是：1.检查系统密封；2.向洗气桶注水；3.全系统开机运行；4.检测操作箱出风管管口的出风压强或出风风量；5.单独关闭鼓风装置；6.持续通入高温蒸汽20-30分钟；7.启动鼓风装置，停止通入高温蒸汽；8.检测操作箱出风管管口的出风压强或出风风量；9.运行中检测操作箱出风管管口的出风压强或出风风量，查看洗气桶水位高度，检查系统密封情况；10.运行结束全系统关机，将洗气桶内的水排干。
本发明的无菌处理方法是：被加压成连续气流的空气经过水中曝气去除微生物产生无菌风，无菌风正压有序流过无菌操作箱隔离污染源，持续保护无菌操作箱内的无菌环境，同时在线消杀曝气用水。 本发明的无菌处理工艺流程图如附图7所示。
本发明的有益之处在于以空气作为主要耗材，运行成本低廉，易操作，不使用化学试剂，无污染排放。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明具体实施方式一的正视图。
图1中1.鼓风装置，2.洗气桶进气管，3.洗气桶，6.带止回阀的洗气桶进水管，7.带阀门的洗气桶出水管，8.洗气桶出气管，9.除湿装置，10.操作箱壳，11.操作口，12.操作口盖板，13.进料口，14.出料口，15.进料口盖板，16.出料口盖板，17.操作箱进风管，18.操作箱出风管，19. 洗气桶进气管气流方向，20. 洗气桶出气管气流方向，21. 操作箱进风管气流方向，22. 操作箱出风管气流方向，23.操作口盖板上的操作手套接口，24.剖面A—A位置及方向，25. 剖面B—B位置及方向，26. 剖面C—C位置及方向，27. 剖面D—D位置及方向。
图2是本发明具体实施方式一的三视图，包括正视图、俯视图和侧视图，其中的正视图（42）与图1相同。
图2中2.洗气桶进气管，3.洗气桶，6.带止回阀的洗气桶进水管，7.带阀门的洗气桶出水管，8.洗气桶出气管，9.除湿装置，10.操作箱壳，12.操作口盖板，14.出料口，15.进料口盖板，16.出料口盖板，17.操作箱进风管，18.操作箱出风管， 22. 操作箱出风管气流方向，42.正视图，43.俯视图，44.侧视图，45. 操作箱进风管气流方向，46. 洗气桶出气管气流方向，47. 操作箱进风管气流方向。
图3是本发明具体实施方式一的电催化杀菌盘的三视图。
图3中28.电催化杀菌盘的正视图，29.电催化杀菌盘的侧视图，30.电催化杀菌盘的俯视图，31A.正极惰性电极板，31B.负极惰性电极板，32.催化剂颗粒，33.网盒，34.盘边框。
图4是本发明具体实施方式一的电催化杀菌盘的正视图和剖面图L—L。
图4中28.电催化杀菌盘的正视图，31A.正极惰性电极板，31B.负极惰性电极板，32.催化剂颗粒，33.网盒，34.盘边框，35.剖面L—L的位置和方向，36. 剖面图L—L。
图5是本发明涉及的网盒组式电催化杀菌盘的正视图和剖面图H—H。
图5中31A.正极惰性电极板，31B.负极惰性电极板，32.催化剂颗粒，33.网盒，34.盘边框，37.绝缘边框，38.网盒组式电催化杀菌盘正视图，39.剖面图H—H，48.剖面H—H位置和方向。
图6是本发明涉及的网盒组式电催化杀菌盘的三视图。
图6中34.盘边框，37.绝缘边框，38.网盒组式电催化杀菌盘正视图，40. 网盒组式电催化杀菌盘俯视图，41.网盒组式电催化杀菌盘俯视图。
图7是本发明的无菌处理工艺流程图。
图8是本发明具体实施方式一的剖面图A—A。
图8中3.洗气桶，4.微孔曝气器，5.电催化杀菌盘，10.操作箱壳。
图9是本发明具体实施方式一的剖面图B—B。
图9中1.鼓风装置，2.洗气桶进气管，3.洗气桶，5.电催化杀菌盘。
图10是本发明具体实施方式一的剖面图C—C。
图10中1.鼓风装置，2.洗气桶进气管，3.洗气桶，4.微孔曝气器。
图11是本发明具体实施方式一的剖面图D—D。
图11中10.操作箱壳，11.操作口，12.操作口盖板，13.进料口，14.出料口，15.进料口盖板，16.出料口盖板，17.操作箱进风管，23.操作口盖板上的操作手套接口。
具体实施方式
具体实施方式一
