ES2885431A1 - Dispositivo de esterilizacion de productos y metodo de funcionamiento del mismo - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de esterilización de productos y método de funcionamiento del mismo. La presente invención se refiere a un dispositivo de esterilización de productos, preferentemente de productos filtrantes como mascarillas o de estructura permeable al aire como por ejemplo textiles, así como también se refiere al método de funcionamiento de este tipo de dispositivo. La invención se basa en una configuración de los electrodos y la capa de material dieléctrico que se sitúan de manera paralela, manteniendo la geometría de ellos y creando una zona de tratamiento de un ancho mínimo entre electrodo de potencial eléctrico bajo y la capa de material dieléctrico, para generar el plasma en la misma zona de tratamiento donde se dispone el producto, sin necesidad de su difusión o trasiego y con una energía mucho menor que permite tratar in situ materiales con riesgo a degradarse.
Description
DESCRIPCIÓN
DISPOSITIVO DE ESTERILIZACIÓN DE PRODUCTOS Y MÉTODO DE
FUNCIONAMIENTO DEL MISMO
La presente invención se refiere a un dispositivo de esterilización de productos, preferentemente de productos filtrantes como mascarillas o de estructura permeable al aire como por ejemplo textiles.
Del mismo modo, la presente invención también se refiere al método de funcionamiento de este tipo de dispositivo.
Antecedentes de la invención
La generación de plasma en un dispositivo para la esterilización de un producto es un método utilizado convencionalmente en la esterilización y desactivación de patógenos en diversos materiales y productos.
La aplicación de la generación de plasma para la esterilización de materiales y productos se basa en un concepto ampliamente conocido de alta ionización de un gas, produciendo electrones libres, iones positivos y negativos, radicales libres, átomos y moléculas en estado fundamental y excitado y otras especies excitadas.
El plasma utilizado para las aplicaciones de esterilización de materiales que pueden degradarse, como son los productos filtrantes o textiles, es el plasma no-térmico, también denominado como plasma frío.
Un posible método de generación conocido de este plasma es por descarga de barrera dieléctrica (DBD) a presión atmosférica, en el que se realizan descargas no térmicas que tienen lugar entre dos electrodos metálicos cuando se coloca entre ellos una o más capas aislantes, normalmente dieléctricas. Para ello se hace necesario realizar descargas con voltajes alternos, teniendo que las capas dieléctricas actúan como limitadores de la corriente, evitando la formación de arcos térmicos y posibilitando la formación de un plasma en el espacio libre que queda entre los electrodos.
Dentro de estos métodos conocidos de generación de plasma no-térmico, descritos ampliamente en el estado de la técnica, se conoce el habitual uso de gases como peróxido de hidrógeno con conocidas propiedades esterilizantes al formarse plasma, pero con el inconveniente de la necesaria aportación de un componente adicional como es el propio gas, la necesidad de realizar el vacío previo, así como la necesaria eliminación de restos de gas, por su gran poder oxidante. Esto encarece la configuración del equipo y su utilización.
El plasma generado en los dispositivos conocidos con aire, a presión atmosférica, crea las especies químicas activas y radiación ultravioleta en una zona próxima a los electrodos y el dieléctrico, debiendo realizar un proceso de difusión o flujo forzado que lleva dichas especies químicas activas al producto objeto de tratamiento de esterilización, tal y como se puede ver en la solicitud de Patente Americana núm. US20130071286.
En esta difusión o trasiego de las especies creadas, estas propias especies químicas activas se recombinan y los fotones ultravioleta más efectivos, como son los de longitud de onda más corta, son absorbidos. Por esto anterior, este proceso de difusión o trasiego disminuye la eficacia del plasma generado cuando llega al producto a tratar, lo que hace necesario el empleo de una mayor potencia en el dispositivo para generar mayor densidad de plasma y conseguir el efecto de esterilización y desactivación de patógenos buscado.
Descripción de la invención
El objetivo de la presente invención es el de proporcionar un dispositivo de esterilización de productos, así como la ejecución de un método de funcionamiento del mismo, que consigue resolver los inconvenientes del estado de la técnica, presentando otras ventajas que se describirán a continuación.
De manera preliminar se pretenden aclarar ciertos términos utilizados, con el objetivo de que no sean interpretados de una manera restrictiva, o que cambios obvios de configuración/aplicación puedan variar la referencia que se ha utilizado en la presente descripción sin que se haya cambiado el objeto de la protección.
Especialmente se quiere hacer referencia a que los productos a esterilizar pueden ser de diferente índole teniendo una especial y relevante importancia en productos que muestren permeabilidad al aire, como los productos filtrantes como mascarillas o de estructura
permeable al aire como por ejemplo textiles, tal y como se mostrará en las realizaciones preferidas, aunque siendo extensible a otro tipo de productos.
