RU2779942C1 - Continuous operation water steriliser - Google Patents
Continuous operation water steriliser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2779942C1 RU2779942C1 RU2021125904A RU2021125904A RU2779942C1 RU 2779942 C1 RU2779942 C1 RU 2779942C1 RU 2021125904 A RU2021125904 A RU 2021125904A RU 2021125904 A RU2021125904 A RU 2021125904A RU 2779942 C1 RU2779942 C1 RU 2779942C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- diameter
- glass
- cup
- turbulator
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 27
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 103
- 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 21
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000002209 hydrophobic Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 29
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 24
- 230000036633 rest Effects 0.000 claims description 2
- 230000001954 sterilising Effects 0.000 abstract description 36
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 abstract description 30
- 244000005700 microbiome Species 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 5
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 5
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- 210000004215 spores Anatomy 0.000 description 4
- 230000001580 bacterial Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 230000000249 desinfective Effects 0.000 description 3
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 244000052616 bacterial pathogens Species 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000003203 everyday Effects 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к области стерилизации и нагрева жидкостей в быту, а также в системах водоподготовки космических объектов, речных и морских судов, железнодорожного и авиационного транспорта, в передвижных полевых установках и предназначено преимущественно для обработки ограниченных объемов жидкостей, поглощающих СВЧ-энергию.The claimed invention relates to the field of sterilization and heating of liquids in everyday life, as well as in water treatment systems for space objects, river and sea vessels, railway and air transport, in mobile field installations and is intended primarily for processing limited volumes of liquids that absorb microwave energy.
Известны устройства для стерилизации и нагрева жидкостей, включающие воздействие СВЧ-энергией и высокой температуры (В.В. Игнатов и др. Влияние электромагнитных полей сверхвысокочастотного диапазона на бактериальную клетку. Изд-во СГУ.1978. 80 с).Known devices for sterilization and heating of liquids, including exposure to microwave energy and high temperature (VV Ignatov et al. Influence of microwave electromagnetic fields on a bacterial cell. Publishing house SSU.1978. 80 s).
К недостаткам этих устройств относятся низкая поглощающая способность СВЧ-энергии жидкостью при высоких температурах, и, как следствие, низкая производительность и высокие энергозатраты на процесс стерилизации и нагрева жидкостей.The disadvantages of these devices include the low absorption capacity of microwave energy by a liquid at high temperatures, and, as a result, low productivity and high energy consumption for the process of sterilization and heating of liquids.
Известно также воздействие металлического серебра на микроорганизмы, находящиеся в покоящейся жидкости (Л.А. Кульский. Серебряная вода. Киев: Наукова думка. 1977. C. 14).It is also known the effect of metallic silver on microorganisms in a liquid at rest (L.A. Kulsky. Silver water. Kyiv: Naukova Dumka. 1977. C. 14).
К неудобствам такого решения относятся длительное время контакта с бактериями (24 ч) и отсутствие потока жидкости.Disadvantages of this solution include a long contact time with bacteria (24 h) and no liquid flow.
Известен, например, микроволновой аппарат для выпаривания жидких смесей, который включает волновод и микроволновый генератор (Roger М. Amadon. MICROWAVE APPARATUS FOR AVAPORATING LIQUID MIXTURES. U.S. Patent 3,495,648. Feb. 17. 1970. U.S. Cl. 159-3).Known, for example, is a microwave apparatus for evaporating liquid mixtures, which includes a waveguide and a microwave generator (Roger M. Amadon. MICROWAVE APPARATUS FOR AVAPORATING LIQUID MIXTURES. U.S. Patent 3,495,648. Feb. 17. 1970. U.S. Cl. 159-3).
Известна также система для очистки жидкостей, в которой используется устройство для нагрева и обеззараживания очищаемой жидкости микроволновой энергией (Н. Colman Rosenberg. SYSTEM FOR PURIFYING LIQUIDS. U.S. Patent 4,013,558. Mar. 22. 1977. U.S. CI. 210-149).Also known is a system for cleaning liquids, which uses a device for heating and disinfecting the liquid being cleaned with microwave energy (H. Colman Rosenberg. SYSTEM FOR PURIFYING LIQUIDS. U.S. Patent 4,013,558. Mar. 22. 1977. U.S. CI. 210-149).
Общим недостатком этих технических решений является невозможность использования СВЧ-устройств и технологических схем для стерилизации и нагрева жидкостей, зараженных споровыми микроорганизмами, при температуре выше 100°С и повышенном давлении.A common disadvantage of these technical solutions is the impossibility of using microwave devices and technological schemes for sterilization and heating of liquids contaminated with spore microorganisms at temperatures above 100°C and high pressure.
Известно устройство для стерилизации и нагрева жидкостей, включающий воздействие СВЧ-энергией и высокой температуры до 150°С при соответствующем давлении (до 6 атм) (В.В. Игнатов и др. Влияние электромагнитных полей сверхвысокочастотного диапазона на бактериальную клетку. Изд-во СГУ. 1978. с. 40, 41).A device for sterilization and heating of liquids is known, including exposure to microwave energy and high temperature up to 150°C at an appropriate pressure (up to 6 atm) (V.V. Ignatov et al. Influence of microwave electromagnetic fields on a bacterial cell. SGU Publishing House 1978, pp. 40, 41).
Основными недостатками этого устройства являются низкий КПД поглощения СВЧ-энергии жидкостью и производительность, высокие затраты энергии, нежелательность появления пузырьков пара и воздуха в жидкости, наличие трубки из стекла постоянного сечения.The main disadvantages of this device are the low efficiency of absorption of microwave energy by liquid and performance, high energy costs, the undesirability of the appearance of vapor and air bubbles in the liquid, the presence of a glass tube of constant cross section.
