PL238815B1

PL238815B1 - Sposób inaktywacji drobnoustrojów w powietrzu oraz sterylizator elektryczny

Info

Publication number: PL238815B1
Application number: PL427894A
Authority: PL
Inventors: Valentyn Zihmundovych SHEVKIS; Valentyn Zihmundovych Shevkis; Valerii Valentynovych Shevkis
Original assignee: Valentyn Zihmundovych Shevkis; Valerii Valentynovych Shevkis
Priority date: 2016-12-08
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2021-10-11
Also published as: CN109963599B; DE112017003355T5; PL427894A1; UA114067C2; WO2018106208A1; CN109963599A; RU2731964C1

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy urządzeń medycznych, zwłaszcza sposobów i urządzeń do inaktywacji drobnoustrojów w powietrzu i może być wykorzystany do dezynfekcji powietrza oraz zwiększenia poziomu aerojonów ujemnych w dziedzinie medycznej, farmaceutycznej, spożywczej i rolniczej, w pomieszczeniach o wielkim skupieniu ludzi oraz w warunkach bytowych.

Istnieje szereg prostych i skomplikowanych w budowie urządzeń do oczyszczania i dezynfekcji powietrza. Jednak żadne ze znanych urządzeń nie pozwala osiągnąć pełnego oczyszczenia powietrza od drobnoustrojów.

Znany jest oczyszczacz powietrza firmy ZENET (Internet:http./www.mobilluck.com.ua/brands/Zenet), który oczyszcza powietrze w sposób mechaniczny oraz przy pomocy elektrostatyki, lecz brak jest w nim warunków do inaktywacji.

Analogicznym jest oczyszczacz powietrza firmy AIRcomfort (Internet: www.aircomfort.ru). Wykorzystane w tym oczyszczaczu elementy filtracyjne typu Nano-filtr i TRUNERA-filtr są separatorami cząsteczek mikroskopijnych. Jonizatory wewnętrzne mogą w nie dużym stopniu zwiększyć koncentrację aerojonów ujemnych w strumieniu powietrza, lecz brak w nich jest warunków do inaktywacji.

Znane jest również urządzenie do sterylizacji i delikatnej filtracji gazu (Patent RF nr. 2026751, kl. B 03 C/14, publ. 1995 r.), które ma budowę podobną do budowy oczyszczacza firmy ZENET oraz firmy AIRcomfort. Jednak urządzenie to różni się istnieniem komory jonizacyjnej. W patencie nie są opisane konkretne warunki pracy komory jonizacyjnej, lecz chodzi tylko o napięciu zasilania 10 kV. Przy takich wartościach napięcia zasilania nie jest możliwe stworzenie efektywnych warunków inaktywacji przy dowolnym rozlokowaniu i kształcie elektrod.

Znany jest również elektryczny sterylizator powietrza (Patent ukraiński, nr. 101136, kl. B03C3/14; A61L2/02; A61L2/03, publ. 2013 r.), który składa się z obudowy, w środku której jest ulokowana komora jonizacyjna, zewnętrzne elektrody - jonizatory, źródło zasilania i turbina. Wewnątrz komory jonizacyjnej są ulokowane dodatnie i ujemne elektrody koronowe pod napięciem odmiennej polarności o wartości 12,5 - 100 kV, a do podmuchu powietrza w komorze jonizacyjnej przewidziana jest turbina.

Wytworzenie w tym sterylizatorze bipolarnego wyładowania koronowego zapewnia inaktywację drobnoustrojów, a jonizacja powietrza przy pomocy wysokiego napięcia zwiększa nasilenie aerojonów ujemnych w powietrzu, lecz ten sterylizator posiada niewielką szybkość działania i zużywa dużo energii.

W jakości prototypu obrano sposób jonizacji powietrza i bipolarny generator jonów (Patent RF nr. 2 301 377 C2, kl. F24F3/16, publ. 2007 r.).

Sposób jonizacji powietrza polega na tym, że powietrze przepuszcza się przez zainstalowany w rurze powietrznej układ elektrod koronowych, do których są podawane impulsy o napięciu zmiennym, amplituda których w zakresie dwóch półokresów jest większa od progu koronowania. Układ elektrod koronowych jest wykonany z dwóch jednakowych, ustawionych jedna koło drugiej grup elektrod, impulsy wysokiego napięcia są selekcjonowane według polarności i skierowują impulsy o odmiennej polarności do różnych grup elektrod koronowych, koncentracja jonów i wskaźnik unipolarności jonów regulują drogą niezależnej zmiany trwałości polarności dodatniej i ujemnej.

