RU31297U1 - Газоразрядный сверхвысокочастотный источник ультрафиолетового излучения - Google Patents

Description

5 10 15 М. 37/00//C02F 1/30 ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ИСТОЧНИК УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Область техники. Полезная модель относится к газоразрядным приборам, воздействующим на объекты и материалы с целью их обработки, в частности, для очистки и стерилизации жидкостей ультрафиолетовым излучением газового разряда. Она может применяться в медицине, системах очистки питьевой или сточных вод в промышленности или в бытовых условиях, а также на производственных или торговых предприятиях для обработки жидкостных продуктов, натуральных соков, молока и пр. Дополнительно данная полезная модель может использоваться и как устройство для воздействия УФ излучения на газовзто среду, например для стерилизации, озонирования воздуха и пр. Нредшествующий уровень техники Широко известны расходные электродуговые генераторы плазмы постоянного тока, содержащие средства возбуждения газового разряда в виде электродов, источника электропитания и системы подачи газа в межэлектродное пространство (см., например, авт. свид. СССР № SU667032, М.кл. Н05Н 1/06, 1977). Такие 5 10 15 20 25 устройства позволяют генерировать плазменную струю, которую используют, в частности, в качестве источника ультрафиолетового излучения, способного очищать и стерилизовать жидкости или газы. Недостатки подобных устройств состоят в сложности и дороговизне вакуумной техники, необходимой для обеспечения пониженного давления, при котором возможно получение необходимой интенсивности ультрафиолетовой составляющей излучения плазмы, в высоком уровне загрязнений плазмы продуктами эрозии электродов, в малом ресурсе дуговых плазматронов (до нескольких десятков часов). Существенное снижение стоимости оборудования и повыщение его ресурса обеспечивают источники ультрафиолетового излучения, содержащие наполненную газом пониженного давления отпаянную диэлектрическую колбу со средствами возбуждения в её полости тлеющего разряда и имеющие либо отдельный тракт жидкостного охлаждения, либо окружённые жидкостью, в которую они погружены, причём указанные средства возбуждения газового разряда представляют собой холодные электроды, подключённые к источнику электропитания (см., например, Рохлин Г.Н., Разрядные источники света, М., Энергоатомиздат, 1991, с. 327-328). Указанные источники в виде отпаянной колбы не требуют применения громоздкой и дорогостоящей вакуумной техники и обеспечивают технический ресурс до величин порядка тысячи часов. Однако, их энергетическая эффективность при воздействии на жидкость невысока в силу относительно низкой интенсивности ультрафиолетовой компоненты испускаемого излучения.

