CN1826142A - 二氧化氯的制备 - Google Patents

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蒂莫西·德里克·艾伦
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Abstract

本发明描述了一种制备适用于对医疗器械或牙科器械进行消毒，或者适用于冲洗伤口或皮肤灭菌的含水二氧化氯消毒液流的方法。该方法的步骤有：将第一反应物和第二反应物的液体部分泵送到延伸反应腔(24)的近端以形成反应混合物，所选择的反应物能共同反应而形成含水二氧化氯；在反应腔(24)的远端周围或附近提供水流；继续泵送所述反应物的液体部分，从而使反应混合物流过反应腔而进入水流中以形成含水的二氧化氯消毒液流；其中，选择泵送速率和延伸反应腔(24)的内部尺寸，使反应混合物从反应腔(24)流出时形成二氧化氯的反应基本进行完全；以及继续泵送所述反应物的液体部分，直到已经获得预期量的所述消毒液体；其中每种反应物是采用隔膜泵(90，92)或活塞泵通过压力控制阀(32，34)泵送的，从而使每一液体部分都以基本恒定的压力泵送。

Description

二氧化氯的制备
发明领域
本发明涉及在有所要求时即能产生二氧化氯的方法，以及该方法中采用的二氧化氯发生器。本发明尤其可用于医疗机构中，以产生用于消毒医疗器械和牙科器械，或者用于冲洗伤口或皮肤灭菌的含水二氧化氯液流。
发明背景
二氧化氯是医疗机构，如诊疗室和医院中的一种重要消毒剂。二氧化氯可从以下各种反应物的混合物制得：亚氯酸盐和酸；氯酸盐、过氧化物和酸；以及亚氯酸盐、次氯酸盐和合适的缓冲液。二氧化氯具有优异的消毒和杀菌性质，且已经证明人和动物通过口腔摄入二氧化氯是较安全的。
采用合适的二氧化氯溶液清洗内窥镜和其它医疗器械的方法在欧洲专利No.0,785,719和美国专利No.5,696,046和6,007,772中有所描述，将这些文献的内容以引用方式并入本文。
在用于设备消毒或其它应用时，混合几批二氧化氯溶液并不总是方便的。因此，需要在医疗环境中有所要求时即能产生二氧化氯的装置。
产生二氧化氯的装置在美国专利No.4,534,952和公开号为WO03/000586的国际专利申请中有所公开。然而，这些装置的应用领域例如是纸浆漂白，脂肪漂白，以及水处理。在诸多的这些应用中，可采用诸如硫酸的反应物，理由是二氧化氯溶液中可能存在未反应的反应物和副产物如泡沫。
发明概述
本发明的第一方面提供了一种制备含水二氧化氯消毒液流的方法，该含水二氧化氯消毒液流适用于对医疗器械和牙科器械进行消毒，或者适用于冲洗伤口或皮肤灭菌。该方法包括：
将第一反应物和第二反应物的液体部分泵送到延伸反应腔的近端，所选择的反应物能共同反应而形成含水二氧化氯；
在反应腔远端的周围或附近供给水流；
继续泵送所述反应物的液体部分，使反应混合物流过反应腔，然后进入水流中而形成含水二氧化氯消毒液体流；
其中，选择泵送速率和延伸反应腔的内部尺寸，以使形成二氧化氯的反应在反应混合物流出反应腔时基本进行完全；以及
继续泵送所述反应物的液体部分，直至制得需要数量的所述消毒液；
其中，每一种反应物都是采用隔膜泵或活塞泵通过压力控制阀泵送的，从而使每一液体部分都以基本恒定的压力泵送。
当通过压力控制阀进行泵送时，可分配每一反应物的精确计量部分。这又意味着可将精确计量的二氧化氯注入到水流中以获得二氧化氯浓度适于所要求的特定应用的消毒液。
水流可以是自来水压力下的水，也可以是在适于预期应用的任何其它压力下泵送的。例如，在外科手术中冲洗伤口的应用场合下，可将二氧化氯注入到在低压下从瓶装源泵出的水中。
该方法能以应用所要求的速率连续地向水源中直接注入二氧化氯。当采用自来水时，仅需采用两个单独的泵，在要求采用瓶装水的应用中，需采用三个泵。
液体部分可同时泵送，也可相继泵送。优选液体部分同时泵送。在一种实施方式中，液体部分在低流速的情况下交替地泵送，以及在高流速情况下同时泵送。这种设置便于将各种流速调节到泵的规格范围内。在流速非常低的情况下，相对于一个完全泵送循环所分配的体积而言，可泵送几分之一的体积。优选每一种反应物都以同一速率泵送，以使其等体积混合。
很重要的是，选择反应物以使消毒液在诸如冲洗伤口等应用中成为生理学上可接受的。优选的反应物有亚氯酸盐(特别是亚氯酸钠)和有机酸(特别是柠檬酸、山梨酸和硼酸的混合物)。为了方便的缘故，下文中将参照利用亚氯酸钠溶液作为第一反应物(或碱)，以及利用柠檬酸、山梨酸和硼酸的混合物作为第二反应物(或活化剂)展开描述。然而，应该理解本发明并不限于这一优选实施方式。对于涉及医疗器械消毒的应用，可采用腐蚀抑制剂，尤其是在活化剂中。合适的腐蚀抑制剂在EP 0 785 719中有所描述。这些抑制剂是本发明中优选使用的，但也可使用其它合适的腐蚀抑制剂。
我们已经发现活塞泵和隔膜泵都适用于本发明。与ClO2相接触的泵体和阀门部件都优选采用不锈钢、陶瓷或耐化学品级别的塑料材料如PVDF或PTFE制成。从经济因素考虑，尤其优选的是隔膜泵，为了方便缘故，本文中将参照采用隔膜泵的情况展开描述。隔膜泵优选以PTFE涂覆。
