基于臭氧型消毒器具的臭氧泄漏測試方法及評估方法的研究

甄璞杰 管海燕 宋玉婷

ZHEN Pujie GUAN Haiyan SONG Yuting

博西華電器（江蘇）有限公司 江蘇南京 210046

BSH Electrical Appliance (Jiangsu) Co., Ltd. Nanjing 210046

1 引言

隨著生活品質(zhì)的日益提高，人們對飲食安全越來越關(guān)注。因此，食具消毒柜也逐漸成為中國家庭的常用廚電。而臭氧因為其極強的氧化性及易獲得性成為了很多消毒器具首選的滅菌因子。然而，也正是因為強氧化性使得臭氧對人體具有傷害性。如表1所示[1]。

因此，對于臭氧型食具消毒柜，臭氧泄漏是衡量其安全及性能的一個重要參數(shù)。

目前國內(nèi)臭氧型食具消毒柜均采用GB 17988[2]規(guī)定的方法對臭氧泄漏進行測試：測試環(huán)境為2.5m×3.5m×3.0m（長×寬×高）的密閉房間，墻壁表面覆蓋聚氯乙烯板，室內(nèi)溫度保持在23℃±2℃，相對濕度為50%±10%，采用紫外線光度法，在距消毒柜表面20厘米處測試臭氧濃度。要求每2分鐘記錄一次數(shù)據(jù)，在工作周期內(nèi)和工作結(jié)束10分鐘內(nèi)，平均臭氧濃度不超過0.2mg/m3。就測試方法而言，標準并未明確探頭擺放的位置，如果采樣位置不是測試樣機的最大泄漏處，則不能真實反映該機器的臭氧泄漏水平；另外，整個測試要求在恒溫恒濕環(huán)境下進行，當采用空調(diào)保證測試環(huán)境時，空調(diào)送風(fēng)可能會對采樣位置的空氣造成擾動，致使測試數(shù)據(jù)出現(xiàn)非正常波動。除此之外，測試儀器使用不當也會造成數(shù)據(jù)錯誤。

本文在標準GB 17988的基礎(chǔ)上，對上述測試方法中的不確定因素進行了分析和研究，主要從測試室容積、采樣點位置、測試樣機內(nèi)部壓力變化、測試儀器四個因素對測試結(jié)果的影響進行了闡述，并且從臭氧暴露的毒效應(yīng)出發(fā)，以GB 18202[3]為依據(jù)，探討了評估方法的合理性。

2 測試方法的研究

2.1 測試室容積對測試結(jié)果的影響

用戶一般會將食具消毒柜安裝在廚房，而對于很多生活在擁擠的大中城市的用戶而言，廚房面積可能遠小于8.75m2（標準所規(guī)定的測試房間尺寸）。那么如果某臺消毒柜的臭氧泄漏符合國家標準，那么在實際使用中是否一定安全？因為該問題涉及到實際使用時的安全性，所以本文首先對基于不同測試室容積的臭氧泄漏值進行了研究。

本論文所涉及的臭氧測試儀器的參數(shù)如下[4][5]：

測試原理：紫外線光度法；

高濃度測試儀（腔內(nèi)臭氧濃度）：2B-202；

測試范圍：0～250ppm；

采樣頻率：10s；

采氣率：800mL/min；

精度：1.5ppb 或示值2%；

低濃度測試儀(臭氧泄漏)：Thermo-49i；

測試范圍：設(shè)置0～1ppm；

采樣頻率：10s；

采氣率：0.4～1.6L/min；

精度：1ppb。

為了解機器性能，先對A機內(nèi)部臭氧濃度進行測試，測試結(jié)果如圖1。

之后，將A機置于不同容積的測試房間或箱體中分別進行測試。

在尺寸為111.55m3的房間，測得臭氧泄漏的曲線如圖2所示。

在尺寸為5m3的測試箱體內(nèi)，測得臭氧泄漏的曲線如圖3所示。

在標準規(guī)定的房間26.25m3，2.5m×3.5m×3.0m（長×寬×高）內(nèi)，測得臭氧泄漏的曲線如圖4所示。

從圖2～圖4可見，測試室容積對機器臭氧泄漏性能的評估有至關(guān)重要的影響，如果容積較大，如111.55m3（8.3m×5.6m×2.4m）的測試室如圖2，數(shù)據(jù)基本呈現(xiàn)不規(guī)則的大幅離散性，這是因為當某時刻臭氧氣體泄漏出來后隨即擴散至整個空間，相比于容積較小的測試箱(5m3，圖3)，等量的泄漏氣體迅速充斥在大的空間中因而使得單位容積所含有的臭氧量極低。因此，定義2.5m×3.5m×3.0m（長×寬×高）為標準測試室尺寸。如需在小于8.75m2的廚房中進行評估，則可參考介于5m3至26.25m3的數(shù)值。

