RU2592223C2

RU2592223C2 - Method for sterilization of materials by means of electromagnetic radiation and device for its implementation

Info

Publication number: RU2592223C2
Application number: RU2014147416/15A
Authority: RU
Inventors: Евгений Александрович Оленев
Original assignee: Евгений Александрович Оленев
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2016-07-20
Also published as: RU2014147416A

Abstract

FIELD: treatment plants.

SUBSTANCE: group of inventions refers to sterilization systems using electromagnetic radiation and can be used for air cleaning of bacteria. Method for sterilization of materials by means of electromagnetic radiation involves increasing intensity of electromagnetic field to value, providing extermination of small-sized biological objects, such as bacteria, viruses. At that, pointed element is placed under electromagnetic field, small-size biological objects are exposed to high frequency currents electromagnetic field, by which pointed element is heated to temperature of not lower than 100 °C, and biological objects and element are preliminary imposed with opposite-sign electric charges. Also disclosed is device for implementing method of sterilization by means of electromagnetic radiation.

EFFECT: group of inventions allows reducing power consumption during method implementation and improved operating characteristics of device.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к системам стерилизации с использованием электромагнитного излучения и может быть применено для очистки воздуха от бактерий.The invention relates to sterilization systems using electromagnetic radiation and can be used to purify bacteria from the air.

Прототипом является способ стерилизации материалов при помощи СВЧ-излучения, включающий использование источника СВЧ-излучения мощностью от 100 Вт до 5 кВт, напряженность электромагнитного поля которого повышают, для чего используют объемный резонатор, устанавливают связь между источником СВЧ-излучения и резонатором, размещают внутри резонатора подлежащие стерилизации материалы, после чего возбуждают колебания на частоте, соответствующей резонансной частоте системы: источник СВЧ-излучения - резонатор - стерилизуемые материалы, увеличивая напряженность электромагнитного поля СВЧ внутри резонатора до величины, обеспечивающей уничтожение малоразмерных биологических объектов, таких как бактерии, споры или вирусы, за счет непосредственного поглощения ими энергии СВЧ, после чего поддерживают напряженность СВЧ на этом уровне в течение времени, достаточного для стерилизации размещенных материалов [Пат. РФ 2161505, МПК A61L 2/00, 2001].The prototype is a method of sterilization of materials using microwave radiation, including the use of a microwave radiation source with a power of 100 W to 5 kW, the electromagnetic field of which is increased, for which a volume resonator is used, a connection is established between the microwave radiation source and the resonator, and placed inside the resonator materials to be sterilized, after which they excite vibrations at a frequency corresponding to the resonant frequency of the system: microwave radiation source - resonator - materials to be sterilized, increase the microwave electromagnetic field strength inside the resonator to a value that ensures the destruction of small-sized biological objects, such as bacteria, spores or viruses, due to their direct absorption of microwave energy, after which they maintain the microwave intensity at this level for a time sufficient to sterilize the placed materials [ Pat. RF 2161505, IPC A61L 2/00, 2001].

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- относительно большое энергопотребление, обусловленное необходимостью создания нужной величины напряженности по всему сечению резонатора, что приводит к получению в центральной части резонатора избыточного значения напряженности, которая, как известно, уменьшается от центра к периферии;- a relatively large energy consumption, due to the need to create the desired magnitude of the tension over the entire cross section of the resonator, which leads to an excess tension in the central part of the resonator, which, as you know, decreases from the center to the periphery;

- неудобство в эксплуатации, вызванное применением электромагнитного излучения только СВЧ диапазона.- inconvenience in operation caused by the use of electromagnetic radiation only in the microwave range.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно снижение энергопотребления и улучшение эксплуатационных характеристик.The objective of the invention is to remedy these disadvantages, namely reducing energy consumption and improving performance.

Задача решается тем, что в способе стерилизации материалов с помощью электромагнитного излучения, включающем повышение напряженности электромагнитного поля до величины, обеспечивающей уничтожение малоразмерных биологических объектов, напряженность увеличивают путем помещения в поле тела с большой кривизной, при этом биологическим объектам и телу предварительно сообщают электрические заряды, противоположные по знаку.The problem is solved in that in a method of sterilizing materials using electromagnetic radiation, including increasing the electromagnetic field strength to a value that ensures the destruction of small biological objects, the tension is increased by placing a body with a large curvature in the field, while the biological objects and body are previously informed of electric charges, opposite in sign.

Тело выполняют в виде остроконечного элемента из электропроводного материала. Помещение в поле тела совмещают с нагреванием его конца до температуры не ниже 100°C. Напряженность повышают до величины, обеспечивающей появление на остроконечном элементе коронного разряда. Напряженность повышают до величины, обеспечивающей появление на остроконечном элементе коронного разряда отрицательного знака.The body is made in the form of a pointed element of electrically conductive material. The room in the body field is combined with heating of its end to a temperature of at least 100 ° C. The tension is increased to a value that ensures the appearance of a corona discharge on the pointed element. The tension is increased to a value that ensures the appearance of a negative sign on the pointed element of the corona discharge.

