RU2764862C1

RU2764862C1 - Microwave decontamination device

Info

Publication number: RU2764862C1
Application number: RU2021123772A
Authority: RU
Inventors: Юрий Алексеевич Бойко; Леонид Фёдорович Катухин; Вячеслав Борисович Тарабан; Аслан Юсуфович Хуако; Ибрагим Асланович Хуако
Original assignee: Юрий Алексеевич Бойко; Леонид Фёдорович Катухин; Вячеслав Борисович Тарабан; Аслан Юсуфович Хуако; Ибрагим Асланович Хуако
Priority date: 2021-08-06
Filing date: 2021-08-06
Publication date: 2022-01-21

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention relates to medicine, namely to devices for microwave disinfection. The device contains a cylindrical working chamber and a microwave generator. The generator output is connected to the working chamber through a microwave adapter. The microwave adapter is made in the form of waveguide segments connected by a star, in the center of which a microwave generator is turned on. Sections of the waveguide have a common wall with the working chamber with a cylindrical surface, in which slotted holes are made, all of which have a length equal to half the wavelength in the waveguide.

EFFECT: invention provided uniform microwave action on processed objects in small volumes.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к экологии и может использоваться для дезинфекции и стерилизации различных продуктов и материалов с низкой теплопроводностью при производстве лекарств, биологически активных добавок, чая, бакалеи и других сухих малоразмерных и сыпучих материалов, вязких жидкостей с низкой теплопроводностью, а также для обеззараживания инфицированных медицинских отходов всех классов опасности.The invention relates to ecology and can be used for disinfection and sterilization of various products and materials with low thermal conductivity in the production of medicines, dietary supplements, tea, groceries and other dry small-sized and bulk materials, viscous liquids with low thermal conductivity, as well as for the disinfection of infected medical waste all hazard classes.

Известны симметричные Y-соединения волноводов в плоскости Н (УФК 621.27. Альтман Дж. Л. «Устройства сверхвысоких частот». Издательство «Мир», Москва, 1968, стр. 121-124). В известном устройстве микроволновая мощность, подаваемая в одно из плеч, делится поровну между двумя другими плечами Y-соединения. При этом в месте соединения волноводов возникает рассогласование. Такое соединение мало пригодно для построения устройства микроволнового обеззараживания, поскольку для создания равномерного микроволнового воздействия на обрабатываемый объект требуется большое количество таких Y-соединений.Symmetrical Y-connections of waveguides in the H plane are known (UFK 621.27. Altman J. L. “Ultra-high frequency devices”. Publishing house “Mir”, Moscow, 1968, pp. 121-124). In the known device, the microwave power supplied to one of the arms is divided equally between the other two arms of the Y-connection. In this case, a mismatch occurs at the junction of the waveguides. Such a connection is not very suitable for building a microwave disinfection device, since a large number of such Y-connections are required to create a uniform microwave effect on the object being processed.