Por otro lado, también se quiere aclarar que cuando se habla de productos a esterilizar y reactivar, se incluye cualquier tipo de producto que disponga preferentemente de una estructura permeable al aire, como productos filtrantes, mascarillas, piezas textiles, etc., que además tengan preferentemente una configuración de un espesor pequeño, como los indicados a modo de ejemplo, para permitir el funcionamiento óptimo del dispositivo
De este modo y, acuerdo con este objetivo, con respecto a un primer aspecto, la presente invención se basa en un dispositivo de esterilización de productos, que utiliza un generador de alta tensión por pulsos de frecuencia variable para la creación de plasma no térmico, a partir de aire ambiente, a presión atmosférica, entre dos electrodos con un dieléctrico situado en o entre ellos, realizando un proceso de descarga de barrera dieléctrica.
Ventajosamente, el dispositivo comprende, al menos uno o más conjuntos aplicadores, en donde cada uno de estos conjuntos aplicadores comprende al menos:
o un electrodo de potencial eléctrico alto
o una capa de material dieléctrico de espesor uniforme y geometría paralela al electrodo de potencial alto y al electrodo de potencial bajo;
o un electrodo de potencial eléctrico bajo configurado de manera paralela a la geometría del electrodo de potencial eléctrico alto;
o una zona de tratamiento del producto localizado sobre el material dieléctrico, entre este material dieléctrico y el electrodo de potencial eléctrico bajo; o una conexión eléctrica de los dos electrodos a un generador de alta tensión.
Esta invención dispone también de una manera ventajosa de la zona de tratamiento del producto es la comprendida entre la capa de material dieléctrico y el electrodo de potencial eléctrico bajo, siendo las superficies enfrentadas de estos dos elementos paralelas, con una distancia máxima entre ellas de 30 mm, generando el plasma no térmico en la zona de tratamiento y, por tanto, sobre el producto y en los espacios con aire del interior de este producto;
Esta configuración permite tener un dispositivo que genera plasma no térmico in situ, en el interior del propio producto a tratar, ya que al tener una estructura permeable al aire, el producto tendrá dicho aire en su interior y, al formar parte el producto de la zona de
actividad del plasma, se produce la generación de los factores activos sobre y dentro del producto a ser tratado.
Esta generación in situ de los factores activos, se consigue mediante una disposición de separación mínima y sensiblemente paralela entre la capa de material dieléctrico que, preferentemente cubre al electrodo de potencial alto, y el electrodo de potencial bajo. Esta separación mínima y sensiblemente paralela es utilizada como la zona de colocación del producto, con lo que se consigue esta generación de especies químicas activas y radiación de luz ultravioleta sobre el producto y en su interior. Esto permite un aprovechamiento mayor de dichos factores activos, evitando que se pierdan por recombinación o absorción durante su difusión o trasiego, haciendo necesaria una menor densidad de plasma generado para la esterilización efectiva del producto.
Siguiendo con esto último, al generar el plasma en el interior del propio producto, así como sobre él, se consigue que la tensión eléctrica necesaria para generar una densidad de plasma efectiva que actúe en las zona deseada, es inferior a la tensión eléctrica utilizada en los dispositivos que han de realizar la difusión o trasiego del plasma al producto, y que por la recombinación de las especies químicas y absorción de los fotones de luz ultravioleta, deben generarse en mayor densidad para poder llegar a tener una esterilización efectiva. La generación in situ de plasma, sobre el producto y en su interior, permite el aprovechamiento de la generación de radiación ultravioleta y, por tanto, hacer aún más efectiva la generación del plasma in situ, con lo que el tiempo y la tensión eléctrica utilizada puede verse reducida.
Este menor voltaje utilizado, es fundamental en la presente invención para, por un lado, tener un consumo eléctrico inferior, así como para minimizar el efecto de degradación sobre los productos a tratar, pudiendo realizar la generación de plasma in situ en materiales textiles, mascarillas, productos filtrantes, etc., de mayor vulnerabilidad. Además de esto, una mayor tensión también crearía una mayor degradación de la capa de material dieléctrico, así como la probabilidad de pérdidas de energía por "efecto corona”.
Al tener el dispositivo una diferencia de potencial entre los electrodos, que es la menor posible para sustentar un plasma no térmico estable y, por otro lado, al disponer de un espesor de la capa de material dieléctrico que es sustancialmente mayor que el mínimo para que se produzca una perforación, es decir que se produzca un arco por estrés eléctrico, entonces se garantiza un trabajo estable por mucho tiempo, con lo que el dispositivo es más
fiable y la degradación de componentes y productos sobre los que se actúa es menor que los dispositivos conocidos. Preferentemente se utilizarán espesores de entre 2 y 3 veces el espesor mínimo que se corresponde con la ruptura dieléctrica, teniendo en cuenta que establecer un espesor muy grande puede provocar un disminución de densidad de plasma.