Известно устройство для обработки ограниченных по объему доз жидкости (В.В. Игнатов и др. Влияние электромагнитных полей сверхвысокочастотного диапазона на бактериальную клетку. Изд-во СГУ. 1978. с. 39-41).A device for processing volume-limited doses of liquid is known (VV Ignatov et al. Influence of microwave electromagnetic fields on a bacterial cell. Izd. SSU. 1978. pp. 39-41).
В этом устройстве от источника СВЧ-энергии волна распространяется по прямоугольному волноводу и далее по волноводно-коаксиальному переходу, образованному согласующим элементом и трансформатором сопротивления (зона А). К трансформатору сопротивления подключено оконечное коаксиальное поглощающее устройство (зона В). На центральный (внутренний) проводник коаксиала в зоне В устанавливается кварцевая пробирка (поглощающее устройство), в которой размещается обрабатываемая жидкость ограниченного объема. В данном случае пробирка представляет собой сосуд постоянного сечения с донышком и открытой горловиной.In this device, a wave propagates from a microwave energy source along a rectangular waveguide and further along a waveguide-coaxial junction formed by a matching element and a resistance transformer (zone A). A terminal coaxial absorber is connected to the resistance transformer (zone B). A quartz test tube (absorbing device) is installed on the central (inner) conductor of the coaxial in zone B, in which the treated liquid of a limited volume is placed. In this case, the test tube is a vessel of constant cross section with a bottom and an open neck.
К недостаткам этого устройства относятся невозможность стерилизации и нагрева жидкости в условиях потока и при повышенном давлении в пробирке.The disadvantages of this device include the impossibility of sterilization and heating of the liquid under flow conditions and at elevated pressure in the test tube.
Наиболее близким по технической сущности является способ и устройство для обеззараживания и нагрева жидкостей (Климарев С.И., Григорьев А.И., Синяк Ю.Е. Способ и устройство для обеззараживания и нагрева жидкостей. Патент RU 2694034, 2019 г.).The closest in technical essence is a method and device for disinfecting and heating liquids (Klimarev S.I., Grigoriev A.I., Sinyak Yu.E. Method and device for disinfecting and heating liquids. Patent RU 2694034, 2019).
К недостаткам этого способа и устройства можно отнести то, что значительный объем жидкости, проходящий через внутренний проводник коаксиала до выхода в трубку конусообразной расширяющейся формы, практически не подвергается воздействию СВЧ-энергией; невозможность использования СВЧ-устройства для работы при повышенном давлении и температуре выше 100°С без изменения его конструкции для стерилизации жидкостей, зараженных споровыми микроорганизмами.The disadvantages of this method and device include the fact that a significant volume of liquid passing through the inner conductor of the coaxial before exiting into a tube of a cone-shaped expanding shape is practically not exposed to microwave energy; the impossibility of using a microwave device to operate at elevated pressures and temperatures above 100°C without changing its design for sterilizing liquids contaminated with spore microorganisms.
Еще одним наиболее близким по технической сущности решением является способ непрерывной стерилизации жидкости и устройство для его осуществления (С.И. Климарев, В.И. Королева, И.А. Королев, А.П. Сухоруков, Н.Н. Сысоев. СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ СТЕРИЛИЗАЦИИ ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. Патент RU 2519841, 2014 г).Another solution closest in technical essence is a method for continuous sterilization of a liquid and a device for its implementation (S.I. Klimarev, V.I. Koroleva, I.A. Korolev, A.P. Sukhorukov, N.N. Sysoev. METHOD CONTINUOUS LIQUID STERILIZATION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION Patent RU 2519841, 2014).
К недостаткам этого способа и устройства относятся:The disadvantages of this method and device include:
- невозможность стерилизации жидкостей, не проводящих электрический ток;- the impossibility of sterilizing liquids that do not conduct electric current;
- невозможность стерилизации жидкостей, исключающих в своем составе хлорсодержащие соли (например, питательные среды), т.к. в этом случае под действием электролиза не выделяется активный (свободный) хлор как один из факторов комбинированного воздействия;- the impossibility of sterilizing liquids that exclude chlorine-containing salts in their composition (for example, nutrient media), because in this case, under the action of electrolysis, active (free) chlorine is not released as one of the factors of the combined effect;
- образование смеси газов водорода и кислорода при электролизе водных сред;- formation of a mixture of hydrogen and oxygen gases during the electrolysis of aqueous media;
- необходимость использования дополнительного источника питания электролизера и его синхронизации с источником питания СВЧ-генератора;- the need to use an additional power source of the cell and its synchronization with the power source of the microwave generator;
- один из электродов электролизера является частью волновода, электрически связан с ним и зависим от подачи электрического тока;- one of the electrodes of the cell is part of the waveguide, electrically connected to it and dependent on the supply of electric current;
- сложность конструкции, значительные массогабаритные характеристики СВЧ-устройства.- the complexity of the design, significant weight and size characteristics of the microwave device.
Задача и технический результат нашего изобретения состоит в обеспечении надежности стерилизации жидкостей за счет уничтожения спорообразующих форм микроорганизмов и предотвращении вторичного заражения жидкостей.The objective and technical result of our invention is to ensure the reliability of sterilization of liquids by destroying spore-forming forms of microorganisms and preventing secondary contamination of liquids.
