RU2395460C2 - Method of liquid decontamination by uv-radiation and device to this end - Google Patents
Method of liquid decontamination by uv-radiation and device to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2395460C2 RU2395460C2 RU2008138356/15A RU2008138356A RU2395460C2 RU 2395460 C2 RU2395460 C2 RU 2395460C2 RU 2008138356/15 A RU2008138356/15 A RU 2008138356/15A RU 2008138356 A RU2008138356 A RU 2008138356A RU 2395460 C2 RU2395460 C2 RU 2395460C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- optical waveguide
- volume
- liquid
- disinfecting
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Apparatus For Disinfection Or Sterilisation (AREA)
- Physical Water Treatments (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относятся изобретенияFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к способам бактерицидного ультрафиолетового (УФ) облучения для обеззараживания воды или иной жидкости, инфицированных патогенной микробной флорой, в заданном объеме (расходе) и соответствующему устройству для реализации заявляемого способа.The present invention relates to methods of bactericidal ultraviolet (UV) irradiation for disinfecting water or another liquid infected with pathogenic microbial flora in a predetermined volume (flow rate) and an appropriate device for implementing the inventive method.
Уровень техникиState of the art
Обеззараживание воды УФ-излучением относится к безреагентным способам обеззараживания и предусматривает использование источников УФ-излучения, преимущественно ртутных газоразрядных ламп низкого или высокого давления, питаемых от электрической сети через соответствующие пускорегулирующие аппараты, или на базе безэлектродных СВЧ-газоразрядных ламп, питаемых непосредственно СВЧ-энергией.Water disinfection with UV radiation refers to non-reagent disinfection methods and involves the use of UV radiation sources, mainly mercury gas discharge lamps of low or high pressure, fed from the electric network through the appropriate ballasts, or based on electrodeless microwave gas discharge lamps fed directly by microwave energy .
Известно применение в качестве источников УФ-излучения светоизлучающих полупроводниковых диодов УФ-диапазона спектра (УФСИД).It is known to use light emitting semiconductor diodes in the UV spectral range (UFSID) as UV radiation sources.
Обеззараживаемое действие УФ-излучения основано на необратимых повреждениях молекул ДНК и РНК микроорганизмов, вызванных разрывами или изменениями химических связей органических молекул, которые, в свою очередь, обусловлены фотохимическими реакциями, стимулированными поглощенной лучистой энергией.The disinfected effect of UV radiation is based on irreversible damage to DNA and RNA molecules of microorganisms caused by breaks or changes in the chemical bonds of organic molecules, which, in turn, are caused by photochemical reactions stimulated by absorbed radiant energy.
Степень инактивации микроорганизмов пропорциональна интенсивности и длительности УФ-облучения, или дозе облучения.The degree of inactivation of microorganisms is proportional to the intensity and duration of UV radiation, or the dose of radiation.
Известно, что с экономической точки зрения оптимальным является применение УФ-обработки жидких сред, имеющих более высокий коэффициент пропускания и стабильные показатели качества, поэтому для наиболее полного и успешного обеззараживания жидких сред важно обеспечить равномерное распределение необходимой дозы облучения по всему объему обеззараживаемой среды.It is known that, from an economic point of view, it is optimal to use UV treatment of liquid media with a higher transmittance and stable quality indicators; therefore, for the most complete and successful disinfection of liquid media, it is important to ensure uniform distribution of the required radiation dose over the entire volume of the disinfected medium.
Известен способ, где в зависимости от необходимой бактерицидной мощности определяют количество источников УФ-излучения и размещают их равномерно в пространстве или объеме обеззараживаемой среды, при этом энергию подают к источнику УФ-излучения от внешнего источника электрической энергии, а размещают источники УФ-излучения таким образом, чтобы изолировать их от контакта с обрабатываемой средой, например в контактной камере (ист.«Водоснабжение Санкт-Петербурга», под. Ред. Ф.В.Кармазинова, СПб, изд. «Новый журнал», 2003 г.).The known method, where depending on the necessary bactericidal power, determine the number of sources of UV radiation and place them evenly in the space or volume of the disinfected medium, while the energy is supplied to the source of UV radiation from an external source of electrical energy, and the sources of UV radiation are placed in this way in order to isolate them from contact with the medium being processed, for example, in a contact chamber (source “Water Supply of St. Petersburg”, under the editorship of F.V. Karmazinov, St. Petersburg, publishing house “New Journal”, 2003).