2.2 采樣點位置對測試結(jié)果的影響

由于不同機器其本身的工作特性及結(jié)構(gòu)特點不相同，其不同部位的密閉程度也不相同。因此，測試之前應(yīng)先了解測試樣機的結(jié)構(gòu)特點，找出最薄弱部位，再考慮探頭的擺放方式。

機器的密封性很難直接觀察得到，一般采用兩種方法檢測：一種為光檢測法，即在腔體內(nèi)部放置光源，測試者在可疑位置處觀察是否漏光，但該方法的使用通常受到光線角度的限制；另一種為超聲波測泄漏法，測試者可利用超聲波泄漏檢測儀找到最大泄漏位置，然后再選擇合理的探頭位置。

為了闡明該問題，本文對A機進行不同位置處的臭氧泄漏測試。（為了便于研究，測試在5m3的測試箱中進行，測試環(huán)境與上述條件相同。）此前已用超聲波泄漏測試儀測得最大泄漏點為機器上門左側(cè)拐角處。由此，分別在該點至頂面以上20cm處以及該點垂直向外20cm處布置探頭。測得結(jié)果如圖5所示。

圖1 A機腔內(nèi)臭氧濃度變化曲線

圖2 在容積為111.55m3的測試室中的臭氧泄漏

圖3 在容積為5m3的測試箱中的臭氧泄漏

頂面上方20cm處泄漏曲線波動較大，而垂直向外20cm處的泄漏曲線較為平滑，這正好符合該樣機的運行原理，在泄漏峰值出現(xiàn)的時候，機器正處于加熱分解臭氧階段。腔內(nèi)高濃度臭氧空氣因受熱膨脹而導(dǎo)致泄漏，熱氣流從泄漏處流出后附壁上升，恰好被位于上方的探頭吸收，劇烈的自然對流導(dǎo)致了測試值的大幅波動。而向外20cm處由于對流不夠劇烈，被采集的樣氣主要為擴散而至的臭氧。

圖4 在容積為26.25m3的測試室中的臭氧泄漏

圖5 A機不同位置處的臭氧泄漏情況

因此，探頭位置的最終選擇應(yīng)考慮機器運行原理以及該原理下的氣流情況。

2.3 樣品機器內(nèi)部壓力變化對測試結(jié)果的影響

當腔體內(nèi)氣體溫度升高時，壓力也隨之增大。因此對于非氣密性容器而言，泄漏峰值往往出現(xiàn)在加熱階段。所以做泄漏測試時，應(yīng)確保所采集的數(shù)據(jù)是該樣機正常工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)，避免人為因素造成的數(shù)據(jù)干擾。

為觀察該因素對結(jié)果的影響，實施一組對比測試，即測泄漏的同時測試內(nèi)部臭氧濃度（無補償氣體）。圖6的“臭氧泄漏—同測內(nèi)部濃度”數(shù)據(jù)顯示，整個階段其數(shù)值都小于“臭氧泄漏—無內(nèi)部濃度測試”的數(shù)據(jù)，這是因為臭氧泄漏的主因為內(nèi)部壓力的增大，尤以加熱時為甚。因此當測試內(nèi)部濃度而不設(shè)補償氣體時，臭氧分析儀以0.8L/s的速率采集腔內(nèi)氣體，事實上這是一種規(guī)律而細微的減壓行為。因此這種減壓行為一定程度上抵消了因受熱而增加的內(nèi)壓，導(dǎo)致此時測得的臭氧泄漏量小于正規(guī)測試時的值。