Поставленная задача решается тем, что в стерилизаторе жидкостей непрерывного действия в СВЧ-устройстве для нагрева используется сосуд конусообразной расширяющейся формы с донышком и горловиной (стакан), дно которого опирается на внутренний проводник коаксиала, а внешний размер ограничивается внешним проводником коаксиала, при этом дно стакана имеет внутренний диаметр d 0,06-0,15 длины волны и диаметр D у верхней кромки стакана (горловины) 0,18-0,47 длины волны; на оси стакана устанавливается турбулизатор из радиопрозрачного материала с дисками, имеющими диаметр, равный половине диаметра стакана в месте расположения диска; ввод жидкости внутрь стакана осуществляется через канал в турбулизаторе; на внешнем диаметре дисков турбулизатора размещается проволока из серебра, выполняющая полный оборот вокруг оси стакана (спираль), в этом случае спираль размещается одна или более, но не создающая отражение СВЧ-энергии выше допустимых значений; стерилизатор содержит рекуператор, клапаны для отбора как нагретой, так и охлажденной жидкости, дренажный трубопровод и контур рецикла, минующий емкость с исходной жидкостью; внутренние поверхности трубопроводов и запорной арматуры выполнены с покрытием из гидрофобного материала, например, фторопласта.The problem is solved by the fact that in a continuous liquid sterilizer in a microwave device, a vessel of a cone-shaped expanding shape with a bottom and a neck (glass) is used for heating, the bottom of which rests on the inner conductor of the coaxial, and the outer size is limited by the outer conductor of the coaxial, while the bottom of the glass has an inner diameter d of 0.06-0.15 wavelengths and a diameter D at the upper edge of the glass (neck) of 0.18-0.47 wavelengths; on the axis of the glass is installed turbulator made of radio-transparent material with disks having a diameter equal to half the diameter of the glass at the location of the disk; liquid is introduced into the glass through a channel in the turbulator; a silver wire is placed on the outer diameter of the turbulator discs, performing a complete revolution around the axis of the glass (spiral), in this case one or more spirals are placed, but not creating a reflection of microwave energy above the allowable values; the sterilizer contains a recuperator, valves for the selection of both heated and cooled liquids, a drainage pipeline and a recycle circuit that bypasses the container with the initial liquid; the inner surfaces of pipelines and valves are coated with a hydrophobic material, such as fluoroplastic.
Прием повышения давления при СВЧ-нагреве жидкостей известен, однако использование этой комбинации только на определенном участке трубопровода применяется впервые.The method of increasing pressure during microwave heating of liquids is known, but the use of this combination only in a certain section of the pipeline is used for the first time.
Комплексное воздействие СВЧ-энергии, температуры выше 100°С и повышенного давления в присутствии металлического серебра при непрерывной стерилизации и нагреве жидкостей, зараженных спорообразующими формами микроорганизмов, неизвестно и применяется впервые.The complex effect of microwave energy, temperatures above 100°C and high pressure in the presence of metallic silver during continuous sterilization and heating of liquids contaminated with spore-forming forms of microorganisms is unknown and is used for the first time.
Режим рецикла в технологии известен, но его использование для целей стерилизации трубопровода при температуре кипения жидкости в присутствии металлического серебра применяется впервые.The recycle mode in the technology is known, but its use for the purpose of pipeline sterilization at the liquid boiling point in the presence of metallic silver is used for the first time.
Использование в СВЧ-устройстве сосуда конусообразной расширяющейся формы в виде стакана неизвестно и используется впервые.The use of a vessel of a cone-shaped expanding shape in the form of a glass in a microwave device is unknown and is used for the first time.
Также используется впервые жесткое размещение спирали из серебряной проволоки на внешнем диаметре дисков турбулизатора, имеющего канал для ввода стерилизуемой жидкости в стакан.Also used for the first time is the rigid placement of a spiral of silver wire on the outer diameter of the turbulator disks, which has a channel for introducing the sterilized liquid into the glass.
Применение рекуператора тепла известно, но в предлагаемом стерилизаторе непрерывного действия используется для осуществление одновременного воздействия СВЧ-энергии, температуры выше 100°С, повышенного давления и металлического серебра на стерилизуемую жидкость с ее предварительным нагревом. При этом рекуператор может использоваться и как часть трубопровода без осуществления процесса теплообмена.The use of a heat recuperator is known, but in the proposed continuous sterilizer it is used for simultaneous exposure to microwave energy, temperatures above 100°C, high pressure and metallic silver on the sterilized liquid with its preheating. In this case, the heat exchanger can also be used as part of the pipeline without the heat exchange process.
Наличие клапанов для отбора как нагретой, так и охлажденной жидкости известно, что в данном случае улучшает эксплуатацию стерилизатора наряду с контуром рецикла, минующим резервуар с исходной жидкостью, имеющим малый объем, обеспечивающий быстрый нагрев и стерилизацию трубопровода при замене жидкостей.The presence of valves for the selection of both heated and cooled liquids is known to improve the operation of the sterilizer in this case, along with the recycle circuit, bypassing the reservoir with the initial liquid, having a small volume, providing fast heating and sterilization of the pipeline when replacing liquids.
Дренажный трубопровод в стерилизаторе используется впервые и обеспечивает возврат в емкость с исходной жидкостью необработанной части жидкости, оставшейся в трубопроводе, что улучшает условия эксплуатации стерилизатора.The drain pipeline in the sterilizer is used for the first time and ensures the return of the untreated part of the liquid remaining in the pipeline to the container with the initial liquid, which improves the operating conditions of the sterilizer.