Bipolarny generator jonów składa się z obudowy oraz kilku grup elektrod koronowych, podłączonych do źródeł zasilania wysokiego napięcia, rury powietrznej i turbiny. Źródła zasilania są tętniącymi. Do elektrod niezależnie jeden od drugiego są podawane impulsy napięcia zmiennego. Zmiana trwałości impulsów też jest niezależna. Szczelinowość impulsów równa się dwóm.

Lecz ten generator służy wyłącznie do jonizacji powietrza oraz uregulowania koncentracji jonów dodatnich i ujemnych. Zastosowywać go do inaktywacji drobnoustrojów w powietrzu nie pozwala brak w nim koniecznych warunków inaktywacyjnych.

Celem wynalazku jest zapewnienie możliwości stworzenia w sterylizatorze impulsowego bipolarnego wyładowania koronowego przy pomocy podania napięcia impulsowego o polarności dodatniej i ujemnej z możliwością niezależnego ustawiania wielkości napięcia i trwałości impulsów, jak również zapewnienia synchronizacji źródeł zasilania elektrod, co zapewni całkowitą inaktywację drobnoustrojów w powietrzu.

Określony cel osiąga się w następujący sposób. W sposobie inaktywacji drobnoustrojów w powietrzu, który polega na tym, że powietrze jest przepuszczane przez układ elektrod, do których jest podawane napięcie impulsowe, według wynalazku, na elektrody koronowe oraz elektrody jonizatory, które znajdują się w komorze sterylizacyjnej w stałym lub zmiennym polu magnetycznym, są podawane impulsy wysokiego napięcia o polarności dodatniej lub ujemnej z amplitudą 14-100 kV trwałością

PL 238 815 B1

2-200 msek. i szczelinowością od 1 do 100, z możliwością niezależnego ustawiania wysokości napięcia i trwałości impulsów na każdej elektrodzie, przy czym trwałość impulsu określa się według wzoru:

t = S/Va, gdzie t - trwałość impulsu, msek.,

S - długość komory sterylizacyjnej, m,

V - szybkość strumienia powietrza w komorze, m/sek., a - współczynnik współdziałania magnetycznego elektrody koronowe zostają podłączone do synchronizowanych źródeł zasilania dopuszczających zsuw faz do 2 π, elektromagnesy wytwarzają pole magnetyczne, źródła zasilania których są synchronizowane ze źródłami zasilania elektrod i zmieniają polarność napięcia zasilania uzwojenia elektromagnesów w połowie trwania impulsu o wysokim napięciu.

Według wynalazku, w przypadku potrzeby do komory sterylizacyjnej wpuszcza się gaz o określonym zestawie, który się jonizuje oraz zapewnia zwiększoną koncentracje jonów na wyjściu.

Określone zadanie osiąga się również przez to, że w sterylizatorze elektrycznym, który składa się z obudowy i kilku grup elektrod koronowych, podłączonych do zasilaczy impulsowych wysokiego napięcia, rury powietrznej i turbiny, według wynalazku w jakości rury powietrznej służy komora sterylizacyjna, w której są zainstalowane dodatnie i ujemne elektrody koronowe; pomiędzy dodatnimi i ujemnymi elektrodami koronowymi ulokowane są izolowane elektrody wykonane w postaci obudowy dielektrycznej z wbudowanymi siatkami metalowymi oraz elektrodami jonizatorami, zainstalowanymi na ostatniej w kierunku powietrza elektrodzie ujemnej, na komorze sterylizacyjnej są wbudowane co najmniej cztery elektromagnesy do wytwarzania stałego lub zmiennego pola magnetycznego, zasilacze do elektromagnesów są zainstalowane na zewnątrz komory sterylizacyjnej i są synchronizowane z zasilaczami elektrod, przed turbiną znajduje się iniektor dla dodatkowego doprowadzenia gazu o określonym zestawie.

Zgodnie z wynalazkiem magnesy elektryczne są utworzone w postaci cewek z rdzeniem ferromagnetycznym i ulokowane po stronach przeciwległych komory sterylizacyjnej jedna do drugiej biegunem przeciwnym.

Skierowanie impulsów wysokiego napięcia o polarności dodatniej lub ujemnej z amplitudą 14-100 kV trwałością 2—200 msek. i szczelinowością od 1 do 100 i możliwość niezależnego ustawienia wielkości napięcia i trwałości impulsu na każdej elektrodzie stwarza możliwość zwiększenia jonizacji uderzeniowej. Wykorzystanie elektromagnesów i synchronizacja źródeł zasilania dodatkowo powiększa prawdopodobieństwo jonizacji. Praca sterylizatora w przypadku zmiennego pola magnetycznego zwiększa efekt sterylizacyjny w dwukrotnie w porównaniu do pracy w warunkach stałego pola magnetycznego. Instalacja elektrod izolowanych zapewnia stałą pracę sterylizatora przy wartościach napięcia przed przebiciem, usuwając wyniknięcie procesów streamerowych, co wytwarza możliwość do zwiększenia napięcia zasilania elektrod i wzrostu energii jonizacji.