Значительное поглощение водой УФ-излучения приводит к неоднородной освещенности при внешнем облучении УФ-источниками и, как следствие, разной локальной эффективности обеззараживания в объеме воды. Поэтому известный способ эффективен только в тонком водном слое. Это требует специальной организации формы водного потока или применения источников УФ-излучения с избыточной потребляемой мощностью. Указанные факторы ведут к усложнению, удорожанию и снижению эффективности обеззараживающего воздействия УФ-излучения. Что приводит к повышению требуемой бактерицидной мощности и, как следствие, увеличению количества источников УФ-излучения, а следовательно, общей потребляемой мощности.Significant absorption of UV radiation by water leads to non-uniform illumination during external irradiation with UV sources and, as a result, different local disinfection efficiencies in the volume of water. Therefore, the known method is effective only in a thin aqueous layer. This requires a special organization of the shape of the water stream or the use of UV radiation sources with excessive power consumption. These factors lead to complication, appreciation and decrease in the effectiveness of the disinfecting effect of UV radiation. This leads to an increase in the required bactericidal power and, as a consequence, an increase in the number of UV radiation sources, and therefore, the total power consumption.
Указанный способ реализуется в большинстве установок с погружными и непогружными источниками излучения, а также в комбинированных установках.The specified method is implemented in most installations with submersible and non-submersible radiation sources, as well as in combined installations.
Наиболее простые и маломощные установки напорного (с погружными источниками УФ-излучения) типа состоят из корпуса, в котором размещены УФ-лампы, заключенные в защитный кварцевый чехол. Установки с погружными источниками УФ-излучения обеспечивают более высокую эффективность использования бактерицидного излучения, однако конструктивно более сложны, к тому же при их эксплуатации нельзя допускать загрязнения защитного кварцевого чехла.The most simple and low-power installations of pressure (with submersible sources of UV radiation) type consist of a housing in which UV lamps are placed, enclosed in a protective quartz case. Installations with submersible sources of UV radiation provide higher efficiency of the use of bactericidal radiation, but are structurally more complex, moreover, during their operation it is impossible to prevent contamination of the protective quartz cover.
Установки лоткового типа (с непогружными источниками УФ-излучения) более просты по конструкции и в эксплуатации, но имеют более низкую эффективность использования бактерицидной мощности, а их глубина ограничивается толщиной слоя воды, прозрачного для УФ-излучения. Комбинированные установки сочетают достоинства установок с погружными и непогружными источниками излучения.Tray-type installations (with non-immersed sources of UV radiation) are simpler in design and operation, but have lower efficiency of using bactericidal power, and their depth is limited by the thickness of the water layer transparent to UV radiation. Combined installations combine the advantages of installations with submersible and non-submersible radiation sources.
В качестве источников УФ-излучения в описанных устройствах используются лампы низкого давления, имеющие потребляемую мощность 2-200 Вт и рабочую температуру 40-150°С, а лампы высокого давления - мощность в пределах 50-10000 Вт при рабочей температуре 600-800°С. Бактерицидная мощность ламп низкого давления не превышает 30%, а ламп высокого давления - 10% потребляемой мощности. К концу срока службы ламп (обычно 5-15 тыс. ч) их бактерицидная мощность уменьшается.As sources of UV radiation in the described devices, low-pressure lamps with a power consumption of 2-200 W and an operating temperature of 40-150 ° C are used, and high-pressure lamps with a power in the range of 50-10000 W at an operating temperature of 600-800 ° C . The bactericidal power of low pressure lamps does not exceed 30%, and high pressure lamps - 10% of power consumption. By the end of the lamp life (usually 5-15 thousand hours), their bactericidal power decreases.
Известно устройство, реализующее указанный выше способ УФ-облучения, из патента США №5451791 от 19.09.1995 г., где предложена установка для дезинфицирования воды. Установка снабжена камерой, в которой размещен источник УФ-излучения - традиционная трубчатая ртутная УФ-лампа, питаемая через ПРА от сети переменного тока. В той же камере под ртутной лампой расположены УФ-прозрачные трубы, по которым протекает подлежащая обеззараживанию вода.A device is known that implements the above UV irradiation method from US Pat. No. 5,451,791 of 09/19/1995, where a device for disinfecting water is proposed. The installation is equipped with a camera in which the source of UV radiation is located - a traditional tubular mercury UV lamp fed through the ballasts from an alternating current main. In the same chamber, under the mercury lamp, there are UV-transparent pipes through which the water to be disinfected flows.
Недостатками являются сложность конструкции, потери на рассеивание и поглощение УФ-излучения в трубках, необходимость проведения профилактических работ по промывке трубок от загрязнений, поглощающих УФ-излучение.The disadvantages are the design complexity, the loss of scattering and absorption of UV radiation in the tubes, the need for preventive cleaning of the tubes from contaminants that absorb UV radiation.
