WO2014092668A1

WO2014092668A1 - Электрический стерилизатор воздуха

Info

Publication number: WO2014092668A1
Application number: PCT/UA2013/000086
Authority: WO
Inventors: Валентин Зигмундович ШЕВКИС; Валерий Валентинович ШЕВКИС
Original assignee: Shevkis Valentyn Zihmundovych; Shevkis Valerii Valentynovych
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2013-08-06
Publication date: 2014-06-19
Also published as: UA101136C2

Abstract

Электрический стерилизатор воздуха содержит корпус, внутри которого размещена ионизационная камера (1), изготовленная из материала высокого электропрочности, внешние электроды - ионизаторы (2), источники питания (3), и турбина (4) для продувки воздуха через ионизационную камеру (1). В ионизационной камере (1) на определенном расстоянии друг от друга размещены положительные (5) и отрицательные (6) коронирующие электроды. Положительные (5) коронирующие электроды подсоединены к источнику напряжения 20 kV, негативные - 6 - 30 kV. В межэлектродных промежутках возникает биполярный коронный разряд. Ток разряда составляет 40-60 мкА, в зависимости от состояния воздуха. Эти значения тока достигаются, поддерживая величину напряженности электрического поля в разрядном промежутке 1 · 10⁶ - 3- 10⁶ В/м. Внешние электроды - ионизаторы (2) размещены на передней панели стерилизатора, питаются от импульсного источника и предназначены для ионизации атомов, молекул и групп молекул с последующей их утилизацией.

Description

Электрический стерилизатор воздуха

Область техники

Изобретение относится к медицинской техники, в частности к устройствам для инактивации микроорганизмов в воздухе и может быть использовано для дезинфекции воздуха, а также повышения уровня отрицательных аэроионов в медицинской, фармацевтической, пищевой, сельскохозяйственной отраслях, а также и в быту. Предшествующий уровень техники

Простейшим примером ионизатора может служить «Люстра

Чижевского»

(http://pidruchniki.ws/15931106/meditsina/visokoenergetichni_aeroioni_vid_l yustri_chizhevskogo).

Однако эта люстра является ионизатором и не используется в качестве устройства для инактивации микроорганизмов.

Известно инактивационное устройство

(http://www.8a.ru/firms/a761.php), так называемый рециркулятор, в котором через камеру образованную ультрафиолетовыми лучами продувается воздух. Эффективность такого устройства составляет 40 -

80%.

Известны также инактивационные фильтры, очистители и

ионизаторы ряда фирм, различных типов и конструкций, а именно:

- Очистители фирмы ZENET

(http://www.mobilluck.com.ua/brands/Zenet) - это многоступенчатая очистка и электростатическая технология инактивации воздуха. Однако степень инактивации в этих фильтрах недостаточен, поскольку в них не созданы соответствующие условия для высокой степени инактивации.

- Ионизатор КС-860 (http://js.com.ua/catalog/humidifiers/product/fz_c100mfe) оснащен

ионизирующим элементом («ионный генератор»). Как инактивационный фактор в нем может образовываться монополярный коронный разряд, эффективность которого при данных условиях также является низкой.

- Ионизаторы фирмы «AIRcomfort» (www.aircomfort.ru) - 5-ти ступенчатые фильтры оснащены ионизаторами. Указанные в нем фильтры типов: Nano фильтр, TRUENERA фильтр, а также фильтр предварительной очистки являются фильтрами улавливания микрочастиц. Эти фильтры могут рассматриваться только как ионизаторы с внутренними электродами.

- Биполярные ионизаторы типа «Янтарь» (http://www.ionization. Ru/kat/tovar 19.htm) имеют функцию образования легких аэроионов положительной и отрицательной полярности. Электроды - ионизаторы находятся внутри корпуса. Функция инактивации микроорганизмов также недостаточна.

- Инактивационные фильтры «Тпоп» (http://www.trion.kiev.ua/). Эти фильтры относятся к промышленным электрофильтрам и являются электростатическими. В них используется сильное электрическое поле, в котором частицы получают заряд, затем попадают в уборочную камеру. Внешние ионизаторы отсутствуют. Напряжение на ионизаторе данного фильтра составляет 12 kV, на сборочной камере 6 kV. Применение инактивации монополярного коронного разряда не обеспечивает достаточной степени инактивации микроорганизмов.

Прототипом выбрано устройство для стерилизации и тонкой фильтрации газа (Патент РФ Ш 2026751 , Кл. ВОЗСЗ/14, публ. 1995 г.), которое состоит из источника питания, фильтра грубой очистки, ионизатора, содержащего коронирующие электроды в виде иглы и некоронирующие электроды в виде чашеобразного цилиндра и узла осаждения микрочастиц, который состоит из размещенного вдоль потока разноименно заряженных элементов, проводящих ток и между которыми размещен диэлектрический фильтрующий элемент. Система электродов и узел осаждения образуют инактивационную камеру. Согласно информации представленной в описании к патенту можно предположить, что в этом устройстве использован источник питания с напряжением до нескольких киловольт. Конкретная информация отсутствует.

