用于超声波清洗的方法和装置的制作方法

专利名称：用于超声波清洗的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及超声波清洗和消毒的方法。具体而言，本发明涉及经由将高传播超声 波能量应用至待清洗和/或消毒表面而进行超声波清洗和消毒的方法。
背景技术：
设备、容器、包装和食品提供了可供碎屑聚集的表面，以及可供微生物定居和生长 的表面。所述碎屑聚集和微生物生长会导致淤积，并降低设备的效率，降低使用该设备制造 的产品的质量，以及降低设备、容器和包装的寿命。此外，微生物生长导致了产品(尤其是 食品)的过早变质，或者微生物交叉污染引发了食物致病。可能在食品、容器或设备——诸 如冷凝器、热交换器、阀、管、器皿、空气冷却塔——的表面上，或在暴露于潮湿环境中的任 何表面上，形成能抗不充足营养供应、干燥、不利温度、磨损或化学药品的微生物的生物膜。 所述污染性淤积或生物膜导致食品的变质，产生致使食物致病的微生物，或者引起容器或 设备的淤积。通常，通过使用包装材料、用于降低腐败菌数量的卫生处理以及冷藏来延缓变质。 但是，这些方法并不能有效地清除腐败菌。此外，常规的洗涤处理不能清除表面内的微生 物，或充分地清除紧粘至表面的碎屑。通常通过以下多种方法中的任一种来减少污染微生物、生物膜和/或碎屑洗涤、 化学处理或物理清除。低压或高压(680至沈84沙3)下的冷水或热水(60至82°C)的洗涤 清除了松软的沉淀物，但无法清除坚硬的沉淀物，并只能提供有限的表面消毒。相对而言， 蒸汽清洗更为有效，但其对表面层的消毒仅停留于表层而不能抵达出现微生物生长的整个 深度，且不适合用于食品的消毒。碎屑的弱导热性抑制了热传递，因而抑制了微生物的消 除。化学清洗剂可以在清洗中溶解表面碎屑，但是在处理之后需要进行中和性洗涤。 然则，所述化学药品在穿过固体碎屑以及进入容器或其他结构(包括水果和蔬菜)的表面 层的过程中具有较差的传质效果。因此，这些方法在降低微生物数量方面效果较差。清洗 和表面消毒的物理方法诸如刮削、干冰粒子辐射，仅处理了表面，而无法清除深入结构内部 的微生物。而粗糙物理方法则无法应用于食品。常规的超声波清洗装置和方法已被用于清洗各种种类的材料，包括容器。但是，由 常规装置产生的超声波能量产生驻波，因此这种清洗模式导致了局部交替地出现在未被驻 波限制的区域中的已清洗区域，和在驻波限制的区域中的未清洗区域。此外，常规装置产生的超声波能量无法穿透进入表面，并仅能传播很短的距离。为了清洗物体，所述装置必须相 对于驻波移动，因此难以在较大的物体上应用。因此，本领域存在着对用于表面清洗和/或消毒的装置和方法进行改进的需要。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种通过将高传播超声波能量应用至一个表面从 而清洗该表面的方法，该方法包括将该表面的至少一部分浸入流体中，其中所述流体与高传播超声波能量发射组件 接触；以及从所述组件向所述流体发射高传播超声波能量，在所述表面处产生空穴作用，从 而清洗所述表面。根据本发明的第二方面，提供了一种用于从一个表面清除污染物的方法，该方法 包括将所述污染物的至少一部分浸入流体中，其中所述流体与高传播超声波能量发射 组件接触；以及从所述组件向所述流体发射高传播超声波能量，在所述表面处产生空穴作用，从 而清除所述污染物。在一个实施方案中，所述污染物可以是生物膜、结垢或酒石酸盐。根据本发明的第三方面，提供了一种用于对一个表面进行消毒的方法，该方法包 括将所述表面的至少一部分浸入流体中，其中所述流体与超声波超声探头 (sonotrode)接触；以及从所述超声探头向所述流体发射高传播超声波能量，在所述表面处产生空穴作 用，从而对所述表面进行消毒。根据本发明的第四方面，提供了 一种使用高传播超声波能量对第一容器的表面进 行超声波清洗的方法，该方法包括将流体布置为与第一容器的所述表面的至少一部分接触，其中所述流体容纳在第 二容器中，以及将高传播超声波能量发射组件布置为与第二容器中的流体接触，或与所述第二容 器的表面接触；从所述组件发射高传播超声波能量，以及应用所述能量以清洗第一容器的所述表面。在一个实施方案中，本方法进一步包括在所述第一容器的所述表面处产生空穴作 用，从而清洗所述表面。在一个实施方案中，本方法进一步包括通过应用高传播超声波能量对第一容器的 所述表面的所述部分进行消毒。在一个实施方案中，本方法还包括相对于第二容器旋转第一容器，以将所述流体 布置为与第一容器的所述表面的另一部分接触。在一个实施方案中，本方法还包括从第一容器中清除渣滓。
根据本发明的第五方面，提供了一种用于清洗带有碎屑的表面的方法，该方法包 括将所述表面引入流体；将高传播超声波能量发射组件引入所述流体；在旋转所述表面的同时从所述组件发射高传播超声波能量，以将所述表面的内部 的表面层暴露在超声波能量中；以及应用所述能量以从所述表面清除碎屑。在一个实施方案中，所述表面存在于诸如桶之类的容器中。所述桶可以是木质酒 桶。所述碎屑可以是生物膜或食物产品的残渣，包括酒渣，诸如酒石酸盐或结垢。所述碎屑 也可以是腐败微生物。在一个实施方案，流体可以至少部分充满容器。所述发射组件可以穿过容器中的 开口(诸如桶的敞开的头部(open head))引入到所述流体中。在另一个实施方案中，运行所述发射组件在所述流体内产生空穴作用。在另一个 实施方案中，所述空穴作用在所述流体中产生热量。在另一个实施方案中，所述流体可以包括化学消毒剂和/或清洗剂。在另一个实 施方案中，所述方法还包括向所述流体施加脉冲电场的步骤。在另一个实施方案中，所述方 法还包括机械刷洗所述表面。在一个实施方案中，热量和空穴作用协同作用，以清洗、清除生物膜和/或对所述 表面消毒。在另一个实施方案中，空穴作用和脉冲电场协同作用，以进行消毒、清洗生物膜 和/或将生物膜从所述表面上清除。在另一个实施方案中，空穴作用和机械刮擦协同作用， 以消毒、清洗生物膜和/或将生物膜从所述表面上清除。在另一个实施方案中，所述方法还包括将超声波能量发射组件与换能器通信。例 如，将所述超声探头与所述换能器连接。根据本发明的第六方面，提供了一种使用高传播超声波能量清洗一个表面的系 统，所述系统包括用于将流体布置为与所述表面的至少一部分相接触的装置；用于将高传播超声波能量发射组件布置为与所述流体接触的装置；以及其中在运 行所述发射组件中，所述组件向所述流体发射高传播超声波能量，以在所述表面产生空穴 作用，从而清洗所述表面。在一个实施方案，用于运行所述发射组件的装置包括用于运行所述超声波能量发 射组件以在所述流体内产生超声波空穴作用并清洗所述表面的装置。在另一个实施方案中，所述高传播超声波能量发射组件的运行使得高传播超声波 能量被发射进入所述流体，以在所述表面产生空穴作用，从而通过破坏腐败微生物来对所 述表面进行消毒。所述腐败微生物可以从以下项组成的组中选择酵母、霉菌、细菌、真菌。在一个实 施方案中，所述酵母是酒香酵母属的一种。在另一个实施方案中，该系统还包括用于旋转所述表面以将所述流体布置为与所 述表面的另一部分相接触的装置。在另一实施方案中，所述系统还包括用于清除渣滓的装置。