每个泵上都优选装有排放阀，以使泵能被灌注。在一种优选实施方式中，泵是通过步进电动机进行电控制的。尤其优选步进电动机的轴上装配有光学编码器以精确地测定轴的运动。将光学编码器测得的数据输入到电子控制器中，可实现对泵工作的精确测定和控制。这又使得含水二氧化氯可以精确控制的量输入到水流中。
除了精确地控制泵之外，也希望能测定消毒液中二氧化氯的浓度，例如采用离子选择性电极或其它探针来确定二氧化氯的浓度是否落在可接受的范围内，或者引起对工艺参数的调节。此外还优选测定水的流速，并在闭环反馈控制下进行该方法的操作。根据二氧化氯在消毒液中的预期浓度以及流速，对泵进行控制而对反应物进行计量并以要求的速度输送到反应腔中，这一过程是在光学编码器的监控下进行的，在必要的时候可进行动态调节。
探针可连接到处理器上，当测定得到的二氧化氯浓度落在规定的范围内时，该处理器给出视觉或发声信号。例如，白光、绿光和红光可分别代表浓度太低、浓度适当以及浓度太高。
由于受到医疗环境如手术室的空间限制，优选反应腔是曲线型的或弯曲的，使其更紧凑。尤其优选反应腔呈蛇管形式，特别是螺旋蛇管形式。为了方便的缘故，将参照采用螺旋蛇管的形式对本发明展开描述。在蛇管中的优选保留时间为20-40秒，尤其是约30秒。我们发现泵送速率为使ClO2在水中的浓度达到20ppm，当流速为20l/min时，采用内部直径为约4mm，容量为20ml的混合蛇管是合适的；而对于容量为100ml或200ml的较大蛇管(分别达到100ppm或200ppm的浓度)，内部直径为约8mm时运行较好。在每一种情况下，选择蛇管的容量，使得停留时间为约30秒时将使ClO2在消毒液中达到预期浓度。
设置了排放阀，因而可从反应腔内清除反应物和二氧化氯。当不需要二氧化氯时，对反应腔进行清洗，可延长反应腔和有关阀门部件等寿命。在一种优选实施方式中，设置了阀门，因而可采用来自于水源的水冲洗反应腔，该水源也提供了形成消毒液的水流。
产品的型式
ClO2发生器必须能提供符合各种定量配制要求的ClO2。一些情况下要求将ClO2注入到高达400kPa的自来水中；另一些情况下则要求将ClO2注入到在低压下从瓶装水源泵送的水中，例如在外科手术中冲洗伤口的应用情况下。ClO2的浓度和流速将依据其应用场合而有所不同。ClO2的典型浓度范围为5ppm-200ppm，尤其是20ppm-200ppm，而定量配制的水溶液的流速范围则为0-30升/分钟。
产品型式1-将ClO2加入到引入的自来水中，以20ppm的浓度用于内窥镜洗涤消毒机的漂清周期的装置。
产品型式2-将ClO2加入到引入的自来水中，以20ppm的浓度用于内窥镜洗涤消毒机的漂清周期，并将ClO2加入到引入的自来水中，以80ppm的浓度用于净化周期的装置。
产品型式3-将ClO2加入到引入的自来水中，以200ppm的浓度用于内窥镜洗涤消毒机的净化周期中的装置。
产品型式4-将稀释浓度为20ppm的ClO2自动加入到安装在医院多处的自来水循环系统中的“断开”罐体内的装置。安装断开罐体的目的是确保不发生从医院的使用点返回到自来水源的污染。稀释浓度为20ppm的ClO2通常被保养组的人员投到断开罐体中。这种行为可以是自动化的。
产品型式5-尤其用于医院内窥镜清洗室的装置，该装置具有采用4个水槽的清洗系统。水槽1是清洗剂的水槽。水槽2是用过滤水进行冲洗的水槽。水槽3是消毒剂的水槽。水槽4是用过滤水进行冲洗的水槽。每个水槽都具有处于其上方并装在墙上的水龙头。
这种系统通常出现在普遍采用戊二醛的法国。除了考虑ClO2的健康和安全因素之外，还希望停止使用戊二醛，原因是戊二醛并不能有效地破坏CJD朊病毒以及戊二醛具有对人体的毒性。
这一型式向消毒水中提供了剂量为400-2000ppm的ClO2以替代戊二醛。这种机构可安装在水槽下方，ClO2可通过管道连接到装在墙上的水龙头上。
产品型式6-这是以20ppm的浓度供给ClO2的独立冲洗机构，其是一种灭杀生物的机构。典型应用可以是在外科手术、髋部复位手术和牙科手术期间冲洗伤口，以及对脚部易于感染的糖尿病患者的脚部进行清洗和消毒。可移动的冲洗机构通常需要泵送碱和活化剂以及从5升容量的瓶子中泵送无菌水。
产品型式1-3所要求的ClO2的速率取决于洗涤消毒机，产品型式4和5所要求的ClO2的速率取决于自来水流速，而产品型式6则要求ClO2的流速较低，且该流速取决于适合于采用瓶装水源的应用中的泵送速度。
为了使ClO2发生器能满足各种应用的需要，并使储存和成批制备的ClO2的量最小化，混合碱和活化剂并使它们反应30秒的速率决定了可向水源连续供给ClO2的速率。
采用泵输送混合的碱和活化剂的最高流速取决于要求ClO2以200ppm的浓度注入自来水源中的应用。这一浓度要求剂量率为13.3ml ClO2反应混合物/L水。为了防止损坏流量计和ClO2发生器系统的内部构件，优选将流速限制为15-20L/分钟。因此这些应用中的定量加料速率将落在202-270ml/min的范围内。