Esta separación mínima paralela de 30 mm entre la capa de material dieléctrico y el electrodo de potencial bajo, que es el espacio de colocación del producto a tratar y el espacio de generación del plasma, es decir, la zona de tratamiento, es la máxima que se puede considerar para no tener que realizar la difusión de los factores activos, si no que se creen en el interior del producto, y no incrementar la tensión eléctrica para la creación de las descargas a unos potenciales que puedan generar una mayor degradación del conjunto.
Estos potenciales de trabajo son preferentemente inferiores a 50kV, teniendo que la separación entre capa de material dieléctrico y el electrodo de potencial bajo, para estos potenciales preferidos, son inferiores a 20 mm. De forma preferida se tiene una separación máxima de 10 mm.
Con respecto a una realización preferida de la invención, el dispositivo comprende un electrodo de potencial eléctrico alto con una geometría sensiblemente esferoidal, al menos parcialmente a modo de huso sensiblemente esferoidal, de dimensiones y proporciones similares a las de una cara humana, y en donde la capa de material dieléctrico y el electrodo de potencial eléctrico bajo, son paralelos al electrodo de potencial eléctrico alto manteniendo la misma forma básica.
Esta forma permite una correcta adaptación de un producto preferido, como es el caso de una mascarilla al espacio reducido de tratamiento, ya que su configuración no plana en forma similar a la de huso esférico, necesitaría un dispositivo con electrodos planos separados más de 30 mm, siendo necesaria la correspondiente difusión o trasiego de las especies químicas activas desde el punto de su generación hasta la mascarilla. Esto, como se ha indicado en la descripción del estado de la técnica hace necesaria la utilización de mayor potencial eléctrico entre electrodos, con lo que la probabilidad de degradación de la mascarilla es mucho mayor.
En esta configuración preferida, con el electrodo de potencial eléctrico alto con forma de huso esférico, se le pueden adaptar de forma bastante ajustada la mayoría de las
mascarillas respiratorias conocidas. Esto permite mantener una configuración de capa de material dieléctrico paralela en la misma forma que el electrodo de potencial eléctrico alto, dejando un mínimo espacio, inferior a 30 mm, como zona de tratamiento con respecto del electrodo de potencial eléctrico bajo, también sensiblemente paralelo a la capa de material dieléctrico, produciendo el efecto de generación de plasma in situ para un elemento poroso no plano como es la mascarilla.
Con respecto a una realización alternativa de la invención, el dispositivo comprende un electrodo de potencial eléctrico alto con una geometría convexa o cóncava próxima a una configuración plana, en donde la capa de material dieléctrico y el electrodo de potencial eléctrico bajo, son paralelos al electrodo de potencial alto, manteniendo la misma forma básica de dicho electrodo la zona de tratamiento formada entre dichos elementos paralelos, la capa de material dieléctrico y el electrodo de potencial eléctrico bajo.
Esta configuración establece una configuración geométrica no-plana del electrodo de potencial eléctrico alto y los elementos paralelos a él, que muestra una forma convexa o ligeramente cóncava pero próxima a la plana, ya que una configuración considerablemente cóncava complica la mecánica y podría hacer que el campo eléctrico no entrara en ciertas zonas del producto.
De manera preferente, y con respecto a cualquiera de las geometrías anteriores, se establece una configuración apilada, con el electrodo de potencial alto situado de manera interior, sobre el que se instala la capa de material dieléctrico, teniendo en la zona más exterior el electrodo de potencial eléctrico bajo y así poder abrir este último para acceder a la zona de tratamiento con su espacio ubicado entre este electrodo de potencial eléctrico bajo y la capa de material dieléctrico, de una manera sencilla y a la sustitución del dieléctrico.
Esta configuración permite acceder con facilidad a la capa de material dieléctrico para así realizar su substitución en caso necesario, y permitiendo, gracias a esta sencillez en su acceso, poder optar por materiales más económicos que deban ser substituidos más asiduamente por su degradación.
Con respecto a una posible realización preferida de la invención, que puede basarse en cualquiera de las realizaciones anteriores, el dispositivo comprende un electrodo de
potencial eléctrico alto recubierto por la capa uniforme de material dieléctrico, tomando a modo de recubrimiento la forma geométrica del electrodo.
Esta configuración preferida cubre el electrodo de potencial eléctrico alto, que es en el que se puede generar el campo eléctrico más intenso, minimizando las posibilidades de degradación del producto a tratar.
De manera también preferente, se tiene que la distancia entre las superficies paralelas de la capa de material dieléctrico y el electrodo de potencial eléctrico bajo, tiene una distancia inferior a 20 mm y de manera aún más preferente inferior a 10 mm.
