RU2694034C1 - Способ и устройство для обеззараживания и нагрева жидкостей - Google Patents
Способ и устройство для обеззараживания и нагрева жидкостей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2694034C1 RU2694034C1 RU2018120763A RU2018120763A RU2694034C1 RU 2694034 C1 RU2694034 C1 RU 2694034C1 RU 2018120763 A RU2018120763 A RU 2018120763A RU 2018120763 A RU2018120763 A RU 2018120763A RU 2694034 C1 RU2694034 C1 RU 2694034C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tube
- diameter
- absorbing device
- flow
- microwave
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 title claims abstract description 20
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 14
- -1 silver ions Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 20
- 230000000249 desinfective effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 13
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 4
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 4
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 3
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 3
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- AYKOTYRPPUMHMT-UHFFFAOYSA-N silver;hydrate Chemical compound O.[Ag] AYKOTYRPPUMHMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 241000589516 Pseudomonas Species 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000000443 biocontrol Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000001332 colony forming effect Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 235000011389 fruit/vegetable juice Nutrition 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012543 microbiological analysis Methods 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 229960005486 vaccine Drugs 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
- C02F1/302—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with microwaves
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
- A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
- A61L2/08—Radiation
- A61L2/12—Microwaves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
- F24C7/00—Stoves or ranges heated by electric energy
- F24C7/02—Stoves or ranges heated by electric energy using microwaves
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/64—Heating using microwaves
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Apparatus For Disinfection Or Sterilisation (AREA)
- Food Preservation Except Freezing, Refrigeration, And Drying (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к технологии обработки жидкостей СВЧ-энергией и может быть использована в пищевой, медицинской, микробиологической, фармацевтической промышленности. Способ обеззараживания и нагрева включает воздействие СВЧ-энергией на поток обрабатываемой жидкости, который подают в установленную в оконечном коаксиальном поглощающем устройстве трубку 5, имеющую конусообразную расширяющуюся форму, диаметр d которой на входе в оконечное коаксиальное поглощающее устройство равен 0,06-0,15 длины используемой СВЧ-волны и диаметр D на выходе из оконечного коаксиального поглощающего устройства 0,18-0,47 длины этой СВЧ-волны. Поток обрабатываемой жидкости дополнительно турбулизируют. Воздействие ионами серебра осуществляют путем помещения в турбулизируемый поток обрабатываемой жидкости серебряной проволоки 6. Устройство для обеззараживания и нагрева жидкостей включает один или два СВЧ-генератора, прямоугольный волновод 2 с фланцем 1, оконечное коаксиальное поглощающее устройство, трубку 5 из радиопрозрачного материала конусообразной расширяющейся формы, турбулизатор потока из радиопрозрачного материала, расположенный внутри трубки 5 и выполненный в виде стержня 8, жестко закрепленного по продольной оси трубки 5, на котором зафиксированы диски 7, имеющие диаметр, равный половине диаметра трубки в месте расположения диска. На внешних диаметрах дисков 7 турбулизатора размещена спираль 6 из одного или более витков серебряной проволоки. Группа изобретений позволяет исключить процесс приготовления и дозирования раствора ионного серебра, снизить температуру обеззараживания и энергозатраты, увеличить производительность. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 8 ил.
Description
Заявляемое изобретение относится к технологии обработки жидкостей СВЧ-энергией и может быть использована в пищевой, медицинской, микробиологической, фармацевтической промышленности для обеззараживания и нагрева пищевых жидкостей, поглощающих СВЧ-энергию (вода, соки, виноматериалы и т.п.).
Изобретение также может быть использовано в медицинской, микробиологической и фармацевтической промышленности для обеззараживания водных и питательных сред, вакцин, сывороток и жидких лекарственных препаратов.
Изобретение может быть использовано в системах жизнеобеспечения различного назначения и, в частности, в системе регенерации воды для ее обеззараживания и нагрева.
Кроме того, предлагаемое изобретение может найти применение в химической и золотодобывающей промышленности для нагрева технологических жидкостей.