Такая конструкция устройства с коронирующими электродами различной полярности не обеспечивает возникновения биполярного коронного разряда, поскольку коронирующие электроды имеют форму чашеобразных цилиндров, в которых на остриях электродов локально возникает положительная и отрицательная корона. При значениях напряжения до 10 kV ток коронного разряда незначителен, а следовательно и эффект инактивации является невысоким. Использование электродов в форме иглы действует локально на воздушный поток что снижает степень инактивации. Наличие на выходе узла осаждения микрочастиц диэлектрического фильтрующего элемента приводит к накоплению в нем активных микроорганизмов с последующим их перемещением в чистую зону. В изобретении указано, что в узле осаждения продолжается инактивация микроорганизмов, однако инактивационные факторы отсутствуют.

В основу изобретения поставлена задача, путем образования в стерилизаторе биполярного коронного разряда, обеспечить полную инактивацию микроорганизмов, а также путем ионизации воздуха импульсами высокого напряжения, повысить насыщенность воздуха отрицательными аэронами.

Раскрытие изобретения

Поставленная задача достигается тем, что электрический стерилизатор воздуха, который содержит коронирующие электроды и источники питания, согласно изобретения дополнительно содержит, по меньшей мере, два внешние электроды - ионизаторы, коронирующие отрицательные и положительные электроды размещены в ионизационной камере под напряжением различной полярности величиной 12,5 - 100 kV и имеют форму пакетов-сеток, а для продувки воздуха через ионизационную камеру предусмотрена турбина.

Поставленная задача достигается еще и тем, что электрический стерилизатор согласно изобретения содержит, по меньшей мере, два положительных и два отрицательных коронирующих электродов, а расстояние между коронирующими электродами определяется по формуле:

где V - напряжение на электродах,

Е - напряженность поля.

Согласно изобретения отношение напряжения положительного коронирующего электрода к отрицательному составляет 2/3, причем отрицательный коронирующий электрод размещен последним по направлению потока воздуха созданного турбиной.

Согласно изобретения начальная напряженность поля определяется по эмпирической формуле Пика:

где Е - напряженность поля,

d - расстояние между электродами,

г₀- диаметр электрода.

Согласно изобретения внешние электроды - ионизаторы размещены на передней панели стерилизатора, расстояние между ними составляет не менее 600 мм, питаются от импульсного источника питания напряжением 30 kV, через сопротивление величиной 15 Гом.

Согласно изобретения ионизационная камера изготовлена из материала высокой электропрочности.

Подача напряжения разной полярности величиной 12,5 - 100 kV на коронирующие электроды, изготовленные в форме пакетов-сеток, в ионизационной камере создается биполярный коронный разряд. Ток разряда является основным инактивационным фактором. Механизмов инактивации несколько. Первый это - поляризация частиц на первом (положительном) коронирующем электроде и резкое изменение заряда на втором (негативном) приводит к разрушению клеток. Второй это - ионизация атомов, молекул или группы молекул на первом (положительном) коронирующем электроде, их рекомбинация (нейтрализация) в межэлектродном пространстве. Далее (при возможных условиях) изменение знака иона на втором (негативном) коронирующем электроде также приводит к разрушению молекул или групп молекул. Скорость движения воздуха не влияет на качество инактивации. Расположение коронирующих электродов имеет существенное значение, в частности размещение негативного коронирующего электрода последним по направлению воздуха позволяет увеличить насыщенность отрицательными ионами ограниченное пространство за счет отрицательной короны.

Внешние электроды - ионизаторы служат для резкого увеличения ионизированных атомов и молекул, а также групп молекул и предоставления им направления движения к электроду противоположной полярности, какими являются пол и стены (за счет сил гравитации преобладает направление движения к полу) с последующей их утилизацией.

Импульсный режим работы выбран для предотвращения перенасыщенности воздуха отрицательными аэроионами. Наличие турбины обеспечивает постоянное продувание воздухом межэлектродного пространства. Поток воздуха, создаваемый турбиной (с регулировкой оборотов) близок к ламинарному, что дает возможность применять стерилизатор в медицинских учреждениях и придерживаться норм указанных в нормативных документах.

Краткое описание чертежей

На рисунке изображен стерилизатор, общий вид.

Стерилизатор реализован в пластмассовом корпусе. Внутри корпуса размещена ионизационная камера 1 , изготовлена из материала высокой электропрочности, внешние электроды ионизаторы 2, источники питания 3 и турбина 4 для продувания воздуха через ионизационную камеру 1. В ионизационной камере 1 на определенном расстоянии друг от друга размещены положительные 5 и отрицательные 6 коронирующие электроды. Положительные 5 коронирующие электроды подсоединены к источнику напряжения 20 KV, отрицательные 6 - 30 KV. В межэлектродных промежутках возникает биполярный коронный разряд. Ток разряда составляет 40-60 мкА, в зависимости от состояния воздуха. Эти значения тока достигаются, поддерживая величину напряженности электрического поля в разрядном промежутке 1 - 10^Е - 3- Ю⁸ В/м. Внешние электроды - ионизаторы 2 размещены на передней панели стерилизатора, питаются от импульсного источника и предназначены для ионизации атомов, молекул и групп молекул с последующей их утилизацией.