根据本发明的第七方面，提供了一种用于清洗第一容器的表面的高传播超声波能 量装置，所述装置包括至少一个浸入式高传播超声波能量换能器组件，其安装至适于布置在第一容器内 部的第二容器。高传播超声波能量发生器，其与所述换能器组件通信。在一个实施方案中，所述第二容器可以适于穿过开口端(诸如移除了顶板(head stave)的桶的开口端)布置在第一容器之内，在一个实施方案中，所述第二容器可以是多面柱体。该柱体可以是密封的。所述第二容器可以具有的体积等于第一容器的内容积的约5%至约95%，不过优 选具有所述第一容器的体积的约70%。根据本发明的第八方面，提供了一种用于清洗第一容器的表面的高传播超声波能 量装置，所述装置包括安装至第二容器的至少一个高传播超声波能量发射组件，其中所述第二容器适于 容纳液体，并接收将在所述液体中清洗的所述表面的至少一部分，以及高传播超声波能量发生器，其与所述能量发射组件通信。在一个实施方案中，所述超声波能量发射组件被安装至第二容器的内部表面或外 部表面。在一个实施方案中，所述高传播超声波能量发射组件包括超声探头。在一个实施 方案中，所述超声探头径向发射高传播超声波能量。在另一个实施方案中，运行所述高传播 超声波能量发射组件使得高传播超声波能量被发射入所述流体，以在所述表面产生空穴作 用。所述空穴作用增加了进入所述表面的流体，因此使所述表面能够发生进一步空穴作用。在一个实施方案中，所述流体是气体或液体(诸如水)。在一个实施方案中，所述装置还包括适于指示超声波能量的量的超声波能量传感
ο在另一实施方案中，超声波能量发射组件包括多种材料，诸如钛和钛合金。在一个实施方案中，所述装置可以包括第三容器，该第三容器适于例如穿过开口 端(诸如移除了顶板的桶的开口端)布置在第一容器中。在一个实施方案中，所述第三容器可以是多面柱体。该柱体可以是密封的。所述第三容器可以具有的体积等于第一容器的内容积的约5%至约95%，不过优 选为所述第一容器的体积的约70%。根据本发明的第九方面，提供了将所述第六方面的系统或者第七或第八方面的装 置用于清洗一个表面的用途。


图1是现有技术的驻波装置和其产生的效果的视图。图2是示出了本发明所产生的能量波的穿透效果的桶的俯视截面。图3是利用本发明所清洗的容器的侧视截面图。图4示出了酒桶的图示，该酒桶是完整的，或移除了一个或两个顶板，部分或全部 充满了水，并部分或全部浸入在水浴中，使得桶的主轴线在水平方向。根据本发明的一个实
9施方案，在向浴中的水应用超声波能量时，接着将所述桶围绕其主轴线持续旋转。
图5示出了酒桶的图示，其中顶板或改良后的顶板被移除，且密封的多面柱体(其 体积为桶的空置容积的5%和95%之间)被置于所述桶的空置容积内部，所述桶被部分或 全部充满水，并部分或全部浸入在水浴中，并使得桶的主轴线垂直于水浴中的水的表面平图6示出了酒桶的侧面剖视图，根据本发明的一个实施方案，该酒桶全部或部分 充满水，并具有附接至密封多面柱体的示意性的多个浸入式换能器组件，所述组件穿过预 先移除的顶板或改良后的顶板所产生的开口端而被插入所述桶中。图7示出了酒桶的侧面剖视图，根据本发明的一个实施方案，该酒桶被完全或部 分地充满水，并容纳了超声波能量发射装置，该装置由多个牢固地附接至密封多面柱体的 内表面的换能器组件组成，并穿过预先移除的顶板或改良后的顶板所产生的开口端而被插 入所述桶中。图8示出了在发生感染的1年和3年龄的橡木桶板上的表面下的布鲁 塞尔酒香酵母(Brettanomyces bruxellensis)活细胞(澳大利亚葡萄酒研究学院菌株 1499 (AffRI strain 1499))的减少量，并与对比试样相对比；其中实施例与对比例分别为 在60°C使用高传播超声波能量，使用高压热水(60°C，IOOOpsi)。图9示出了关于家禽肉表面的鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)水平， 单独的高传播超声波能量或其与氯浴结合的效果，并与单独的氯浴的效果相比较。可以看 到高传播超声波能量和氯之间的协同效果。图10示出了关于单核细胞增生利斯特氏菌(Listeria monocytogenes)的水平， 高传播超声波能量与热量(50°C )共同作用的效果与热量(50°C )单独作用的效果之间的 比较。图11示出了关于真菌孢子(fungal spores)水平，在果干表面应用高传播超声波 能量的效果。并示出了单独洗涤、消毒剂洗涤、以及将高传播超声波能量与消毒剂洗涤一起 应用的效果比较。图12示出了关于微生物水平，在生菜丝表面应用高传播超声波能量的效果，并示 出了单独洗涤、洗涤和高传播超声波能量(US)、30ppm过氧乙酸洗涤、30ppm过氧乙酸洗涤 和高传播超声波能量(UQ、100ppm过氧乙酸单独洗涤、以及IOOppm过氧乙酸洗涤结合高传 播超声波能量(UQ的应用效果比较。图13示出了关于微生物水平，在菠菜表面应用高传播超声波能量的效果。并示出 了去离子水洗涤、以及各种浓度的消毒剂(过氧乙酸)与高传播超声波能量(HPU)相结合 和不结合作用的应用效果比较。
具体实施例方式术语定义术语“高传播超声波能量”的含义包括基本垂直于超声探头的轴向发射的超声波 能量°术语“包括”意为主要包含，但并不必仅包含。此外，词语“包括”的变体，诸如“包 括了”和“包括着”具有相对应的含义。
除非上下文中另有明确指出，在本申请中所使用的单数形式的“一”、“一个”和 “该”包含复数指代对象。例如，术语“一个表面”同样包含了多个表面。如本文中所使用的，术语“协同的”是表示产生大于由两种物质的结合所产生的叠 加效应的效应。协同效应超过了将每种物质单独的效应相结合后所实现的效应。如本文中所使用的，术语“表面”的含义中包括了物体的界限，或者构成或类似该 界限的层。也即，如本文中所使用的术语“表面”指代物体的二维表面，以及在该表面层内 的，深至约l_20mm，或深至约2_20mm，或深至约5_20mm，或深至约5_15mm，或深至约7_10mm 的厚度。技术方案描述本领域普通技术人员应理解的是，这里提供的图示和实施例是示例性的，且不用 于限制本发明和其各种实施方案。常规超声波清洗装置(诸如图1中示出的装置)及相关方法被用于清洗各种材 料，包括容器和桶板5。当使用常规超声波装置1来清洗桶板5时，通常需要将桶板如浸 入在充满装置1的液体10中。但是，在常规装置1中产生的超声波能量在充满设备1的液 体10中产生驻波，使得当将桶板恥从装置取出时，该桶板恥示出如下图案局部交替地， 在未被驻波限制的区域产生已清洗地带15，而在驻波限制的区域产生未清洗地带20。根据本发明，提供了用于将高传播超声波能量应用于表面的装置和方法。所述装 置大体包括超声波发生器，至少一个超声波换能器被布置为使得高传播超声波能量经由流 体被应用至所述表面。本发明的方法大体包括将高传播超声波能量应用至表面，用于从该 表面上清除固体或半固体的废料，并用于在该表面上或形成该表面的结构内进行杀灭微生 物的灭活作用。例如，所述表面可以是物品的表面，所述物品诸如容器、导管、装置或食品。所述容 器可以是酒桶，例如带有酒石酸盐沉淀的酒桶。所述导管可以是管子。所述装置可以是热 交换器、阀、塞子、散热器、过滤器、洗涤水槽、加热巴氏灭菌管、搅拌器、均质器、包装线上的 滤杯、薄膜过滤器、水箱、漏斗、包装材料、瓶/罐头/纸盒、加油喷嘴、分配器、蒸发器、炊具、 倾析器、分离容器、离心机或研磨机。所述食品可以是水果或蔬菜。常规的超声波清洗浴槽技术/换能器基于的是驻波形成技术。因为能量等级非常 低，所以驻波无法穿透固体基底(substrate)。类似地，驻波并不增强液体传质或对流热传 递。此外，驻波的形成导致暴露至驻波的区域和未暴露至驻波的区域，通常具有50%的死 区。因此，在类似于橡木桶的容器中，所产生的结果是，仅有50%的表面被清洗(即，清除 了其上的酒石酸盐)。此外，因为驻波无法穿透表面，因此仅能清除远小于50%的微生物数 量。此外，由于较低能量等级，所以能清除的碎屑(诸如酒石酸盐)极少甚至几乎没有(若 有的话)，酒石酸盐仅在暴露至驻波的区域被清除。现有的超声探头技术产生的波传播距离十分有限，且不可能穿透进入固体材料 中。常规系统产生的能量波随着距离的增长会十分迅速地损耗掉，且无法影响到流体的液 体传质性质以及对流热传递的性质。例如，常规的超声探头在距该超声探头1米以外便出 现了约95%的能量下降，其穿透进入周围材料的能量可以忽略不计。以所述的所产生的波 处理的地带并不能有效地遍及被污染表面区域，即仅在一些区域发生空穴作用，而在另一 些区域不发生空穴作用。