Известны запатентованные устройства для ультрафиолетового обеззараживания воды, в которых применяются УФСИД, например патент США 6,579,495, от 17 июня 2003 г. Устройство представляет собой ручное, переносное устройство для обеззараживания воды с УФСИД, которые питаются от подзаряжаемой аккумуляторной батареи, встроенной в устройство.Known patented devices for ultraviolet water disinfection, which use UFSID, for example, US patent 6,579,495, dated June 17, 2003. The device is a manual, portable device for disinfecting water with UFSID, which are powered by a rechargeable battery built into the device.
В этом устройстве для обеззараживания воды, налитой в сосуд, следует перемещать устройство вручную, перемешивая воду, для обеспечения доступа УФ-излучения ко всему объему воды.In this device for disinfecting water poured into a vessel, you should move the device manually, mixing the water, to ensure that UV radiation can reach the entire volume of water.
В патенте США 7,270,748, от 18 сентября 2007 г., описано интегрированное в сантехнический смеситель устройство для УФ обеззараживания проточной воды. Изобретение представляет собой встроенное в излив сантехнического кухонного или ванного смесителя устройство для обеззараживания воды с УФСИД. УФСИД залиты в компаунд и изолированы от потока воды с помощью прозрачного канала.US Pat. No. 7,270,748, dated September 18, 2007, describes a device for the UV disinfection of running water integrated in a sanitary faucet. The invention is a device for disinfecting water with UFSID embedded in a spout of a sanitary kitchen or bathroom mixer. UFSID is poured into the compound and isolated from the water flow using a transparent channel.
В этом устройстве вода самотеком проходит внутри пространства, окруженного большим количеством УФСИД, что должно обеспечивать доступ УФ-излучения ко всему объему протекающей воды.In this device, water flows by gravity inside a space surrounded by a large amount of UFSID, which should provide access to UV radiation to the entire volume of flowing water.
Однако описанный выше способ и устройства для его реализации обладают общими недостатками:However, the above method and devices for its implementation have common disadvantages:
- источники УФ-излучения находятся в непосредственной близости от обеззараживаемой среды или даже в контакте с ней, для их изоляции от обрабатываемого объема среды необходимо наличие защитной, прозрачной для УФ-излучения перегородки или стенки;- UV radiation sources are located in close proximity to the disinfected medium or even in contact with it; to isolate them from the treated volume of the medium, it is necessary to have a barrier or wall that is transparent to UV radiation;
- проводники для электропитания источников УФ-излучения также нуждаются в хорошей изоляции, т.к. среда, например вода, сама может является хорошим проводником электрического тока, в случае ее проникновения к неизолированным частям электрических цепей возможно нарушение работы источников, короткое замыкание источника питания;- conductors for power supply of UV radiation sources also need good insulation, because the medium, for example water, itself can be a good conductor of electric current, in case of its penetration to uninsulated parts of electric circuits, it is possible to disrupt the operation of sources, short circuit the power source;
- каждое из описанных устройств не может быть использовано одновременно для обеззараживания неподвижного и подвижного объемов среды;- each of the described devices cannot be used simultaneously for disinfection of stationary and mobile volumes of the medium;
- для увеличения рабочего объема, подвергаемого обеззараживанию, требуется увеличивать количество источников УФ-излучения, что ведет к усложнению и удорожанию устройств на их основе;- to increase the working volume subjected to disinfection, it is required to increase the number of sources of UV radiation, which leads to the complication and cost of devices based on them;
- по мере удаления от источника УФ-излучения интенсивность излучения и эффективность обеззараживания падает, поэтому для получения минимально необходимой интенсивности в любой точке обрабатываемого объема необходимо, чтобы вблизи источника УФ-излучения она была избыточной.- as you move away from the source of UV radiation, the radiation intensity and disinfection efficiency decreases, therefore, to obtain the minimum necessary intensity at any point in the treated volume, it is necessary that it is excessive near the source of UV radiation.
Таким образом, описанный способ и устройства не обеспечивают равномерное поле излучения в обеззараживаемом пространстве, требуют избыточных энергоресурсов, тщательной изоляции от среды, сложны конструктивно, неудобны в эксплуатации.Thus, the described method and devices do not provide a uniform radiation field in the disinfected space, require excessive energy resources, careful isolation from the environment, are structurally complex, inconvenient in operation.
Сущность изобретенийSUMMARY OF INVENTIONS
Для обеззараживания больших объемов среды существенным фактором является снижение расхода энергоресурсов (потребляемой мощности). Одной из мер является снижение потерь на рассевание мощностей УФ-излучения, а также использование источников УФ-излучения с более высокой производительностью.To disinfect large volumes of the medium, a significant factor is the reduction in energy consumption (power consumption). One measure is to reduce the loss of power dissipation of UV radiation, as well as the use of UV radiation sources with higher performance.