Poza tym proponowany sterylizator stwarza możliwość podwyższenia koncentracji cząsteczek jonizowanych określonego gazu w powietrzu dla jego wykorzystania w celach medycznych.

Na rys. 1 został schematycznie przedstawiony sterylizator elektryczny; na rys. 2 - schemat blokowy zasilania oraz kierowania sterylizatora elektrycznego.

Sterylizator elektryczny składa się z obudowy 1, komory sterylizacyjnej 2, obudowa 3 której wykonana jest w postaci rury, do końca bloku 1 przymocowana jest turbina 4, która nagniata powietrze do komory sterylizacyjnej 2. Przed turbiną 4 ulokowany jest iniektor 5 z zaworem 6 do dodatkowego skierowania gazu o określonym zestawie. W obudowie 3 komory sterylizacyjnej 2 są ulokowane w szeregu: zespół ujemnych elektrod koronowych 7 w postaci galwanicznie połączonych siatek, za nimi mieści się zespół izolowanych elektrod 8 w postaci obudowy dielektrycznej z wmontowaną siatką metaliczną, dalej zespół dodatnich elektrod koronowych 9 w postaci galwanicznie połączonych siatek metalicznych, za nimi z kolei zespół izolowanych elektrod 8 i na końcu ulokowany jest zespół ujemnych elektrod koronowych 7, galwanicznie połączonych z elektrodami jonizatorami 10. Na obudowie 3 komory sterylizacyjnej 2 w strefie izolowanych elektrod 8 ulokowano uzwojenia elektromagnesów 11. Zespól kierowania 12, źródło zasilania ujemnych elektrod koronowych 13, źródło zasilania dodatnich elektrod koronowych 14, źródło zasilania elektromagnesów 15, zespół regulowania 16 i zespół indykacyjny 17 - są wykonane w osobnych obudowach. Źródła zasilania 13, 14, 15, zespół regulowania 16 i zespół indykacyjny 17 są podłączone do zespołu kierowania 12.

PL 238 815 B1

Sterylizator funkcjonuje w sposób następujący:

Przy pomocy turbiny 4 powietrze nagniata się do komory sterylizacyjnej 2, przechodząc przez którą strumień powietrza jest poddany działaniu pola elektrycznego, wytworzonego przez elektrody koronowe 7, 9, do których od źródeł zasilania 13, 14 są podawane impulsy o wysokim napięciu polarności dodatniej i ujemnej z amplitudą 14-100 kV trwałością 2-200 msek. i szczelinowością od 1 do 100 z możliwością niezależnego ustawienia wysokości napięcia i trwałości impulsów na każdej elektrodzie, przy czym trwałość impulsów określa się według wzoru:

t = S/Va, gdzie t - trwałość impulsu, msek.,

S - długość komory sterylizacyjnej, m,

V - prędkość strumienia powietrza w komorze, m/sek., a - współczynnik współdziałania magnetycznego.

Z komory sterylizacyjnej 2 wychodzi powietrze sterylne. Elektrody jonizatory 10 zwiększają koncentracje aerojonów ujemnych w wyjściowym strumieniu powietrza.

Iniektor 5 stwarza możliwość skierowania dodatkowego gazu do mieszanki powietrznej. Jako główny czynnik inaktywacyjny w sterylizatorze służy prąd koronowego wyładowywania gazowego. Przy podaniu do elektrod koronowych 7, 9 napięcia w postaci π-podobnych impulsów w przestrzeni pomiędzy elektrodami przepływa impulsowy prąd elektryczny. Flanki π-podobnych impulsów prądu elektrycznego są zbliżone do 90°.

Zasilanie elektrod koronowych 7, 9 przy pomocy napięcia impulsowego powiększa efekt jonizacji uderzeniowej. Prąd w strefie przenosu ładunków, czyli w przestrzeni pomiędzy elektrodami, wzrasta dziesięć razy w porównaniu z zasilaniem elektrod napięciem stałym, a więc wzrasta działanie inaktywacyjne oraz szybkość inaktywacji drobnoustrojów.