Покрытие поверхностей гидрофобным материалом (фторопластом) в технике известно, однако такое покрытие в стерилизаторе препятствует осаждению микроорганизмов и компонентов жидкостей в трубопроводе и запорной арматуре, наряду с вышеперечисленными признаками, обеспечивает наиболее эффективное функционирование стерилизатора непрерывного действия.Coating surfaces with a hydrophobic material (fluoroplastic) is known in the art, however, such a coating in a sterilizer prevents the deposition of microorganisms and liquid components in the pipeline and valves, along with the above features, ensures the most efficient functioning of a continuous sterilizer.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Суть предлагаемого технического решения поясняется фиг. 1, 2 и 3.The essence of the proposed technical solution is illustrated in Fig. 1, 2 and 3.
На фиг. 1 изображено оконечное коаксиальное СВЧ-устройство для обработки жидкости в потоке и температуре выше 100°С. Устройство состоит из: 1 - сосуда конусообразной расширяющейся формы в виде стакана; 2 - запредельного устройства; 3 - прямоугольного волновода; 4 - фланца; 5 - внутреннего проводника коаксиала; 6 - внешнего проводника коаксиала; 7 - заглушки; 8 - согласующего элемента; 10 - турбулизатора; 11 - спирали из серебряной проволоки; 12 - крышки со штуцерами ввода и вывода стерилизуемой жидкости; зоны А - трансформатора сопротивления; зоны В - оконечного коаксиального СВЧ-устройства.In FIG. 1 shows a final coaxial microwave device for liquid processing in flow and temperature above 100°C. The device consists of: 1 - a vessel of a cone-shaped expanding shape in the form of a glass; 2 - transcendental device; 3 - rectangular waveguide; 4 - flange; 5 - internal conductor of the coax; 6 - outer conductor of the coax; 7 - plugs; 8 - matching element; 10 - turbulator; 11 - spirals of silver wire; 12 - covers with fittings for inlet and outlet of the sterilized liquid; zone A - resistance transformer; zone B - terminal coaxial microwave device.
Устройство работает следующим образом: стерилизуемая жидкость через центральный штуцер в крышке 12 подается по трубопроводу в канал турбулизатора 10, присоединенного к крышке 12; из канала турбулизатора 10 жидкость направляется в дно стакана и заполняет его объем; после этого обеспечивается промежуточный расход жидкости и подводится СВЧ-энергия к устройству; варьированием расхода жидкости и давления устанавливается необходимая температура стерилизации жидкости, которая через боковой штуцер в крышке 12 эвакуируется из стакана; нагреваемая жидкость надежно закрывает спираль из серебряной проволоки, что препятствует образованию СВЧ-разряда, а турбулизатор постоянно перемешивает жидкость, создавая комбинированное воздействие на спорообразующие формы микроорганизмов; жесткая фиксация стакана 1, а также его герметизация обеспечивается той же крышкой 12.The device operates as follows: the liquid to be sterilized through the central fitting in the
Предложенное устройство используется в стерилизаторе непрерывного действия с технологической схемой, варианты которой поясняются фиг. 2 и 3.The proposed device is used in a continuous sterilizer with a technological scheme, the variants of which are illustrated in Fig. 2 and 3.
На фиг. 2 показаны факторы воздействия, направления материальных потоков и взаимное расположение узлов и блоков стерилизатора непрерывного действия, обеспечивающих его функционирование, а именно: 13 - емкость с исходной жидкостью; 14 - обратный клапан; 15 - насос; 16 -условное обозначение оконечного коаксиального СВЧ-устройства для обработки жидкостей в потоке, изображенное на фиг. 1; 17 - датчик давления; 18 - регулятор расхода жидкости; 19, 20 - трехпозиционный клапан; 21 - дренажный трубопровод; t - датчик температуры. Эти узлы и блоки стерилизатора соединены между собой трубопроводом и образуют замкнутую линию.In FIG. 2 shows the factors of influence, the direction of material flows and the relative position of the units and blocks of the continuous sterilizer, which ensure its operation, namely: 13 - container with the initial liquid; 14 - check valve; 15 - pump; 16 is a symbol of the terminal coaxial microwave device for processing liquids in a stream, shown in FIG. one; 17 - pressure sensor; 18 - fluid flow regulator; 19, 20 - three-position valve; 21 - drainage pipeline; t - temperature sensor. These units and blocks of the sterilizer are interconnected by a pipeline and form a closed line.