В некоторых случаях имеется потребность гарантировать электробезопасность, например в бытовых УФ-обеззараживателях питьевой воды, или провести обеззараживание труднодоступных объемов среды.In some cases, there is a need to guarantee electrical safety, for example, in household UV-disinfectants for drinking water, or to disinfect hard-to-reach volumes of the medium.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности обеззараживания путем снижения бактерицидной мощности, подаваемой в обеззараживаемую среду, при сохранении требуемой дозы облучения, расширение возможностей применения метода обеззараживания УФ-излучением, а также создание устройства, реализующего заявляемый способ.The objective of the present invention is to increase the effectiveness of disinfection by reducing the bactericidal power supplied to the disinfected environment, while maintaining the required radiation dose, expanding the application of the UV disinfection method, and also creating a device that implements the inventive method.
Техническим результатом является снижение требуемой потребляемой мощности УФ-источников излучения, расширение возможностей обеззараживания УФ-излучением.The technical result is to reduce the required power consumption of UV radiation sources, expanding the capabilities of disinfection with UV radiation.
Для решения этой задачи и получения указанного технического результата в первом объекте настоящего изобретения предложен способ обеззараживания воды или иной жидкости ультрафиолетовым излучением, заключающийся в облучении неподвижного или движущегося обеззараживаемых объемов жидкости излучением светоизлучающих полупроводниковых диодов ультрафиолетового диапазона, отличающийся тем, что излучение вводится в обеззараживаемый объем с помощью гибкого кварцевого оптического волновода, при этом оптический волновод изгибают или многократно изгибают радиусом r≤Rd,To solve this problem and obtain the indicated technical result, the first object of the present invention proposes a method of disinfecting water or another liquid with ultraviolet radiation, which consists in irradiating a stationary or moving disinfectable volume of liquid by radiation of light-emitting semiconductor diodes in the ultraviolet range, characterized in that the radiation is introduced into the disinfected volume with using a flexible quartz optical waveguide, while the optical waveguide is bent or much fold bend radius r≤R d ,
где Rd - радиус изгиба, при котором создаются условия нарушения полного внутреннего отражения для рабочей моды в случае одномодового волокна или для мод, несущих основную долю излучения в случае многомодового волокна,where R d is the bending radius under which conditions are created for the violation of total internal reflection for the working mode in the case of a single-mode fiber or for modes that bear the bulk of the radiation in the case of a multimode fiber,
или излучение источника вводят в оптический волновод с открытой поверхностью волновода.or the source radiation is introduced into an optical waveguide with an open surface of the waveguide.
В качестве обеззараживаемого объема может быть выбран объем воды, ограниченный объемом сосуда его содержащего или ограниченный обеззараживаемым участком трубопровода.As the disinfected volume, the volume of water limited by the volume of the vessel containing it or limited by the disinfected section of the pipeline can be selected.
В целях равномерного распределения УФ-излучения оптическому волноводу придают устойчивую конфигурацию с учетом геометрии обрабатываемого объема, такая конфигурация может быть сформирована с использованием материалов с памятью формы.In order to evenly distribute UV radiation, the optical waveguide is given a stable configuration taking into account the geometry of the treated volume, such a configuration can be formed using materials with shape memory.
Или волноводы могут закрепляться определенным образом на поверхности трубопровода, выполняться в форме различных спиралей и т.п. геометрических фигур. Например, по длине трубопроводов могут использоваться волноводы, закрученные в спирали.Or waveguides can be fixed in a certain way on the surface of the pipeline, performed in the form of various spirals, etc. geometric shapes. For example, along the length of pipelines can be used waveguides, twisted in spirals.
В связи с тем, что по мере удаления от источника излучения по длине волновода излучение будет расходоваться (уменьшаться), для обеспечения равномерности излучения по всей длине оптического волновода или увеличения интенсивности источники ультрафиолетового излучения возможно располагать с противоположных торцов оптического волновода.Due to the fact that, as the distance from the radiation source along the length of the waveguide, radiation will be consumed (reduced), it is possible to locate ultraviolet radiation sources from opposite ends of the optical waveguide to ensure uniformity of radiation along the entire length of the optical waveguide.
Для создания эффекта нарушенного полного внутреннего отражения на поверхность оптического волновода можно нанести вещество, например MgF2, которое создает на поверхности пленку, прозрачную в рабочей области спектра, показатель преломления которой меньше показателя преломления материала оптического волновода, но больше показателя преломления воды.To create the effect of impaired total internal reflection on the surface of the optical waveguide, one can apply a substance, for example, MgF 2 , which creates a film transparent on the surface of the spectrum, the refractive index of which is less than the refractive index of the material of the optical waveguide, but greater than the refractive index of water.