Известны способы и устройства для бактерицидного воздействия серебра на воду (Л.А. Кульский. Серебряная вода. Киев: Наукова думка. 1977. 164 с.) /1/.
Одним из них является способ бактерицидного воздействия металлического серебра на Escherichia coli в воде (Л.А. Кульский. Серебряная вода. Киев: Наукова думка. 1977. С. 14) /2/.
Для этого используют спираль из серебряной проволоки длиной 20 м и диаметром 0,4 мм. Ее помещают в сосуд с дистиллированной водой. Спустя 24, 48 и 72 часа испытывают бактерицидное действие этой воды на Escherichia coli. Время контакта с бактериями составляло 24 часа, после чего делали посев на питательные среды.
К недостатку этого способа относят длительное время воздействия на микроорганизмы в условиях покоя жидкости.
Известны, например, способы и устройства для обеззараживания и нагрева жидкостей с использованием энергии сверхвысокой частоты (В.В. Игнатов и др. Влияние электромагнитных полей сверхвысокочастотного диапазона на бактериальную клетку. Изд-во СГУ. 1978. 80 с) /3/.
С использованием этого принципа было предложено оконечное коаксиальное поглощающее устройство для обработки суспензий в потоке (В.В. Игнатов и др. Влияние электромагнитных полей сверхвысокочастотного диапазона на бактериальную клетку. Изд-во СГУ. 1978. С. 40) /4/. В этом устройстве волна от источника СВЧ-энергии распространяется по прямоугольному волноводу и волноводно-коаксиальному переходу к оконечному коаксиальному поглощающему устройству (зона В). Волноводно-коаксиальный переход при этом включает в себя согласующий элемент вместе с внутренним проводником коаксиала, а также трансформатор сопротивления (зона А). Продолжением внутреннего проводника коаксиала в зоне В служит кварцевая трубка, по которой пропускают объект обработки (жидкость). Внутренний диаметр такой трубки составляет, как правило, 10-14 мм при частоте СВЧ-генератора 2450±50 МГц.
Известный объект характеризуется пониженной производительностью и КПД поглощения СВЧ-энергии, повышенными энергозатратами, особенно при температурах выше 60-65°С, отсутствием турбулизации жидкости. Кроме этого, устройство не допускает появление в жидкости пузырьков пара и воздуха.
Это устройство используют в циркуляционно-проточной технологической схеме. Положительный результат (100%) достигают при температуре 65°С для вегетативных форм микроорганизмов в жидкости, находящейся в потоке.
Известен вариант комбинированного устройства на базе двух таких устройств, когда они соединены последовательно. Оба устройства питаются от двух автономных источников СВЧ-энергии. В этом случае увеличение производительности достигают увеличением вдвое скорости потока жидкости. Применяется также вариант на базе двух последовательно соединенных устройств с питанием от одного источника СВЧ-энергии (В.В. Игнатов и др. Влияние электромагнитных полей сверхвысокочастотного диапазона на бактериальную клетку. Изд-во СГУ. 1978. С. 66-67) /5/; (Ю.С. Архангельский. СВЧ электротермия. Саратов. Сарат. гос. техн. ун-т. 1998. С. 280) /6/.
К основному недостатку этих вариантов относят значительные габариты устройства, образованного комбинацией двух устройств. Кроме того, СВЧ-энергию для нагрева подводят к различным участкам единой трубки для прохода жидкости. Эти участки с жидкостью при этом имеют различную температуру, а значит и диэлектрическую проницаемость. Это обстоятельство имеет особое значение при питании комбинированного устройства от одного источника СВЧ-энергии.
Важно отметить, что жидкость по трубке из одного устройства подают в другое уже нагретой до определенной температуры, а в другом подогревают до конечной температуры. В этом случае теряют значение такого важного фактора, как темп нагрева, за счет увеличения вдвое зоны СВЧ-воздействия на микроорганизмы в обрабатываемой жидкости. Это оказывает влияние на конечную температуру обеззараживания и нагрева, а также на сохранение питательных свойств жидкостей.