对于内窥镜洗涤消毒机，发生器制备ClO2的预期最大速率的计算值为40ml ClO2溶液/分钟。这一定量加料速率设定洗涤机需要在冲洗周期中将40ml ClO2的反应混合物于1分钟内注入到30升水中，而需要在净化周期中将160ml反应混合物于4分钟内注入到30升水中。这些浓度所要求的剂量率分别为1.3ml ClO2反应混合物/L水和5.3ml ClO2反应混合物/L水。
由于联合的定量冲洗系统和定量净化系统向洗涤消毒机供给的所有进入机器中的水溶液的最低剂量为20ppm，因此这种净化定量加料速率所采用的ClO2浓度为80ppm而不是200ppm。假定洗涤系统中的细菌生长会被20ppm低剂量的冲洗用水降至最低，则可能采用低于80ppm的ClO2进行净化。
概述：
产品型式1，2，4和6中需要低剂量(约20ppm)。在流速为40ml/分钟的情况下，H2O中的剂量浓度为约1.3ml/L。流速为40ml/分钟时，对冲洗/净化组合产品(型式2)的净化相进行的定量配制将采用的剂量浓度为5.3ml ClO2反应混合物/升H2O。
产品型式3和5中适合采用高剂量(约200ppm)。在H2O中的剂量浓度为约13.3ml/L时，产品型式3中的流速为40ml/分钟，产品型式5中的最大流速为270ml/分钟。
例如在牙科管线和伤口冲洗中使用，或者防止系统中形成生物膜等应用中，可能会要求ClO2的浓度低于20ppm，通常为约5ppm。
在以下的说明书、附图和权利要求书中将呈现出本发明的其它方式和优点。
附图简要说明
现在将参照以下示意图以举例方式对本发明展开进一步描述，图中：
图1是本发明的一种实施方式中制备含水ClO2消毒液流的方法流程图；
图2和3是测定本发明的一种实施方式中制备的消毒液中ClO2浓度的方法的流程图；
图4是本发明的另一种实施方式中制备含水ClO2消毒液流的方法流程图；
图5是本发明一种特别优选方式的方法流程图；
图6是按照图5所示的方法制备含水二氧化氯的装置的透视图；
图7是揭开盖子之后的图6装置的透视图；
图8是打开控制面板和电子面板的图7装置的透视图；
图9是下部隔板移走之后的图8装置的透视图；
图10和11分别以分解图和透视图示出了图8的下部歧管组件；
图12和13分别以分解图和透视图示出了图8的上部歧管组件；
图14是图8中岐管和支架组件的分解图；
图15是与图6的装置一起使用的传感器和收集器装置的透视图；
图16示出了本发明优选实施方式的电结构。
发明详述
参见图1，图中示出了制备医疗器械和牙科器械，或冲洗伤口，或皮肤灭菌用的含水二氧化氯(ClO2)消毒液流的装置。ClO2的浓度会依据预期的应用而有所不同。该装置包括与碱源相连的第一泵(泵A)以及与活化剂源相连的第二泵(泵B)。在该实施例中，碱和活化剂为EP 0 787 719的实施例3所包含的碱和活化剂。当碱和活化剂相混合时进行反应而生成了含水ClO2。反应混合物的pH范围优选为4.5-6.5，尤其是5.5-6.5。
各个泵的输出物质在管状螺旋蛇管(ClO2混合蛇管)的近端汇合，该管状螺旋蛇管充当延伸反应腔。在继续泵送时，反应混合物逐渐穿过混合蛇管而到达蛇管的远端。随着泵送的继续进行，反应混合物在约30秒内穿过混合蛇管，在此期间，形成ClO2的反应基本进行完全。随着进一步泵送的进行，反应混合物被注入到有水流流过的管道中。反应混合物与水混合，形成了含水ClO2消毒液流。依据泵送速度，消毒液中ClO2的浓度可以例如在约20ppm-约200ppm之间变化。通过改变泵送速度、水流速度或反应物的浓度，可获得这一范围之上或之下的浓度。
每个泵都是隔膜泵，其采用弹性体隔膜将液体吸入到泵腔中，或从泵腔中排出液体。隔膜在下行程通过入口阀将液体吸入到腔中，而在上行程通过出口阀排出液体。泵是自吸泵。泵可提供的泵送压力至多为600kPa，可提供的流速范围为0-300ml/min。改进的电动机控制技术加速了电动机的吸入行程，从而将液体输出脉冲降至最低。在该实施例中，泵体和阀门部件是由不锈钢制成的，且隔膜上涂覆有PTFE。可利用各种电动机和编码器选项来驱动和控制泵的操作。在本实施例中，泵在步进电动机的控制下操作，并通过装配在电动机轴上的光学编码器进行监控。光学编码器测定了通过光学传感器的格子线，从而对轴的旋转进行精确测定，并因此精确测定了泵送体积。每个泵的排出容量为约0.5ml/循环。
每个泵上都装配有压力调节器(压力控制阀)，这确保了泵送以基本恒定的背压进行。压力控制阀包括弹簧偏置活塞，泵依靠该弹簧偏置活塞进行工作。这一设置确保了泵以恒定的压力操作，而不管水源的压力如何。为了增加压力控制阀的工作寿命，优选在阀门配件上涂覆PTFE或具有良好耐化学品性质的含氟弹性体材料。在本实施例中，背压为4bar(400kPa)，这与管道中自来水的额定压力相同。所有的泵都受到背压的影响，从而降低了流速。通过设定恒定的背压，泵受到的压力可保持恒定，从而又使每一泵送循环期间发生的排出体积保持基本恒定。因此，该装置能精确控制将被混合并注入到水流中的反应物的量，从而获得了这样的消毒液流，其中ClO2的浓度被控制在医疗或手术机构的特定应用所要求的范围内。在一种优选实施方式中，如果需要，可调节弹簧压力，从而对泵传送的推注体积进行相应的调节。