Esta realización preferente, en la que el espacio para la zona de tratamiento queda definido por esta distancia entre capa de material dieléctrico y el electrodo de potencial eléctrico bajo, es la que se considera más óptima a la hora de conseguir una efectividad de esterilización sobre el producto que se encuentra en la zona de tratamiento entre los dos elementos y un uso de una menor tensión eléctrica entre electrodos en su funcionamiento de generación de plasma.
De acuerdo con una posible realización de la invención, el dispositivo comprende un módulo de agua ozonizada, al que se hace llegar el gas de la zona de tratamiento de cada uno de los conjuntos aplicadores, gas resultante de la creación del plasma y su evolución en el tiempo, mediante un sistema de desplazamiento de dicho gas. Este módulo de agua ozonizada dispone, al menos, de una entrada del plasma y/o gas de la zona de tratamiento a una trampa de agua, consistente en un burbujeador de disolución del ozono en agua, y de un elemento de descarga controlada del agua ozonizada al exterior.
Esta particularidad permite valorizar el ozono, disolviéndolo en agua, la cual es utilizada luego como agente de limpieza de superficies, en sustitución del cloro o el peróxido de hidrógeno, evitando tener que disponer de un sistema de eliminación de este subproducto, el ozono, ya que es un agente tóxico por encima de ciertas concentraciones, según regulaciones normativas, lo que hace tener que disponer de medios para eliminarlo. De este modo, la trampa de agua permite atrapar el ozono para evitar contaminación del ambiente, así como producir agua ozonificada para su uso en desinfección como alternativa a la lejía.
De manera complementaria a lo anterior, y en una realización preferida a este respecto, el
módulo de agua ozonizada dispone de un depósito para el almacenamiento temporal del agua ozonizada producida, pudiendo realizar la descarga de dicha agua ozonizada desde el propio depósito.
El dispositivo está configurado a modo de cámara cerrada la cual contiene en su interior los aplicadores, con lo que se dispone de manera individual o conjunta a todos los aplicadores que se instalen en el interior del dispositivo, de unos medios de apertura de acceso a la zona de tratamiento de cada aplicador.
De manera opcional, el dispositivo comprende un sistema de apertura automatizada gobernada por un sistema de control, así como un sistema de introducción automatizada de los productos en las zonas de tratamiento, actuando sobre los medios de apertura del dispositivo y/o de los aplicadores contenidos, realizando de manera esta introducción y extracción de los productos. Estos medios de automatización de la apertura y de la introducción y extracción de los productos son configuraciones de sistemas robóticos ampliamente conocidos.
El dispositivo puede disponer uno o múltiples aplicadores, pero configurado de manera modular, compartiendo fuente de alimentación, así como otros sistemas comunes como puede ser el módulo de agua ozonizada, quedando el sistema modular a modo de un sistema plug&play que permite una conexión sencilla a los sistemas comunes del dispositivo y permita su funcionamiento de manera prácticamente inmediata. En el caso de comprender múltiples aplicadores en un mismo dispositivo, estos pueden tener geometrías diferentes o idénticas permitiendo la esterilización de diversos productos con diferentes geometrías en un mismo dispositivo.
De manera opcional, el dispositivo puede disponer de un módulo de secado por combinación de un sistema de aire caliente y vacío técnico. Este módulo, utilizado a modo de pretratamiento, permite reducir la humedad adsorbida por las fibras antes de aplicar el plasma.
En una posible realización de la invención, la capa de material dieléctrico es de material fungible, la cual puede ser polimérico o cerámico, disponiendo de medios de sustitución de dicha capa y substitución por una capa nueva. Estos medios de sustitución se basan preferentemente en sistemas de fijación asociados a su fijación al electrodo de potencial
eléctrico alto.
Esto permite la sustitución del elemento de mayor posibilidad de degradación de una manera sencilla, permitiendo con este mantenimiento un funcionamiento fiable del dispositivo y de bajo coste de sustitución.
De manera preferente, los materiales conductores del dispositivo en contacto con el gas son de acero inoxidable o níquel, en tanto que los no conductores serán polímeros inertes, por ejemplo PTFE (Teflón).
Con esto tenemos que estos materiales en contacto con el plasma, tienen una gran estabilidad química ante especies muy oxidantes, concretamente con respecto del ozono.
