消毒柜方案开发
一、干燥消毒柜与其它类型消毒柜的比较
1.1高温食具消毒柜的特点
高温消毒通常采用乳白石英发热管加热，以远红外线直接辐射和空气对流的形式，将柜内各处物品和空气升温至120℃以上，保持时间大于15min。在高温干热空气中，细菌、病毒产生氧化性破坏而被杀灭。高温干热式消毒只适用于耐温性能大于150℃以上物品的消毒，对塑胶制品基本不适应。由于消毒温度高，为节省能耗并保持外壁温升不超标，高温消毒柜都采用夹层式保温结构，因而柜体材料耗用量较大，保温层所用发泡剂还要考虑环境保护问题。
1.2臭氧食具消毒柜的特点
臭氧消毒柜最显著的特点是工作温度较低，适合于多种材质的食具。臭氧消毒通常采用中频或高频、高压放电式臭氧发生器，或臭氧紫外灯等臭氧源，在密闭的容积内产生一定浓度的臭氧，并使臭氧浓度保持一定的时间。臭氧的强氧化作用充分破坏细菌、病毒及微生物的组织后达到杀菌的效果，空气湿度越大，消毒效果越好。臭氧是一种很不稳定的气体，在室温下的空气中臭氧的气相半衰期为20～50min，30℃时开始热分解，40～50℃产生显著分解；臭氧还有一定的毒性，对人的呼吸系统粘膜有刺激作用，并能使血液中的血红蛋白凝固，人吸入一定量的臭氧后会产生咳嗽、头晕等症状。因此臭氧消毒的理想工作状态是:在具有较大湿度的常温下达到要求的浓度并保持一定的时间，然后转加热升温至50℃以上使臭氧完全分解，烘干被消毒食具，消除细菌再次繁殖的条件。由于符合消毒柜湿、热工作环境要求的臭氧发生器成本较高，柜体要求耐腐蚀、密封性好，必须设置臭氧泄漏防护安全装置，但控制电路较复杂。
1.3干燥食具消毒柜的特点
干燥消毒是一种热力消毒，其工作温度能适应多种材质的物品，柜体一般不设保温层，烘干食具过程中无任何副作用。如果其消毒效果也能满足要求，则将是一种理想的、既可弥补高温消毒和臭氧消毒不足，又可降低成本、节约电能的消毒方法。干燥消毒柜的研究目标就是采用何种热源、如何达到满意的消毒效果。
二、干燥消毒柜的工作原理及消毒效果分析
2.1消毒效果要求
中华人民共和国国家标准GB14934-94《食(饮)具消毒卫生标准》中食具物理消毒后的感官指标是:表面无油渍、无水渍、无异味；细菌指标是:采用发酵法检测，每100cm2滤纸片检出大肠菌群个数<3，采用纸片法不得检出大肠菌群。对于消毒柜产品质量检测，一般采用人工染菌法进行消毒效果项目的检验，相应的要求指标是:对大肠杆菌的杀灭率≥9919%。
2.2低温消毒的理论依据
热力灭菌在干热和湿热两种条件下的作用原理或杀菌过程是不同的。在湿热条件下，例如饱和蒸气，微生物的杀灭是因为酶结构及蛋白质的不可逆转变性，其变性温度与含水量成反比。例如，鸡蛋蛋白质的白蛋白凝固参数如下:白蛋白+50%水份，凝固点56℃；白蛋白+25%水份，凝固点74～80℃；白蛋白+0%水份，凝固点160～170℃。含水份0%即干热消毒的温度之所以如此之高，是因为其杀菌过程有了本质改变，一般认为干热消毒是一种细胞成份的氧化过程。根据国外的有关专业消毒文献介绍，繁殖体型微生物(如大肠杆菌、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌等)在湿热条件下，80℃时10min，73℃时15min不能存活，绝大多数病毒在60℃时，20min内失活。医疗上有对不耐热的器械用恰当温度的水消毒清洗，要杀灭细菌繁殖体或灭活包括甲型肝炎(HIV)在内的大多数病毒，水温70～100℃，浸泡时间5～10min即可。
2.3干燥消毒试验
（1）具有发泡保温层的干燥消毒柜的消毒效果:容积50L，采用130W发热管，加热时间53min，然后保温至80min时开门取物，分干热和湿热两种情况。干热消毒前，食具上的水完全擦干，消毒前柜内湿度70%，进行了五次人工染菌消毒效果试验，结果在工作温度最高8015℃，60℃以上时间达45min的测试点，大肠杆菌杀灭率<9919%。湿热消毒时，食具倒去积水后放入柜内，消毒前湿度达93%，消毒后湿度85%，三次消毒试验结果:在最高温度82℃，60℃以上保持时间30min的测试点杀灭率≥9919%。
（2）热风外循环干澡消毒柜的消毒效果：容积56L，加热功率230W，热风机由外界吸入空气，加热后吹向食具，蒸发的水汽从门缝排出柜外。食具清洗后倒去积水放入柜内，消毒前柜内湿度90%，消毒后湿度仅70%，连续加热时间90min，柜内最高温度5611～6515℃，50℃以上保持时间60min，杀灭率<9919%。此外，往外排气通道的孔隙足以爬入蟑螂等昆虫的缺陷也使食具有二次污染的危险。
（3）热风内循环式干燥柜的消毒效果：热风内循环与外循环相比的特点是不与外界进行空气交换，温升更快，柜内大湿度环境可保持更长时间，并杜绝了由昆虫产生的二次污染。食具水份依靠排气孔和温度较低的柜壁冷凝作用而消除。