Наиболее близким по технической сущности является способ обеззараживания и нагрева жидкостей и устройство для его осуществления (Климарев С.И., Григорьев А.И., Синяк Ю.Е. патент RU 2627899, 14.08.2017 г). Способ обеззараживания и нагрева воды включает воздействие СВЧ-энергией на поток обрабатываемой воды заданного размера, проходящий через прямоугольный волновод под углом к его широкой стенке. В поток добавляют водный раствор ионного серебра из расчета его концентрации в обрабатываемой воде 0,01-0,02 мг/л. Воду пропускают через устройство, включающее СВЧ-генератор, прямоугольный волновод с фланцами, проходящую через него трубку из радиопрозрачного материала, ось которой расположена под углом к широкой стенке волновода, и концевую согласованную поглощающую нагрузку. Трубка, через которую пропускают поток, имеет расширяющуюся форму, при этом ширина W имеет максимальное значение 0,66 размера широкой стенки волновода, высота h на входе в волновод составляет 0,06-0,15 длины волны, а высота Н на выходе из волновода 0,18-0,47 длины волны и установлена широкой стороной к направлению распространения электромагнитной волны.
К недостаткам этого способа и устройства можно отнести трудоемкость процесса по приготовлению и дозированию раствора ионного серебра и поддержание его концентрации в воде в установленных пределах, а так же отсутствие турбулизации (перемешивания) потока воды, что является необходимым для поддержания требуемой концентрации ионов серебра.
Эти способы и устройства были выбраны в качестве прототипов предлагаемого технического решения как в части способ, так и в части устройство.
Техническим результатом заявляемого изобретения в части способ является исключение процесса приготовления и дозирования раствора ионного серебра, снижение температуры обеззараживания и энергозатрат, увеличение производительности.
Заявляемое устройство обеспечивает получение такого же технического результата, что и заявляемый способ.
Этот технический результат в части способ достигается тем, что в известном способе обеззараживания и нагрева жидкостей путем воздействия СВЧ-энергией на поток обрабатываемой жидкости заданного размера, проходящий через прямоугольный волновод под углом к его широкой стенке, при этом на поток обрабатываемой жидкости воздействуют ионами серебра из расчета его концентрации в обрабатываемой воде 0,01-0,02 мг/л, поток жидкости подают в установленную в оконечном коаксиальном поглощающем устройстве трубку, имеющую конусообразную расширяющуюся форму, диаметр d которой на входе в оконечное коаксиальное поглощающее устройство равен 0,06-0,15 длины используемой СВЧ-волны, и диаметр D на выходе из оконечного коаксиального поглощающего устройства 0,18-0,47 длины этой СВЧ-волны, поток обрабатываемой жидкости дополнительно турбулизируют, а воздействие ионами серебра осуществляют путем помещения в турбулизируемый поток обрабатываемой жидкости серебряной проволоки.
Этот технический результат в части устройство достигается тем, что в устройство для обеззараживания и нагрева жидкостей, включающее 1 или 2 СВЧ-генератора, прямоугольный волновод с фланцем, оконечное коаксиальное поглощающее устройство, трубку из радиопрозрачного материала, согласно изобретению, вводят трубку конусообразной расширяющейся формы, при этом трубка имеет диаметр d на входе в оконечное коаксиальное поглощающее устройство 0,06-0,15 длины волны, и диаметр D на выходе из оконечного коаксиального поглощающего устройства 18-0,47 длины волны, внутри трубки расположен турбулизатор потока из радиопрозрачного материала, выполненный в виде стержня, жестко закрепленного по продольной оси трубки, на котором зафиксированы диски,
имеющие диаметр, равный половине диаметра трубки в месте расположения диска, а на внешних диаметрах дисков турбулизатора размещена спираль из одного или более витков серебряной проволоки.
Изобретение поясняется следующими фигурами.