Вариантом создания защиты от образования осадочной пленки является обработка поверхности оптического волновода прозрачным в рабочей области спектра излучения гидрофобизирующим веществом.An option to create protection against the formation of a sedimentary film is to treat the surface of the optical waveguide with a water-repellent substance transparent in the working region of the radiation spectrum.
Для реализации способа предложено устройство, включающее по крайней мере один светоизлучающий полупроводниковый диод ультрафиолетового диапазона и по крайней мере один гибкий кварцевый оптический волновод, при этом оптический волновод имеет участок с открытой поверхностью волновода, или оптический волновод многократно изогнут радиусом:To implement the method, a device is proposed that includes at least one ultraviolet light-emitting semiconductor diode and at least one flexible quartz optical waveguide, the optical waveguide having a portion with an open surface of the waveguide, or the optical waveguide is bent many times with a radius of:
r≤Rd,r≤R d
где Rd - радиус изгиба, при котором создаются условия нарушения полного внутреннего отражения для рабочей моды (в случае одномодового волокна) или для мод, несущих основную долю излучения (в случае многомодового волокна).where R d is the bending radius under which the conditions for the violation of total internal reflection are created for the working mode (in the case of single-mode fiber) or for modes that carry the bulk of the radiation (in the case of multimode fiber).
В целях равномерного распределения УФ-излучения, придания свойств сопротивления потоку воды оптический волновод имеет устойчивую конфигурацию с учетом геометрии обрабатываемого объема.In order to uniformly distribute UV radiation and impart resistance to water flow, the optical waveguide has a stable configuration taking into account the geometry of the treated volume.
Вариантом является расположение светоизлучающих полупроводниковых диодов ультрафиолетового диапазона излучения с противоположных торцов оптического волновода.An option is the location of the light emitting semiconductor diodes of the ultraviolet radiation range from opposite ends of the optical waveguide.
Нижеследующее подробное описание поясняется сопровождающими чертежами:The following detailed description is illustrated in the accompanying drawings:
Фиг.1 изображает вариант устройства для реализации способа обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением с использованием одного волновода.Figure 1 depicts a variant of the device for implementing the method of disinfecting water with ultraviolet radiation using a single waveguide.
Фиг.2 изображает вариант устройства для реализации способа обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением с использованием пары волноводов.Figure 2 depicts a variant of the device for implementing the method of disinfecting water with ultraviolet radiation using a pair of waveguides.
Фиг.3 изображает форму расположения волноводов по разрезу А-А по варианту устройства с использованием одного волновода.Figure 3 depicts the shape of the arrangement of the waveguides along section AA according to a variant of the device using a single waveguide.
Фиг.4 изображает форму расположения волноводов по разрезу А-А по варианту устройства с использованием пары волноводов.Figure 4 depicts the shape of the location of the waveguides along section AA according to a variant of the device using a pair of waveguides.
Фиг.5 изображает третий вариант устройства для реализации способа обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением с использованием волноводов.Figure 5 depicts a third embodiment of a device for implementing the method of disinfecting water with ultraviolet radiation using waveguides.
Фиг.6 изображает форму расположения волноводов по разрезу А-А по третьему варианту устройства.6 depicts the shape of the arrangement of the waveguides along section AA in the third embodiment of the device.
Фиг.7 изображает узел сопряжения световодов и светоизлучающих диодов УФ-диапазона.7 depicts the interface node of the optical fibers and light emitting diodes of the UV range.
Реализация изобретенияThe implementation of the invention
На Фиг.1 представлен вариант устройства для реализации способа обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением с использованием одного волновода. Данный вариант удобен для использования в бытовых смесителях, т.е. когда необходимо обеззараживать относительно небольшие расходы (объемы) воды. Такие устройства эффективны для обеззараживания потока воды в трубах малого диаметра.Figure 1 presents a variant of the device for implementing the method of disinfecting water with ultraviolet radiation using a single waveguide. This option is convenient for use in household mixers, i.e. when it is necessary to disinfect relatively small flows (volumes) of water. Such devices are effective for disinfecting the flow of water in pipes of small diameter.