PTFE管接头将泵的输出端连接到混合蛇管上，采用不锈钢的配件以获得对ClO2的更高耐损伤性。阀门是不锈钢电磁阀，其带有Viton含氟弹性体配件。合适的阀门有Parker Hannifin和Cole Palmer出售的阀门。
混合蛇管是垂直装配的不锈钢螺旋管。根据预期的应用选择蛇管的体积容量。在大多数应用中，混合蛇管的容量为20ml。然而，对于产品型式5，基于优选的混合时间为30秒，因此蛇管的容量可为100ml。蛇管的远端通过T型接头与供水管道相连。三通阀(阀2)使蛇管的顶部与T型接头相分离。两通阀(阀A)能使水被引入到蛇管的基部(近端)。对阀A和B进行操作，使蛇管通向排放而排泄蛇管中的物质以及用水反向冲冼蛇管。在管道上装有流量计，从而可在在软件控制(未示出)下动态地计算和调节ClO2注入水流中的注入速率。在一种优选实施方式中，设置与第一流量计相串联的第二流量计(FM2，如图4所示)，从而确保测定正确的水流量。如果两个流量计测定的流量差值超过预定量，则启动报警条件。
实施例1：
洗涤设备需要将40ml来自于混合蛇管的ClO2溶液以40ml/分钟的速率定量地加入到15升水槽中的冲洗用水中。采用两台泵将碱和活化剂注入到混合蛇管的基部。蛇管的内部体积为20ml。碱和活化剂在30秒后充满了蛇管。在这30秒期间，碱和活化剂充分混合，生成了ClO2。碱和活化剂的泵送继续进行，以将20ml的一小股ClO2以要求的速率40ml/分钟排出混合蛇管而进入处于400kPa压力下的水流中。在输送周期结束时，混合蛇管中仍然充满ClO2。因此可采用软件控制来确定是否在蛇管中保留ClO2，因为可能在预定的期间内需要另一批ClO2，或者采用软件控制来确定是否需用碱或水将ClO2冲洗掉。
实施例2：
洗涤设备需要将160ml ClO2溶液以40ml/分钟的速率定量地加入到洗涤消毒机的两个腔内。严格按照上述实施例的方式进行，但继续以40ml/分钟的速率混合和泵送ClO2，直至已将160ml ClO2分配到水源中。在输送周期结束时，可采用碱或水冲洗混合蛇管，或者可按照要求保留ClO2。
采用探针技术检测ClO2的浓度
采用探针测定范围为1-20ppm的ClO2浓度。这样的探针可置于消毒液流中，用于检测所生成的用于伤口冲洗等应用的ClO2浓度。然而，用于测定高浓度，如浓度范围为100-200ppm的ClO2的探针具有有限的寿命。作为替代采用这类高浓度探针的一种替换方式，在所有应用中均可采用1-20ppm的探针来检测ClO2的浓度。这要求在测定之前先将高于20ppm的额定浓度稀释，测定得到了一个“虚拟”结果而不是从发生器输出的消毒液中直接测定得到的绝对结果。
为测定浓度至多为20ppm的ClO2，可将探针直接插入到定量的水流中，如图2所示。
为测定浓度高于20ppm的ClO2，必须事先将定量的水稀释，并采用一定算法来解释结果。图3示出了一种合适的设置方式。图3中，将消毒液抽吸到稀释腔中并以恰当的比例与淡水相混合，使ClO2的浓度落入探针的测定范围内。在重力自流进料系统中，采用阀门和流量计来控制稀释。或者，可采用泵将恰当量的消毒液和淡水精确地分配到腔体中。
通过改变ClO2的浓度或采用水冲洗系统，时常检查探针在要求的浓度下未变“粘”。
参见图4，图中示出了向洗涤消毒机中供给ClO2消毒液的实施例的另一种设置方式。将碱和活化剂通过过滤器和非回流阀输入到各自的泵中(P1和P2)。为了方便泵的灌注并任选地冲洗该系统，例如当除去结晶体或沉淀时，从自来水管道引出一条管线，从而通过阀门V向泵供给过滤后的自来水。从而，可采用自来水冲洗整个系统，包括泵。
ClO2混合蛇管的远端通过阀门V与ClO2喷射阀相连。反应混合物通过喷射阀注入到自来水中。由于隔膜泵不是连续泵送的，因而在泵处于同相时注入到水源中的ClO2的量会趋于发生周期性变化。通过交替地操作各个泵，可减少这一问题的发生或不再发生这一问题。在本实施例中，为避免嵌入式ClO2探针的即刻测定并非是表征洗涤消毒机的真实浓度，并启动报警条件，将探针置于通过T-接头限流器与主管道连接的小贮液器中。该限流器将大部分的消毒液输送到洗涤消毒机中，但连续地将少量(如3-5％)的消毒液输送到探针所处的贮液器中。贮液器中ClO2的浓度将代表洗涤消毒机中ClO2的浓度。为了留出使足量的ClO2被收集到贮液器中的时间，可将探针置于贮液器顶部附近，从而仅测定最初在贮液器中混合的液体中ClO2的浓度。已经流经探针的液体可排放到废弃物中(如图4所示)或排放到洗涤消毒机中。
或者，可在充满洗涤槽的同时也充满探针所在的贮液器，然后在进行洗涤/消毒之前先激活探针。例如，可同时充满比例为30∶1的15升洗涤槽和0.5升探针所在的贮液器。只有在两者都充满的情况下才测定ClO2的浓度。
现在将参照图5-16描述本发明中一种特别优选的实施方式。在图5所示的流程图中，在携带活化剂和碱溶液通向各自的泵的管道中设置100μm过滤器和检查阀，以确保液体的单向行进。在背压为350kPa的情况下将碱和活化剂泵送到混合蛇管中，碱和活化剂按照前述的方式在混合蛇管中混合并流过混合蛇管。反应混合物经过约30秒的时间到达蛇管的顶部，此时形成ClO2的反应基本进行完全。ClO2溶液通过电磁阀注入到自来水中。如果系统中最初就存在空气，则可通过放气阀排出气体。