Известно «Устройство для микроволнового обеззараживания» (Хуако А.Ю. Патент РФ №2 599 018 от 09.06.2015, опубл. 10.10.2016, Бюл. №28, МПК A61L 2/12, A61L 11/00). В известном устройстве повышение равномерности микроволнового воздействия на обрабатываемые объекты достигается за счет особой конструкции адаптеров, через которые микроволновая энергия передается от генераторов в рабочую камеру. Адаптеры выполнены в виде отрезка волновода, имеющего общую широкую стенку с рабочей камерой. В этой общей стенке выполнены щелевые отверстия, расположенные по обе стороны от осевой линии широкой стенки волновода, параллельно ей. Указанные щелевые отверстия расположены попарно симметрично относительно центра широкой стенки волновода. При этом первая от центра пара щелевых отверстий имеет длину, равную четверти длины волны в волноводе λв, а последующие щелевые отверстия имеют длину, равную половине длины волны в волноводе λв. В центре противоположной широкой стенки волновода подключен выход микроволнового генератора. Для получения сколько-нибудь удовлетворительной равномерности распределения микроволновой энергии по длине адаптера количество щелей в нем должно быть около десяти. При этом длина адаптера на разрешенной частоте микроволнового нагрева 2450 МГц может составлять около одного метра. Для получения равномерного распределения микроволновой энергии по объему рабочей камеры количество генераторов и сопряженных с ними адаптеров должно быть не менее трех. Объем рабочей камеры при этом превышает 100 л. Для построения малогабаритного устройства небольшой производительности эти параметры могут оказаться избыточными по генерируемой микроволновой энергии, потребляемой электроэнергии, габаритным размерам и объему рабочей камеры. Небольшие устройства микроволнового обеззараживания востребованы в лабораториях, на небольших производствах и в небольших лечебных учреждениях (стоматологических кабинетах, фельдшерско-акушерских пунктах и т.п.), не оснащенных трехфазной промышленной электросетью.Known "Device for microwave disinfection" (Huako A.Yu. RF Patent No. 2 599 018 dated 06/09/2015, publ. 10.10.2016, Bull. No. 28, IPC A61L 2/12, A61L 11/00). In the known device, the increase in the uniformity of the microwave effect on the processed objects is achieved due to the special design of the adapters through which the microwave energy is transmitted from the generators to the working chamber. The adapters are made in the form of a waveguide segment having a common wide wall with the working chamber. Slotted holes are made in this common wall, located on both sides of the axial line of the wide wall of the waveguide, parallel to it. These slotted holes are arranged in pairs symmetrically with respect to the center of the wide wall of the waveguide. In this case, the first pair of slotted holes from the center has a length equal to a quarter of the wavelength in the waveguide λw, and subsequent slotted holes have a length equal to half the wavelength in the waveguide λw. The output of the microwave generator is connected in the center of the opposite wide wall of the waveguide. To obtain any satisfactory uniformity of distribution of microwave energy along the length of the adapter, the number of slots in it should be about ten. In this case, the length of the adapter at the permitted microwave heating frequency of 2450 MHz can be about one meter. To obtain a uniform distribution of microwave energy over the volume of the working chamber, the number of generators and adapters associated with them must be at least three. The volume of the working chamber in this case exceeds 100 liters. To build a small-sized device of low productivity, these parameters may turn out to be excessive in terms of the generated microwave energy, consumed electricity, overall dimensions and volume of the working chamber. Small microwave disinfection devices are in demand in laboratories, small industries and small medical institutions (dental surgeries, feldsher-obstetric stations, etc.) that are not equipped with a three-phase industrial power supply.

Задачей изобретения является обеспечение микроволнового обеззараживания в малогабаритных устройствах.The objective of the invention is to provide microwave disinfection in small devices.

Технический результат - обеспечение равномерного микроволнового воздействия на обрабатываемые объекты в небольших объемах.EFFECT: providing a uniform microwave effect on processed objects in small volumes.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве микроволнового обеззараживания, содержащем рабочую камеру и микроволновый генератор, выход которого через микроволновый адаптер в виде отрезка волновода, имеющего с рабочей камерой общую широкую стенку в которой выполнены щелевые отверстия, подключен к рабочей камере, отличающееся тем, что адаптер выполнен в виде нескольких отрезков волновода, соединенных звездой, в центре которой включен микроволновый генератор.This goal is achieved by the fact that in a microwave disinfection device containing a working chamber and a microwave generator, the output of which through a microwave adapter in the form of a segment of a waveguide having a common wide wall with a working chamber in which slotted holes are made, is connected to a working chamber, characterized in that the adapter is made in the form of several segments of the waveguide connected by a star, in the center of which the microwave generator is switched on.

На фиг. 1 и 2 изображен внешний вид устройства, показана конструкция адаптера, соединяющего микроволновый генератор и рабочую камеру.In FIG. Figures 1 and 2 show the appearance of the device, showing the design of the adapter connecting the microwave generator and the working chamber.

Предлагаемое устройство содержит рабочую камеру 1 цилиндрической формы, на дне которой расположены три отрезка прямоугольного волновода 2, соединенных звездой под углом 120 градусов, аналогично известному Y-соединению. В центре этого соединения выполнено круглое отверстие для подключения микроволнового генератора 3, например, магнетрона. Далее, каждый из этих отрезков на границе дна рабочей камеры и ее цилиндрической поверхности изогнут под прямым углом и переходит на боковую цилиндрическою поверхность. На участке отрезка волновода 2, имеющем общую широкую стенку с цилиндрической поверхностью рабочей камеры 1 выполнены щелевые отверстия 4. Длина всех щелевых отверстий, связывающих волновод и рабочую камеру равна половине длины волны в волноводе λв. Количество отрезков волновода, соединенных звездой и, образующих адаптер, может быть различным, на практике от трех до восьми.The proposed device contains a cylindrical working chamber 1, at the bottom of which there are three segments of a rectangular waveguide 2 connected by a star at an angle of 120 degrees, similar to the known Y-connection. In the center of this connection, a round hole is made for connecting a microwave generator 3, for example, a magnetron. Further, each of these segments on the border of the bottom of the working chamber and its cylindrical surface is bent at a right angle and passes to the side cylindrical surface. Slotted holes 4 are made on the section of the waveguide segment 2, which has a common wide wall with the cylindrical surface of the working chamber 1. The length of all slotted holes connecting the waveguide and the working chamber is equal to half the wavelength in the waveguide λw. The number of waveguide segments connected by a star and forming an adapter can be different, in practice from three to eight.