Устройство работает следующим образом: для обеззараживания потока воды в трубе малого диаметра - бытовом смесителе (не показана), через отверстие излива бытового смесителя вводится гибкий волновод 1, а фланец 4 с закрепленными в нем противоположными концами волновода 1 и светодиодами 3 устанавливается на кране в области изливного отверстия. Поток воды проходит через спираль волновода, подвергаясь УФ-облучению, и выходит через изливное отверстие. Питание на светодиоды подается через кабель 5.The device operates as follows: to disinfect the flow of water in a small-diameter pipe — a household mixer (not shown), a
На Фиг.2 представлен вариант устройства для осуществления способа создания поля ультрафиолетового излучения, распределенного в обеззараживаемом объеме среды, с использованием пары волноводов (1 и 2), при такой компоновке может быть применено два, три, четыре и более волноводов и соответственно требуемое количество источников УФ-излучения (при расположении источников радиально), в зависимости от требуемой бактерицидной мощности, которую можно определить по формуле:Figure 2 presents a variant of the device for implementing the method of creating a field of ultraviolet radiation distributed in the disinfected volume of the medium using a pair of waveguides (1 and 2), with this arrangement two, three, four or more waveguides and, accordingly, the required number of sources can be used UV radiation (when the sources are located radially), depending on the required bactericidal power, which can be determined by the formula:
где DPA - доза УФ-излучения, равная 165 Дж/м2 и необходимая для инактивации наиболее стойкой бактерии Pseudom. Aeruginosa; d - диаметр трубопровода, м; F - расход среды (жидкости или газа) через трубопровод, м3/сек, η - коэффициент, равный 0,5…1, учитывающий выход излучения из волновода и неравномерность распределения излучения по облучаемому объему.where D PA is the dose of UV radiation equal to 165 J / m 2 and necessary for inactivation of the most resistant bacteria Pseudom. Aeruginosa; d is the diameter of the pipeline, m; F is the flow rate of the medium (liquid or gas) through the pipeline, m 3 / s, η is a coefficient equal to 0.5 ... 1, taking into account the output of radiation from the waveguide and the uneven distribution of radiation over the irradiated volume.
В зависимости от определенной бактерицидной мощности определяют количество источников УФ-излучения делением полученной бактерицидной мощности на мощность, излучаемую одним источником УФ-излучения, Ps:Depending on the specific bactericidal power, the number of UV radiation sources is determined by dividing the obtained bactericidal power by the power radiated by one UV radiation source, P s :
Количество волноводов равно количеству требуемых источников при введении УФ-излучения с одного торца волновода и равно половине при введении УФ-излучения с противоположных торцов.The number of waveguides is equal to the number of required sources when introducing UV radiation from one end of the waveguide and equal to half when introducing UV radiation from opposite ends.
Следует сразу оговориться, что чертежи являются чисто иллюстративными и никоим образом не ограничивают объема настоящего изобретения.It should immediately be noted that the drawings are purely illustrative and in no way limit the scope of the present invention.
На Фиг.5 и 6 представлен еще один вариант устройства для осуществления способа создания поля ультрафиолетового излучения, распределенного в обеззараживаемом объеме среды, с использованием более одного волновода (1 и 2). При такой компоновке может быть применено достаточно большое количество как источников УФ-излучения, так и волноводов, например, при расположении источников как радиально, так и по всей длине рабочего участка трубы 7. Узел сопряжения 8 светодиода со световодом показан на Фиг.7, где показаны поз.1 световод, 3 светодиод, 9 гайка, 10 вкладыш, 11 оправа, 12 уплотнительное кольцо из эластомера, 13 корпус.5 and 6 show another embodiment of a device for implementing the method of creating a field of ultraviolet radiation distributed in the disinfected volume of the medium using more than one waveguide (1 and 2). With this arrangement, a sufficiently large number of both UV radiation sources and waveguides can be used, for example, when the sources are located both radially and along the entire length of the working section of the
Для обеспечения попадания УФ-излучения в обеззараживаемую среду во всех вариантах на волноводах в необходимых участках волновода или по всей длине создаются условия нарушения полного внутреннего отражения, что может происходить:To ensure that UV radiation enters the disinfected environment in all cases, waveguides in the necessary sections of the waveguide or along the entire length create conditions for the violation of total internal reflection, which can occur:
- в случае изменения угла падения ультрафиолетового или другого излучения, распространяющегося в волноводе;- in the case of a change in the angle of incidence of ultraviolet or other radiation propagating in the waveguide;
- в случае изменении отношения показателей преломления волокна и среды, окружающей его.- in case of a change in the ratio of the refractive indices of the fiber and the environment surrounding it.
В первом случае при изгибе волновода меняется угол падения излучения, распространяющегося по нему. Для поверхности волновода, внешней относительно изгиба, угол падения излучения уменьшается и, при определенных условиях, может стать меньше предельного α<αпред. Это обстоятельство позволят излучению, проходящему по волноводу, выходить наружу, в среду, которая окружает его.In the first case, when the waveguide is bent, the angle of incidence of the radiation propagating through it changes. For the waveguide surface external with respect to the bend, the angle of incidence of the radiation decreases and, under certain conditions, can become less than the limiting α <α pre . This circumstance will allow the radiation passing through the waveguide to go out into the medium that surrounds it.