De acuerdo con el objetivo de la invención, con respecto a un segundo aspecto de la misma, la invención también se basa en un método de funcionamiento de un dispositivo de esterilización de productos, como el mostrado en las características anteriores referentes al primer aspecto de la invención. Este método realiza de manera ventajosa, al menos, las siguientes etapas:
- introducir los productos a tratar en las zonas de tratamiento de cada conjunto aplicador;
- cerrar el conjunto aplicador para que la zona de tratamiento quede en las condiciones de funcionamiento óptimas;
- iniciar la generación de plasma mediante descarga de barrera dieléctrica, creando plasma en la zona de tratamiento de cada conjunto aplicador y, en concreto, en los espacios internos que contienen aire dentro del producto a tratar;
- después del tiempo de generación de plasma, estipulado por el usuario o predeterminado por un sistema de control y automatización del dispositivo, cesar la aplicación del campo eléctrico;
- desplazar plasma creado que va neutralizándose y del gas activo existente en la zona de tratamiento de cada conjunto aplicador, mediante el sistema de desplazamiento hacia el módulo de agua ozonizada, renovando el ambiente del interior de los conjuntos aplicadores;
- En el módulo de agua ozonizada, se hace pasar el plasma y gas anterior por una trampa de agua consistente en un burbujeador, disolviendo el ozono en agua;
- El agua ozonizada se descarga de manera voluntaria mediante el control del usuario
o del sistema de control y automatización del dispositivo.
Este proceso permite una generación de plasma en unas condiciones de eficiencia ya comentadas, pero además una valorización de un subproducto, como es el ozono, que en todo caso debería tener un sistema de eliminación, con lo que además ahorraría un sistema auxiliar al dispositivo.
De manera opcional, el presente método puede disponer de un sistema de desplazamiento del plasma creado y del gas activo, que realice una actuación continuada, introduciendo aire de manera continua desde el exterior hacia la zona de tratamiento y dirigiéndolo al módulo de agua ozonizada.
También de manera opcional, se dispone de una etapa de pre-tratamiento del producto a esterilizar, especialmente interesante en el caso de mascarillas en donde es interesante reducir la humedad adsorbida por las fibras antes de aplicar el plasma. Esta etapa se basa en un secado por combinación de un sistema de aire caliente y vacío técnico.
De este modo, se constituye un dispositivo de esterilización de productos a partir de la generación de plasma no-térmico a presión atmosférica y con utilización de aire ambiente, que gracias a que su geometría permite tener una zona de tratamiento reducida en la que se sitúa el producto y en la que se genera la densidad de plasma suficiente para realizar su esterilización, teniendo un más bajo voltaje entre electrodos. Todo ello creando un dispositivo con un mayor ratio de desactivación de patógenos en el producto, más rápido en su función de esterilización, más seguro en el cuidado de los productos a tratar y con menos consumo eléctrico. Además de esto, el dispositivo de la presente invención permite prescindir de la utilización de gases adicionales y de sistemas de vacío para realizar el proceso a baja presión de manera obligatoria.
Además, en el caso de filtros poliméricos no tejidos, gracias a la realización de la creación de plasma in situ, entre la estructura, fibras o composición abierta del producto, este se reactiva mejorando la adhesión de partículas a dicho filtro y por tanto, su eficacia.
Breve descripción de las figuras
Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que,
esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representan diferentes casos prácticos de realización.
La figura 1 es una vista esquemática en bloques de un dispositivo de esterilización.
La figura 2 es una vista en alzado esquemática seccionada de un actuador.
La figura 3 es una vista en perspectiva esquemática seccionada de un actuador.
La figura 4 es una vista explosionada en perspectiva de un actuador.
Descripción de una realización preferida
En la presente realización preferida de la invención, y tal y como se muestra en la figura 1, el dispositivo de esterilización (10) está formado por un equipo cerrado que contiene un conjunto aplicador (20) dentro de un módulo de esterilización (11) accesible para la introducción y extracción del producto (12) a tratar, en este caso preferido, mascarillas respiratorias. El dispositivo de esterilización (10) dispone también de un generador de alta tensión (13) por pulsos de frecuencia variable al que se conecta el conjunto aplicador (20).
Además, en la presente realización, el dispositivo incorpora un sistema de desplazamiento (15) del plasma creado que va neutralizándose y del gas activo existente en el conjunto aplicador (20), el cual introduce aire en el módulo de esterilización (11) y en el conjunto aplicador (20), para llevar dicho plasma y el gas activo a un módulo de agua ozonizada (14). En este módulo de agua ozonizada (14) comprende una trampa de agua (16) formada por un burbujeador de disolución de ozono en agua, creando un producto de limpieza que puede ser descargado al exterior por un elemento de descarga (17) controlado por el usuario o de manera automática por el sistema de control (18) del dispositivo.
En realizaciones alternativas, el módulo de agua ozonizada (14) puede incorporar un depósito de almacenamiento de dicha disolución de ozono en agua.
Tal y como puede verse en las figuras 2 a 4, el conjunto aplicador (20) comprende un electrodo de potencial eléctrico alto (21) de forma sensiblemente esferoidal para el encaje
del producto (12) en forma de mascarilla. El electrodo de potencial eléctrico alto (21) se encuentra recubierto por una capa de material dieléctrico (22), teniendo esta capa de dieléctrico (22) un espesor uniforme y tomando la forma esferoidal del electrodo de potencial eléctrico alto (21).