高传播超声波能量波的使用相对于现有的超声波清洗技术和超声探头系统提供 了改进，这些改进包括，例如1.增强了能量波的工作/传播距离；2.在长距离上维持波的能量；3.使能量波具有穿透固体多孔材料的能力；4.增强了液体传质和对流热传递。高传播超声波能量通常在陶瓷或压电晶体材料(PZT)两端施加交流电压时，超声探头产生了超声波 能量。交流电压以期望的振荡频率施加，以引起PZT的运动。PZT换能器被机械连接至变幅 杆(horn)部件，该部件放大了 PZT的动作。变幅杆部件包括尖端部分，这里称之为超声探 头。包括尖端部分的该PZT变幅杆部件的组件在此也被称为超声探头。高传播超声波能量 包括基本垂直于超声探头的轴向发射的超声波能量。所述能量穿过流体介质(通常是水或 气体)传播距超声探头很长的距离，且该传播并不限于紧邻超声探头的区域。在传播穿过 介质之后，所述高传播超声波能量可以被应用在一表面上，并穿透进入该表面。高传播超声波能量波能够跨越流体(诸如水)的边界传播远至至少50cm至约 300cm,或约IOOcm至约300cm，或约150cm至约300cm，或约200cm至约300cm的距离，到达 被污染表面。高传播超声波能量的传播基本均勻地遍及所述表面区域及所留体积，并能够 穿透固体、多孔或被污染表面内的深至约l_20mm，或深至约2_20mm，或深至约5_20mm，或深 至约5-15mm，或深至约7_10mm的厚度。在本发明的一个实施方案中，高功率、低频率、大波长以及超声探头形状/设计的 结合使上述效果的产生成为可能。相反，从常规超声波清洗机中发射的超声波能量具有距 发射表面有限的传播距离，其中在距离为IOOcm时能量降低90+% ；在它们所覆盖的表面区 域并非均勻；且无法穿透进入生物膜或固体多孔或被污染表面。在另一个实施方案中，超声探头可以被布置为使所产生的高传播超声波能量能够 跨越流体(诸如水)的边界传播远至至少50cm至约300cm，或约IOOcm至约300cm，或约 150cm至约300cm，或约200cm至约300cm的距离，到达被污染表面，并基本均勻地遍及整个 表面区域和所留体积，没有不被该波能量触及的单一空间/地带。此外，该高传播径向波能 够穿透深至约5-20mm，或深至约5_15mm，或深至约7_10mm的厚度，或进入固体多孔或被污 染表面内。在另一实施方案中，高传播超声波能量基本成直角从高能量超声探头的表面发 出。在此的上下文中，高能量指代在距发射超声探头约100至约300cm的距离具有小于约 20%的能量降低，以及产生由空穴气泡破坏引起的剪力。此外，在这一上下文中，高能量指 代高传播超声波能量能够传播进入固体或多孔表面或材料，并在其内深至约l_20mm，或深 至约2-20mm，或深至约5_20mm，或深至约5_15mm，或深至约7_10mm的厚度产生空穴作用。在另一实施方案中，高传播超声波能量增强了到生物膜、被污染材料/表面、诸如 多孔橡木桶之类的固体表面、以及通常具有很低的热传导性的微生物的热传导型热传递的 动力学。高传播超声波能量将这一过程的效率增加高达约200-300%。在另一实施方案中， 所述空穴作用和消毒剂协同作用以进行消毒、清洗和/或清除表面上的生物膜。尽管不受限于理论，但通常持有如下观点高传播超声波能量通过产生空穴作用和产生热量，清洗并杀灭微生物。空穴作用包括显微级气泡的重复形成和破裂。气泡破裂 产生高压冲击波以及破裂点周围的高温。热量同样可以通过PZT、变幅杆部件、应用超声波 能量的表面吸收高传播超声波能量而产生，以及通过能量传播穿过的液体或气体吸收部分 高传播超声波能量而产生。在理论的限定中，所相信的是，高传播超声波能量的应用产生空穴作用并因之产 生冲击波，从而促进了流体或液体穿透进入一表面。这些冲击波与所述表面处局部产生的 热量相结合，清除了该表面处的沉淀物，且穿透进入该表面以杀灭微生物。超声波能量产生 的空穴作用也可以用于激活特定的化学性质(例如，热激活漂白剂)，并因此显著地促进了 清洗和消毒。此外，高传播超声波能量的应用可以将流体成分——诸如消毒剂一一驱动至 超声波能量施加的表面。在一个实施方案中，超声波发射组件或超声波发生器产生以下频率的超声波能 量约IOKHz和约2000KHz之间，或约IOKHz和约1500KHz之间，或约IOKHz和约IOOOKHz 之间，或约IOKHz和约750KHz之间，或约IOKHz和约400KHz之间，或约IOKHz和约250KHz 之间，或约IOKHz和约125KHz之间，或约IOKHz和约IOOKHz之间，或约IOKHz和约60KHz 之间，或约IOKHz和约40KHz之间，或约IOKHz和约30KHz之间，或约16KHz和约30KHz之 间，或约16KHz和约22KHz之间，或约19KHz和约20KHz之间。在一个实施方案中，高传播超声波能量的振幅是约0.001至约500微米之间，优选 为约0. 01至约40微米之间的振幅，更优选为约1至10微米之间。在一个实施方案中，高传播超声波能量的能量密度是约0. 00001瓦/cm3至1000瓦 /cm3之间，约0. 0001瓦/cm3至约100瓦/cm3之间。在另一实施方案中，高传播超声波能量应用至表面的时间长度为，约1秒至约60 分钟，或约5秒至约50分钟，或约10秒至约40分钟，或约15秒至约40分钟，或约20秒至 约30分钟，或约25秒至约20分钟，或约30秒至约10分钟，或约30秒至约1分钟。装置在一个方面，本发明提供了用于通过将高传播超声波能量应用至表面从而清洗所 述表面的装置。参考图2和图3，一种充满了流体30的容器(诸如示意性的酒桶25)，其内表面观 上带有一层碎屑，诸如酒石酸盐26。超声波探针或换能器32被插入流体30，并能够发射应 用遍及至所述内表面观上且穿透进入该内表面观的高传播超声波能量34。高传播超声波能量34在近似16-30KHZ的频率时，增强了酒石酸盐沈背后的流体 30的传质，并进入木制酒桶25的木材27中的孔内。高传播超声波能量同样增强了穿过酒 石酸盐并进入木材27的对流热传递。如本文所描述的，高传播超声波能量34穿透进入表面观和木材基底27，并在 表面观上和内部以及木材基底27的内部产生空穴作用。高传播超声波能量34还穿 透进入表面观和木材基底27，并被应用至木材中存在的任何微生物，诸如酒香酵母属 (Brettanomyces)290参考图4和图5，本发明的实施方案提供了用于将高传播超声波能量应用至表面 的浴槽。发射器组件可以被固定至浴槽的外壁或搁置在容纳于所述浴槽内的水中。图4图示了至少部分充满流体并部分或全部被浸没的容器(诸如酒桶40)的侧剖视图。酒桶40可以被校准，使得其纵轴线基本平行于浴槽流体44的静止表面42的平面。 高传播超声波能量通过安装至浴槽46的外表面或搁置在浴槽46之内的多个换能器组件5 被引入至桶40的内部。每一换能器组件48被连接至超声波信号发生器50。发生器50产 生超声波信号，换能器组件48将该超声波信号作为高传播超声波能量发出。高传播超声波 能量传播穿过至少部分充满桶40的流体。