2.4 測試儀器對測試結(jié)果的影響

臭氧測試儀的工作原理是，臭氧分子吸收波長為254nm的紫外光，這種單一的紫外光的強度和臭氧濃度有直接的關(guān)系，其關(guān)系如下：

其中：K=308cm-1（at 0℃ and 1atm）分子吸收系數(shù)；

L—單元長度；

C—臭氧濃度（ppm）；

I—樣氣（有臭氧樣品）的紫外光強度；

I0—參比氣（無臭氧樣品）的紫外光強度。

測試之前，首先應(yīng)確保測試儀器各項參數(shù)的準確性，（例如儀器工作溫濕度，紫外燈系數(shù)，流量，采樣管參數(shù)，是否有過濾裝置等）否則將會造成數(shù)據(jù)錯誤。通常情況下，如發(fā)生溫濕度異常或紫外燈系數(shù)異常，臭氧分析儀會有報警顯示。然而對于流量這樣的參數(shù)，有些臭氧分析儀則未必會顯示；另外采樣管參數(shù)以及是否有過濾裝置這些因素的檢查更依賴于測試者的經(jīng)驗。

表1 臭氧毒效應(yīng)

表2 不同評估方法下A機和B機的臭氧泄漏量

比如，若流量小于正常工作范圍，可能預(yù)示著采氣泵或管路存在堵塞或其他異常情況，從而導(dǎo)致示數(shù)偏小。采樣管材質(zhì)一般為質(zhì)地較硬的聚四氟乙烯，以確保管路不發(fā)生折彎，同時管長不宜超過1m，盡量減少臭氧樣氣在進入儀器前的消耗。采樣管另一端應(yīng)緊密連接測試儀器，以免吸入環(huán)境氣體。測試室潔凈程度也會在一定程度上影響測試結(jié)果，因為一些煙霧顆?；蚱渌麘腋≡诳諝庵械牧Ｗ涌赡軙蓴_儀器的判斷。因此建議在采氣管與儀器之間安裝過濾裝置，過濾裝置中的濾膜可濾除直徑在5μm以上的粒子，以保證測試結(jié)果的精確性。

圖7 A機臭氧泄漏

3 評估方法的研究

就評估方法而言，臭氧泄漏水平受兩個因素影響，一個因素為機器自身的臭氧泄漏值，另一個為測試程序時長。對于市場上大多數(shù)臭氧消毒柜，在完成消毒過程后會用加熱或其他方法分解臭氧，同時，也可以在臭氧作用結(jié)束后增加其他功能（比如烘干）來延長整個程序[6]。這意味著如果某臺樣品機器的臭氧泄漏量不達標，完全可通過延長非臭氧作用時間來獲得符合標準限值的臭氧泄漏值。所以為了使評估方法更加合理而嚴格，本文從人體健康出發(fā)，以GB 18202《室內(nèi)空氣中臭氧衛(wèi)生標準》給出的評估標準作為判斷臭氧泄漏是否超標的依據(jù)。該標準經(jīng)過了驗證性的臭氧毒性研究以及室內(nèi)臭氧水平的調(diào)查，從臭氧暴露的毒效應(yīng)考慮，以毒性指標為依據(jù)，制定出室內(nèi)空氣臭氧的衛(wèi)生標準。該標準以時間平均濃度表示，1h平均最高容許濃度為0.1mg/m3。

為對比GB 17988和GB 18202的評估方法，對兩臺不同的樣機進行相同條件下的測試（23℃±2℃，50%±10%，5m3測試箱），測試結(jié)果如圖7～圖8所示。

將以上測試結(jié)果分別按照標準GB 17988和GB 18202的評估方法來分析，結(jié)果如表2所示。

由此可見，即使按照第一種評估方法取得了較低的泄漏值，也不意味著該樣品機器的密封性好。所以為了更加嚴格的考察機器性能，應(yīng)采用GB 18202所示的評估方法。

4 結(jié)論

圖8 B機臭氧泄漏

本文對標準GB 17988所述的臭氧測試方法和評估方法進行了研究，并通過實驗對測試室容積、采樣點位置、樣品內(nèi)部壓力變化以及測試儀器等四個因素對測試結(jié)果的影響做了分析，推薦將樣機置于標準測試室中（2.5m×3.5m×3.0m），以最大泄漏點為中心，依據(jù)測試樣機工作原理選擇采樣點（一般為頂面上方20cm處），檢驗測試儀器，在不干擾機器內(nèi)部壓力的情況下進行測試。對于評估方法，本文從臭氧暴露的毒效應(yīng)出發(fā)，建議遵循GB 18202定義的方法，即1h平均最高容許濃度為0.1mg/m3。