在这一实施方式中，定量配制的水溶液出口管线中具有检查阀，其确保了直至压力达到100kPa时水才会通过。这一设置方式确保了系统在使用时总是受压的。
该系统包括灌注和清洗系统的设置。系统的灌注包括开始时采用水填充隔膜泵，使隔膜泵能对液体进行工作，泵有效输送的是液体而不是为隔膜泵带来问题的空气。系统的清洗包括采用水冲洗掉含水ClO2，以防止内表面和ClO2长期接触，而内表面和ClO2的长期接触对增加系统的寿命是不利的。为了启动清洗过程，打开清洗电磁阀，使水流过清洗管线而进入将碱源和活化剂源与隔膜泵相连的管道中。清洗用水流过100μm的过滤器，检查阀确保了清洗用水流经泵而进入到混合蛇管中。关闭ClO2喷射电磁阀，打开清洗出口电磁阀，清洗用水从蛇管中流过并从废弃物出口排出。为了对泵进行灌注而不对蛇管进行清洗，将灌注电磁阀打开，使水流经泵而直接到达废弃物出口。100kPa的检查阀与从清洗入口到废弃物的输出管道相连，从而限制了清洗用水的压力。类似地，设置500kPa的检查阀，将反应产物从混合蛇管排放到废弃物中时，防止在ClO2喷射阀和清洗出口阀关闭的情况下发生压力超出的危险。设置废物排放阀，从而可手动地将蛇管中的物质排放到废弃物中。
参见图6-15，仅采用非限定性的实施例方式对生成ClO2消毒液的装置2的一种特别优选方式展开描述。装置2具有以“C”形截面折叠的不锈钢底盘4和盖子6。在该实施方式中，用户可利用的控制面板10处于装饰性造型8的上方。采用处于盖子6狭槽12中的螺钉(未示出)将盖子6以可拆卸的方式固定在底盘4上。在底盘4的两侧都设置孔14，以用于与进水口、消毒液出口和废弃物出口进行管道连接。通常只利用一侧上的孔，但为了安装的灵活性，在两侧上都设置孔。或者，可通过底盘的底部进行管道连接。在不用于管道连接的孔14中设置索环。本装置可采用底盘4上的固定件126进行墙式安装。
采用可拆卸的固定手段，如本实施例中采用螺栓(未示出)将控制面板10可拆卸地固定到一对突出轴(standoffs)84上。卸下盖子6后，可拆除螺栓，因而控制面板可向外转动，如图8所示。盖子80覆盖着用于操作该装置的电子元件94，包括电磁阀、泵、流量计和瓶子的液面传感器。采用铅酸电池96作为电源发生故障情况下的备用件。在电源发生故障的情况下，电池96将激发电力网毁坏警报并确保有序地切断系统。
在瓶子16和18中装有活化剂和碱溶液。瓶子16和18中的液体流经Tygon柔性管道20，21而进入泵90，92中。管20，21终止于卷轴84处，卷轴(bobbin)84的底部开口，使来自瓶子16，18中的液体进入。每个套管84的底部具有(图5)100μm的不锈钢过滤器，而顶部则具有非回流阀。清洗用水管道22在非回流阀上方与各个套管84的顶部连接，使清洗或灌注用水流经管道20，21并向上流经90，92。
用于输送活化剂的泵90和用于输送碱的泵92分别通过活化剂泵入口26和碱泵入口28与如图10所示的下部歧管组件48相连。碱和活化剂溶液在下部歧管的壳体36中混合，并通过下部蛇管配件30而流入混合蛇管24中。对“活化剂”的压力控制阀32和对“碱”的压力控制阀34使泵90，92具有恒定的背压，如上文中所述。在这种优选实施方式中，碱流和活化剂流“迎面”相遇而进行有效混合，然后被向上转移到与液流相垂直的单通道中。在下部岐管的壳体36的底部设置废物排放阀42，从而可手动地排泄下部岐管的壳体36和蛇管24中的物质。将排放阀42排出的液体收集到托盘82中，并通过托盘82中的排泄孔(未示出)和与排泄孔连接的T形件112而流到废弃物出口108。在下部歧管组件48中还设置了活化剂灌注阀44和碱灌注阀46。灌注阀44，46在灌注泵90，92时打开。下部岐管的壳体36还设置有接收来自上部歧管组件76的废弃液体的废弃物入口38，以及下部岐管废弃物出口40，上部歧管组件76将在下文中展开描述。废弃的液体通过废弃物出口管道102从下部岐管废弃物出口40流向废弃物出口108(图14)。
混合蛇管24的顶部通过上部岐管壳体50上的反应混合物入口68与上部歧管组件76相连。这一壳体50通过从自来水入口54接收来自来水管98的自来水。打开ClO2喷射阀70能将反应混合物注入自来水流中以形成消毒液，该消毒液通过消毒液出口52从上部岐管的壳体50中流出。消毒液流经输出管88而到达消毒液出口106(图9)。在输出管88中设置任选的检查阀86，以确保系统在使用时总是受压的。塞子60堵住了与自来水源相连接的出口。塞子60可以被用于监测液流中ClO2浓度的传感器组件的供应水管道替代，这将在下文有所描述。
清洗用水的入口62与自来水入口管道98相连，从而在入口电磁阀72打开时将灌注或清洗系统的水引入到清洗管线118中。来自入口62的清洗用水流过100μm过滤器116而进入到清洗用水管道22中，以进行前述的泵90，92的灌注和任选进行的清洗。设置清洗入口压力释放阀64以限制清洗用水的压力，在本实施例中，通过将清洗用水转流到到废弃物管道102中而将清洗用水压力限制到100kPa。
设置空气入口56(未示出)以使使空气进入系统，或通过放气阀使空气从系统中排出。