El conjunto aplicador (20) dispone también de un electrodo de potencial eléctrico bajo (23) que se encuentra separado como máximo 10 mm de la capa de material dieléctrico (22) de forma paralela a ella y, por tanto, tomando la forma esferoidal de los dos elementos anteriores (21,22). Ambos electrodos (21,23) disponen de una conexión eléctrica (25) al generador (13), formado por una fuente de alimentación de estado sólido basada en transistores IGBT que hacen más fiable y compacto el dispositivo(10). En realizaciones alternativas y con un potencial de trabajo de 50kV se pueden tener separaciones de como máximo 20 mm.
Entre el electrodo de potencial eléctrico bajo (23) y la capa de material dieléctrico (22) paralelos entre ellos, queda este volumen a modo de huso esferoidal uniforme, que forma la zona de tratamiento (24) donde se ubica el producto (12) a tratar, la mascarilla en este caso.
El disponer de una forma esferoidal en todos los elementos anteriores (21 a 24) del conjunto aplicador, permite apoyar la mascarilla en el dieléctrico (22) acoplándose en forma y permitiendo una separación mínima entre dieléctrico (22) y electrodo de potencial eléctrico bajo (23), para crear en la zona de tratamiento (24) una considerable densidad de plasma, aprovechando las especies químicas activas generadas, así como la radiación ultravioleta producida.
Esta generación de plasma in situ, es decir, en el interior de los huecos de las fibras que forman el material filtrante de la mascarilla, que se produce gracias a la configuración geométrica indicada, se ve reforzada porqué las mascarillas respiratorias están realizadas en materiales dieléctrico porosos, con lo que esta mascarilla pasa a formar parte, temporalmente, del conjunto dieléctrico creando los factores activos en el interior de la mascarillas, en lo huecos de sus fibras, así como sobre ella. Esto es gracias a que el aire que la rodea y que está entre sus fibras es el propio gas de generación de plasma, sin tener que generarlo en otro punto y llevarlo hasta su objetivo, perdiendo efectividad en dicho trasiego o difusión, al irse recombinando especies químicas y absorbiendo radiación ultravioleta creada antes de llegar al objetivo.
Además de esto, la realización de la creación de plasma in situ, entre la estructura, fibras o composición abierta del producto (12), hace que se reactive mejorando la adhesión de partículas a dicho filtro y por tanto, su eficacia se ve mejorada.
Como se ha indicado, el dispositivo esterilizador (10) dispone de un conjunto aplicador (20), pero de manera alternativa, puede incluir múltiples conjuntos aplicadores (20), formando un sistema modular plug&play, conectados a los elementos comunes del dispositivo (10), como son los sistemas de conexión eléctrica (25) al generador (13), así como la conexión de entrada y salida de aire del sistema de desplazamiento (15) del plasma y del gas activo.
Dentro de esta opción de disponer de múltiples conjuntos aplicadores (20) tenemos que las geometrías de los elementos paralelos entre sí, que por ese motivo tendrán la misma forma básica, pueden variar de un conjunto aplicador (20) a otro. Las formas pueden ir de un sistema esferoidal convexo como el mostrado en las figuras 2 a 4, a sistemas con geometrías ligeramente cóncavas, no mostrados en las figuras, adaptándose a las diferentes geometrías de mascarillas, así como a otros productos a tratar manteniendo una zona de tratamiento en condiciones como las mostradas aquí de paralelismo entre dieléctrico (22) y electrodo de potencial eléctrico bajo (23), en una distancia mínima.
Con respecto a la realización preferida, los electrodos se tienen realizados en acero inoxidable, aunque otros materiales estables químicamente a la acción de oxidación del plasma pueden ser utilizados, como el níquel. El material dieléctrico utilizado es Teflon ®, aunque puede elegirse otro tipo de material dieléctrico, preferentemente dentro de los polímeros inertes, para cubrir el electrodo de potencial eléctrico alto (21). La capa de material dieléctrico (22) dispone de un sistema de acoplamiento al electrodo de potencial eléctrico alto (21) que cubre, que permite su desmontaje y sustitución para su correcto y sencillo mantenimiento.
En una realización alternativa, el acceso a la zona de tratamiento (24) se realiza de manera automatizada, mediante un sistema automático de apertura, así como de colocación y extracción de las mascarillas en las zonas de tratamiento (24). Este sistema automatizado se encuentra gobernado por el sistema de control, el cual es el encargado del control del generador (13) y de los pulsos generados y del sistema desplazamiento de aire (15) y del módulo de ozonificación de agua (14).
También de manera alternativa, el dispositivo incorpora un módulo de pretratamiento de secado, no mostrado en las figuras, y que dispone de un sistema de aire caliente y vacío térmico, que permite la eliminación de la humedad en las mascarillas.