Устройство работает следующим образом. Микроволновая энергия, поступающая от генератора 3, например магнетрона, возбуждает в центре звезды электромагнитное излучение. Это излучение, в силу центральной симметрии соединения, делится на равные части между волноводами, образующими соединение. Параллельное соединение нескольких волноводов уменьшает их общее входное волновое сопротивление, что облегчает его согласование с выходным сопротивлением магнетрона. Парциальные электромагнитные излучения, распространяясь по отрезкам волновода от места возбуждения к периферии, через щелевые отверстия 4 излучаются внутрь рабочей камеры 1, воздействуют на обрабатываемый объект, нагревая его до температуры обеззараживания.The device works as follows. Microwave energy coming from the generator 3, such as a magnetron, excites electromagnetic radiation in the center of the star. This radiation, due to the central symmetry of the connection, is divided into equal parts between the waveguides that form the connection. Parallel connection of several waveguides reduces their total input impedance, which makes it easier to match it with the output impedance of the magnetron. Partial electromagnetic radiation, propagating along the segments of the waveguide from the place of excitation to the periphery, through the slot holes 4 are radiated into the working chamber 1, affect the object being processed, heating it to the disinfection temperature.

Для проверки правильности предлагаемых технических решений был изготовлен и испытан опытный образец устройства с тремя отрезками волновода, соединенными трехлучевой звездой. В каждом из них на участке отрезка волновода 2, имеющем общую стенку с цилиндрической поверхностью рабочей камеры 1 выполнены по четыре щелевых отверстия 4. Таким образом, микроволновая энергия генератора делится на двенадцать, примерно равных, частей, равномерно воздействующих на обрабатываемый объект. В ходе испытаний в рабочую камеру помещалось 30 литров древесных стружек естественной влажности, массой 5 кг. В процессе микроволнового воздействия весь объем стружек был нагрет до температуры гарантированного обеззараживания 100°С. Неравномерность температуры по цилиндрическому объему, диаметром 320 мм и высотой 375 мм, не превысила ±1°С. При имеющей место в испытаниях однородности обрабатываемого объекта, равномерность распределения температуры по объему древесных стружек свидетельствует о равномерном микроволновом воздействия на них. После обработки стружки были рассыпаны и тщательно осмотрены, при этом никаких следов обугливания или возгорания обнаружено не было.To verify the correctness of the proposed technical solutions, a prototype device with three sections of the waveguide connected by a three-beam star was manufactured and tested. In each of them, on the section of the waveguide segment 2, which has a common wall with the cylindrical surface of the working chamber 1, four slotted holes 4 are made. Thus, the microwave energy of the generator is divided into twelve, approximately equal, parts that uniformly affect the object being processed. During the tests, 30 liters of wood chips of natural moisture, weighing 5 kg, were placed in the working chamber. In the process of microwave exposure, the entire volume of chips was heated to a guaranteed disinfection temperature of 100°C. Temperature unevenness over the cylindrical volume, 320 mm in diameter and 375 mm high, did not exceed ±1°C. With the uniformity of the processed object taking place in the tests, the uniformity of temperature distribution over the volume of wood chips indicates a uniform microwave effect on them. After processing, the chips were scattered and carefully examined, and no traces of charring or ignition were found.

Claims

Microwave disinfection device containing a cylindrical working chamber and a microwave generator, the output of which is connected to the working chamber through a microwave adapter, characterized in that the microwave adapter is made in the form of waveguide segments connected by a star, in the center of which the microwave generator is turned on, and the waveguide segments have the working chamber has a common wall with a cylindrical surface, in which slotted holes are made, all of which have a length equal to half the wavelength in the waveguide.