上部废弃物出口58在混合蛇管的顶部通过清洗出口电磁阀74与反应混合物入口68相连接。在清洗系统时打开阀74，将清洗用水从混合蛇管通过废弃物管道102引向下部岐管的废弃物入口38。在本实施例中，平行地设置爆破压力为500kPa的清洗出口压力释放阀66。如果蛇管24中的压力超过规定值，则打开压力释放阀66而将受压的液体排放到废弃物中。
参见图14，上部歧管组件76和下部歧管组件48都通过螺栓79固定在装配支架78上。碱泵92通过碱泵支架部件120固定到装配支架78上。流经自来水入口管道98的自来水受到龙头100的控制，并通过流量计114进行测定。废弃物出口管道102包括顶部被塞子124堵住的T形件122。可拔出塞子124，将T形件124的顶部连接到任选的传感器组件154的废弃物出口，传感器组件154的一个优选实施例将在下文中参见图15进行描述，且可装在底盘中虚线所示的部位(图9)。
传感器组件154的目的在于保持ClO2传感器浸到水中直至取得ClO2的浓度读数，然后冲洗掉ClO2溶液，并将传感器移到洁净水中。由于商业化的ClO2传感器倾向于达到饱和，或者在浸入含水ClO2超过2分钟后会变“盲”，因此这种方式是值得采纳的。这种优选的设置方式确保了能定期地测定ClO2浓度(每次测量的时间小于2分钟)，但传感器132并不会达到饱和。组件154所具有的废弃物出口管道152与废弃物出口管道102中的T形件124顶部相连接。组件154包括与100ml收集器156相连的岐管档块138、传感器单元132和循环泵134。传感器单元132包括其内装有传感器(未示出)的壳体。泵134使液体保持循环通过传感器单元132。检查阀130防止从传感器单元132回流到收集器156中。收集器156具有溢流管道136，其与废弃物管道152相连接。
岐管档块138具有进水口142，其用于在进水口电磁阀146的控制下将清洗用水引入到传感器单元132中。进水口142从上部岐管的壳体50上的出水口接收清洗用水，否则上部岐管的壳体50上的出水口是被塞子60堵住的。出水口电磁阀148控制向废弃物152的液体输出。岐管档块138具有消毒液入口140和与消毒液出口管道88相连的消毒液出口150。因而，消毒液通常流过岐管档块138。对消毒液入口电磁阀144进行操作，将消毒液的通路从入口140转向到收集器156中。当将要采集ClO2浓度读数时，对进水口阀门146进行操作而关闭进水口142。将消毒液入口阀144打开足够长的时间，使消毒液流入到收集器156中用以通过传感器单元的循环，以及打开出水口阀门148，使水离开系统，使消毒液进入系统。收集器156的液体容量远远大于传感器单元132的液体容量，从而使传感器单元132中的水能迅速地被消毒液基本代替。取得ClO2的浓度读数，然后打开出水口阀门148，使消毒液被泵出传感器单元132。然后打开进水口阀门146，使泵入的水通过传感器单元132，直至消毒液被排到废弃物中。在收集器156被排空以及传感器单元132再次充满非定量的水之后，关闭出口阀148。
参见图9，瓶子16，18的每一个都配有液面传感器110。在本实施例中，液面传感器110本身是通过电容测量进行工作的。也可使用其他的液面传感器，如光学传感器。下部隔板(图8)的后面设置有自来水入口104，消毒液出口106，以及废弃物出口108，它们相连于与底盘4一侧的选择孔相通的管道系统，或相连于底盘底部的管道系统。
使装置实现自动化操作的合适手段是电子学领域技术人员公知的。图16以示例性的方式给出了装置优选电路结构的详细情况。控制面板包括输入数据和命令的键盘，用于显示用户信息数据的包括文字与数字的LCD，“警报”LED，显示“瓶子变空”的LED以及“定量配制”的LED，还具有在系统损坏时发出声音报警的发声器。这些功能都由主处理器控制，在本实施例中由Motorola MC68HC11K1 8-bit微控制器控制，该微控制器以扩展模式运行，具有64K闪存和8K RAM。主处理器控制阀门驱动器，步进电动机驱动器，以及传感器单元上的探针泵。主处理器具有RS232和打印机界面以及实时时钟，从而在特定的时间段对定量加料方案进行编程。看门狗处理器，如以扩展模式运行的Motorola MC68HC11K1 8-bit微处理器通过SPI界面与主处理器相连接。看门狗处理器从主处理器接收服务信息，并采用这些信息来验证主处理器是否正确操作。如果监测到错误状态，则看门狗将系统转换到安全模式。该电子装置采用总开关模式的电源提供24V的动力。这向阀门和电动机电路以及瓶子的液面探测器提供了动力。系统的其余部分由单板开关模式的降压调节器产生的5V电压供给动力。主处理器监控24V电源的电压，以验证电压是否落在要求的范围内，如果系统在12V电池电源的动力下运行时则进行探测。主处理器也通过将5V电源施加到ADC参考输入上并与2.5V参照电压相比较，以监测5V电源。
如此，该优选实施方式精确地将反应物泵送到反应蛇管中，从而制得了浓度合适的ClO2溶液，并且在蛇管中的停留时间适当，使得反应基本进行完全。依据所测定的水流速度，可改变泵送速率以确保ClO2在消毒液中的浓度落入特定应用所需的范围内，这一浓度也可以采用合适的探针技术测定。因而，该系统可理想地用于需要精确控制浓度的医疗器械应用中。而且，优选的反应混合物避免了采用强酸，因此具有很好的生理学接受性。