Во втором случае для создания эффекта нарушения полного внутреннего отражения необходимо нанести на поверхность волновода пленку, прозрачную в ультрафиолетовой области спектра, с показателем преломления, имеющим промежуточное значение между показателями преломления воды и кварцевого стекла, например слой фтористого магния MgF2. Толщина пленки должна быть примерно равна d=λ/n4, где λ - длина волны середины рабочего диапазона спектра устройства. Это приведет к уменьшению предельного значения для угла падения на границе кварцевое стекло-пленка и к увеличению предельного значения для угла падения на границе пленка-вода. Показатель преломления воды в области спектра 214…350 нм n≈1,38. Показатель преломления кварцевого стекла 1,46. При правильном выборе показателя преломления пленки на световоде можно добиться выхода света, распространяющегося по волноводу в окружающую среду, например воду.In the second case, in order to create the effect of violation of total internal reflection, it is necessary to apply a film transparent to the ultraviolet region of the spectrum with a refractive index having an intermediate value between the refractive indices of water and silica glass, for example, a magnesium fluoride layer MgF 2 . The film thickness should be approximately equal to d = λ / n4, where λ is the wavelength of the middle of the working range of the spectrum of the device. This will lead to a decrease in the limiting value for the angle of incidence at the quartz glass-film interface and to an increase in the limiting value for the angle of incidence at the film-water interface. The refractive index of water in the spectral region 214 ... 350 nm n≈1.38. The refractive index of quartz glass is 1.46. With the right choice of the refractive index of the film on the fiber, it is possible to achieve the release of light propagating through the waveguide into the environment, such as water.
Снижение требуемой потребляемой мощности, а следовательно, и расширение возможностей обеззараживания УФ-излучением достигается равномерным распределением УФ-излучения по объему обеззараживаемой среды за счет конфигурации волновода, а также отсутствием при использовании светодиода и волновода, как в заявляемом устройстве, расходования излучения на внешнюю среду на пути от источника излучения к обеззараживаемому объему водыReducing the required power consumption, and therefore, expanding the capabilities of UV disinfection, is achieved by uniform distribution of UV radiation over the volume of the disinfected medium due to the configuration of the waveguide, as well as by the absence of the use of radiation on the external environment when using the LED and waveguide, as in the inventive device the path from the radiation source to the disinfected volume of water
Представленные на Фиг.1, 2, 5 варианты устройства для реализации способа обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением состоят из волноводов 1, 2, в качестве которых (в первом и втором варианте устройств) может быть использован оптический кварцевый световод, и источников УФ-излучения. В качестве источников ультрафиолетового излучения может быть использован светоизлучающий полупроводниковый диод 3 ультрафиолетового диапазона, например UVTOP® LED компании Sensor Electronic Technology, Ink.The device versions for implementing the method of disinfecting water with ultraviolet radiation shown in Figs. 1, 2, 5 consist of
В целях организации выхода излучения из волновода в воду (Фиг.3, Фиг.4, Фиг.6) волноводы изогнуты, например, в форме спирали с радиусом r≤Rd, где Rd - радиус изгиба, при котором создаются условия нарушения полного внутреннего отражения для рабочей моды в случае одномодового волокна или для мод, несущих основную долю излучения в случае многомодового волокна. Радиус изгиба можно оценить по формуле:In order to organize the exit of radiation from the waveguide into the water (FIG. 3, FIG. 4, FIG. 6), the waveguides are bent, for example, in the form of a spiral with a radius r≤R d , where R d is the bending radius at which the conditions for breaking the full internal reflection for the operating mode in the case of a single-mode fiber or for modes carrying the bulk of the radiation in the case of a multimode fiber. The bending radius can be estimated by the formula:
где n1, n2 - показатели преломления сердцевины и оболочки световода соответственно, d - диаметр сердцевины световода. Приведенная формула верна и для световода с открытой поверхностью. В этом случае n2 - показатель преломления воды, а d - диаметр волокна световода.where n 1 , n 2 are the refractive indices of the core and cladding of the fiber, respectively, d is the diameter of the core of the fiber. The above formula is also true for a fiber with an open surface. In this case, n 2 is the refractive index of water, and d is the fiber diameter of the fiber.
Другим вариантом является использование оптических волноводов с открытой поверхностью волновода (не показан), так закон преломления света гласит, что отношение синуса угла падения света к синусу угла преломления равно отношению показателей преломления сред. Смотри, например, Вычислительная оптика. Справочник. Под общ. ред. ДТП, проф. М.М.Русинова. Ленинград, "Машиностроение", 1984.Another option is to use optical waveguides with an open surface of the waveguide (not shown), so the law of light refraction says that the ratio of the sine of the angle of incidence of light to the sine of the angle of refraction is equal to the ratio of the refractive indices of the media. See, for example, Computational Optics. Directory. Under the total. ed. Accident, prof. M.M. Rusinova. Leningrad, "Engineering", 1984.