Dejando a un lado, esta alternativa de realizar un pretratamiento de secado al producto (12), el método de funcionamiento partirá del acceso al interior del dispositivo para una colocación manual o automática de las mascarillas en las zonas de tratamiento (24) de cada conjunto aplicador (20). Después de su cerrado se inicia la generación de plasma mediante descarga de barrera dieléctrica en la zona de tratamiento (24) creando plasma en la zona de tratamiento de cada aplicador y en los espacios internos con aire del producto a tratar.
El plasma se crea sobre la mascarilla y entre sus fibras, consiguiendo con una tensión eléctrica menor una mayor densidad de plasma en la zona de tratamiento (24), que coincide con la zona de generación del plasma, aprovechando de manera más eficaz los factores activos, es decir las especies químicas creadas y la radiación ultravioleta, permitiendo reducir el tiempo de esterilización por dicha generación de plasma in situ en el producto (12) a tratar.
La generación de plasma una vez se va neutralizando se va desplazando junto con el gas activo que queda en la zona de tratamiento (24) hacia el módulo de agua ozonizada (14). Este trasiego se realiza mediante el sistema de desplazamiento (15) ya sea una vez acabado el proceso de generación de plasma, para esta renovación del aire de la zona de tratamiento (24) y la valorización del ozono creado, así como de manera constante, incluso durante el proceso de generación de plasma, para tener nuevo aire exterior que convertir en plasma e ir desplazando al módulo de agua ozonizada (14).
A pesar de que se ha hecho referencia a una realización concreta de la invención, es evidente para un experto en la materia que el dispositivo de esterilización de productos, así como el método de funcionamiento del mismo, son susceptibles de numerosas variaciones y modificaciones, y que todos los detalles mencionados pueden ser substituidos por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas.
Claims (16)
1. - Dispositivo de esterilización de productos, que utiliza un generador de alta tensión por pulsos de frecuencia variable para la creación de plasma no térmico, a partir de aire ambiente, a presión atmosférica, entre dos electrodos con un dieléctrico situado en o entre ellos, realizando un proceso de descarga de barrera dieléctrica, caracterizado por el hecho que el dispositivo (10) comprende, al menos uno o más conjuntos aplicadores (20), en donde cada uno de estos conjuntos aplicadores (20) comprende al menos:
o un electrodo de potencial eléctrico alto (21);
o una capa de material dieléctrico (22) de espesor uniforme y geometría paralela al electrodo de potencial alto (21) y al electrodo de potencial bajo (
o un electrodo de potencial eléctrico bajo (23) configurado de manera paralela a la geometría del electrodo de potencial eléctrico alto(21);
o una zona de tratamiento (24) del producto localizado sobre el material dieléctrico (22) , entre este material dieléctrico (22) y el electrodo de potencial eléctrico bajo (23) ;
o una conexión eléctrica (25) de los dos electrodos al generador de alta tensión; en donde la zona de tratamiento (24)del producto (12) es la comprendida entre material dieléctrico (22)y el electrodo de potencial eléctrico bajo (23), siendo las superficies enfrentadas de estos dos elementos (22 y 23) paralelas con una distancia máxima entre ellas de 30 mm, generando el plasma no térmico en la zona de tratamiento (24) y, por tanto, sobre el producto (12) y en los espacios con aire del interior de este producto (12).
2. - Dispositivo de esterilización de productos, de acuerdo con reivindicación 1, en donde el dispositivo (10) comprende un electrodo de potencial eléctrico alto (21) con una geometría sensiblemente esferoidal, al menos parcialmente a modo de huso esferoidal, de dimensiones y proporciones similares a las de una cara humana, y en donde la capa de material dieléctrico (22) y el electrodo de potencial eléctrico bajo (23), son paralelos al electrodo de potencial eléctrico alto (21) manteniendo la misma forma básica.
3. - Dispositivo de esterilización de productos, de acuerdo con reivindicación 1, en donde el dispositivo (10) comprende un electrodo de potencial eléctrico alto (21) con una geometría convexa o cóncava próxima a una configuración plana, en donde la capa de material dieléctrico (22) y el electrodo de potencial eléctrico bajo (23), son paralelos al electrodo de potencial alto (21), manteniendo la misma forma básica de dicho electrodo la zona de
tratamiento (24) formada entre dichos elementos paralelos, la capa de material dieléctrico (22) y el electrodo de potencial eléctrico bajo (23).
4. - Dispositivo de esterilización de productos, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo (10) dispone de una configuración apilada, con el electrodo de potencial alto (21) situado de manera interior, sobre el que se instala la capa de material dieléctrico (22), teniendo en la zona más exterior el electrodo de potencial eléctrico bajo (23).
5. - Dispositivo de esterilización de productos, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo (10) comprende un electrodo de potencial eléctrico alto (21) recubierto por la capa uniforme de material dieléctrico (22), tomando a modo de recubrimiento la forma geométrica del electrodo (21).