5 10 15 20 25 Указанный недостаток ликвидируют газоразрядные источники ультрафиолетового излучения, содержащие наполненную инерТным газом высокого давления и ртутью (в виде канли в исходном состоянии) диэлектрическую колбу, обычно выполняемую из кварца, со средствами возбуждения в её полости газового разряда повышенного давления и трактом жидкостного охлаждения, причём указанные средства представляют собой введённые в полость колбы тугоплавкие электроды (см., например, Рохлин Г.Н., Разрядные источники света, М., Энергоатомиздат, 1991, с.487-489). Технический ресурс указанных источников достигает 1000-2700 час. для ламп разных марок в связи с непрерывным разрушением (эрозией) их электродов в процессе горения разряда. По той же причине интенсивность излучения этих источников непрерывно убывает в процессе их эксплуатации из-за поглощения света в плёнке материала электродов, осаждающейся на внутренней поверхности стенки колбы в процессе эрозии электродов. Наиболее близким техническим решением к полезной модели является газоразрядный сверхвысокочастотный источник УФ излучения, содержащий магнетрон, излучатель СВЧ которого установлен в подсоединенной к магнетрону камере, снабженной выполненными запредельными для рабочей частоты излучения магнетрона патрубками ввода и вывода прозрачной для УФ излучения и предназначенной для обрабатываемой среды проточной трубки, помещенной в герметичную цилиндрическую газоразрядную колбу, расположенную в камере (см., например, Bergmann Н. et al. New UV irradiation and direct electrolysis-promising methods for water 5 10 15 20 25 disinfection, Chem. Eng. Journal, 2002, v.85, pp. 111-117). Однако, это устройство также не свободно от недостатков Бытовое назначение камеры прототипа определило её размер, многократно превышающий длину волны СВЧ колебаний (12 см), что снижает плотность СВЧ излучения в зоне обработки, уменьшая энергетическую эффективность устройства и завышая порог моп ;ности для поджига разряда в колбе. Кроме того, более половины энергии УФ излучения уходит в окружающее пространство, не участвуя в процессе обработки жидкостной среды. Раскрытие полезной модели С целью устранения указанных недостатков, т.е. для повышения энергетической эффективности обработки среды воздействием УФ излучения и упрощения конструкции оборудования, в газоразрядном сверхвысокочастотном источнике УФ излучения, содержащем магнетрон, излучатель СВЧ которого установлен в подсоединенной к магнетрону камере, снабженной выполненными запредельными для рабочей частоты излучения магнетрона патрубками ввода и вывода прозрачной для УФ излучения и предназначенной для обрабатываемой среды проточной трубки, помещенной в герметичную цилиндрическую газоразрядную колбу, расположенную в камере, по предложенной полезной модели камера представляет собой СВЧ резонатор в виде непрозрачного для СВЧ излучения цилиндра, патрубки ввода и вывода проточной трубки расположены в плоских торцах цилиндра, магнетрон подсоединен к боковой стенке этого цилиндра, снабженной отверстием, в котором расположен 5 10 15 20 25 излучатель СВЧ, геометрическая ось газоразрядной колбы совпадает с осью камеры и с осью проточной трубки. Для оптимизации работы устройства и уменьшения нагрева магнетрона, чтобы избежать необходимости применения особых устройств его защиты, отверстие в боковой поверхности резонатора выполнено в месте, соответствующем максимальному поглощению СВЧ энергии в газоразрядной колбе. Соответственно, в этом месте отраженная СВЧ мощность, возвращающаяся в магнетрон, минимальна. Возможно выполнение торцов камеры в виде расположенны с с зазором двойных стенок, представляющих собой коллекторы охлаждающей среды, например, газа (воздуха), причем к внутренним стенкам торцов подсоединены патрубки ввода и вывода проточной трубки, и эти стенки выполнены в виде сетки или перфорированными, одна из сплошных наружных стенок снабжена патрубком входа охлаждающей среды, а другая наружная стенка патрубком выхода этой среды. Это позволяет использовать дополнительное охлаждение газоразрядной колбы, что увеличивает используемую мощность единичного модуля устройства. Для увеличения вклада УФ энергии в обрабатываемую среду при выполнении газоразрядной колбы из материала, прозрачного для УФ излучения, внутренние стенки камеры выполнены зеркальными для этого вида излучения. Одновременно при этом дезинфицируется и охлаждающая среда, например, воздух помещения, в котором установлено это устройство. 5 10 15 20 25 при изготовлении проточной трубки и газоразрядной колбы в виде одного изделия с тороидальной газоразрядной полостью целесообразно выполнять трубку и колбу из одного и того же материала, например, кварца. Краткое описание фигур чертежей. На фигЛ показано схематически предлагаемое устройство, на фиг.2 - это же устройство, у которого торцы камеры выполнены в виде двойных стенок с патрубками входа и выхода охлаждающей среды. Лучший вариант осуществления полезной модели. Представленныйначертежахгазоразрядный сверхвысокочастотный (СВЧ) источник ультрафиолетового (УФ) излучения содержит камеру 1, представляющую собой СВЧ резонатор, выполненный в виде металлического (непрозрачного для СВЧ излучения) кругового цилиндра с плоскими торцами. К боковой поверхности этого цилиндра подсоединен магнетрон 2 для возбуждения резонатора. В камере 1 находится излучатель 3 (антенна ввода) СВЧ излучения. Он расположен в отверстии на боковой стенке кругового цилиндра. Камера 1 снабжена расположенными в центре торцов камеры круглыми патрубками 4 ввода и вывода кварцевой (прозрачной для УФ излучения) трубки 5. Трубка выполнена проточной и предназначена для подачи в устройство обрабатываемой среды, например, воды, фруктового сока, молочных продуктов и пр. Трубка, как правило, подсоединена к системе прокачки (на чертеже не показана) обрабатываемой жидкости. Патрубки 4 выполнены запредельными для используемой (рабочей) частоты (длины волны) 5 10 15 20 25 СВЧ излучения, что предотвращает потерю СВЧ излучения в окружающую среду. Рабочая часть трубки 5 помещена в герметичную цилиндрическую газоразрядную колбу 6, которая в свою очередь размещена в камере 1. Камера 1, колба 6 и трубка 5 соосны. Полость 7 колбы 6 заполнена аргоном при давлении 10-20 миллиметров ртутного столба с добавкой в эту полость капельки ртути. Геометрические параметры камеры 1, колбы 6 и трубки 5, а также место расположения отверстия на боковой стороне камеры 1 определяют следующим образом. Длина камеры как кругового цилиндрического резонатора должна быть кратна длине полуволны используемого СВЧ излучения, причём оптимальные значения показателя кратности п должны быть равны 1, 2 или 3. Диаметр резонатора выбирается близким к значению длины волны СВЧ излучения. В экспериментальном образце полезной модели, испытанной в лаборатории заявителя, использовался магнетрон бытовых СВЧ печей, генерирующий микроволновые колебания на длине волны 12 см с максимальной мощностью до 1 кВт. В случае заполнения колбы 6 аргоном с начальным давлением 10 мм рт, ст. оптимальные размеры устройства оказались следующими: длина резонатора 18 см, диаметр - 16 см, внешний диаметр колбы 910 см, а отверстие ввода антенны 3 отстояло на расстоянии 2,5 см от одного из торцов камеры 1. Отражённый от нагрузки магнетрона сигнал оказался при этом настолько мал, что специального устройства защиты магнетрона от перегрева не потребовалось. Работает заявленное устройство следующим образом. В 5 10 15 20 25 воду в трубку 5, затем включают магнетрон 2. В колбе 6 возбз ждается СВЧ разряд, дезинфицирующий среду, прокачиваемую по трубке 5. В варианте по Фиг.2 после включения магнетрона 2 дополнительно подают воздух или другой газ во входной патрубок 10. При этом помимо обрабатываемой среды одновременно дезинфицируется прокачиваемый вне колбы газ, которым может служить окружающий воздух. Промышленная нрименнмость. В качестве базового объекта для сравнения техникоэкономической эффективности полезной модели был выбран прототип полезной модели. Заявленное техническое рещение позволило повысить эффективность УФ обработки жидкости более чем в 2 раза, т.к. в прототипе УФ излучение во внешнее пространство, испускаемое большей внешней поверхностью разряда, бесполезно теряется в окружающей конструкции. Кроме того, часть СВЧ поля резонатора поглощается в торцевых з астках разрядной ёмкости, бесплодно подогревая обрабатываемую среду. Одновременно в полезной модели достигнуто упрощение технологического оборудования, уменьшающее его стоимость. Назначение данной полезной модели - производство оборудования, необходимого для улучщения экологической обстановки как в бытовых условиях, так и в промышленности и торговле. Основанное на использовании преимущественно недорогих бытовых комплектзтощих изделий, оно позволит эффективно решить важнейшую проблему жизнеобеспечения.