Фиг. 1. Принципиальная схема устройства для реализации способа, где цифрами обозначены следующие элементы: 1 - присоединительный фланец, 2 - прямоугольный волновод, 3 - внешний проводник коаксиала, 4 - запредельное устройство, 5 - трубка конусообразной расширяющейся формы, 6 - спираль из серебряной проволоки, 7 - диск турбулизатора, 8 - стержень турбулизатора, 9 - трансформатор сопротивления, 10 - центральный проводник коаксиала, 11 - заглушка, 12 - согласующий элемент.
Фиг. 2. Схема устройства с питанием от двух автономных источников СВЧ-энергии, где: 1 - присоединительный фланец, 2 - прямоугольный волновод, 3 - внешний проводник коаксиала, 4 - запредельное устройство, 5 - трубка конусообразной расширяющейся формы, 6 - спираль из серебряной проволоки, 7 - диск турбулизатора, 8 - стержень турбулизатора, 9 - трансформатор сопротивления, 10 - центральный проводник коаксиала, 12 - согласующий элемент.
Фиг. 3. Схема устройства (разрез) с питанием от одного источника СВЧ-энергии, закрепляемого непосредственно на широкой стенке волновода, где: 2 - прямоугольный волновод, 3 - внешний проводник коаксиала, 4 - запредельное устройство, 5 - трубка конусообразной расширяющейся формы, 6 - спираль из серебряной проволоки, 7 - диск турбулизатора, 8 - стержень турбулизатора, 9 - трансформатор сопротивления, 10 - центральный проводник коаксиала, 12 - согласующий элемент.
Фиг. 4. Схема устройства (вид сверху) с питанием от одного источника СВЧ-энергии, закрепляемого непосредственно на широкой стенке волновода, где: 2 - прямоугольный волновод, 3 - внешний проводник коаксиала, 5 - трубка конусообразной расширяющейся формы, 7 - диск турбулизатора.
Фиг. 5. Схема этого же устройства (разрез) с питанием от одного источника СВЧ-энергии, подключаемого через присоединительный фланец, где: 1 - присоединительный фланец, 2 - прямоугольный волновод, 3 - внешний проводник коаксиала, 4 - запредельное устройство, 5 - трубка конусообразной расширяющейся формы, 9 - трансформатор сопротивления.
Фиг. 6. Схема этого же устройства (вид сверху) с питанием от одного источника СВЧ-энергии, подключаемого через присоединительный фланец, где: 1 - присоединительный фланец, 2 - прямоугольный волновод, 3 - внешний проводник коаксиала, 5 - трубка конусообразной расширяющейся формы, 7 - диск турбулизатора.
Фиг. 7. Схема расположения элементов внутри трубки конусообразной расширяющейся формы, где: 5 - трубка конусообразной расширяющейся формы, 6 - спираль (2 шт) из серебряной проволоки, 7 - диск турбулизатора, 8 - стержень турбулизатора.
Фиг. 8. Циркуляционно-проточная технологическая схема. Схема включает: 1 - присоединительный фланец, 2 - прямоугольный волновод, 3 - внешний проводник коаксиала, 4 - запредельное устройство, 5 - трубка конусообразной расширяющейся формы, 9 - трансформатор сопротивления, 10 - центральный проводник коаксиала, 11 - заглушка, 12 - согласующий элемент, 13 - регулятор расхода жидкости, 14 - трехпозиционный клапан, 15 - трубопровод, 16 - насос, 17 - емкость с обрабатываемой жидкостью, 18 - СВЧ-генератор (магнетрон), датчики температуры t1 и t2 на входе и выходе из СВЧ-устройства.
Циркуляционно-проточная технологическая схема содержит подключенный к емкости 17 с обрабатываемой жидкостью трубопровод 15, к которому по ходу движения жидкости подключен насос 16, датчик температуры t1, трубка 5 конусообразной расширяющейся формы, расположенной в СВЧ-устройстве (фиг. 1). Трубопровод по отношению к трубке 5 СВЧ-устройства разделен на входную и выходную линии (входная
линия расположена перед входом в трубку 5, выходная - после нее). В трубопровод со стороны выходной линии встроены датчик температуры t2, регулятор расхода жидкости 13 и трехпозиционный клапан 14. Входная и выходная линии соединены и образуют замкнутый контур (контур рецикла).
