RU2173562C2 - Установка комбинированной бактерицидной обработки - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области электротехнических устройств, используемых для стерилизации жидких и других сред, а также для бактерицидной обработки предметов и материалов живого и неживого происхождения. Установка содержит источник ультрафиолетового (УФ) излучения, генератор СВЧ-энергии и микроволновую рабочую камеру. Источник УФ-излучения выполнен в виде по меньшей мере одной съемной бактерицидной СВЧ-газоразрядной лампы. СВЧ-генератор снабжен коаксиальным возбудителем бактерицидной лампы и рабочей камеры. А рабочая камера снабжена полым УФ- и СВЧ-прозрачным змеевиком. Устройство обладает повышенной бактерицидной эффективностью и расширенными функциональными возможностями. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к области электротехнических устройств, используемых для стерилизации жидких и других сред, а также для бактерицидной обработки предметов и материалов живого и неживого происхождения. В более узком приложении изобретение относится к микроволновым камерным установкам бактерицидного ультрафиолетового облучения различных объектов, используемых в бытовой сфере, в науке и технологии.

Известны различные устройства для стерилизации жидких и газообразных сред, а также инфицированных поверхностей и предметов (например, больничного мусора и др.) с помощью ультрафиолетового (УФ) облучения, СВЧ-облучения (при тепловом и нетепловом воздействиях), а также с помощью обработки озоном. При этом существуют установки, в которых источником УФ-излучения являются, например, питаемые от электрической сети ртутные газоразрядные лампы низкого давления, а озон образуется под действием указанного УФ-излучения. С другой стороны, известны источники УФ-излучения на базе безэлектродных СВЧ-газоразрядных ламп, питаемых непосредственно СВЧ-энергией.

Эффективность бактерицидного действия УФ-облучения, СВЧ-облучения и озонной обработки могла бы быть существенно повышена, если бы все эти средства могли бы быть применены либо одновременно (в преднамеренно выбираемом сочетании), либо в определенной последовательности (например, с чередованием) и по определенной пространственно-временной программе.

Ряд технических решений, относящихся к конкретным устройствам УФ-облучателей, отражен в общетехнической литературе (см., например, Сарычев Г.С. "Облучательные светотехнические установки", Энергоатомиздат, 1992 - [1] ). Некоторые технические решения по автономным УФ- или СВЧ-воздействиям известны из патентных описаний. Так, в Патенте США N 5451791 от 19.09.1995 г. (автор F. M. Mark) - [2] предложена установка для дезинфицирования воды. Указанная установка снабжена камерой, в которой размещен источник УФ-излучения - обычная ртутная УФ-лампа (трубчатой формы), питаемая от сети переменного тока через пускорегулирующий аппарат (ПРА). В той же камере под ртутной УФ-лампой расположены УФ-прозрачные трубы, по которым протекает подлежащая обеззараживанию вода. В этой установке используется единственное средство бактерицидного воздействия на проточную воду, а именно УФ-облучение. При этом не предусмотрено размещение в камере каких бы то ни было иных обеззараживаемых объектов (предметов).

В Патенте ФРГ N 3627367 от 17.12.1987 г. (автор W. Schinke - [3]) предложена установка для стерилизации инфицированного больничного мусора. Указанная установка содержит микроволновую рабочую камеру с устройствами загрузки и выгрузки мусора. Через окна в стенке рабочей камеры, выполняющие функции излучателей, осуществляется поступление СВЧ-энергии от внешних генераторов. В данной установке используется единственное средство бактерицидного воздействия на предметы, подлежащие утилизации, а именно СВЧ-облучение. При этом не предусмотрено размещение в камере каких бы то ни было объектов (жидкостей или предметов, подлежащих обеззараживанию для полезного использования).

Известно множество других устройств для СВЧ-стерилизации и дезинфекции "сухих" предметов и отходов. Все указанные устройства, являющиеся в известной степени аналогами предлагаемой нами установки, не используют, однако, комплексное или комбинированное бактерицидное воздействие и узкофункциональны.

Более близким аналогом предлагаемого нами устройства, который допустимо признать прототипом, является СВЧ-печь для дезинфекции, дезодорации и стерилизации по международной заявке N 89/09068, опубликованной 05.10.89 г. (автор P.Hirsch) - [4]. В указанном прототипе имеется рабочая камера, внутри которой размещен УФ-излучатель в форме двухэлектродной лампы. УФ-излучатель образует озон под воздействием СВЧ-поля. Озон дезинфицирует и дезодорирует проходящий через камеру СВЧ воздух. Этим, по мнению автора заявки [4], и обеспечивается стерилизация предметов, находящихся в камере печи.