在75L柜中的试验结果:加热功率230W，食具洗净倒去积水后放入柜内，消毒前湿度92%，消毒后湿度85%，环境温度2315～27℃，不停机连续工作60min，最高工作温度5917～7213℃，50℃以上保持时间40min，三次试验对大肠杆菌的杀灭率均≥9919%。
由于没有隔热保温层，柜内温度受环境温度的影响仍较大，为保证在标准检测温度20±5℃的极限条件下仍能达到消毒要求，加热功率必需留有余量。将加热功率提高至350W，并设控温器使柜内最高温度低于85℃，重新进行测温升及消毒效果试验，三次试验在室温25～29℃下进行，消毒前湿度92%，消毒后湿度80%，结果在升温35～40min时，控温器开始跳动，将柜内最高温限制在70～82℃，最低温度限制在60～68℃之间，工作60min后切断电源，60℃以上保持时间30min，测得各点的大肠杆菌杀灭率均≥9919%。在冬季室温15℃条件下再次进行试验，消毒前湿度92%，连续加热60min，控温器未动作，柜内最高温度为60～70℃，50℃以上保持时间40min，消毒后湿度85%，杀菌率仍≥9919%。
（4）无风自然对流加热式干燥消毒柜的消毒效果：将发热管或加热片设在消毒柜的底部，依靠自然对流传热方式对食具进行干燥消毒的最大优点是省去了风机系统，使产品成本明显下降。缺点是自然对流的传热效果比热风循环差，柜内各部位的温差较大，导致在温差最大的两极可能或是超过允许温度，或是杀菌、干燥效果不佳。
在75L柜中的试验结果:加热功率280W，采用特殊方法使乳白石英发热管的红外线辐射不能直接照射在食具上，以减少各部位的温差。食具洗净倒去积水后放入柜内，消毒前柜内湿度95%，连续工作70min，各测点温度随控温器的动作呈小幅波浪形缓慢上升，最高达到55～95℃，50℃以上保持时间40min，工作完毕时湿度仍90%，大肠杆菌杀灭率≥9919%。
2.4消毒效果分析
由上述四种型式的干燥消毒柜试验结果看出，中温消毒的温度、保持时间、湿度与大肠杆菌的杀灭率具有如下关系:①湿度≤75%，温度在60～80℃范围保持45min时，杀菌率<9919%；②湿度90～70%，温度在50～66℃范围保持60min时，杀菌率<9919%；③湿度92～80%，温度在60～82℃范围保持30min时，杀菌率≥9919%；④湿度95～85%，温度在50℃以上保持40min时，杀菌率≥9919%。
三、干燥消毒柜的加热系统设计
3.1热风机
干燥消毒柜的加热系统最好采用热风机，热源常用电热丝或PTC发热元件。为了使高湿度保持较长时间并提高柜内升温效率，采用热风内循环加热方式较好。热风循环风道的设计必须保证柜内温升较均匀，满负荷条件下没有加热死角。缺点是:热风机系统的元器件成本较高，在小型干燥柜中所占成本的比重偏大。
3.2发热管
电热高温食具消毒柜采用的乳白石英发热管是一种成本低廉、通用性广、寿命高、安装方便的电热元件，其远红外线的发射率占输出功率的60%以上，被加热物体可直接吸收远红外线，因而升温快，热效率高，是高温干式消毒的理想加热元件。干燥消毒柜的最高工作温度≤95℃，如果直接采用乳白石英发热管，高效率的热辐射将使发热管附近的物品升温，而远离发热管的物品只能靠空气的热对流传热升温，使各处温度悬殊很大，既容易损坏塑胶制品又不能达到消毒烘干效果。目前有两种方式的发热管加热:(1)采用低远红外线发热管:通过降低元件表面温度，有效的降低辐射转换效率，而降低温度的方便途径便是降低发热管功率。(2)在发热管附近设置温控器，通过控温器的反复频繁动作限制最高温度不超标。上述两种方式在热源布局一定的条件下都使单位时间输入的功率减少，加热时间延长，升温缓慢，热效率低。
3.3新的发热管加热结构
新的发热管加热器是针对乳白石英发热管的上述优缺点而设计出的一种干燥消毒柜用加热器。它取乳白石英发热管价廉物美之长，补高远红外辐射率之短。
数支发热管安装在一只四面封闭、顶面敞口、底面有进气口的金属加热器中，加热器的顶面敞口用密布有百叶窗的金属盖盖住，使其中发热管的远红外辐射被挡住而热空气可顺畅排出，周边较冷的空气通过底部进气口进入加热器中，形成柜内空气的自然热对流，设在加热器外的控温器可控制柜内食具不超温。
发热管在加热器中的排布密度必须有一定的限制，使内部最高温度不超过发热管材料的许用温度。加热器封闭四面是为挡住热能对消毒柜柜壁的影响，柜壁与加热器四壁的间距也必须控制，以免消毒柜外表面超温。
这种发热管加热器仅适合于立式布置、全金属件柜体。受发热管排布密度的限制，要达到较好的干燥、消毒效果，其所适应的消毒柜容积也受到一定的上限限制。
总结
①干燥食具消毒柜是一种比高温食具消毒柜适应范围广，比臭氧食具消毒柜成本造价低的食具消毒器具；②消毒温度、湿度及保持时间设置正确的干燥消毒柜，对大肠杆菌的杀灭率可达到99.9%以上的消毒效果；③发热管加热器在一定的使用条件下能够满足干燥消毒柜中温、廉价的市场需求。
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