在一个实施方案中，桶40可以在应用高传播超 声波能量的过程中持续性地或间断性地旋转。图5阐释了诸如所示的酒桶40的容器的侧剖视图，该酒桶40至少移除了一块顶 板；且体积为桶1的空置容积的5%至95%的密封多面柱体3位于所述桶40的空置容积 内。桶40至少部分充满了流体(诸如水)，并至少部分浸没在浴槽46内，因此桶的主轴线 基本垂直于浴槽46中的流体44的静止表面42的平面。高传播超声波能量通过安装至浴 槽6的外表面或搁置在浴槽46的流体之内的多个换能器组件48被引入至桶40的内部。每 一换能器组件48被连接至超声波信号发生器50。发生器50产生超声波信号，换能器组件 48将该超声波信号作为高传播超声波能量发出。高传播超声波能量传播穿过至少部分充满 桶40的流体。在一个实施方案中，桶40可以在应用高传播超声波能量的过程中持续性地 或间断性地围绕其主轴线旋转。参考图6和图7，本发明的实施方案提供了将高传播超声波能量应用至表面的装 置，其中图6中的发射器组件52或图7中的发射器组件M被插入至容器(诸如所示的酒 桶40)的敞开的头部。图7示出了酒桶40的侧剖视图，该酒桶40全部或部分充满水，并具有监控酒桶40 的空腔内的超声波活动的附接传感器56。监控超声波活动使得操作者能够在需要的时候对 操作过程进行改变，因此加强了清洗的效率。所述改变可以包括增加桶板的特定部分暴露 至超声波能量的暴露时间。在另一方面，本发明提供了使用高传播超声波能量清洗表面(诸如酒桶表面)的 装置，其中超声波能量发射组件通过所述容器的开口引入。在一个实施方案中，所述装置允 许了原地清洗所述桶，而不需将桶搬离其所在位置。图6示出了与悬在桶40的敞开的头部中的多面柱体58相联接的发射器组件52。 桶40通常至少部分充满流体30，诸如水。多面柱体58被连接至超声波信号发生器50。发 生器50产生超声波信号，发射器组件52将该超声波信号作为高传播超声波能量发出。高 传播超声波能量传播穿过至少部分充满桶40的流体，并被应用至桶40的表面。在一个优 选实施方案中，发射器组件52包括不锈钢，不过本领域普通技术人员将理解，发射器组件 52并不局限于包括不锈钢或由不锈钢构成的组件。如图7所示，超声波能量发射装置由安装至密封多面柱体M的内表面的多个换能 器组件48组成。通过将所述装置从所述桶的开口端(其中至少一个顶板已预先从该桶移 除)插入，将所述装置布置在容器(如所示的桶40)中。通常地，桶40至少部分充满流体 30，诸如水。超声波发生器50被连接至容纳在密封多面柱体M中的多个换能器组件。发 生器50产生超声波信号，换能器48的发射器组件将该超声波信号作为高传播超声波能量 发出。高传播超声波能量传播穿过至少部分充满该被填充的桶40的流体30，并被应用至桶 40的表面。在一个实施方案中，桶40可以被搅动。在一个替代性实施方案中，可以或者通过使用泵(未示出)或者通过在桶40内转动或枢轴转动该密封的多面柱体M，来搅动该桶40内的流体。图7还示出了酒桶40的侧剖面图，该酒桶40至少部分充满流体30，以及所述装置 包括带有附接传感器56的超声波发射器M。在一个实施方案中，附接传感器56可以半独 立于发射器M而移动。传感器56监控酒桶40中的高传播超声波能量。普通技术人员将理解的是，与本发明的装置相关联的电线和导管具有足够的长 度，以使得当容器或桶远离电源或水源时，能够在它们的原地进行高传播超声波能量应用。在本发明的另一实施方案中，泵(未示出)可以被用于通过过滤器再循环或回收 流体，从而限制了所需的流体的量。在另一个实施方案中，流体(诸如水)可以持续地流经 所述容器。普通技术人员将理解，本发明并不局限于酒桶，而可以被用于清洗任何容器。具体 而言，本发明对于清洗具有有限对外通道的以下容器都是有用的诸如，贮液桶、木桶、食物 容器、瓶。此外，本发明的装置可以被用于将高传播超声波能量应用至例如，食物处理设备、 热交换器、管道、阀、以及诸如水果和蔬菜之类的食品。使用本发明的装置的方法本发明提供了一种通过将高传播超声波能量应用至容器的表面，从而清洗和/或 消毒该表面的方法。虽然并不受限于特定理论，但所相信的是，该方法通过显微空穴破坏并 释放冲击波的现象起作用，该过程被称为空穴作用。通过将高传播超声波能量传送至与待 清洗和/或消毒的表面接触的流体，形成了显微空穴。所述显微空穴可以形成在表面上。由 空穴破坏产生的冲击波使得表面上的污染物松开，所述污染物诸如酒石酸盐、生物膜、食物 残渣和微生物等。接着，这些碎屑或渣滓可以通过使用泵来排出，或通过倒转容器使得渣滓 被排出。在一个方面，本发明提供了通过将高传播超声波能量应用至表面，从而清洗所述 表面，去除表面污染物，以及对该表面消毒的方法。本文阐释了将本发明的装置用于本发明的方法。例如，参考图2和图3，在桶25 充满流体30后，将能够传播波34的超声探头插入。超声探头32在16-30KHZ的频率之间 被激活。所产生的高传播超声波能量34在流体中产生空穴作用。开始时，由空穴作用产 生的能量撞击碎屑(诸如酒石酸盐沈)，但此外，令人惊讶的是，如在此所述，通过使用在约 16-30KHz (在一个实施方案中)的频率之间的高传播超声波能量，在酒石酸盐沈背后的流 体发生传质，并进入木制酒桶25的木材27的孔中。所述高传播超声波能量还引起穿过酒 石酸盐并进入木材27的增强的对流热传递。通过驱使液体流进桶25的孔，高传播超声波能量34可以接着被传递入木材基 底27，从而在桶25的木材内部产生空穴作用。同样，由木材结构内部的空穴作用产生的能 量对于木材表面处或附近的生物体具有更大的影响，诸如木桶25的内表面观之下深至约 20mm处的任何酒香酵母属(Brettanomyces)四。所述空穴作用也与所述增强的热传递协同 作用以根除腐败微生物，诸如酒香酵母属(Brettanomyces)，其效率和有效性均大于单独加 热或单独传播径向能量波。将高传播超声波能量应用至表面，较之先前，使得在木材结构27内的生物体上发 生空穴作用成为可能。这较之先前，提供了结合清洗进行更高水平的消毒或降低微生物数 量的能力。
流体在一些实施方案中，流体30可以是气体或液体(诸如水)。在另一个实施方案中， 所述液体是反渗透净化液，例如水。所述流体可以是以下温度在约1°C至约99°C之间，或在约2°C至约90°C之间，或 在约3 °C至约80 V之间，或在约4 V至约70 V之间，或在约4 V至约60 V之间，或在约4°C至 约50°C之间，或在约4°C至约40°C之间，或在约4°C至约30°C之间，或在约4°C至约20°C之 间。在一个优选实施方案中，流体30的温度为近似> 301并< 80°C，更优选的是，流 体30的温度为近似约40°C至近似约60°C。这些温度范围是相对较易获得的，且相较需要 蒸汽的技术(例如，温度> 90°C )而言，危险性得到了显著的降低。此外，使用反渗透液体(诸如水)作为所述流体，在传播距离、进入多孔或固体 材料的渗透距离、爆裂能量的强度、以及空穴气泡的形成和坍塌所释放的剪力的强度的方 面，提高了高传播超声波能量的有效性。所述反渗透水还增加了污染表面上每平方厘米形 成的空穴气泡的数量，以及多孔或固体结构中每立方厘米所形成的空穴气泡的数量。反渗 透水的使用还增加了液体到固体多孔结构(诸如木材27)的传质效率(如图2和图3所 示)，并增加了到固体结构的对流热传递，从而增加了所降低的微生物(诸如酒香酵母属 (Brettanomyces))的数量。