Достоинством прототипа является совмещение в одном устройстве и источника УФ-излучения и камеры СВЧ-печи, а также независимо от трактовки автора [4] ) - возможности комплексной бактерицидной обработки предметов (в том числе сосудов с жидкостью) в рабочей камере.

Недостатками устройства являются несъемность УФ-источника и соответственно ограниченные возможности оператора комбинировать по своему усмотрению средства бактерицидного воздействия на обрабатываемый объект, невозможность обработки проточной жидкости.

Целью настоящего изобретения является создание устройства с расширенными функциональными возможностями и повышенной бактерицидной эффективностью.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, отвечающего указанной цели, состоит в следующем.

Во-первых, обеспечивается возможность бактерицидного воздействия на помещаемые в рабочую камеру объекты
а) совокупно УФ- и СВЧ-излучений и озона,
б) автономно СВЧ-излучения.

Во-вторых, обеспечивается возможность бактерицидного воздействия совокупно УФ- и СВЧ-излучений на проточные жидкости.

В-третьих, обеспечивается возможность автономного теплового СВЧ-воздействия на жидкости и предметы, возможность проведения процесса СВЧ-нагрева, осуществляемого в традиционных микроволновых печах.

Вышеуказанная цель и соответственно технический результат достигаются реализацией совокупности существенных признаков предлагаемого устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что установка комбинированной бактерицидной обработки, содержащая источник ультрафиолетового (УФ) излучения, генератор СВЧ-энергии и электродинамически связанную с ним микроволновую рабочую камеру, отличается тем, что источник УФ-излучения выполнен в виде по меньшей мере одной схемной бактерицидной СВЧ-газоразрядной лампы, СВЧ-генератор снабжен коаксиальным возбудителем бактерицидной лампы и рабочей камеры, а рабочая камера снабжена полым УФ- и СВЧ-прозрачным змеевиком.

Предусмотрено, что съемная безэлектродная СВЧ-газоразрядная лампа контактно состыкована с коаксиальным возбудителем.

Предусмотрено также, что змеевик выполнен в виде петляющего по меньшей мере в одной плоскости трубопровода.

Предусмотрено, что в рабочей камере установлена по меньшей мере одна дополнительная съемная безэлектродная СВЧ-газоразрядная лампа, неконтактирующая с коаксиальным возбудителем.

В известных доступных источниках информации устройств с аналогичной совокупностью отличительных признаков обнаружить не удалось.

На фиг. 1 показана схематично установка в двух проекциях.

На фиг. 2 показан отдельно вариант исполнения змеевика.

На фиг. 3 показаны фрагменты стыковки съемных безэлектродных УФ-ламп а) с коаксиальным возбудителем, б) со стенкой камеры.

В конкретном, хотя и схематично показанном исполнении устройства на фиг. 1, представлена микроволновая рабочая камера 1, ограниченная металлическими стенками 2, 3, 4, 5, 5, 7 (из материала с высоким коэффициентом отражения УФ-излучений), образующими грани параллелепипеда. В общем случае рабочая камера 1 не обязательно должна быть прямоугольной. Рабочая камера 1 представляет собой многовидовый СВЧ-резонатор. На фиг. 1 вид спереди показан без передней дверцы 8, которая на виде в плане показана в закрытом положении, являющемся рабочим.