Źródło zasilania ujemnej elektrody koronowej 13 i źródło zasilania dodatniej elektrody koronowej 14 synchronizowane przez zespół kierowania 12 są ulokowane na kontrolerze „ATmega 238p” i posiadają możliwość zsuwu faz do 2π. Przy zsuwie faz, który równa się „0”, napięcie pomiędzy elektrodami koronowymi 7, 9 jest maksymalne. Trwałość impulsu wyładowania jest równa trwałości impulsu napięcia, Przy czym energia jonizacji jest maksymalna.

Przy zsuwie faz odmiennym od „0” - brak napięcia na jednej z elektrod koronowych 7, 9 w czasie wielkości tego zsuwu. Wysokość prądu w tej chwili zależy od napięcia na elektrodzie koronowej 7, 9, prąd przez ten okres będzie zawsze mniejszy, niż przy zsuwie faz, który równa się „0”, odpowiednio energia jonizacji również będzie mniejsza od maksymalnej. Przy zsuwie faz, który równa się 2π, energia jonizacji jest minimalna.

Zmiana energii jonizacji jest konieczna do selekcji jonów określonych gazów w strumieniu wyjściowym sterylizatora elektrycznego. Przy regulowaniu zsuwu faz szczelinowość zmienia się.

Wzrost koncentracji jonów określonego gazu zwiększa się również przez dodatkowe nagniatanie gazu do komory sterylizacyjnej 2 przy pomocy iniektora 5.

Zwiększenie ilości jonów gazu w strumieniu wyjściowym powietrza sterylizatora jest wykorzystywane w fizjoterapii w celach medycznych.

Do osiągnięcia maksymalnie możliwych wartości energii jonizacji w sterylizatorze jest stosowane wysokie napięcie, wielkość którego dochodzi do wartości przed przebiciem. Przy takich wartościach napięcia w przestrzeni pomiędzy elektrodami wytwarzają się streamery, które zmniejszają skuteczność inaktywacyjnego działania sterylizatora. Dla usunięcia tego zjawiska i podwyższenia wytrzymałości elektrycznej przestrzeni pomiędzy elektrodami, pomiędzy elektrodą dodatnią 9 i ujemną 7 ulokowano zespoły elektrod odizolowanych 8, podbudowa których wykonana jest z materiału izolacyjnego, do komory wmontowano co najmniej dwie równoległe jedna do drugiej i koronowych elektrod 7 i 9 siatki.

Ulokowanie elektrod jonizatorów 10 bezpośrednio na ostatniej w kierunku ruchu strumienia powietrznego ujemnej elektrodzie koronowej 7 zapewnia zwiększenie aerojonów ujemnych w 8-10 razy w wyjściowym strumieniu sterylizatora.

Jonizowane mikrocząsteczki organiczne i nieorganiczne, znajdujące się w oczyszczonym powietrzu pomieszczenia, w którym dokonuje się sterylizacji, opadają na podłogę i ściany, ponieważ one są elektrodą dodatnią w stosunku do ostatniej ujemnej elektrody koronowej 7 sterylizatora. Stwarza to możliwość dodatkowego zwiększenia sterylności pomieszczenia przy pomocy wilgotnego sprzątania.

Wytworzone przez elektromagnesy 11 pola magnetyczne w komorze sterylizacyjnej 2 sterylizatora zmieniają trajektorię cząsteczek jonizowanych, powielając przy tym prawdopodobieństwo jonizacji.

PL 238 815 B1

Wraz ze zmianą wielkości strumienia magnetycznego zmieniają się warunki inaktywacji. Wzrost wielkości strumienia magnetycznego stwarza możliwość zmniejszenia trwałości impulsu elektrycznego, który jest podawany do elektrod koronowych. Ustalona zależność empiryczna trwałości impulsu od wielkości strumienia magnetycznego. Celem obliczenia trwałości impulsu do wzoru obliczenia trwałości impulsu wprowadzono współczynnik współdziałania magnetycznego „a”. Jego zależność od wielkości strumienia magnetycznego „B” (w jednostkach umownych) odzwierciedla wykres (rys. 3).

To daje dodatkowe zwiększenie inaktywacyjnego działania sterylizatora.

Praca źródła zasilania elektromagnesów 15 jest synchronizowana przy pomocy zespołu kierowania 12 z pracą źródeł zasilania ujemnych i dodatnich elektrod koronowych 13, 14. Zmiana biegunów napięcia zasilania magnesów elektrycznych 11 dokonuje się w połowie trwania impulsu ujemnego elektrody koronowej 7. To zwiększa dodatkowo prawdopodobieństwo wystąpienia jonizacji.