此外，本发明的实施方案中，当所述流体是液体诸如水时，该液体可以包括以下液 体中的一种或多种可选成分消毒齐 、除垢齐 、除臭齐 、芳香齐 、漂白剂、防沫齐 、酸、碱、腐蚀 剂、PH稳定剂、研磨剂、表面活性剂、酶、漂白活化剂、抗微生物剂、抗菌剂、漂白催化剂、漂白 辅助剂、漂白剂、碱源、着色剂、香精、肥皂、晶体生长抑制剂、光致漂白剂、金属离子多价螯 合剂(metal ion sequestrate)、防退色剂、抗氧化剂、抗再沉淀离子剂、电解液、PH调节剂、 增稠剂、研磨剂、金属离子盐、酶稳定剂、防腐剂、软化剂、溶剂、处理酸(process acid)、香 水、光学增亮剂及其混合物。污染物清除如参考酒桶所阐释的，将高传播超声波能量应用至表面，尤其是应用至酒桶的内 表面，清除所述表面上的诸如酒石酸盐晶体或生物膜之类的污染物以及桶底的其他碎屑 (其被称为“渣滓”)，并将其悬浮。因此，在一个实施方案中，渣滓的清除促进了在回收的橡 木酒桶中将橡木气味传递至酒。将本说明书描述的方法应用至酒桶时，提供了基本不带有 污染物和微生物(其会损害酒的质量)的橡木桶内表面。在一些实施方案中，本发明的方法避免了将液体加热至高温以及使用化学物质。 此外，当将本发明的方法用于清洗酒桶时，与高压的热水或冷水喷淋相比，木材气味化合物 损失得更少。因此，桶的寿命可以被延长，从而降低更换桶的成本。在一些实施方案中，将高传播超声波能量应用至表面可以和将脉冲电场应用至与 所述表面相接触的流体同时进行。可替代地，高传播超声波能量和脉冲电场的应用可以相 续地进行。在一个实施方案中，高传播超声波能量和脉冲电场的应用可以间歇性地进行。在一些实施方案中，将高传播超声波能量应用至表面可以与对该表面的机械刷洗 同时进行。可替代地，高传播超声波能量和表面机械刷洗的应用可以相续地进行。在一个 实施方案中，高传播超声波能量和表面机械刷洗的应用可以间歇性地进行。
在一个实施方案中，具有约1至10微米之间的振幅的高传播超声波能量可以被应 用至容器(诸如桶)的表面约3至约10分钟。本发明的装置和方法避免了由污染物导致的酒变质；通过降低桶内的酒石酸盐沉 淀改进了橡木气味到酒的传递；避免了现有洗涤方法造成的橡木气味的损失；通过避免更 换由污染物引起变质的酒桶，降低桶的成本；通过延长桶的可用寿命降低了桶的成本；降 低了清洗操作的劳动力成本；降低了水成本；避免了化学物的使用；以及降低了加热水的 成本。在另一实施方案中，本发明的方法避免了由污染物引起的酒变质；通过降低桶内 的酒石酸盐沉淀改进了橡木气味到酒的传递；避免了现有洗涤方法造成的橡木气味的损 失；通过避免更换由污染物引起变质的酒桶，降低了桶的成本；通过延长桶的可用寿命降 低了桶的成本；降低了清洗操作的劳动力成本；降低了水成本；避免了化学物的使用；以及 降低了加热水的成本。在本发明的一个方面，公开了消毒容器(诸如桶)的内表面，以及消灭栖居在桶的 表面上的腐败微生物(包括酒香酵母属(Brettanomyces))的方法。通过清洗来回收酒桶的实践广泛用于酿酒工业。但是，由于清洗不完全导致的细 菌和酵母菌污染增加了酒的变质，从而增加了酿酒商的成本。酒桶、储液桶以及其他食物和 饮料容器的问题在于，容器的开口是受限的。因此清洗此类容器时，显得非常困难。在现有 技术中，桶被拆散并刮削，或者使用高压水或蒸汽以清洗此类容器。但是，这产生了其他的 问题，尤其是在酿酒商所能获得的水源有限的干旱地区，此外，这类方法仅清除表面沉淀， 而无法穿透进入表面以将隐藏在表面以下的微生物杀死或灭活。本发明提供了将高传播超 声波能量应用至表面以清洗和消毒该表面，诸如酒桶和类似容器的内表面。清洗和/或排除污染在一个实施方案中，例如所阐释的使用如图4或5所示的装置的实施方案中，一种 超声波清洗的方法通过从外部产生超声波，将超声波能量引入至少部分充满诸如水的液体 的容器或导管(在此示为桶)的内部。超声波能量被应用至浴槽的水，并穿过桶板传输进 入桶内容纳的水，其中由超声波能量产生的空穴气泡的破坏所释放的能量清除了残渣，并 消灭了栖居的微生物。在一个方面，本发明的方法可以用于原地清洗和/或消毒导管或容器。例如，被生 物膜的生长所淤塞的导管可以至少部分充满流体，诸如水。本发明的装置可以被引入导管， 因此当使用本方法时，高传播超声波能量能穿过液体传播，并由此被应用至导管或容器的 内表面，以清洗和/或消毒该表面。通过本方法产生的渣滓在流体被排出容器时被清除。容 器或导管中的液体可以通过过滤器进行再循环或回收，从而限制了清洗过程所需的水量。 在另一个实施方案中，液体(诸如水)可以持续地流经导管或容器，从而提供了将渣滓从已 清洗或消毒的表面上清除的方法。在本发明的一个实施方案中，将发射高传播超声波能量的超声探头浸入开口的水 槽、管道、器皿、流通器皿(flow through vessel)中，上述容器容纳了诸如水之类的液体、 消毒剂(各种浓度)以及水果或蔬菜产品。所述水果/蔬菜经过一个或多个发射高传播超 声波能量的超声探头。所述高传播超声波能量在液体中、水果和蔬菜的表面、以及水果和蔬 菜表面以内的组织中产生空穴作用。水果和蔬菜在超声场中的停留时间可以从0. 1秒到1000秒变化。水和水果或蔬菜的流动速率可以从0. 1升/分钟至10，000升/分钟变化。 所述的波和破坏的空穴气泡产生以下作用1.清除表面细菌和污染物，使其成为液相，从而使得消毒剂或清洗剂可以更好地 进入以对微生物消毒。在液相中，超声波和空穴作用相协同，更快和更有效地驱使消毒剂穿 过微生物的外膜，从而更有效地将其杀灭。2.超声波和空穴作用驱使消毒剂更快和更深地穿透进入微生物栖居的水果和蔬 菜的表面结构。内部的空穴作用使得消毒剂更有效地穿透微生物的外膜，并进入水果或蔬 菜的组织表面的内部。在一个实施方案中，振幅为约1至约10微米的高传播超声波能量可以在选择性存 在消毒剂的情况下被应用至蔬菜或水果的表面约30秒至约1分钟，所述消毒剂诸如氯、过
氧乙酸、臭氧或其结合。例如，所述蔬菜可以选自苋菜、甜菜叶、花椰菜、苦叶菜(bitterleaf)、小白菜、 球芽甘蓝、卷心菜、豚菜、芹菜、莴笋、锡兰菠菜、驱虫苋、菊苣、冬寒菜、菊花叶、野苣、西洋 菜、青豆、蒲公英、苣菜、土荆芥、白花藜、蕨菜、槽南瓜、金色海蓬子、好国王亨利藜、水蓊 (Jambu)、芥兰、羽衣甘蓝、小松菜、库卡菜(kuka)、拉各斯波洛基菜(Lagos bologi)、陆生 水芹、蜥尾草(Lizard' s tail)、莴苣、埃及菠菜、日本芜菁(mizima green)、芥菜、纳帕白 菜/大白菜、新西兰菠菜、法国菠菜、豌豆苗/叶、波尔克(polk)、红菊苣、芝麻菜、海蓬子、 海甜菜、海甘蓝、野茼蒿(Sierra Leone bologi)、青葙(soko)、酸模(Sorrel)、马齿苋、唐 莴苣、白菜心(tatsoi)、芜菁叶、豆瓣菜、空心菜、冬季马齿苋、油菜、小青南瓜、亚美尼亚黄 瓜、茄子、青椒、苦瓜、菜瓜、灯笼果、辣椒、佛手瓜、红辣椒、黄瓜、丝瓜、黑子南瓜(Malabar gourd)、帕瓦(Parwal)、西红柿、红瓜(perennial cucumber)、南瓜、扁圆南瓜、蛇瓜、美国 南瓜(西葫芦)、甜玉米、甜椒、蕃茄(Tinda)、绿番茄、冬瓜、西印度黄瓜、小西葫芦/胡瓜、 朝鲜蓟、节瓜花、青花菜、菜花、美洲花生、红小豆、黑眼豆、鹰嘴豆、辣木(Drumstick)、扁豆、 蚕豆、法国豆、瓜儿豆(Guar)、马豆(Horse gram)、印第安豌豆、小扁豆、豇豆(Moth bean)、 绿豆、秋葵、豌豆、花生、树豆、米豆、米、红花菜豆、大豆、佛手瓜(Tarwi)、宽叶菜豆、黑吉豆 (Urad bean)、藜豆、翼豆、长豇豆、芦笋、刺菜蓟、块根芹菜、西芹、象蒜、球茎茴香、大蒜、大 头菜、类韭葱(Kurrat)、韭葱、藕、仙人掌、洋葱、普鲁士芦笋、青葱、威尔士葱、野韭菜、安第 斯山豆薯(ahipa)、秘鲁胡萝卜、竹笋、甜菜根、黑种草、牛蒡、茨菇、百合、美人蕉、胡萝卜、木 薯、宝塔菜、白萝卜、花生、魔芋(Elephant Foot yam)、象腿蕉、姜、牛蒡根、芜菁根欧芹、洋 姜、沙葛、防风草、山胡桃、香茶菜、土豆、草原萝卜、小红萝卜、芜菁甘蓝、婆罗门参、鸦葱、泽 芹、甘薯、芋头、朱蕉(Ti)、油莎豆、芜菁、美洲落葵(Ulluco)、生山葵、荸荠、雪莲果以及山 药。