Устройство используется следующим образом: зараженную жидкость из емкости 17 насосом 16 подают на вход трубки 5 конусообразной расширяющейся формы для нагрева; в период установления заданной температуры жидкость из трубки 5 через регулятор расхода 13 и трехпозиционный клапан 14 возвращают в емкость 17 с обрабатываемой жидкостью; после установления заданной температуры жидкости трехпозиционный клапан 14 переключают и обработанную жидкость используют по назначению, а также отбирают пробы на микробиологический анализ. Контроль температуры жидкости до и после СВЧ-нагрева осуществляют с помощью датчиков температуры t1 и t2.
Изобретение поясняется следующими таблицами.
В Табл. 1, представлены технологические параметры обеззараживания и нагрева воды по прототипу и предлагаемому техническому решению.
Знак «-» означает отсутствие микробов в жидкости;
Знак «±» означает наличие микробов в жидкости в концентрации до 100 КОЕ/мл;
Знак «+» означает наличие микробов в жидкости в концентрации выше 100 КОЕ/мл.
КОЕ - колониеобразующая единица.
КСВН - коэффициент стоячей волны напряжения.
В Табл. 2, представлены примеры использования способа и устройства.
В качестве тест-микробов применяют набор Escherichia coli и Pseudomonas aeruginosae в концентрации 106 КОЕ/мл. Регистрацию основных технологических параметров (расход и температуру жидкости), а также
отбор проб на биоконтроль осуществляют при дискретных значениях температуры, а именно: 95, 85, 75, 65, 60, 55, 50 и 45°С. Обрабатываемая жидкость - дехлорированная водопроводная питьевая вода с исходной температурой 20±0,5°С.
Для реализации работы устройства используется магнетрон, генерирующий частоту 2450±50 МГц, мощностью 700 Вт. Основной тип волны Н10 с переходом в ТЕМ волну; трубка конусообразной расширяющейся формы имеет диаметр на входе d - 10 мм и диаметр на выходе D - 32 мм и выполнена из фторопласта.
В таблице 1 приведены технологические параметры обеззараживания и нагрева воды по источн. 4 и предлагаемому техническому решению.
Диапазон диаметров трубки конусообразной расширяющейся формы определяется экспериментальным путем.
Диаметр трубки на входе d устанавливают в пределах 0,06-0,15 длины волны или 7-18 мм, что обеспечивает оптимальный нагрев жидкостей с исходной температурой, соответствующей окружающей среде от ~ 0°С до 35°С.
Снижение диаметра трубки на входе ниже 0,06 длины волны увеличивает КСВН, что влечет за собой снижение КПД поглощения СВЧ-энергии. Увеличение диаметра трубки на входе выше 0,15 длины волны не повышает КПД поглощения СВЧ-энергии и производительность и не снижает температуру обеззараживания.
Диаметр трубки на выходе D устанавливают 0,18-0,47 длины волны или 22-58 мм, что обеспечивает температуру нагрева и обеззараживания жидкостей в интервале ~ 45°С-95°С и до кипения.
Снижение диаметра трубки на выходе ниже 0,18 длины волны приводит к увеличению КСВН и снижению КПД поглощения СВЧ-энергии и производительности. Увеличение диаметра трубки на выходе выше 0,47
длины волны не снижает температуру обеззараживания и энергозатраты и не увеличивает производительность.
В предлагаемом устройстве используется трубка, диаметром на входе d - 10 мм, соответствующем начальной температуре жидкости ~ 18-20°С, и диаметром на выходе D - 32 мм, соответствующем конечной температуре обеззараживания и нагрева ~ 65°С.
Трубку используют сменной и выбирают под конкретный технологический режим обеззараживания и нагрева жидкостей, что обеспечивает высокую технологичность при использовании предлагаемого устройства в конкретной технологической схеме.
Это устройство имеет варианты, при которых оно питается от двух или одного автономных источников СВЧ-энергии.