应该理解，本发明为了清楚的缘故在分开的各个实施方式中描述的某些特征，也可以被组合到单个实施方式中。相反，为了简明的缘故而在单个实施方式中描述的各种特征，也可分别单独地采用，或以任何合适的组合方式采用。

Claims (38)

1.一种制备含水二氧化氯消毒液流的方法，该含水二氧化氯消毒液流适用于对医疗器械和牙科器械进行消毒，或适用于冲洗伤口或皮肤灭菌，该方法包括：
将第一反应物和第二反应物的液体部分泵送到延伸反应腔的近端以形成反应混合物，所选择的反应物共同反应而形成含水二氧化氯；
在反应腔远端的周围或附近供给水流；
继续泵送所述反应物的液体部分，使反应混合物流过反应腔，然后进入水流中而形成含水二氧化氯消毒液流；
其中，选择泵送速率和延伸反应腔的内部尺寸，以使形成二氧化氯的反应在反应混合物流出反应腔时基本进行完全；以及
继续泵送所述反应物的液体部分，直至制得需要数量的所述消毒液；
其中，每一种反应物都是采用隔膜泵或活塞泵通过压力控制阀泵送的，从而使每一液体部分都以基本恒定的压力泵送。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的泵在步进电动机的控制下进行操作。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，用于控制各个泵的所述步进电动机的轴上装配有用于闭环反馈控制设置中的光学编码器。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其进一步包括如下步骤：
测定水流的流速，
计算要求加入到水流中而获得ClO2在消毒液中的预期浓度的ClO2用量，以及
在必要的情况下调节泵送速率以获得所述的预期浓度。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其进一步包括如下步骤：
测定消毒液中ClO2的浓度，
将测得的浓度与预期浓度相比较，以及
在必要的情况下调节泵送速率以获得所述的预期浓度。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其进一步包括如下步骤：发出视觉或发声信号来表明消毒液是否落在预期的浓度范围内。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述测定流速的步骤包括测定水流上流位置的第一流速和下流位置的第二流速，而所述方法则进一步包括在第一流速和第二流速的差值超过预定值时启动报警状态。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述延伸反应腔为螺旋蛇管。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，第一反应物是亚氯酸盐的水溶液，而第二反应物是酸性水溶液。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，第一反应物包括亚氯酸钠水溶液，而第二反应物包括柠檬酸、山梨酸和硼酸。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，第二反应物进一步包括铜和黄铜腐蚀抑制剂，钢和铝腐蚀抑制剂以及缓冲剂。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述的铜和黄铜腐蚀抑制剂是重量百分比为0.01-2.0的三唑或苯并三唑。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述的钢和铝腐蚀抑制剂选自如下物质组成的群组：磷酸盐、钼酸盐和硝酸盐，其重量百分比为0.01-5.0。
14.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，第一反应物和第二反应物中的至少一种进一步包括润湿剂、消泡剂或其混合物。
15.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，当混合等量的第一反应物和第二反应物液体部分时，得到的反应混合物的pH范围为4.5-6.5。
16.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，选择泵送速率和反应腔的内部尺寸，以使反应混合物从反应腔的近端流到远端的时间落在20-40秒的范围内。
17.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述的压力控制阀所产生的背压范围为300-500kPa。
18.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述第一反应物和第二反应物的液体部分被同时泵送到所述反应腔中。
19.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述水流流经压力控制阀以确保水处于预期的最低压力下。