Схема включает входную линию в виде подключенного к емкости 13 с исходной жидкостью трубопровода, к которому через обратный клапан 14 подключен по ходу движения жидкости насос 15, оконечное коаксиальное СВЧ-устройство 16. В трубопровод со стороны выходной линии после оконечного коаксиального СВЧ-устройства 16 последовательно встроены датчик температуры t и давления 17, регулятор расхода 18 и два трехпозиционных клапана 19 и 20. При этом выходная линия подключена к входной (ко входу насоса 15) через трехпозиционный клапан 20 с образованием замкнутого контура (контура рецикла), или через клапан 19 с дренажным трубопроводом 21, связанным с емкостью 13 с исходной жидкостью.The scheme includes an input line in the form of a pipeline connected to the
Процесс стерилизации и нагрева жидкостей по этой технологической схеме осуществляется в следующей последовательности: обрабатываемая жидкость по трубопроводу из емкости 13 через обратный клапан 14 насосом 15 подается в оконечное коаксиальное СВЧ-устройство 16 и через датчик температуры t и давления 17, регулятор расхода 18 и трехпозиционные клапаны 19 и 20 возвращается в исходную емкость 13; после заполнения трубопровода жидкостью к оконечному коаксиальному СВЧ-устройству 16 подводится СВЧ-энергия и осуществляется процесс нагрева; на период установления регулятором расхода 18 и насосом 15 температуры выше 100°С, обрабатываемая жидкость возвращается в емкость 13; после установления заданной температуры выше 100°С трехпозиционный клапан 19 переключается и первая порция жидкости (~50 мл) направляется через подвижный слив по дренажному трубопроводу 21 обратно в емкость 13; затем подвижный слив поворачивается и стерильная жидкость используется по назначению; при стерилизации трубопровода в случае замены жидкостей промывочная жидкость (вода) насосом 15 через оконечное коаксиальное СВЧ-устройство 16, датчик температуры t и давления 17, регулятор расхода 18 и трехпозиционный клапаны 19 и 20 зацикливается и направляется на вход насоса 15 по замкнутому контуру рецикла; после нагрева трубопровода жидкость сливается через клапан 19.The process of sterilization and heating of liquids according to this technological scheme is carried out in the following sequence: the processed liquid is supplied through the pipeline from the tank 13 through the check valve 14 by the pump 15 to the final coaxial microwave device 16 and through the temperature sensor t and pressure 17, the flow controller 18 and three-position valves 19 and 20 is returned to the original container 13; after filling the pipeline with liquid, microwave energy is supplied to the terminal coaxial microwave device 16 and the heating process is carried out; for the period of establishment of the flow controller 18 and the pump 15 temperature above 100°C, the treated liquid is returned to the tank 13; after setting the set temperature above 100°C, the three-position valve 19 switches and the first portion of the liquid (~50 ml) is sent through the movable drain through the drainage pipeline 21 back into the container 13; then the movable drain is turned and the sterile liquid is used for its intended purpose; when sterilizing a pipeline in case of replacing liquids, the flushing liquid (water) by pump 15 through the terminal coaxial microwave device 16, temperature sensor t and pressure 17, flow controller 18 and three-position valves 19 and 20 is looped and sent to the pump inlet 15 along a closed recycle loop; after heating the pipeline, the liquid is drained through valve 19.
На фиг. 3 предложена технологическая схема стерилизатора непрерывного действия с использованием рекуператора для теплообмена и как часть трубопровода без теплообмена. Схема включает: 13 - емкость с исходной жидкостью; 14 - обратный клапан; 15 - насос; 16 - условное обозначение оконечного коаксиального СВЧ-устройства для обработки жидкостей в потоке, изображенное на фиг 1; 17 - датчик давления; 18 - регулятор расхода жидкости; 22, 23, 24, 25 - трехпозиционный клапан; 26 - рекуператор; t - датчик температуры. Данная технологическая схема позволяет стерилизовать жидкость как с использованием рекуператора, так и использования его как части трубопровода.In FIG. 3 is a flow diagram of a continuous sterilizer using a heat exchanger for heat exchange and as part of a pipeline without heat exchange. The scheme includes: 13 - container with the original liquid; 14 - check valve; 15 - pump; 16 is a symbol of the terminal coaxial microwave device for processing liquids in a stream, shown in Fig 1; 17 - pressure sensor; 18 - fluid flow regulator; 22, 23, 24, 25 - three-position valve; 26 - recuperator; t - temperature sensor. This technological scheme allows to sterilize the liquid both using the recuperator and using it as part of the pipeline.
Схема с использованием рекуператора включает линию в виде подключенного к емкости 13 с исходной жидкостью трубопровода, к которому через обратный клапан 14 подключен по ходу движения жидкости насос 15, рекуператор 26, оконечное коаксиальное СВЧ-устройство 16. Трубопровод по отношению к оконечному коаксиальному СВЧ-устройству 16 разделен на входную и выходную линии (входная линия расположена перед входом в оконечное коаксиальное СВЧ-устройство 16, выходная - после него), при этом рекуператор 26 совмещает части входной и выходной линий. В трубопровод со стороны выходной линии встроены датчик температуры t и давления 17, регулятор расхода 18, трехпозиционные клапаны 22 и 23. Перед рекуператором 26 после клапана 22 расположен клапан 24 для отбора горячей жидкости, а после рекуператора 26 клапан 25 для отбора охлажденной жидкости. При этом выходная линия подключена к входной (ко входу насоса 15) с образованием замкнутого контура (контура рецикла).The scheme using the recuperator includes a line in the form of a pipeline connected to the