6. - Dispositivo de esterilización de productos, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la distancia entre las superficies paralelas de la capa de material dieléctrico (22) y el electrodo de potencial eléctrico bajo (23), tienen una distancia inferior a 20 mm.
7. - Dispositivo de esterilización de productos, de acuerdo con la 1a reivindicación, en donde el dispositivo (10) comprende un módulo de agua ozonizada (14) al que se hace llegar el gas de la zona de tratamiento de cada uno de los conjuntos aplicadores, gas resultante de la creación del plasma y su evolución en el tiempo, mediante un sistema de desplazamiento (15) de dicho gas; en donde el módulo de agua ozonizada (14) dispone, al menos, de una entrada del plasma y/o gas de la zona de tratamiento (24) a una trampa de agua (16), consistente en un burbujeador de disolución del ozono en agua y de un elemento de descarga controlada (17) del agua ozonizada al exterior.
8. - Dispositivo de esterilización de mascarillas respiratorias, de acuerdo con la 7a reivindicación, en donde el módulo de agua ozonizada (14) dispone de un depósito para el almacenamiento temporal del agua ozonizada producida, pudiendo realizar la descarga de dicha agua ozonizada desde el propio depósito.
9. - Dispositivo de esterilización de productos, de acuerdo con la 1a reivindicación, en donde el dispositivo (10) comprende un sistema de apertura automatizada gobernada por un
sistema de control (18), así como un sistema de introducción automatizada de los productos en las zonas de tratamiento, actuando sobre los medios de apertura del dispositivo (10) y/o de los aplicadores (20) contenidos, realizando de manera automatizada la introducción y extracción de los productos (12).
10. - Dispositivo de esterilización de productos, de acuerdo con la 1a reivindicación, en donde el dispositivo (10) está configurado de manera modular, pudiendo incorporar múltiples conjuntos aplicadores (20) en un mismo dispositivo (10) compartiendo fuente de alimentación, así como otros sistemas comunes.
11. - Dispositivo de esterilización de productos, de acuerdo con la 1a reivindicación, en donde el dispositivo (10) dispone de un módulo de secado por combinación de un sistema de aire caliente y vacío técnico.
12. - Dispositivo de esterilización de productos, de acuerdo con la 1a reivindicación, en donde la capa de material dieléctrico (22) es de material fungible, la cual puede ser polimérico o cerámico, disponiendo de medios de sustitución de dicha capa (22) y substitución por una capa nueva.
13. - Dispositivo de esterilización de productos, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los materiales conductores del dispositivo (10) en contacto con el gas son de acero inoxidable o níquel, en tanto que los no conductores son polímeros inertes.
14. - Método de funcionamiento de un dispositivo de esterilización de productos, como el mostrado en las reivindicaciones de la 1 a la 13, caracterizado por el hecho de que, al menos, realiza las siguientes etapas:
- introducir el producto (12) a tratar en la zona de tratamiento (24) de cada aplicador (20);
- cerrar el conjunto aplicador (20) para que la zona de tratamiento (24) quede en las condiciones de funcionamiento óptimas;
- iniciar la generación de plasma mediante descarga de barrera dieléctrica, creando plasma en la zona de tratamiento (24) de cada conjunto aplicador (20) y en los espacios internos que contienen aire dentro del producto a tratar;
- después del tiempo de generación de plasma, estipulado por el usuario o
predeterminado por un sistema de control y automatización del dispositivo, cesar la aplicación del campo eléctrico;
- desplazar plasma creado que va neutralizándose y del gas activo existente en la zona de tratamiento (24) de cada conjunto aplicador (20), mediante el sistema de desplazamiento (15) hacia el módulo de agua ozonizada (14), renovando el ambiente del interior de los conjuntos aplicadores (20);
- En el módulo de agua ozonizada (14), se hace pasar el plasma y gas anterior por una trampa de agua (16) consistente en un burbujeador, disolviendo el ozono en agua;
- El agua ozonizada se descarga de manera voluntaria mediante el control del usuario o del sistema de control (18) y automatización del dispositivo.
15. - Método de funcionamiento de un dispositivo de esterilización de productos, de acuerdo con la 14a reivindicación, en donde el sistema de desplazamiento (15) del plasma creado y del gas activo, realiza una actuación continuada, introduciendo aire de manera continua desde el exterior hacia la zona de tratamiento (24) y dirigiéndolo al módulo de agua ozonizada (14).
16. - Método de funcionamiento de un dispositivo de esterilización de productos, de acuerdo con la 14a reivindicación, en donde se dispone de una etapa de pre-tratamiento del producto a esterilizar, la cual se basa en un secado por combinación de un sistema de aire caliente y vacío técnico.
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| CN107172796A (zh) * | 2017-05-31 | 2017-09-15 | 江南大学 | 一种圆角矩形轮廓‑球形曲面电极的低温等离子体杀菌处理腔 |
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