Эта дверца 8 выполняет те же функции, что и в обычных микроволновых печах. Стенка 6 дверцы 8 стетопрозрачна, но непрозрачна для СВЧ-излучения. При этом светопрозрачность стенки 6 обеспечена для видимого участка спектра оптического излучения. Во избежание облучения оператора вредным УФ-излучением на дверце 8 выполнен УФ-фильтр 9 (например, из целлулоида). В камеру 1 введен коаксиальный возбудитель 10, посредством которого СВЧ-энергия вводится в камеру 1. Источником СВЧ-энергии является магнетрон 11, аналогичный используемым в обычных микроволновых печах. Этот магнетрон (СВЧ-генератор) 11 показан условно, а источник его питания не показан вовсе, как не являющиеся предметом данного изобретения. На коаксиальном возбудителе 10 установлена схемная безэлектродная СВЧ-газоразрядная лампа 12, являющаяся источником бактерицидного УФ-излучения (например, с аргонно-ртутным наполнением и с оболочкой из кварцевого стекла). Эту УФ-лампу 12, контактно состыкованную непосредственно с коаксиальным возбудителем 10, будем называть "ведущей". В камере 1 установлен змеевик 13, выполненный из УФ- и СВЧ-прозрачного материала (например, из кварцевого стекла). Указанный змеевик 13 изготовлен в форме петляющего полого трубопровода и предназначен для пропускания проточной жидкости (возможно пара, газа и т.п.), подлежащей УФ- и СВЧ-облучению. В зависимости от области применения это может быть питьевая вода, питательные биологические растворы, донорская кровь и многое другое.

На фиг. 1 петляющий трубопровод змеевика 13 расположен в плоскости, параллельной верхней стенке (потолку) 2 камеры 1. Это не является обязательным и тем более единственным решением. На фиг.2 показан вариант петляющего трубопровода змеевика 13, имеющего участки, параллельные боковой стенке 4 и верхней стенке 2 камеры 1.

В камере 1 установлены с возможностью вращения подставки (решетки) 14, 15, прозрачные для УФ-излучения и не препятствующие циркуляции озона (O₃). Эти подставки-решетки 14, 15 выполнены съемными и служат для размещения в зоне озонной, УФ- и CВЧ-обработки различных предметов и объектов без существенного затенения их поверхностей. При этом двигатель, обеспечивающий вращение подставок (решеток) 14, 15, и элементы привода не показаны, так как не составляют предмета изобретения и известны (например, в бытовых микроволновых печах).

На фиг. 1, в камере 1 кроме "ведущей" УФ-лампы 12 показана дополнительная съемная УФ-лампа 16, которую условно назовем "ведомой", контактно не состыкованная непосредственно с коаксиальным возбудителем 10. Таких "ведомых" съемных безэлектродных УФ-ламп 16 может быть несколько, в зависимости от требуемых доз УФ-облучения и выбираемого напряжения УФ-засветки. Соответственно и пространственное положение этих ламп 16 в камере 1 не "привязано" единственным образом к "ведущей" лампе 12 и возбудителю 10.

На фиг. 3 показаны схематично примеры крепления а) "ведущей" 12 и б) "ведомой" 16 ламп. Здесь следует подчеркнуть, что только "ведущая" лампа 12 стыкована с коаксиальным возбудителем 10. Любая же дополнительная "ведомая" лампа 16 с возбудителем 10 не состыкована. В данном примере стыковки представлены резьбовым сочленением, обеспечивающим крепление и съемность ламп 12, 16. Возможны и иные варианты крепления ламп, не меняющие сути изобретения.

Возвращаясь к фиг. 1, отметим, что входной и выходной патрубки 17 и 18 змеевика 13 могут быть выполнены разных форм по усмотрению конструктора и поэтому показаны схематично. Так же схематично показано сопло 19, служащее для принудительной подачи в камеру кислорода (O₂), если это нужно для регулирования процесса образования озона под воздействием УФ-облучения. Различные вспомогательные устройства и элементы, не составляющие предмета изобретения, не показаны вовсе.