Технологическая схема с использованием рекуператора функционирует в следующей последовательности: в начальный период обрабатываемая жидкость по трубопроводу из емкости 13 через обратный клапан 14 насосом 15 через рекуператор 26 направляется в оконечное коаксиальное СВЧ-устройство 16 и через датчик температуры t и давления 17, регулятор расхода 18 и трехпозиционные клапаны 22 и 24 подается снова в рекуператор 26, а из него через трехпозиционный клапан 25 возвращается на вход насоса 15, при этом через открытый трехпозиционный клапан 23 часть жидкости с воздухом возвращается в емкость 13; после заполнения трубопровода жидкостью к устройству 16 подводится СВЧ-энергия и осуществляется процесс нагрева; на период установления регулятором расхода 18 и насосом 15 температуры выше 100°С, обрабатываемая жидкость через клапаны 24 и 25 короткое время (мене 60 сек) циркулирует по замкнутому контуру (клапан 23 закрыт); после установления заданной температуры выше 100°С стерильная жидкость отбирается или в горячем виде после клапана 24, или в охлажденном после рекуператора 26 через клапан 25; в этом случае осуществляется постоянная подпитка жидкости из емкости 13 через обратный клапан 14.The technological scheme using the recuperator operates in the following sequence: in the initial period, the treated liquid is sent through the pipeline from the
Схема без использования рекуператора 26 как теплообменника соответствует схеме, изображенной на фиг. 3. При этом рекуператор 26 является только частью трубопровода входной линии без совмещения выходной линии трубопровода.The scheme without using the
В этом случае жидкость по трубопроводу из емкости 13 через обратный клапан 14 насосом 15 подается в рекуператор 26 (как часть трубопровода), оконечное коаксиальное СВЧ-устройство 16 и через датчик температуры t и давления 17, регулятор расхода 18 и трехпозиционные клапаны 22 и 23 возвращается в емкость 13; после заполнения трубопровода жидкостью переключается клапан 23 и жидкость направляется на вход насоса 15; после этого к оконечному коаксиальному СВЧ-устройству 16 подводится СВЧ-энергия и осуществляется процесс нагрева жидкости; после установления регулятором расхода 18 и насосом 15 температуры жидкости выше 100°С, переключаются клапаны 22 и 24 после чего нагретая жидкость используется по назначению через клапан 24. Клапан 25 закрыт и нагретая жидкость не подается в рекуператор 26.In this case, the liquid is fed through the pipeline from the
Стерилизация трубопровода при рецикле осуществляется также в двух контурах, составляющих единое целое технологической схемы стерилизатора (фиг. 3). Вначале происходит заполнение жидкостью (водой) контура с рекуператором 26 (как теплообменником), при этом жидкость по трубопроводу из емкости 13 через обратный клапан 14 и рекуператор 26 насосом 15 подается в оконечное коаксиальное СВЧ-устройство 16, а из него через датчик температуры t и давления 17, регулятор расхода жидкости 18, клапаны 22, 24, рекуператор 26 и клапан 25 возвращается на вход насоса 15, при этом часть жидкости с воздухом через клапан 23 подается в емкость 13; по заполнении трубопровода клапан 23 закрывается и включается СВЧ-нагрев, при этом жидкость осуществляет рецикл. По окончании процесса стерилизации трубопровода открывается клапан 25 и жидкость сливается и схема приводится в исходное состояние.Sterilization of the pipeline during recycling is also carried out in two circuits that make up a single whole of the technological scheme of the sterilizer (Fig. 3). First, the circuit with the recuperator 26 (as a heat exchanger) is filled with liquid (water), while the liquid is supplied through the pipeline from the
Второй контур рецикла использует рекуператор 26 только как часть трубопровода входной линии. Из емкости 13 через обратный клапан 14 жидкость (вода) насосом 15 направляется через оконечное коаксиальное СВЧ-устройство 16, датчик температуры t и давления 17, регулятор расхода 18, клапаны 22 и 23 на вход насоса 15, при этом клапаны 24 и 25 закрыты, а через клапан 23 часть жидкости с воздухом возвращается в исходную емкость 13; после включения СВЧ-нагрева клапан 23 переключается, направляя поток жидкости на вход насоса 15, и жидкость циркулирует в режиме рецикла, стерилизуя трубопровод. Клапан 25 при этом закрыт и нагретая жидкость не попадает в рекуператор 26. По окончании процесса стерилизации трубопровода открывается клапан 24 и жидкость сливается и схема приводится в исходное состояние.The second recycle circuit uses the
Примеры осуществления функционирования стерилизатора непрерывного действия.Examples of the implementation of the operation of a continuous sterilizer.
В качестве основного технологического инструмента использовался СВЧ-генератор мощностью 700 Вт, работающий на стандартной частоте 2450±50 МГц.A microwave generator with a power of 700 W operating at a standard frequency of 2450 ± 50 MHz was used as the main technological tool.
Для стерилизации и нагрева воды, зараженной спорообразующей формой микроорганизмов, применялось оконечное коаксиальное СВЧ-устройство, изображенное на фиг. 1. Сосуд конусообразной расширяющейся формы в виде стакана имеет диаметр дна d-10 мм и внешний диаметр у кромки стакана D-58 мм. Диаметр канала в турбулизаторе составляет 3 мм. Длина спирали из серебряной проволоки имеет длину 65-70 мм, диаметр 0,45 мм.For sterilization and heating of water contaminated with a spore-forming form of microorganisms, a coaxial microwave end device was used, shown in Fig. 1. A vessel of a cone-shaped expanding shape in the form of a glass has a bottom diameter of d-10 mm and an outer diameter at the edge of the glass of D-58 mm. The channel diameter in the turbulator is 3 mm. The length of the silver wire spiral has a length of 65-70 mm, a diameter of 0.45 mm.
В качестве тест-микробов использовалась споровая культура Вас.thruringiensis с концентрацией 5,6⋅105 КОЕ/мл в дехлорированной водопроводной питьевой воде с начальной температурой 20±0,5°С. В режиме рецикла промывочная вода имела остаточную зараженность 1,2⋅103 КОЕ/мл, которую следует считать исходной при стерилизации трубопровода.The spore culture of Bac. thruringiensis with a concentration of 5.6⋅10 5 CFU/ml in dechlorinated tap drinking water with an initial temperature of 20±0.5°C was used as test microbes. In the recycle mode, the washing water had a residual contamination of 1.2⋅10 3 CFU/ml, which should be considered as the initial one during pipeline sterilization.
ПРИМЕР 1. Проводили обработку питьевой воды СВЧ-энергией при повышенном давлении в устройстве с цилиндрической трубкой диаметром 14 мм. Стерилизация воды достигалась при температуре 125°С. Производительность составляла 1,5 л/ч. Затраты энергии 130 Вт⋅ч/л. КПД поглощения СВЧ-энергии 29%.EXAMPLE 1. Drinking water was treated with microwave energy at elevated pressure in a device with a cylindrical tube with a diameter of 14 mm. Water sterilization was achieved at a temperature of 125°C. The productivity was 1.5 l/h. Energy consumption 130 Wh/l. Efficiency of absorption of microwave energy 29%.