Устройство для осуществления способа стерилизации материалов с помощью электромагнитного излучения, содержащее источник электромагнитного излучения и корпус, снабжено остроконечными элементами, размещенными внутри корпуса. Остроконечные элементы размещены в центре корпуса.A device for implementing a method of sterilization of materials using electromagnetic radiation, containing a source of electromagnetic radiation and a housing, equipped with pointed elements located inside the housing. Pointed elements are placed in the center of the housing.

Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.These distinctive features allow you to achieve the following advantages compared with the prototype.

Увеличение напряженности путем помещения в поле тела с большой кривизной и предварительное сообщение биологическим объектам и телу электрических зарядов, противоположных по знаку, позволяет локально увеличить напряженность, поскольку напряженность поля у тел особенно велика в местах с большой кривизной. При этом заряженные электрическим зарядом противоположного знака биологические объекты будут притягиваться телом, вокруг которого создается наибольшая напряженность поля и уничтожаться последним, например путем поглощения энергии, содержащейся в них водой, в результате чего становится возможным сильный нагрев микроорганизмов. Следует заметить, что локальное повышение напряженности не требует повышения напряженности поля в целом, что экономит потребляемую энергию. Кроме того, биологические объекты извлекаются таким методом из всего объема проходящего воздуха, что позволяет сосредотачивать энергию поля, например, только в центральной части объема, благодаря чему также экономится потребляемая энергия за счет отсутствия необходимости создания требуемой для уничтожения напряженности поля на периферии.An increase in tension by placing a body with a large curvature in the field and preliminary communication to biological objects and the body of electric charges of opposite signs can locally increase the tension, since the field strength of bodies is especially high in places with a large curvature. At the same time, biological objects charged with an electric charge of the opposite sign will be attracted by the body around which the greatest field strength is created and destroyed by the latter, for example, by absorbing the energy contained in them by water, as a result of which strong heating of microorganisms becomes possible. It should be noted that a local increase in tension does not require an increase in field strength as a whole, which saves energy consumption. In addition, biological objects are extracted by this method from the entire volume of the passing air, which makes it possible to concentrate the field energy, for example, only in the central part of the volume, which also saves energy consumption due to the lack of the need to create the required field strength to destroy the periphery.

Выполнение тела в виде остроконечного элемента из электропроводного материала позволяет отказаться от СВЧ диапазона и производить нагрев тела токами высокой частоты порядка 1 МГЦ. Кроме того, появляется возможность подачи на элемент высокого напряжения любой полярности, при этом острие способствует локальному увеличению напряженности поля вокруг него. В качестве игл можно использовать углеродный войлок. Это расширяет функциональные возможности.The implementation of the body in the form of a pointed element from an electrically conductive material allows you to abandon the microwave range and produce heating of the body with high frequency currents of the order of 1 MHz. In addition, it becomes possible to supply a high voltage of any polarity to the element, while the tip contributes to a local increase in the field strength around it. Carbon felt can be used as needles. This extends the functionality.

Нагревание тела до температуры не ниже 100°C, которая является губительной для бактерий и вирусов, позволяет истреблять бактерии еще и температурой, что повышает надежность их уничтожения. Заметим, что при необходимости можно еще больше уменьшить напряженность поля, возлагая функцию уничтожения биологических объектов только на тепловое воздействие, что экономит потребляемую энергию. Кроме того, касающиеся нагретого тела биологические объекты сгорают, благодаря чему отпадает необходимость в периодической очистке тела. Все это улучшает эксплуатационные характеристики.Heating the body to a temperature of at least 100 ° C, which is harmful to bacteria and viruses, allows you to destroy the bacteria and the temperature, which increases the reliability of their destruction. Note that, if necessary, the field strength can be further reduced by assigning the function of destroying biological objects only to the thermal effect, which saves energy consumption. In addition, biological objects relating to a heated body are burned up, which eliminates the need for periodic cleaning of the body. All of this improves performance.

Повышение напряженности до величины, обеспечивающей появление на остроконечном элементе коронного разряда, дает возможность одновременно получать в воздухе отрицательные или положительные аэроионы, улучшающие его состав. В первую очередь аэроионизацию следует устраивать в помещениях с повышенными требованиями к чистоте, приточный воздух в которые проходит сначала через фильтры тонкой очистки; оптимальным считается уровень ионизации - число ионов в 1 см³ воздуха в зоне дыхания: легких положительных ионов 6-5 тыс., легких отрицательных ионов 5-6 тыс. Это повышает эксплуатационные характеристики и расширяет функциональные возможности.An increase in tension to a value that ensures the appearance of a corona discharge on the pointed element makes it possible to simultaneously obtain negative or positive air ions in the air that improve its composition. First of all, aeroionization should be arranged in rooms with increased requirements for cleanliness, the supply air into which first passes through fine filters; The level of ionization is considered optimal - the number of ions in 1 cm ^{3 of} air in the breathing zone: 6–5 thousand light positive ions, 5–6 thousand light negative ions. This increases operational characteristics and expands functional capabilities.