На фиг. 2 показано предлагаемое устройство с питанием от двух автономных источников СВЧ-энергии, близких по частоте (в пределах ±50 МГц).
На фиг. 3, 4, 5 и 6 представлен разрез и вид сверху вариантов устройства с питанием от одного источника СВЧ-энергии: фиг. 3 и 4. СВЧ-генератор (магнетрон) непосредственно закрепляют на широкой стенке прямоугольного волновода, выполненного в виде кольца; фиг. 5 и 6 - СВЧ-энергию подводят от СВЧ-генератора к устройству посредством фланцевого соединения.
В этих вариантах устройства (фиг. 3, 4, 5 и 6) СВЧ-энергию подводят к нему с противоположных сторон. Для этого используют принцип суперпозиции, по которому две равные по амплитуде когерентные волны направляют в оконечное коаксиальное поглощающее устройство таким образом, чтобы на оси трубки они были синфазны, при этом значение напряженности электромагнитного поля на оси трубки конусообразной расширяющейся формы удваивается.
Этот метод известен и его используют, например, в плазмохимии (В.М. Батенин, И.И. Климовский, Г.В. Лысов, В.Н. Троицкий. СВЧ-генераторы плазмы: Физика, техника, применение. М: Энергоатомиздат.1988. С. 109; С. 166) в плазмотронах.
Однако для целей обеззараживания и нагрева жидкостей его применяют впервые.
Во время обеззараживания и нагрева жидкостей применяют их турбулизацию (перемешивание). Для этого в предлагаемом устройстве на оси трубки 5 (см. фиг. 7) устанавливается стержень турбулизатора 8 из радиопрозрачного материала с дисками 7, имеющими диаметр, равный половине диаметра трубки в месте расположения диска.
Использование перемешивания жидкости при ее нагреве в технике известно. Однако наличие турбулизатора не ухудшает работу устройства, а обеспечивает более равномерный прогрев жидкости с микроорганизмами при ее прохождении по трубке конусообразной расширяющейся формы во время СВЧ-нагрева.
На внешнем диаметре дисков турбулизатора 7 (см. фиг. 7) размещается проволока 6 из серебра, выполняющая полный оборот вокруг оси трубки 5 (спираль), при этом спираль размещается одна или более, но не создающая отражение СВЧ-энергии выше допустимого значения. Это еще одна положительная функция турбулизатора - жестко фиксировать спираль в строго отведенном для нее месте во внутреннем пространстве трубки 5, находящейся в зоне СВЧ-воздействия.
Для реализации этих задач выбирается устройство, изображенное на фиг. 1, с турбулизатором и размещенной на нем спиралью 6 из серебряной проволоки. Устройство используется в циркуляционно-проточной технологической схеме, представленной на фиг.8. Серебряная проволока имеет диаметр 0,45 мм, длину 65-70 мм, свитая в одну спираль; турбулизатор
выполнен из фторопласта, стержень 8 его имеет диаметр 5-6 мм, толщина дисков - 2 мм.
Результаты опытов показывают, что температура обеззараживания в предлагаемом способе и устройстве в присутствии одной спирали из серебра составляет 55°С, что на 10°С ниже, чем в аналогичных устройствах, например в источнике /4/. При этой температуре КПД поглощения СВЧ-энергии составляет 94% по сравнению с 88% в ист. 4. Производительность увеличилась с 0,195 л/мин до 0,268 л/мин; энергозатраты снизились с 52 до 40 Вт ч/л; КСВН снизился с 2,1 до 1,7 единицы.
Анализ приведенных примеров (см. табл. 1) показывает, что применение способа и устройства для обеззараживания и нагрева жидкостей с трубкой конусообразной расширяющейся формой, турбулизатором и одной спирали из серебряной проволоки обеспечивает:
- снижение температуры обеззараживания и нагрева жидкости на 10°C с 65°С до 55°С;
- увеличение КПД поглощения СВЧ-энергии на 6%;
- увеличение производительности на 37,4%;
- снижение энергозатрат на 23,1%.