例如，所述水果可以是新鲜的或干的，并可以选自苹果、花楸果、枇杷、枸杞、梨、 木瓜、野玫瑰果、欧洲花楸、苹果梨、花楸果实或唐棣植物(Saskatoon)、杏、樱桃、美国稠 李、青梅、桃、李，以及前述种类的杂交种，覆盆子、黑莓(及其杂交种)、云莓、罗甘莓、树莓、 美莓、糙莓、葡萄酒树莓、熊果、欧洲越橘、蓝莓、岩高兰、蔓越橘、越橘属莓O^lberry)、美 洲越橘、越橘、巴西莓(Acai)、伏牛花子、醋栗、接骨木果、鹅莓、朴树果、桑葚、盾叶鬼臼、南 尼山羊果(Narmyberry)、俄勒冈葡萄、沙棘、海葡萄、罗汉果(Arhat)、巴图尔果(Batuan)、 木苹果、芒果、印度鹅莓、柠檬山竹、纽扣山竹(Cherapu)、椰子、柘(Che)、中国桑葚、桑柘(Cudrang)、中国瓜果(Mandarin Melon Berry)、柘木、柘(Zhe)、榴莲、藤黄果(Gambooge)、 胡颓子浆果(Goumi)、耐寒猕猴桃(hardy kiwi)、奇异果、蛇莓或印度蛇莓、藤黄木 (Garcinia dulcis)、榔色木(Lanzones)、南酸枣(Lapsi)、龙眼、荔枝、山竹、桄榔(Nungu)、 葡萄(葡萄干、苏丹葡萄，或无核葡萄干)、橄榄、石榴、无花果、柑橘类水果，包括柠檬、橙、 香橼、柚子、金橘、酸橙、中国柑橘以及柑橘。使用高传播超声波能量和其他清洗和消毒剂如本文所公开的，将高传播超声波能量应用至表面能够清除表面上和表面内的碎 屑和/或微生物。令人惊讶的是，如这里所公开的，将高传播超声波能量与清洗和/或消毒 表面的常规方法一起应用至表面，较之所预想的高传播超声波能量和常规清洗和/或消毒 的单纯叠加效果，提供了对表面的更加改进的清洗和/或消毒。也就是说，在对表面应用高 传播超声波能量和使用常规清洗和/或消毒方法之间存在着协同的清洗和/或消毒效果。如这里所示例的，结合氯浴将高传播超声波能量应用至禽肉，较之单独应用高传 播超声波能量或氯浴产生了鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)水平的更大的降 低(图9)。类似的，结合高传播超声波能量的应用使用30ppm或IOOppm的过氧乙酸对生菜 丝消毒，较之单独应用两种处理方式提供了对总微生物水平的更大减少(图12)。如以上所述，尽管并不局限于理论，但通常认为高传播超声波能量通过产生空穴 作用和产生热量来清洗表面并杀灭微生物。空穴作用包括显微气泡的反复的形成和破裂。 破裂作用在破裂点附近产生高压冲击波和高温。冲击波可以驱使流体成分——诸如消毒 剂——进入应用超声波能量的表面，从而增加表面上的清洗和/或消毒效果，而并非如所预 想的，仅产生单独进行高传播超声波能量或常规清洗和/或消毒的叠加效果。所述消毒剂可以是下述至少一种臭氧、氯、过氧醋酸、二氧化氯、过氧化氢、氢氧 化钠、氢氧化钾、叠氮化钠或其他商业上可获取的消毒配方或其结合。所述消毒配方可以是 以下至少一种除垢剂、表面活性剂、肥皂、漂白剂、或诸如氨基磺酸、蚁酸之类的反应化合 物、其他有机或无机酸等。此外，一并使用反渗透流体(诸如水)和高传播超声波能量极大地增加了清洗和 /或清除污染物的动力学，增加了清除污染物的百分比，以及增强了在表面和固体结构内杀 灭微生物的百分比。使用反渗透液体是相对于常规液体、含有化学添加剂的液体或脱气液 体的改进。反渗透水的清洗效率较之标准饮用水通常增加30%。此外，反渗透水的清洗时 间通常将降低40%。在一些实施方案中，液体可以包括化学消毒剂诸如臭氧、氯、过氧乙酸、叠氮化钠。 可替代地或附加地，液体可以包含清洗剂(诸如除垢剂)、酶(诸如脂肪酶)、表面活性剂、 肥皂或漂白剂。其他的清洗和/或消毒剂包括苛性钠、氢氧化钾、氨基磺酸、蚁酸、重铬酸、 盐酸、硝酸以及硫酸。这些制剂的适合浓度是本领域普通技术人员广泛知晓的，并可以通过 常规试验确定。不过，虽然更高的浓度也可以使用，但通常浓度可以在约Ippm至约500ppm 的范围内。生物体高功率超声波杀灭包括腐败酵母在内的腐败微生物，诸如酒香酵母属 (Brettanomyces)。所述生物体和其他腐败酵母细菌以及霉菌可以在酒桶的橡木中找到，尤 其在桶的内部的内表面周围。高功率超声波能量加热和消毒液体和固体物质，从而杀灭深至至少8mm的桶的橡木内的生物体，而不需要使用化学物质，诸如二氧化硫和臭氧。本发明的方法可以用于降低微生物的数量，诸如酒香酵母属种(Brettanomyces sp.)的酵母数量。在另一些实施方案中，本方法用于降低酒香酵母属种(Brettanomyces sp.) 的酵母的数量，以及降低其他酒类腐败微生物，包括霉菌、酵母和细菌的数量。例如， 酒类腐败酵母可以包括异形德克氏酵母(Dekkera anomala)、布鲁塞尔德克氏酵母 (Dekkera bruxellensis)、中 |、司型德克氏酵母(Dekkera intermedia)、Brettanomyce abstinens>^M#f^# (Brettanomyces anomalus)(Brettanomyces bruxellensis) > 3 K S # # # (Brettanomyces claussenii) > |ΙΞ M # # # (Brettanomyces custersianus)、中 |1]型酒香酵母(Brettanomyces intermedins)、蓝姆 啤可酒(Brettanomyces lambicus) > Brettanomyce naardensis、_iii^l5;毕赤氏 酵母(Pichia guilliermondii)、膜醭毕赤氏酵母(Piciai membranefaciens)、发酵性毕 赤氏酵母(Pichia fermentans)、路克氏类糖酵母(Sachharomycodes ludwidii)、裂殖糖 酵母属禾中(Schizosaccharomyces sp.)、接合糖酵母属禾中(Zygosachharomyces sp.)(包 括拜列氏接合糖酵母(Z.bailii)、双孢接合糖酵母(Z.bisporus))、有孢汉逊氏酵母属种 (Hanseniaspora sp.)、克勒克氏酵母属种(Kloeckera sp·)、汉逊氏酵母属种(Hansenula sp.)、梅奇酵母属种(Metschnikowia sp.)、有孢圆酵母属种(Torulaspora sp.)，或德巴利 氏酵母属种(Debaryomyces sp.)。在其他实施方案中，酵母可以是产膜酵母，诸如酒性假丝 酵母(Candida vini)、糙醭假丝酵母(Candida mycoderma)、克鲁斯氏假丝酵母(Candida krusei)。酒类腐败霉菌可以包括曲霉属种(Aspergillus sp.)或青霉属种(Penicillium sp.) ο例如，酒类腐败细菌可以包括醋杆菌属种(AcetcAacter sp.)