Повышение напряженности до величины, обеспечивающей появление на остроконечном элементе коронного разряда отрицательного знака, позволяет при необходимости насыщать воздух отрицательными аэроионами, которые в большинстве случаев благотворно влияют на организм человека. Это расширяет функциональные возможности и повышает эксплуатационные характеристики.Increasing the tension to a value that ensures the appearance of a negative sign on the pointed element of the corona allows, if necessary, to saturate the air with negative air ions, which in most cases have a beneficial effect on the human body. This extends functionality and enhances performance.

Снабжение устройства остроконечными элементами, размещенными внутри и в центре корпуса, позволяет упростить конструкцию, повысить ее надежность и улучшить эксплуатационные характеристики за счет локального увеличения напряженности поля на острие и сосредоточения энергии токов высокой частоты в центральной части объема, через который проходит воздух.The supply of the device with pointed elements located inside and in the center of the housing allows to simplify the design, increase its reliability and improve operational characteristics due to a local increase in field strength at the tip and concentration of high-frequency current energy in the central part of the volume through which air passes.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображено устройство для осуществления способа стерилизации материалов с помощью электромагнитного излучения.The invention is illustrated by the drawing, which shows a device for implementing the method of sterilization of materials using electromagnetic radiation.

Устройство для осуществления способа стерилизации материалов с помощью электромагнитного излучения содержит катушку 1 с проводом 2, в которой размещена труба 3 с держателем 4 остроконечных элементов (игл) 5, на которых установлен электрический заряд, например от высоковольтного источника. В трубе может быть установлена сетка 6, имеющая электрический заряд, противоположный по знаку заряду на остроконечных элементах. Иглы могут быть выполнены из электропроводного материала и нагреваться токами высокой частоты до температуры, являющейся губительной для бактерий и вирусов.A device for implementing a method of sterilizing materials using electromagnetic radiation comprises a coil 1 with a wire 2, in which a pipe 3 with a holder 4 of pointed elements (needles) 5, on which an electric charge is installed, for example, from a high-voltage source, is placed. A grid 6 may be installed in the pipe, having an electric charge opposite in sign of the charge on the pointed elements. The needles can be made of electrically conductive material and heated by high frequency currents to a temperature that is harmful to bacteria and viruses.

Способ реализуют следующим образом.The method is implemented as follows.

Очищенный от пыли воздух движется по трубе 3, огибая решетку 6. При этом находящиеся в воздухе биологические объекты (бактерии, вирусы) получают электрический заряд, знак которого противоположен знаку электрического заряда на остроконечных элементах 5. Малоразмерные биологические объекты, двигаясь около держателя 4, притягиваются к остриям элементов 5 и погибают. Если на эти объекты воздействует высокий уровень напряженности поля СВЧ (иглы должны быть выполнены из диэлектрического или частично диэлектрического материала), то гибель микроорганизмов происходит за счет поглощения энергии СВЧ, содержащейся в них водой, и последующим нагревом их изнутри. Если на иглы (должны быть выполнены из электропроводного материала) действует поле токов высокой частоты, например порядка 1 МГц, нагревая их до температуры не ниже 100°C, то биологические объекты погибают от воздействия на них высокой температуры, сгорая при этом. Если величина напряжения на иглах 5 достаточна для возникновения коронного разряда, то воздух одновременно будет насыщаться аэроионами.The dust-free air moves through the pipe 3, enveloping the grate 6. At the same time, biological objects (bacteria, viruses) in the air receive an electric charge, the sign of which is opposite to the sign of the electric charge on the pointed elements 5. Small-sized biological objects, moving near the holder 4, are attracted to the tips of the elements 5 and die. If these objects are affected by a high level of microwave field strength (needles must be made of dielectric or partially dielectric material), then the death of microorganisms occurs due to the absorption of microwave energy contained in them with water, and their subsequent heating from the inside. If the needles (must be made of electrically conductive material) are affected by a field of high-frequency currents, for example, of the order of 1 MHz, heating them to a temperature not lower than 100 ° C, then biological objects die from exposure to high temperature, burning at the same time. If the voltage on the needles 5 is sufficient for the occurrence of a corona discharge, then the air will be simultaneously saturated with aeroions.

Внедрение изобретения позволит создать простое по конструкции и удобное в эксплуатации устройство, позволяющее уничтожать вредные микроорганизмы в воздухе, а также одновременно насыщать его аэроионами.The implementation of the invention will allow you to create a simple in design and easy to use device that allows you to destroy harmful microorganisms in the air, and at the same time saturate it with aeroions.

Claims

1. A method of sterilizing materials using electromagnetic radiation, including increasing the intensity of the electromagnetic field to a value that ensures the destruction of small biological objects, such as bacteria, viruses, characterized in that a pointed element is placed in the electromagnetic field, act on it and small biological objects by electromagnetic field of high-frequency currents with which the pointed element is heated to a temperature not lower than 100 ° C, while biological objects and the element Electric charges opposite in sign are previously reported.

2. The method according to p. 1, characterized in that the heated pointed elements provide the burning of small objects.

3. A device for implementing the method of sterilization of materials using electromagnetic radiation according to claim 1, comprising a source of electromagnetic radiation and a housing with pointed elements inside, characterized in that the electromagnetic radiation source is made in the form of a coil inside which the housing is located.