Claims (2)
1. Способ обеззараживания и нагрева жидкостей путем воздействия СВЧ-энергией на поток обрабатываемой жидкости, проходящий через прямоугольный волновод под углом к его широкой стенке, при этом на поток обрабатываемой жидкости воздействуют ионами серебра из расчета его концентрации в обрабатываемой жидкости 0,01-0,02 мг/л, поток жидкости имеет расширяющуюся форму от входа в волновод до выхода из него, отличающийся тем, что поток жидкости подают в установленную в оконечном коаксиальном поглощающем устройстве трубку, имеющую конусообразную расширяющуюся форму, диаметр d которой на входе в оконечное коаксиальное поглощающее устройство равен 0,06-0,15 длины используемой СВЧ-волны и диаметр D на выходе из оконечного коаксиального поглощающего устройства 0,18-0,47 длины этой СВЧ-волны, поток обрабатываемой жидкости дополнительно турбулизируют, а воздействие ионами серебра осуществляют путем помещения в турбулизируемый поток обрабатываемой жидкости серебряной проволоки.
2. Устройство для обеззараживания и нагрева жидкостей, включающее 1 или 2 СВЧ-генератора, прямоугольный волновод с фланцем, оконечное коаксиальное поглощающее устройство, трубку из радиопрозрачного материала, отличающееся тем, что в оконечном коаксиальном поглощающем устройстве установлена трубка, имеющая конусообразную расширяющуюся форму, диаметр d которой на входе в оконечное коаксиальное поглощающее устройство равен 0,06-0,15 длины используемой СВЧ-волны и диаметр D на выходе из оконечного коаксиального поглощающего устройства равен 0,18-0,47 длины этой СВЧ-волны, внутри трубки расположен турбулизатор потока из радиопрозрачного материала, выполненный в виде стержня, жестко закрепленного по продольной оси трубки, на котором зафиксированы диски, имеющие диаметр, равный половине диаметра трубки в месте расположения диска, а на внешних диаметрах дисков турбулизатора размещена спираль из одного или более витков серебряной проволоки.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018120763A RU2694034C1 (ru) | 2018-06-05 | 2018-06-05 | Способ и устройство для обеззараживания и нагрева жидкостей |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018120763A RU2694034C1 (ru) | 2018-06-05 | 2018-06-05 | Способ и устройство для обеззараживания и нагрева жидкостей |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2694034C1 true RU2694034C1 (ru) | 2019-07-08 |
Family
ID=67252088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018120763A RU2694034C1 (ru) | 2018-06-05 | 2018-06-05 | Способ и устройство для обеззараживания и нагрева жидкостей |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2694034C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2779942C1 (ru) * | 2021-09-02 | 2022-09-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН) | Стерилизатор воды непрерывного действия |
| CN115978785A (zh) * | 2022-12-19 | 2023-04-18 | 四川大学 | 一种同轴开缝辐射器、连续流液体加热系统及加热方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1139439A1 (ru) * | 1983-01-06 | 1985-02-15 | Институт медико-биологических проблем | Устройство дл обеззараживани и нагрева водных сред |
| RU2087083C1 (ru) * | 1995-01-24 | 1997-08-10 | Таганрогский научно-исследовательский институт связи | Свч-нагреватель жидкости |
| RU2087084C1 (ru) * | 1995-01-26 | 1997-08-10 | Таганрогский научно-исследовательский институт связи | Свч-нагреватель жидкости |
| RU2101884C1 (ru) * | 1995-01-26 | 1998-01-10 | Таганрогский научно-исследовательский институт связи | Свч нагреватель жидкости |
| RU130224U1 (ru) * | 2011-12-28 | 2013-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Свч-стерилизатор |
| WO2013144634A1 (en) * | 2012-03-29 | 2013-10-03 | Quantock Associates Limited | Device, system and methods for treating and purifying liquids |