，诸如巴斯 德氏醋杆菌(Acetobacter pasteurianus)、Acetobacter liquefasciens、醋酸化 醋杆菌(Acetobacter aceti)、恶臭醋杆菌(Acetobacter rancens)；葡糖杆菌属种 (Gluconacetobacter sp.),诸如氧化葡糖杆菌(Gluconobacter oxydans)；乳芽孢杆菌属 种(Lactobacillus sp.)，诸如植物乳芽孢杆菌(Lactobacillu plantarum)、短小乳芽孢 t干Iif (Lactobacillus brevis)、t虫果IL^ifefflii (Lactobacillus fructivorans) ( IHI^ 毛样枝乳芽孢杆菌(LactcAacillus trichoides))、赫加迪氏乳芽孢杆菌(LactcAacillus hilgardii)、Lactobacillus Kunkeei、布启里氏乳芽抱杆菌(Lactobacillus buchneri)、 发酵乳芽孢杆菌(Lactobacillus fermentatum)、纤维二糖乳芽孢杆菌(Lactobacillus cellobiosis)、Lactobacillus collonoides、植物乳芽抱杆菌(Lactobacillus plantarum)；明串珠菌属种(Leuconostoc sp·),诸如酒明串珠菌(Leuconostoc oeno)； 片球菌属禾中(Pediococcus sp.),诸如有害片球菌(Pediococcus damnosus)、戊糖片球 菌(Pediococcus pentosaceus)、微小片球菌(Pediococcus parvulis)以及酒酒球菌 (Oenococcus oeni)。本发明的方法可以用于降低食品尤其是新鲜水果和蔬菜上的微生物(诸如霉菌、 酵母和细菌)的数量。食物腐败微生物可以包括酵母、霉菌和细菌。例如，腐败酵母可以包 括糖酵母属种(Saccharomyces sp.)、接合糖酵母属种(Zygosaccharomyces sp.)、红酵母 属种(Iihodotorula sp.)。真菌腐败菌可以包括灰色葡萄孢(Botrytis cinerea)、青霉属种(Penicilliumi sp.)(诸如指状青霉(P. digitatum))、镰孢属种(Fusarium sp.)、皮委 里氏球座菌(Guignardia bidwellii)、油菜核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)、黑色曲 霉(Aspergillus niger)。腐败细菌可以是鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)、 大肠杆菌(Escherichia coli)、肉毒梭状芽孢杆菌(Clostridium botulinum)、金黄色葡萄 球菌(Staphylococcus aureus)、单核细胞增生禾丨JJff特氏菌(Listeria monocytogenes) > 欧文氏杆菌属种(Erwinia sp.)(诸如胡萝卜欧文氏杆菌(E. carotovora))、枯草芽 ？包杆菌(Bacillus subtili)、醋杆菌属(sAcetobacte)、产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)、微球菌属种(Micrococcus sp.)(诸如玫瑰色微球菌(M. roseus))、根霉属 种(Rhizopus sp.)(诸如变黑色根霉(R. nigricans))、产碱杆菌属(Alcaligenes)、梭状 芽孢杆菌(Clostridium)、普通变形菌(Proteus vulgaris)、荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)、乳芽抱杆菌(Lactobacillus)、明串珠菌(Leuconostoc)、黄杆菌属 (Flavobacterium)。本发明的方法可以被用于从表面减少或清除生物膜。生物膜可以由包括细菌、原 始细菌、原生动物、真菌和藻类在内的大量微生物的生长产生。生物膜的细菌成份可以包 括，例如，奇异变形菌(Proteus mirabilis)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、 变异链球菌(Streptococcus mutans)、血链球菌(Streptococcus sanguis)或军团菌属禾中 (Legionella sp.)。实施例实施例1在橡木酒桶中清除酒石酸盐和减少酒香酵母属。与本发明的方法和装置对比，对于被同样数量的酒石酸盐和酒香酵母属生物体污 染的橡木桶板，常规超声波技术对于清除酒石酸盐和减少酒香酵母属是低效的。2英寸的橡 木试样在2mm深度处被已知量/浓度的酒香酵母属微生物污染，并在40°下置于10升的水 浴中。所述被污染的试样通过下表中示出的三种不同的方法超声波处理1分钟。接着将试 样取出并进行培养皿培养。表1 清除酒石酸盐和减少酒香酵母属
权利要求
1.一种通过将高传播超声波能量应用至一个表面从而清洗该表面的方法，该方法包括将该表面的至少一部分浸入流体中，其中所述流体与高传播超声波能量发射组件接 触；以及从所述组件向所述流体发射高传播超声波能量，在所述表面处产生空穴作用，从而清 洗所述表面。
2.一种用于从一个表面清除污染物的方法，该方法包括将所述污染物的至少一部分浸入流体中，其中所述流体与高传播超声波能量发射组件 接触；以及从所述组件向所述流体发射高传播超声波能量，在所述表面处产生空穴作用，从而清 除所述污染物。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述污染物是生物膜、结垢或酒石酸盐。
4.一种对一个表面进行消毒的方法，该方法包括将该表面的至少一部分浸入流体中，其中所述流体与超声波超声探头接触；以及 从所述超声探头向所述流体发射高传播超声波能量，在所述表面处产生空穴作用，从 而对所述表面进行消毒。
5.一种使用高传播超声波能量对第一容器的表面进行超声波清洗的方法，该方法包括将流体布置为与该第一容器的所述表面的至少一部分接触，其中所述流体容纳在第二 容器中，以及将高传播超声波能量发射组件布置为与所述第二容器中的流体接触，或与所述第二容 器的表面接触；从所述组件发射高传播超声波能量，以及 应用所述能量以清洗所述第一容器的所述表面。
6.根据权利要求5所述的方法，其中还包括通过应用高传播超声波能量对所述第一容 器的所述表面的所述部分进行消毒。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中还包括相对于所述第二容器旋转所述第一容 器，以将所述流体布置为与所述第一容器的所述表面的另一部分接触。
8.根据权利要求5-7任一项所述的方法，其中还包括从所述第一容器清除渣滓。
9.一种用于清洗带有碎屑的表面的方法，该方法包括 将所述表面引入流体；将高传播超声波能量发射组件引入所述流体；在旋转所述表面的同时从所述组件发射高传播超声波能量，以将所述表面的内部的表 面层暴露在超声波能量中；以及应用所述能量以从所述表面清除碎屑。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述表面存在于容器中。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述容器是桶。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述桶是木质酒桶。