Предложенное устройство работает следующим образом. Если в рабочей микроволновой камере 1 установлены все (в том числе и съемные) элементы, как показано на фиг. 1, то при включении магнетрона 11 СВЧ-энергия генерируемых им электромагнитных колебаний (например, на частоте 2450 МГц, используемой в обычных микроволновых печах) через коаксиальный возбудитель 10 поступает в рабочий объем съемной безэлектродной СВЧ-газоразрядной (например, ртутной) лампы 12 и в камеру 1. В "ведущей" лампе 12 зажигается СВЧ-разряд сначала в стартовом газе (например, аргоне), а затем в парах рабочего вещества (например, ртути). Часть энергии СВЧ-колебаний расходуется на поддержание СВЧ-разряда в "ведущей" лампе 12 и соответственно преобразуется в УФ-излучение, а часть продолжает поступать в рабочую камеру 1. Таким образом, все элементы устройства, размещенные в рабочей камере 1, а также помещенные в камеру объекты (будь то проточная жидкость в змеевике 13 или предметы на подставках-решетках 14, 15, не показанные на фиг. 1) облучаются ультрафиолетовым "светом" и одновременно оказываются в СВЧ-электромагнитном поле. Пространственное распределение этого СВЧ-поля зависит как от формы и размеров рабочей лазеры 1 (являющейся многовидовым СВЧ-резонатором, ограниченным проходящими стенками 2, 3, 4, 5, 5, 7), так и от геометрических и электрических характеристик элементов и предметов, размещенных и вводимых в катеру 1. Любые дополнительные ведомые СВЧ-газоразрядные лампы (в частности, съемная лампа 16 на фиг. 1) оказываются в СВЧ-поле и в свою очередь влияют на его топографию. В лампе 16 возбуждается СВЧ-разряд, чему способствует УФ-излучение ведущей лампы 12 (а особенно в том случае, когда в силу неблагоприятной топографии напряженность электрического СВЧ-поля в зоне расположения лампы 16 оказывается недостаточной для устойчивого возбуждения в ней СВЧ-разряда). Таким образом, ведомая СВЧ-газоразрядная лампа 16 становится дополнительным источником УФ-излучения. На поддержание СВЧ-разряда как ведущей лампы 12, так и ведомой 16 при излучении ими УФ-света расходуется относительно меньшая доля СВЧ-энергии, чем при автономном "горении" разряда в каждой из ламп, что является следствием взаимного УФ-ассистирования ведущей 12 и ведомой 16 ламп. В результате значительная доля СВЧ-энергии может быть использована для теплового и нетеплового воздействия на проточные жидкости в змеевике 13 и локальные обрабатываемые объекты (предметы) на подставках-решетках 14, 15.

Наряду с этим УФ-излучение как непосредственно ламп 12 и 16, так и переотражаемое от стенок 2, 3, 4, 5, 6, 7 камеры 1 воздействует и на обрабатываемые проточные жидкости и локальные объекты, и на воздушную среду в рабочей камере 1. При этом происходит образование озона (O₃), который в определенных применениях (например, для глубинной обработки перевязочных материалов в негерметизированной таре: тампонов, салфеток и т.п.) весьма эффективен как бактерицидное средство. Процессом образования озона в установке на фиг. 1 можно управлять, например дозированным вдуванием в камеру 1 через патрубок 19 медицинского кислорода (в дополнение к спонтанному озонированию воздушной среды в камере 1). Если по соображениям пользователя нежелательно присутствие озона в камере 1, то сменные УФ-лампы 12, 16 выбираются в безозонном исполнении.

Работа установки в режиме автономной СВЧ-обработки (без воздействия УФ-излучения) осуществляется путем изъятия из камеры 1 съемных безэлектродных СВЧ-газоразрядных ламп (как ведущей 12, так и ведомой 16). В этом случае СВЧ-энергия от магнетрона 11 через коаксиальный возбудитель 10 поступает в камеру 1 и СВЧ-облучению подвергаются объекты, размещаемые на подставках-решетках 14, 15 и протекающие в змеевике 13. В режиме автономной СВЧ-обработки предложенное устройство действует подобно традиционной микроволновой печи, где для повышения равномерности нагрева используются вращающиеся поддоны (столы).

Claims (4)

1. Установка комбинированной бактерицидной обработки, содержащая источник ультрафиолетового (УФ) излучения, генератор СВЧ-энергии и электродинамически связанную с ним микроволновую рабочую камеру, отличающаяся тем, что источник УФ-излучения выполнен в виде по меньшей мере одной съемной безэлектродной СВЧ-газоразрядной лампы, СВЧ-генератор снабжен коаксиальным возбудителем безэлектродной лампы и рабочей камеры, а рабочая камера снабжена полым УФ- и СВЧ-прозрачным змеевиком.

2. Установка комбинированной бактерицидной обработки по п.1, отличающаяся тем, что съемная безэлектродная СВЧ-газоразрядная лампа контактно состыкована с коаксиальным возбудителем.

3. Установка комбинированной бактерицидной обработки по п.1 или 2, отличающаяся тем, что змеевик выполнен в виде петляющего по меньшей мере в одной плоскости трубопровода.

4. Установка комбинированной бактерицидной обработки по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что в рабочей камере установлена по меньшей мере одна дополнительная съемная безэлектродная СВЧ-газоразрядная лампа, не контактирующая с коаксиальным возбудителем.

Images