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系统可以利用太阳能对医疗工具进行消毒

2020-11-19 14:17:28 网络

高压灭菌器是用于对医院,诊所以及医生和牙医办公室的医疗工具进行灭菌的设备,需要稳定供应压力约为125摄氏度的加压蒸汽。这通常是由电力或燃油锅炉提供的,但是在许多农村地区,尤其是在发展中国家,电力可能不可靠或不可用,并且燃料价格昂贵。

现在,麻省理工学院和印度理工学院的研究人员提出了一种方法,该方法仅利用阳光的能量就可以被动产生所需的蒸汽,而无需燃料或电力。该设备需要约2平方米(或码)的太阳能收集器来为典型的小诊所高压灭菌器供电,该设备可以在偏远地区以低成本维护安全,无菌的设备。原型已在印度孟买成功测试。

麻省理工学院的研究生Lin Zhao,麻省理工学院的Evelyn Wang教授,麻省理工学院的Chen Chen以及麻省理工学院和IIT孟买的其他10位论文在Joule期刊中对此系统进行了描述。

新系统的关键是使用光学透明的气凝胶,这是Wang和她的合作者在过去几年中开发的一种材料。该材料本质上是一种由二氧化硅制成的轻质泡沫,是沙滩沙子的材料,主要由空气组成。由于材料本身轻巧,因此可提供有效的隔热效果,将热损失率降低了十倍。

这种透明的绝缘材料粘结在基本上是现成的用于生产太阳能热水的设备的顶部,该设备由带有吸热黑色涂层的铜板组成,粘结在下侧的一组管道上。当太阳加热板时,流过下面管道的水吸收了这些热量。但是,在顶部增加了透明绝缘层,并在板的每一侧加上抛光的铝镜以将多余的阳光引导到板上,该系统可以产生高温蒸汽,而不仅仅是热水。该系统利用重力将水从水箱输入板中。然后,蒸汽上升到外壳的顶部,并通过另一条管道送出,该管道将加压的蒸汽输送到高压釜。

由于许多发展中国家面临着可靠的电力或负担得起的燃料供应有限的问题,“我们认为这是一个机会,可以考虑在以下条件下,如何潜在地创建低成本,被动的,太阳能驱动的系统来产生蒸汽是高压灭菌或医疗灭菌所必需的。”机械工程师Gail E. Kendall教授兼机械工程系主任Wang解释说。

她说,能够在孟买测试该系统是一项好处,因为该城市的“相关性和重要性”是可能会从这种低成本蒸汽发生设备中受益的位置类型。

在孟买的测试中,即使天空朦胧而多云,与晴天相比,其日照量仅为70%,但该设备成功地产生了所需的半小时消毒所需的饱和蒸汽。

该测试是使用一个只有毛巾的大小的大约四分之一平方米的小规模单位进行的,但结果表明蒸汽产生率足以使类似单位在1-3平方之间赵说,这些仪表足以为医生办公室通常使用的台式高压灭菌器供电。

实际部署此类设备的主要限制因素是气凝胶材料的可用性。由本论文的合著者Elise Strobach PhD '20创建的一家公司已经在尝试扩大用于高热效率窗户的透明气凝胶的生产。但是到目前为止,这种材料只能使用相对昂贵的实验室级超临界干燥设备进行少量生产,因此这种消毒系统的广泛采用可能还需要几年的时间。

由于除气凝胶本身以外的其他组件已在整个发展中国家以低成本广泛获得,因此此类系统的制造和维护最终将在使用它们的领域中是切实可行的。赵说,四分之一平方米原型所需的零件不到40美元,因此,一旦必要的气凝胶材料商业化后,足够用于典型的小型高压灭菌器的系统可能要花费160美元左右。他说:“如果我们能够获得气凝胶的供应,那么整个事情就可以在当地由当地供应商制造。”

该小组说,该过程还可以用于其他各种目的。例如,许多食品和饮料加工系统都依赖高温蒸汽,高温蒸汽通常由化石燃料驱动的锅炉提供。他们说,用于输送蒸汽的无源太阳能系统将消除燃料成本,因此在许多行业中可能是一个有吸引力的选择。

最终,这种系统应比将太阳光聚集十倍或更多倍以产生蒸汽的系统更具成本效益,因为与基于气凝胶的方法的简单性相比,此类系统需要昂贵的镜子和安装架。

加州大学伯克利分校机械工程学教授,劳伦斯伯克利国家实验室副主任拉维·普拉瑟(Ravi Prasher)说:“这是一项重大进步。” “产生高能效的高温蒸汽一直是一个挑战。在这里,作者既实现了这两个目标。”

Prasher补充说:“研究的质量很高。” “对于无法获得可靠电力的低收入社区而言,获得被动灭菌技术非常重要。因此,麻省理工学院团队开发的被动太阳能设备在这方面非常重要。”

发布:xiuyue

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