20.一种通过第一反应物和第二反应物进行反应而制备含水二氧化氯的装置，所述的含水二氧化氯能被稀释形成适用于对医疗器械和牙科器械进行消毒，或适用于冲洗伤口或皮肤灭菌的消毒液，该装置包括：
连接到所述第一反应物的液体源的第一泵；
连接到所述第二反应物的液体源的第二泵；
具有近端和远端的延伸反应腔；
两个泵的输出端都与所述的近端进行液体连接；
其中操作连接到液体源的泵，开始将第一反应物和第二反应物的液体部分输送到延伸反应腔的近端以形成反应混合物，以及继续操作泵，逐渐将反应混合物通过反应腔输送到远端，然后从远端喷射出反应混合物；
其中各个泵都是隔膜泵或活塞泵，并且在泵和反应腔之间的液体通道中设置压力控制阀，从而以基本恒定的压力泵送各液体部分。
21.根据权利要求20所述的装置，其进一步包括：
与流动的水源相连接的管道，该管道与反应腔的远端进行液体连接，以从反应腔远端接收反应混合物而形成适用于医疗器械消毒或伤口冲洗的含水二氧化氯消毒液流。
22.根据权利要求20或21所述的装置，其进一步包括盛装含第一反应物的液体的第一容器和盛装含第二反应物的液体的第二容器；其中所述第一容器与第一泵的输入端进行液体连接，而所述第二容器与第二泵的输入端进行液体连接。
23.根据权利要求20-22中任意一项所述的装置，其中，所述各个泵都设置有用于灌注泵的排放阀。
24.根据权利要求20-23中任意一项所述的装置，其中，所述各个压力控制阀产生的背压范围为300-500kPa。
25.根据权利要求20-24中任意一项所述的装置，其中，所述的泵设置有用于控制泵操作的步进电动机。
26.根据权利要求25所述的装置，其中，所述控制各个泵的步进电动机的轴上装配有用于闭环反馈控制设置中的光学编码器。
27.根据权利要求21所述的装置，其中，所述管道上设有第一流量计，用于测定来自于水源的水的流速；该装置进一步包括在测得的流速下计算加入到水流中而得到消毒液中ClO2预定浓度的ClO2的加入量的机构，以及在必要的情况下调节泵送速率以获得所述预期浓度的机构。
28.根据权利要求21所述的装置，其中，所述管道在反应腔远端的下游处设置有用于测定ClO2浓度的探针；该装置进一步包括用于在必要的情况下调节泵送速率以使测得的ClO2浓度落入预期范围内的机构。
29.根据权利要求27或28所述的装置，其进一步包括发出视觉或发声信号以表明消毒液是否落在预期浓度范围内的机构。
30.根据权利要求27所述的装置，其中，所述管道设置有与第一流量计串联的第二流量计；该装置进一步包括比较两个流量计输出值而产生比较值，并且在比较值超出预定值时启动报警状态的机构。
31.根据权利要求20-30中任意一项所述的装置，其中，所述的延伸反应腔是螺旋蛇管。
32.根据权利要求20-31中任意一项所述的装置，其进一步包括用于将清洗液体引导到反应腔中以及从反应腔中排出液体的阀门控制机构。
33.根据权利要求21所述的装置，其进一步包括阀门控制的液体连接机构，该液体连接机构设置在反应腔远端上游的管道和反应腔的近端之间，从而将清洗用水输入到反应腔中。
34.根据权利要求33所述的装置，其进一步包括从反应腔引出的阀门控制排放连接机构，该排泄连接机构位于远端处或远端附近，用于从反应腔中将流体输送至排放。
35.根据权利要求28所述的装置，其中，所述的探针位于用于和适于连续收集流经管道的消毒液样品部分的贮液器中。
36.根据权利要求20所述的装置，其进一步包括装在传感器壳体中用于测定二氧化氯浓度的传感器，将水选择性地导入传感器壳体中以使传感器保持潮湿的机构，从传感器壳体中排出液体的机构，以及将所述含水二氧化氯选择性地导入所述传感器壳体中以测定二氧化氯浓度的机构。
37.一种制备含水二氧化氯消毒液流的装置，所述的含水二氧化氯消毒液流适用于对医疗器械和牙科器械进行消毒，或适用于冲洗伤口或皮肤灭菌，该装置包括：
连接到所述第一反应物液体源的第一泵；
连接到第二反应物液体源的第二泵；
所述第一反应物和第二反应物能共同反应形成含水二氧化氯；
延伸反应腔，其包括具有近端和远端的管状螺旋蛇管；
输出端都与所述的近端进行液体连接的两个泵；
与流动水源连接的管道，该管道与螺旋蛇管的远端进行液体连接；
其中对泵进行操作，开始将第一反应物和第二反应物的液体部分泵送到螺旋蛇管的近端以形成反应混合物，以及继续操作泵，逐渐将反应混合物泵送通过蛇管而达到远端，然后将反应混合物从远端喷射到用于与来自于水源的水流相混合的管道中；
其中各个泵都是隔膜泵或活塞泵，并且在泵和反应腔之间的液体通道中设置压力控制阀，从而以基本恒定的压力泵送各液体部分。
38.根据权利要求37所述的装置，其中，所述第一反应物包括亚氯酸钠水溶液，而所述第二反应物包括酸和腐蚀抑制剂，所述的腐蚀抑制剂包括铜和黄铜腐蚀抑制剂，钢和铝腐蚀抑制剂以及缓冲剂；当所述第一反应物和第二反应物等量混合时，得到了pH范围为4.5-6.5的反应混合物；所述的酸包括柠檬酸、山梨酸和硼酸的混合物。
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