ПРИМЕР 2. Проводили обработку питьевой воды СВЧ-энергией при повышенном давлении в устройстве с сосудом конусообразной расширяющейся формой (стаканом) и турбулизатором. Стерилизация достигалась при температуре 120°С. Производительность составляла 6,3 л/ч. Затраты энергии 106 Вт⋅ч/л. КПД поглощения СВЧ-энергии 96%.EXAMPLE 2. Drinking water was treated with microwave energy at elevated pressure in a device with a vessel with a cone-shaped expanding shape (glass) and a turbulator. Sterilization was achieved at a temperature of 120°C. The productivity was 6.3 l/h. Energy consumption 106 Wh/l. Efficiency of absorption of microwave energy 96%.
ПРИМЕР 3. Проводили обработку питьевой воды СВЧ-энергией, повышенным давлением одновременно в присутствии металлического серебра в устройстве с сосудом конусообразной расширяющейся формой (стаканом) и турбулизатором с размещенной на нем одной спирали из серебряной проволоки. Стерилизация воды достигалась при температуре 115°С. Производительность составляла 6,9 л/ч. Затраты энергии 97 Вт⋅ч/л. КПД поглощения СВЧ-энергии 96%.EXAMPLE 3. Drinking water was treated with microwave energy, increased pressure simultaneously in the presence of metallic silver in a device with a vessel of a cone-shaped expanding shape (glass) and a turbulator with one spiral of silver wire placed on it. Water sterilization was achieved at a temperature of 115°C. The productivity was 6.9 l/h. Energy consumption 97 Wh/l. Efficiency of absorption of microwave energy 96%.
ПРИМЕР 4. Проводили обработку питьевой воды СВЧ-энергией, повышенным давлением одновременно в присутствии металлического серебра с рекуперацией тепла и устройства с сосудом конусообразной расширяющейся формой (стаканом), турбулизатором с размещенной на нем одной спирали из серебряной проволоки. Стерилизация воды достигалась при температуре 115°С. Производительность составляла 8,6 л/ч, затраты энергии на СВЧ-нагрев 73 Вт⋅ч/л.EXAMPLE 4. Drinking water was treated with microwave energy, increased pressure simultaneously in the presence of metallic silver with heat recovery and a device with a vessel of a cone-shaped expanding shape (glass), a turbulator with one spiral of silver wire placed on it. Water sterilization was achieved at a temperature of 115°C. The productivity was 8.6 l/h, the energy consumption for microwave heating was 73 Wh/l.
ПРИМЕР 5. Проводили стерилизацию трубопровода, осуществляя рецикл при температуре кипения воды, СВЧ-энергией одновременно в присутствии металлического серебра в устройстве с сосудом конусообразной расширяющейся формой в виде стакана и турбулизатором с размещенной на нем одной спирали из серебряной проволоки. Стерилизация трубопровода достигалась при температуре кипения после пятикратного рецикла воды.EXAMPLE 5. Sterilization of the pipeline was carried out by recycling at the boiling point of water, with microwave energy simultaneously in the presence of metallic silver in a device with a vessel with a cone-shaped expanding shape in the form of a glass and a turbulizer with one spiral of silver wire placed on it. Sterilization of the pipeline was achieved at the boiling point after five water cycles.
Анализ приведенных примеров показывает, что применение СВЧ-энергии и повышенного давления в устройстве с сосудом конусообразной расширяющейся формой в виде стакана и турбулизатора позволяет снизить температуру стерилизации со 125°С до 120°С, увеличить производительность с 1,5 л/ч до 6,3 л/ч, снизить затраты энергии со 130 Вт⋅ч/л до 106 Вт⋅ч/л, повысить КПД поглощения СВЧ-энергии с 29% до 96%.The analysis of the above examples shows that the use of microwave energy and high pressure in a device with a vessel with a cone-shaped expanding shape in the form of a glass and a turbulator makes it possible to reduce the sterilization temperature from 125°C to 120°C, increase productivity from 1.5 l/h to 6, 3 l/h, reduce energy costs from 130 Wh/l to 106 Wh/l, increase the absorption efficiency of microwave energy from 29% to 96%.
При внесении спирали из серебряной проволоки в СВЧ-устройство снижается температура стерилизации со 120°С до 115°С, увеличивается производительность с 6,3 л/ч до 6,9 л/ч, снижаются затраты энергии со 106 Вт⋅ч/л до 97 В⋅тч/л при одинаковом КПД поглощения СВЧ-энергии.When a silver wire spiral is introduced into the microwave device, the sterilization temperature decreases from 120°C to 115°C, productivity increases from 6.3 l/h to 6.9 l/h, energy costs are reduced from 106 Wh/l to 97 W⋅h/l at the same efficiency of microwave energy absorption.
В режиме рекуперации тепла при адекватной температуре стерилизации воды (115°С) производительность процесса увеличивается с 6,9 л/ч до 8,6 л/ч, затраты энергии снижаются с 97 Вт⋅ч/л до 73 Вт⋅ч/л.In the heat recovery mode at an adequate water sterilization temperature (115°C), the process productivity increases from 6.9 l/h to 8.6 l/h, energy costs are reduced from 97 Wh/l to 73 Wh/l.
Кроме этого, в стерилизаторе осуществляется отбор как горячей воды сразу после СВЧ-устройства, так и охлажденной воды после рекуператора.In addition, the sterilizer takes both hot water immediately after the microwave device and chilled water after the heat exchanger.
Дополнительно в стерилизаторе с целью сокращения объема воды и времени обработки в режиме циркуляции контур рецикла минует резервуар с исходной водой.Additionally, in the sterilizer, in order to reduce the volume of water and the processing time in the circulation mode, the recycle circuit bypasses the tank with the source water.