| RU2627899C1 (ru) * | 2016-04-08 | 2017-08-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН) | Способ обеззараживания и нагрева жидкостей и устройство для его осуществления |
-
2018
- 2018-06-05 RU RU2018120763A patent/RU2694034C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1139439A1 (ru) * | 1983-01-06 | 1985-02-15 | Институт медико-биологических проблем | Устройство дл обеззараживани и нагрева водных сред |
| RU2087083C1 (ru) * | 1995-01-24 | 1997-08-10 | Таганрогский научно-исследовательский институт связи | Свч-нагреватель жидкости |
| RU2087084C1 (ru) * | 1995-01-26 | 1997-08-10 | Таганрогский научно-исследовательский институт связи | Свч-нагреватель жидкости |
| RU2101884C1 (ru) * | 1995-01-26 | 1998-01-10 | Таганрогский научно-исследовательский институт связи | Свч нагреватель жидкости |
| RU130224U1 (ru) * | 2011-12-28 | 2013-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Свч-стерилизатор |
| WO2013144634A1 (en) * | 2012-03-29 | 2013-10-03 | Quantock Associates Limited | Device, system and methods for treating and purifying liquids |
| RU2627899C1 (ru) * | 2016-04-08 | 2017-08-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН) | Способ обеззараживания и нагрева жидкостей и устройство для его осуществления |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2779942C1 (ru) * | 2021-09-02 | 2022-09-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН) | Стерилизатор воды непрерывного действия |
| CN115978785A (zh) * | 2022-12-19 | 2023-04-18 | 四川大学 | 一种同轴开缝辐射器、连续流液体加热系统及加热方法 |
| CN115978785B (zh) * | 2022-12-19 | 2024-03-19 | 四川大学 | 一种同轴开缝辐射器、连续流液体加热系统及加热方法 |
| RU2804503C1 (ru) * | 2023-03-28 | 2023-10-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН) | Система регенерации воды из конденсата атмосферной влаги |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2490801B1 (en) | Method for treating a fluid with microwave radiation | |
| US5288471A (en) | Apparatus for preserving biological products | |
| US20120241644A1 (en) | Water purification apparatus comprising an uv source | |
| US6723999B2 (en) | Electromagnetic wave assisted chemical processing | |
| Gayán et al. | Continuous-flow UV liquid food pasteurization: Engineering aspects | |
| Carroll et al. | Lethality of radio‐frequency energy upon microorganisms in liquid, buffered, and alcoholic food systems | |
| RU2694034C1 (ru) | Способ и устройство для обеззараживания и нагрева жидкостей | |
| US20010047964A1 (en) | Method for treating liquid by creating a liquid cyclone photon interface | |
| KR20220008396A (ko) | 연속식 바이러스 불활성화를 위한 장치 및 방법 | |
| US20150359247A1 (en) | Wine processing and liquid processing apparatus and methods | |
| RU2541779C2 (ru) | Установка для обеззараживания жидкостей комплексным воздействием физических факторов | |
| RU2627899C1 (ru) | Способ обеззараживания и нагрева жидкостей и устройство для его осуществления | |
| US4327276A (en) | Water treatment apparatus | |
| EP1742671B1 (en) | Electric field fluid treatment chamber | |
| CN114728259B (zh) | 脉冲电场室 | |
| Arshad et al. | Simulation study of coaxial treatment chambers for PEF pasteurization: a critical review | |
| Singh et al. | Effect of flow characteristics on online sterilization of cheese whey in UV reactors | |
| SU1139439A1 (ru) | Устройство дл обеззараживани и нагрева водных сред | |
| RU2415595C1 (ru) | Установка пастеризации молока | |
| RU2779942C1 (ru) | Стерилизатор воды непрерывного действия | |
| AU2001261444A1 (en) | Electromagnetic wave assisted chemical processing | |
| Gustafson et al. | Configuration of an atmospheric cold plasma system for the pasteurization of bovine milk | |
| CN207175531U (zh) | 流动式蛋白溶液紫外线灭活仪 | |
| Icier et al. | Recent trends in evaporation techniques | |
| CN117105324A (zh) | 一种基于双焦定位腔的紫外消毒装置 |