Claims (5)

1. Газоразрядный сверхвысокочастотный источник ультрафиолетового (УФ) излучения, содержащий магнетрон, излучатель сверхвысокочастотный (СВЧ) которого установлен в подсоединенной к магнетрону камере, снабженной выполненными запредельными для рабочей частоты излучения магнетрона патрубками ввода и вывода прозрачной для УФ излучения и предназначенной для обрабатываемой среды проточной трубки, помещенной в герметичную цилиндрическую газоразрядную колбу, расположенную в камере, отличающийся тем, что камера представляет собой СВЧ-резонатор в виде непрозрачного для СВЧ излучения цилиндра, патрубки ввода и вывода проточной трубки расположены в торцах цилиндра, магнетрон подсоединен к боковой поверхности этого цилиндра, снабженной отверстием, в котором расположен излучатель СВЧ, геометрическая ось газоразрядной колбы совпадает с осью камеры и с осью проточной трубки.

2. Газоразрядный сверхвысокочастотный источник по п.1, отличающийся тем, что отверстие в боковой поверхности резонатора выполнено в месте, соответствующем максимальному поглощению СВЧ энергии в газоразрядной колбе.

3. Газоразрядный сверхвысокочастотный источник по п.1 или 2, отличающийся тем, что торцы камеры выполнены в виде расположенных с зазором двойных стенок и представляют собой коллекторы охлаждающей среды, причем внутренние стенки, к которым подсоединены патрубки ввода и вывода трубки, выполнены в виде сетки или перфорированными, одна из наружных стенок снабжена патрубком входа охлаждающей среды, а другая наружная стенка - патрубком выхода этой среды.

4. Газоразрядный сверхвысокочастотный источник по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что газоразрядная колба выполнена из материала, прозрачного для УФ излучения, а внутренние стенки камеры выполнены зеркальными для УФ излучения.

5. Газоразрядный сверхвысокочастотный источник по п.4, отличающийся тем, что проточная трубка и газоразрядная колба выполнены из одного и того же материала.