При переходе света из оптически более плотной среды, с большим показателем преломления, в менее плотную, с меньшим показателем преломления, угол падения не может превышать предельного значения αпред, так как синус угла преломления не может быть больше единицы. Если же угол падения света больше предельного α>αпред, происходит полное внутреннее отражение. При этом вся энергия отражается в первую, более оптически плотную среду. Явление полного внутреннего отражения используется в различных оптических деталях и, в частности, в оптических волноводах или световодах.When light passes from an optically denser medium with a large refractive index to a less dense one with a lower refractive index, the angle of incidence cannot exceed the limiting value α before , since the sine of the angle of refraction cannot be greater than unity. If the angle of incidence of light is greater than the limiting α> α pre , complete internal reflection occurs. In this case, all the energy is reflected in the first, more optically dense medium. The phenomenon of total internal reflection is used in various optical details and, in particular, in optical waveguides or optical fibers.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008138356/15A RU2395460C2 (en) | 2008-09-22 | 2008-09-22 | Method of liquid decontamination by uv-radiation and device to this end |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008138356/15A RU2395460C2 (en) | 2008-09-22 | 2008-09-22 | Method of liquid decontamination by uv-radiation and device to this end |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008138356A RU2008138356A (en) | 2010-03-27 |
RU2395460C2 true RU2395460C2 (en) | 2010-07-27 |
Family
ID=42138156
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008138356/15A RU2395460C2 (en) | 2008-09-22 | 2008-09-22 | Method of liquid decontamination by uv-radiation and device to this end |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2395460C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU184418U1 (en) * | 2018-07-17 | 2018-10-25 | Общество с ограниченной ответственностью "АГРОНИС" | Open type bactericidal irradiator |
US20190300391A1 (en) * | 2018-03-31 | 2019-10-03 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Ultraviolet Irradiation of a Flowing Fluid |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2450978C2 (en) * | 2010-08-02 | 2012-05-20 | Государственное Унитарное Предприятие "Водоканал Санкт-Петербурга" | Apparatus for treating liquids with uv radiation |
-
2008
- 2008-09-22 RU RU2008138356/15A patent/RU2395460C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20190300391A1 (en) * | 2018-03-31 | 2019-10-03 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Ultraviolet Irradiation of a Flowing Fluid |
US11174174B2 (en) * | 2018-03-31 | 2021-11-16 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Ultraviolet irradiation of a flowing fluid |
US11945735B2 (en) | 2018-03-31 | 2024-04-02 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Ultraviolet irradiation of a flowing fluid |
RU184418U1 (en) * | 2018-07-17 | 2018-10-25 | Общество с ограниченной ответственностью "АГРОНИС" | Open type bactericidal irradiator |
RU184418U9 (en) * | 2018-07-17 | 2018-11-22 | Общество с ограниченной ответственностью "АГРОНИС" | Open type bactericidal irradiator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008138356A (en) | 2010-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10745295B2 (en) | Ultraviolet water disinfection system | |
CA2463995C (en) | Apparatus for disinfecting water using ultraviolet radiation | |
US7534356B2 (en) | Apparatus for disinfecting fluid using ultraviolet radiation | |
JP5345739B2 (en) | Method and apparatus for liquid disinfection using a light transmissive conduit | |
CN108698857B (en) | Fluid purification system and method | |
JP6374403B2 (en) | Method and apparatus for liquid disinfection with light emitted from light emitting diodes | |
US20150144575A1 (en) | Uva germicidal device | |
AU2002335007A1 (en) | Apparatus for disinfecting water using ultraviolet radiation | |
RU2395460C2 (en) | Method of liquid decontamination by uv-radiation and device to this end | |
WO2017055093A1 (en) | An in-flow fluid purification system and method | |
RU2395461C2 (en) | Method of liquid decontamination by uv-radiation and device to this end | |
KR102538941B1 (en) | Cooling apparatus for cooling a fluid by means of surface water | |
RU2397146C2 (en) | Method of disinfecting water with ultraviolet radiation and device for realising said method | |
KR100520982B1 (en) | Tap of water purifier having sterilizing lamp | |
KR20200113344A (en) | Water treatment device for easy uv sanitizing | |
PL237974B1 (en) | Device for preparation of UV-enriched hydrogen peroxide | |
UA42314A (en) | INSTALLATION FOR WATER DISINFECTION |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120923 |