Наличие спирали из серебряной проволоки в СВЧ-устройстве препятствует распространению микробов в перерывах в работе стерилизатора.The presence of a spiral of silver wire in the microwave device prevents the spread of germs during breaks in the operation of the sterilizer.
Таким образом, использование стерилизатора воды непрерывного действия, благодаря совокупности и применения СВЧ-энергии, температуры, повышенного давления, металлического серебра, рецикла, рекуперации, сосуда расширяющейся формы в виде стакана, турбулизатора позволяет:Thus, the use of a continuous water sterilizer, thanks to the combination and use of microwave energy, temperature, high pressure, metallic silver, recycling, recuperation, an expanding vessel in the form of a glass, a turbulator, allows:
- снизить температуру стерилизации воды, зараженной споровой культурой, с 125°С до 115°С;- reduce the sterilization temperature of water contaminated with spore culture from 125°C to 115°C;
- увеличить производительность процесса стерилизации и нагрева воды в 5,7 раза;- increase the productivity of the sterilization process and water heating by 5.7 times;
- снизить удельные затраты энергии в 1,8 раза;- reduce specific energy costs by 1.8 times;
- увеличить КПД поглощения СВЧ-энергии в 3,3 раза;- increase the efficiency of absorption of microwave energy by 3.3 times;
- предотвратить вторичное заражение вод при их смене.- prevent secondary contamination of water during their change.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2779942C1 true RU2779942C1 (en) | 2022-09-15 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4013558A (en) * | 1972-05-22 | 1977-03-22 | Rosenberg H Colman | System for purifying liquids |
| RU2093186C1 (en) * | 1993-03-25 | 1997-10-20 | Юрий Николаевич Худорожков | Domestic sterilizer |
| RU2118886C1 (en) * | 1996-09-13 | 1998-09-20 | Чередниченко Валерий Павлович | Liquid pasteurization (sterilization) and microwave energy take-off apparatus |
| RU2235471C2 (en) * | 2000-01-18 | 2004-09-10 | Новоуральский государственный технологический институт | Apparatus for sterilizing of liquid products |
| RU2519841C2 (en) * | 2011-12-28 | 2014-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова" (МГУ) | Continuous liquid sterilisation method and device for method implementation |
| RU2663172C2 (en) * | 2016-12-29 | 2018-08-01 | Общество с ограниченной ответственностью "Альфа" (ООО "Альфа") | System of production of pure and ultrapure water |
| RU2694034C1 (en) * | 2018-06-05 | 2019-07-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН) | Method and device for liquid disinfection and heating |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4013558A (en) * | 1972-05-22 | 1977-03-22 | Rosenberg H Colman | System for purifying liquids |
| RU2093186C1 (en) * | 1993-03-25 | 1997-10-20 | Юрий Николаевич Худорожков | Domestic sterilizer |
| RU2118886C1 (en) * | 1996-09-13 | 1998-09-20 | Чередниченко Валерий Павлович | Liquid pasteurization (sterilization) and microwave energy take-off apparatus |
| RU2235471C2 (en) * | 2000-01-18 | 2004-09-10 | Новоуральский государственный технологический институт | Apparatus for sterilizing of liquid products |
| RU2519841C2 (en) * | 2011-12-28 | 2014-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова" (МГУ) | Continuous liquid sterilisation method and device for method implementation |
| RU2663172C2 (en) * | 2016-12-29 | 2018-08-01 | Общество с ограниченной ответственностью "Альфа" (ООО "Альфа") | System of production of pure and ultrapure water |
| RU2694034C1 (en) * | 2018-06-05 | 2019-07-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН) | Method and device for liquid disinfection and heating |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5403564A (en) | Apparatus for heating and thermal decontaminating a pumpable or pourable material | |
| CA2778570C (en) | Apparatus for treating a fluid with microwave radiation | |
| EP0497099B1 (en) | Method and apparatus for preserving biological products | |
| KR101717109B1 (en) | Method for sterilizing a water supply apparatus | |
| EP1654006A1 (en) | In-line treatment of liquids and gases by light iradiation | |
| WO2000038814A1 (en) | Treated water dispensing system | |
| CN101448441A (en) | Apparatus for preparing a beverage from sterilized water of a predetermined consumption temperature | |
| KR101800379B1 (en) | A water combined air plasma processing device | |
| US7571621B2 (en) | Fluid cooling system, cooled fluid dispenser comprising the later, and methods for sterilization thereof | |
| CN110873460B (en) | Zero-cold-water system of water heater and sterilization control method | |
| EA034907B1 (en) | System and method for fluid sterilization | |
| RU2779942C1 (en) | Continuous operation water steriliser | |
| US7586104B2 (en) | Non-heating type fluid sterilizing apparatus | |
| KR100732503B1 (en) | Sterilizing apparatus for fluid without heating operation | |
| JP7190703B2 (en) | Continuous sterilizer and continuous sterilization method | |
| JP6761149B1 (en) | Decontamination system for microbial and / or virus-containing waste liquids | |
| RU2541779C2 (en) | Installation for liquids disinfection by physical factors complex impact | |
| JP5110493B1 (en) | Wastewater inactivation method and system | |
| CN211004940U (en) | Seawater desalination conversion equipment with disinfect | |
| KR20110034301A (en) | A sanitizing system | |
| JP3748839B2 (en) | Sewage sterilizer | |
| RU2519841C2 (en) | Continuous liquid sterilisation method and device for method implementation | |
| CN105314695A (en) | Continuous biological wastewater inactivation system | |
| KR100668597B1 (en) | Non-heating type sterilizing apparatus of fluid | |
| CN104432405A (en) | Steam-water mixing sterilizer and sterilization device |