13.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其中所述碎屑是生物膜、食物产品的残渣、酒渣、酒石酸盐、结垢或其任何结合。
14.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其中所述碎屑是腐败微生物。
15.根据权利要求5至14中任一项所述的方法，其中所述流体至少部分充满所述容器。
16.根据权利要求5至14中任一项所述的方法，其中所述发射组件穿过容器中的开口 引入到所述流体中。
17.根据权利要求17所述的方法，其中所述开口是桶的敞开的头部。
18.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述发射组件在所述流体内产生空穴作用。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述空穴作用在所述流体中产生热量。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述流体可以包括化学消毒剂和/或清洗剂。
21.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述方法还包括向所述流体施加脉冲 电场的步骤。
22.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述方法还包括机械刷洗所述表面的步骤。
23.根据权利要求19所述的方法，其中所述热量和所述空穴作用协同作用，以清洗、清 除生物膜和/或对所述表面消毒。
24.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述高传播超声波能量增强了进入生 物膜、被污染材料/表面、固体表面、微生物或其任意结合的热传导式热传递的动力学。
25.根据权利要求M所述的方法，其中超声波能量将热传导式热传递的速率增加了约 200% 至约 300%。
26.根据权利要求20所述的方法，其中所述空穴作用和所述消毒剂协同作用，以进行 消毒、清洗生物膜和/或将生物膜从表面清除。
27.根据权利要求21所述的方法，其中所述空穴作用和所述脉冲电场协同作用，以进 行消毒、清洗生物膜和/或将生物膜从表面清除。
28.根据权利要求22所述的方法，其中所述空穴作用和机械刮擦协同作用，以进行消 毒、清洗生物膜和/或将生物膜从表面清除。
29.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述方法还包括将超声波能量发射组 件安置为与换能器通信。
30.根据权利要求四所述的方法，其中所述超声探头与所述换能器连接。
31.一种使用高传播超声波能量清洗一个表面的系统，所述系统包括 用于将流体布置为与所述表面的至少一部分相接触的装置；用于将高传播超声波能量发射组件布置为与所述流体接触的装置；以及其中在运行所 述发射组件中，所述组件向所述流体发射高传播超声波能量，以在所述表面产生空穴作用， 从而清洗所述表面。
32.根据权利要求31所述的系统，其中用于运行所述发射组件的装置包括用于运行超 声波能量发射组件以在所述流体内产生超声波空穴作用并清洗所述表面的装置。
33.根据权利要求31或32所述的系统，其中所述高传播超声波能量发射组件的运行使 得高传播超声波能量被发射进入所述流体，以在所述表面产生空穴作用，从而通过破坏存 在于所述表面上的腐败微生物来对该表面进行消毒。
34.根据权利要求33所述的系统，其中所述腐败微生物从以下项组成的组中选择酵 母、霉菌、细菌、真菌。
35.根据权利要求34所述的系统，其中所述酵母是酒香酵母属中的一种。
36.根据权利要求31至35中任一项所述的系统，其中还包括用于旋转所述表面以将所 述流体布置为与所述表面的另一部分相接触的装置。
37.根据权利要求31至36中任一项所述的系统，其中还包括用于清除渣滓的装置。
38.一种用于清洗第一容器的表面的高传播超声波能量装置，所述装置包括至少一个浸入式高传播超声波能量换能器组件，其安装至适于布置在第一容器内部的 第二容器；高传播超声波能量发生器，其与所述换能器组件通信。
39.根据权利要求38所述的装置，其中所述第二容器适于穿过所述第一容器的开口端 布置在所述第一容器之内。
40.根据权利要求38或39所述的装置，其中所述第二容器是多面柱体。
41.根据权利要求40所述的装置，其中所述柱体可以是密封的。
42.根据权利要求38至41中任一项所述的装置，其中所述第二容器具有的体积等于所 述第一容器的内容积的约5%至约95%。
43.根据权利要求42所述的装置，其中所述第二容器具有的体积等于所述第一容器的 体积的约70%。
44.一种用于清洗第一容器的表面的高传播超声波能量装置，所述装置包括安装至第二容器的至少一个高传播超声波能量发射组件，其中所述第二容器适于容纳 液体，并接收将在所述液体中清洗的所述表面的至少一部分，以及高传播超声波能量发生器，其与所述能量发射组件通信。
45.根据权利要求44所述的装置，其中所述超声波能量发射组件被安装至所述第二容 器的内部表面或外部表面。
46.根据权利要求44或45所述的装置，其中所述高传播超声波能量发射组件包括超声 探头。
47.根据权利要求44至46中任一项所述的装置，其中所述超声探头径向发射高传播超声波能量。
48.根据权利要求44至47中任一项所述的装置，其中运行所述高传播超声波能量发射 组件使得高传播超声波能量被发射入所述流体，以在所述表面产生空穴作用。
49.根据权利要求48所述的装置，其中所述空穴作用增加了进入所述表面的流体，因 此使所述表面中能够发生进一步空穴作用。
50.根据权利要求44至49中任一项所述的装置，其中所述流体是气体或液体。
51.根据权利要求44至50中任一项所述的装置，其中所述装置还包括适于指示超声波 能量的量的超声波能量传感器。
52.根据权利要求44至51中任一项所述的装置，其中所述超声波能量发射组件包括多 种材料。
53.根据权利要求52所述的装置，其中所述多种材料包括钛和钛合金。
54.根据权利要求44至53中任一项所述的装置，其中所述装置还包括第三容器，该第三容器适于布置在所述第一容器中。
55.根据权利要求55所述的装置，其中所述第三容器适于被布置为穿过所述第一容器 的开口端布置在所述第一容器中。
56.根据权利要求M或55所述的装置，其中所述第三容器是多面柱体。
57.根据权利要求56所述的装置，其中所述柱体是密封的。
58.根据权利要求M至57中任一项所述的装置，其中所述第三容器具有的体积等于所 述第一容器的内容积的约5%至约95%。
59.根据权利要求58所述的装置，其中所述第三容器具有的体积等于所述第一容器的 体积的约70%。
60.一种将权利要求31至37中任一项所述的系统用于清洗一个表面的用途。
61.一种将权利要求38至59中任一项所述的装置用于清洗一个表面的用途。
全文摘要
本发明涉及通过将高传播超声波能量应用至一个表面从而清洗该表面的方法，所述方法包括将该表面的至少一部分浸入流体，其中所述流体与高传播超声波能量发射组件相接触；以及从所述组件朝所述流体发射高传播超声波能量，以在所述表面产生空穴作用，从而清洗所述表面。
文档编号B08B3/12GK102076435SQ200980125373
公开日2011年5月25日 申请日期2009年5月8日 优先权日2008年5月8日
发明者A·R·麦克洛克林, A·S·J·雅浦, D·M·贝茨 申请人:卡维特斯私人有限公司