MIT开发一种用太阳能对医疗工具消毒的装置

高压蒸汽灭菌器是医院、诊所、医生和牙医办公室用于消毒医疗工具的设备,需要稳定供应温度约为125摄氏度的加压蒸汽。这通常是由电力或燃料驱动的锅炉提供的,但在许多农村地区,特别是在发展中国家,电力可能不可靠或无法获得,而且燃料昂贵。

现在,麻省理工学院和印度理工学院的一个研究小组想出了一种方法,只需利用太阳能就可以产生加压蒸汽,而不需要燃料或电力。该装置需要一个约2平方米(或院子)的太阳能集热器为一个典型的小诊所高压灭菌器供电,可以在偏远地区以低成本维持安全、无菌设备。原型机在印度孟买测试成功。

现在,麻省理工学院研究团队在Joule杂志上发表论文,对该系统进行了描述。

新系统的关键是使用了光学透明的气凝胶,这是研究团队在过去几年中开发的一种材料。这种材料本质上是一种轻质泡沫,由二氧化硅(海滩沙子的材料)制成,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。

这种透明的隔热材料被粘结在基本上是现成的生产太阳能热水的设备上面,它由一块涂有黑色吸热涂层的铜板组成,下面粘结在一组管道上。当太阳加热铜板时,流经下面管道的水就会把这些热量带走。但如果加上上面的透明隔热层,再加上板子两边的抛光铝镜,将额外的阳光照射到板子上,该系统就能产生高温蒸汽,而不仅仅是热水。该系统利用重力将水从水箱中送入板子;然后蒸汽上升到外壳的顶部,并通过另一条管道送出,将加压蒸汽输送到高压釜。蒸汽的稳定供应必须维持30分钟,才能达到适当的灭菌效果。

MIT开发一种用太阳能对医疗工具消毒的装置

这项测试是在一个小规模的设备上进行的,只有大约四分之一平方米的面积,大约一块手巾的大小,但它表明,蒸汽的产生率足以让一个类似的设备在1到3平方米之间,为一个通常在医生办公室使用的台式高压灭菌器提供动力。

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。由本文的合著者Elise Strobach PhD ’20创立的一家公司,该公司已经在尝试扩大透明气凝胶的生产规模,用于高热效率的窗户。但到目前为止,这种材料只是使用相对昂贵的实验室级超临界干燥设备进行少量生产,所以这种杀菌系统的广泛采用可能还需要几年时间。

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领域是切实可行的。研究人员说,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实现商业化,一个足以满足典型的小型高压灭菌器的系统将可能花费160美元左右。

该团队表示,该工艺还可以用于其他各种用途。例如,许多食品和饮料加工系统依赖高温蒸汽,而高温蒸汽通常由化石燃料动力锅炉提供。他们说,用被动式太阳能供电系统来提供这种蒸汽将消除燃料成本,因此在许多行业中可能是一个有吸引力的选择。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

最终,这种系统应该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·伯克利国家实验室的副主任拉维·普拉瑟(Ravi Prasher)说:“这是一项重大进步。” 产生具有高能效的高温蒸汽一直是一个挑战。在这里,作者实现了这两点。”

“研究的质量非常高,”Prasher补充道。”对于那些无法获得可靠电力的低收入社区来说,获得被动式灭菌技术是一件大事。因此,麻省理工学院团队开发的被动式太阳能装置在这方面意义重大。”

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