Ustawienie parametrów (napięcia zasilania, trwałości impulsów i szczelinowości) dokonuje się przy pomocy zespołu regulowania 16, a indykacja tych parametrów - przy pomocy zespołu indykacyjnego 17.

Przykład wykonania sposobu.

Skuteczność inaktywacji drobnoustrojów w powietrzu przy pomocy tego sposobu była ustalona przy pomocy metody odbioru powietrza aparatem Kratowa. W pomieszczeniu o wymiarach 150 m³w ciągu 5 godzin okresowo znajdowało się 150 osób. Dokonano odbioru próbek i ustalono, że na szalce Petriego znaleziono 250 kolonii, wytworzonych przez różne drobnoustroje. Po 10 minutach obróbki powietrza przy pomocy zaproponowanego sterylizatora elektrycznego na szalce Petriego znaleziono 10 kolonii, po 20 minutach oddziaływania na powietrze - 4 kolonii, a po 30 minutach - 0. Trwałość ujemnego impulsu wynosiła 125 msek przy szczelinowości 1,5. Amplituda impulsu ujemnego wynosiła 38 kV, dodatniego - 32 kV.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób inaktywacji drobnoustrojów w powietrzu, polegający na tym, że powietrze zostaje przepuszczone przez układ elektrod, do których jest podawane napięcie impulsowe, znamienny tym, że elektrody koronowe (7, 9) podłącza się do synchronizowanych źródeł zasilania elektrod koronowych (13, 14) dopuszczających zsuw faz do 2 π, za pomocą elektromagnesów (11) generuje się stałe lub zmienne pole magnetyczne, przy czym źródła zasilania elektromagnesów (15) są synchronizowane ze źródłami zasilania elektrod koronowych (13, 14), za pomocą elektrod koronowych (7, 9) oraz elektrod jonizatorów (10), znajdujących się w komorze sterylizacyjnej (2), generuje się impulsy wysokiego napięcia o polarności pozytywnej lub negatywnej, z amplitudą 14-100 kV, o trwałości 2-200 msek., szczelinowością od 1 do 100, przy czym wysokość napięcia oraz trwałość impulsu ustawia się niezależnie na każdej elektrodzie, i trwałość impulsu ustala się według wzoru:

t = S/Va, gdzie t - trwałość impulsu, msek.,

S - długość komory sterylizacyjnej, m,

V - prędkość strumienia powietrza w komorze, m/sek., a - współczynnik współdziałania magnetycznego, i przy czym w połowie czasu trwania impulsu wysokiego napięcia, zmienia się polarność napięcia zasilania uzwojenia elektromagnesów (11).
2. Sposób inaktywacji drobnoustrojów według zastrz. 1, znamienny tym, że w przypadku potrzeby do komory sterylizacyjnej (2) wpuszcza się gaz, który się jonizuje.
3. Sterylizator elektryczny do inaktywacji drobnoustrojów w powietrzu, który składa się z obudowy oraz podłączonych do zasilaczy impulsowych wysokiego napięcia grup elektrod koronowych, rury powietrznej i turbiny do nagniatania powietrza, znamienny tym, że rura powietrzna stanowi obudowę 3 komory sterylizacyjnej (2), w której to komorze sterylizacyjnej (2) zainstalowane są, wykonane w postaci galwanicznie połączonych siatek metalicznych, grupy koronowych elektrod dodatnich (9) i ujemnych (7),

PL 238 815 B1 pomiędzy grupami koronowych elektrod dodatnich (9) i ujemnych (7), w postaci obudowy dielektrycznej z wbudowanymi galwanicznie połączonymi siatkami metalowymi, zainstalowane są grupy elektrod odizolowanych (8), za ostatnią w kierunku ruchu powietrza grupą elektrod ujemnych (7) znajdują się elektrody jonizatory (10), na komorze sterylizacyjnej (2) znajdują się co najmniej cztery elektromagnesy (11) do wytwarzania stałego lub zmiennego pola magnetycznego, na komorze sterylizacyjnej (2) zainstalowane jest źródło zasilania elektromagnesów (15), synchronizowane ze źródłami zasilania ujemnych i dodatnich elektrod koronowych (13, 14), przed turbiną (4) znajduje się iniektor (5) przeznaczony do dodatkowego doprowadzania gazu, który się jonizuje.
4. Sterylizator elektryczny według zastrz. 3, znamienny tym, że elektromagnesy (11) są utworzone w postaci cewki z ferromagnetycznym rdzeniem.
5. Sterylizator elektryczny według zastrz. 3, znamienny tym, że elektromagnesy (11) są umieszczone po przeciwległych stronach komory sterylizacyjnej (2) i ustawione jeden do drugiego biegunem przeciwnym.