一种用于包装熏鸡的无菌风保护的无菌操作箱，如图1、图2、图3、图4、图8、图9、图10、图11所示，本实施例的无菌操作箱由鼓风装置（1）、洗气桶进气管（2）、洗气桶（3）、微孔曝气器（4）、电催化杀菌盘（5）、带止回阀的洗气桶进水管（6）、带阀门的洗气桶出水管（7）、洗气桶出气管（8）、除湿装置（9）、操作箱壳（10）、操作口（11）、操作口盖板（12）、进料口（13）、出料口（14）、进料口盖板（15）、出料口盖板（16）、操作箱进风管（17）、操作箱出风管（18）、操作口盖板上的操作手套接口（23）和密封对接的操作手套组成。本实施例的无菌操作箱进料口对接熏鸡熏炉出料口。熏鸡煮熟时间一般3个小时左右，然后少时控干表面鸡汤挂入熏炉用糖烟熏制；经历3个小时的煮制已达到通体无菌的效果，糖的升华温度高达摄氏180度，控干水份和拿取的时间不超过20分钟，熏炉中的糖烟可以完全杀灭控干水份和拿取过程中沾染的微生物。无菌操作箱系统运行前将消过毒的塑封袋和封口夹置于箱内工作面上，无菌操作箱和熏炉同时运行，无菌操作箱进料口对接熏鸡熏炉出料口处做好密封，熏鸡从熏炉移入无菌操作箱时可略加大风压，移入后立即关闭进料口盖板，进料口盖板为抽插式，进料口盖板少时暴露于空气中可喷涂浓度1%的双氧水溶液后关闭，因熏炉内余存高温糖烟，该过程不会沾染微生物。进料口盖板关闭后，按系统操作程序运行系统，运行至熏鸡冷却至常温即可伸手入操作手套进行装塑封袋的操作，装袋后用封口夹夹住袋口，根据箱体体积一批次可包装多只熏鸡。装袋完成后打开出料口盖板取出装好的塑封袋进行抽真空封口操作。本实施例制作的实体无菌操作箱已经生产80个批次，每批次包装15只熏鸡，单批次产品留样90天无发霉腐败现象。
Claims (6)
1.一种无菌风保护的无菌操作箱及基于该无菌操作箱的无菌处理方法，本无菌操作箱由鼓风装置(1)、洗气桶进气管(2)、洗气桶(3)、微孔曝气器(4)、电催化杀菌盘(5)、带止回阀的洗气桶进水管(6)、带阀门的洗气桶出水管(7)、洗气桶出气管(8)、除湿装置(9)、操作箱壳(10)、操作口 (11)、操作口盖板(12)、进料口(13)、出料口(14)、进料口盖板(15)、出料口盖板(16)、操作箱进风管(17)、操作箱出风管(18)组成；鼓风装置的出气端与洗气桶进气管连接，洗气桶进气管置于洗气桶顶部一侧，洗气桶进气管延伸至洗气桶内底部与微孔曝气器连接，微孔曝气器置于洗气桶内底部，电催化杀菌盘水平置于洗气桶内中部，带阀门的洗气桶出水管置于洗气桶底部，带止回阀的洗气桶进水管置于洗气桶顶部一侧，洗气桶出气管置于洗气桶顶部另一侧，洗气桶出气管与除湿装置进气端连接，除湿装置出气端与操作箱进风管连接，操作箱进风管置于操作箱壳顶部一侧，操作箱出风管置于操作箱壳顶部另一侧，操作箱壳立面一侧设进料口，操作箱壳立面进料口对侧设出料口，操作箱壳立面剩余两侧的一侧设操作口，进料口设置进料口盖板，出料口设置出料口盖板，操作口设置操作口盖板；进料口盖板可开口对接进料设备，出料口盖板可开口对接出料设备，操作口盖板可开口对接操作设备。经鼓风装置加压的空气通入洗气桶内的微孔曝气装置，水中曝气后空气中的微生物转移到水中产生无菌风，同时电催化杀菌盘在线消杀工作用水，经除湿装置除湿后的无菌风通过无菌操作箱，箱内气压高于箱外气压而使污染源被无菌风持续隔离，无菌操作箱内的无菌环境得以保持。
2.根据权利要求1所述的一种无菌风保护的无菌操作箱及基于该无菌操作箱的无菌处理方法，其特征在于：所述的洗气桶内置微孔曝气器和电催化杀菌盘，并盛装工作用水。
3.根据权利要求1所述的一种无菌风保护的无菌操作箱及基于该无菌操作箱的无菌处理方法，其特征在于：所述的电催化杀菌盘由盘边框、网盒、催化剂颗粒、正极惰性电极板和负极惰性电极板组成，或由盘边框和多个网盒单元组成。
4.根据权利要求1所述的一种无菌风保护的无菌操作箱及基于该无菌操作箱的无菌处理方法，其特征在于：所述的基于该无菌操作箱的无菌处理方法是被加压成连续气流的空气经过水中曝气去除微生物产生无菌风，无菌风正压有序流过无菌操作箱隔离污染源，持续保护无菌操作箱内的无菌环境，同时在线消杀曝气用水。
5.根据权利要求3所述的电催化杀菌盘，其特征在于：所述的催化剂颗粒经水中电场催化产生羟基自由基。
6.根据权利要求3所述的电催化杀菌盘，其特征在于：所述的网盒单元由网盒、催化剂颗粒、正极惰性电极板、负极惰性电极板和绝缘边框组成。
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