Вариант осуществления изобретения

Электрический стерилизатор работает следующим образом.

При одновременном включении источников питания 3, на коронирующие электроды 5 и 6 ионизационной камеры подается высокое напряжение. На электродах положительной 5 и отрицательной 6 полярности образуется, соответственно, отрицательная и положительная корона. Между электродное пространство содержит отрицательные и положительные ионы, что (при наличии электрического поля) создает электрический ток. Наличие электрического тока в межэлектродном пространстве является инактивационным фактором, а величина тока определяет степень инактивации. Коронирующие электроды 5 и 6 продуваются потоком воздуха турбиной 4 включенной одновременно с источниками питания 3 электродов 5 и 6. Внешние электроды - ионизаторы 2 создают повышенный уровень насыщения воздуха в «чистой» зоне негативными «аэроионами». Питание их импульсным напряжением позволяет регулировать величину уровня насыщенности.

Промышленная применимость

Испытания электрического стерилизатора проводили в помещении с различным состоянием загрязнения. Для проверки стерилизатора был изготовлен специальный трубопровод, подсоединенный к стерилизатору, в котором поместили «чашку Петри» со средой для роста микроорганизмов. Для определения наличия тока установили диэлектрическую перегородку между электродами, причем величина тока изменялась пропорционально расстоянию углубления перегородки между электродами. Внешние электроды - ионизаторы находились на передней панели стерилизатора, расстояние между которыми составляло 620 мм. Внешние электроды были подключены к импульсному источнику питания напряжением 30 KV, через сопротивление величиной 15 Гом. Ток короткого замыкания, при этом, составлял 2мкА, что является абсолютно безопасным для окружающих, уровень концентрации аэроионов - 1-15 тысяч на кубический сантиметр при длительности импульса 1 м/сек и скважности - 100. Концентрация измерялась счетчиком аэроионов серийного производства. Экспериментально установлено, что время инактивации воздуха в помещении 50 м³ при скорости воздуха 18 м/с и площади электродов 700 см² составляет 30 мин.

Результаты испытания показали, что выходящий воздух не содержал никаких микроорганизмов. Количество колоний микроорганизмов в «чашке Петри» до инактивации составляла 106, после инактивации - микроорганизмы отсутствовали.

Расположение коронирующих электродов имеет существенное значение, в частности размещение отрицательного электрода последним по направлению движения воздуха позволяет увеличить насыщенность отрицательными ионами ограниченное пространство за счет отрицательной короны. Фоновый уровень в данном помещении составлял 100 аэроионов. Импульсный режим работы выбран для предотвращения перенасыщенности отрицательных аэроионов. Количество ионизаторов - два. Расстояние между ними 62 см. Расстояние определено экспериментально. Установлено, что уменьшение расстояния и увеличение количества внешних ионизаторов существенно не влияет на насыщенность воздуха аэроионами.

Заявляемый стерилизатор может работать в присутствии людей и выполнять функцию отдельно ионизатора, отдельно стерилизатора или вместе обе функции.

Claims

Формула изобретения

1. Электрический стерилизатор воздуха, который содержит коронирующие электроды и источники питания, отличающийся тем, что дополнительно содержит, по меньшей мере, два внешних электроды - ионизаторы, коронирующие отрицательные и положительные электроды размещены в ионизационной камере под напряжением различной полярности величиной 12,5 - 100 KV и имеют форму пакетов-сеток, а для продувки воздуха через ионизационную камеру предусмотрена турбина.

2. Электрический стерилизатор по п.1 отличающийся тем, что начальная напряженность поля определяется по эмпирической формуле Пика: E=29,8 d (1+ ^ ), где Е - напряженность поля,

d - расстояние между электродами,

г₀- диаметр электрода.

3. Электрический стерилизатор по п.1 отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, два положительных и два отрицательных коронирующих электродов.

4. Электрический стерилизатор по п.1 отличающийся тем, что расстояние между коронирующими электродами определяется по формуле:

где V - напряжение на электродах

Е - напряженность поля.

5. Электрический стерилизатор по п.1 отличающийся тем, что отношение напряжения положительного коронирующего электрода к отрицательному составляет 2/3.

6. Электрический стерилизатор по п.1 отличающийся тем, что отрицательный коронирующий электрод размещен последним по направлению потока воздуха созданного турбиной.

7. Электрический стерилизатор по п.1 отличающийся тем, что внешние электроды - ионизаторы размещены на передней панели стерилизатора.

8. Электрический стерилизатор по п.1 отличающийся тем, что расстояние между внешними электродами - ионизаторами составляет не менее 600 мм.

9. Электрический стерилизатор по п.1 отличающийся тем, что внешние электроды - ионизаторы питаются от импульсного источника питания напряжением 30 kV, через сопротивление величиной 15 Гом.

10. Электрический стерилизатор по п.1 отличающийся тем, что ионизационная камера изготовлена из материала высокой эл ектроп рочности .