установка комбинированной бактерицидной обработки

Формула изобретения

1. Установка комбинированной бактерицидной обработки, содержащая источник ультрафиолетового (УФ) излучения, генератор СВЧ-энергии и электродинамически связанную с ним микроволновую рабочую камеру, отличающаяся тем, что источник УФ-излучения выполнен в виде по меньшей мере одной съемной безэлектродной СВЧ-газоразрядной лампы, СВЧ-генератор снабжен коаксиальным возбудителем безэлектродной лампы и рабочей камеры, а рабочая камера снабжена полым УФ- и СВЧ-прозрачным змеевиком.

2. Установка комбинированной бактерицидной обработки по п.1, отличающаяся тем, что съемная безэлектродная СВЧ-газоразрядная лампа контактно состыкована с коаксиальным возбудителем.

3. Установка комбинированной бактерицидной обработки по п.1 или 2, отличающаяся тем, что змеевик выполнен в виде петляющего по меньшей мере в одной плоскости трубопровода.

4. Установка комбинированной бактерицидной обработки по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что в рабочей камере установлена по меньшей мере одна дополнительная съемная безэлектродная СВЧ-газоразрядная лампа, не контактирующая с коаксиальным возбудителем.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области электротехнических устройств, используемых для стерилизации жидких и других сред, а также для бактерицидной обработки предметов и материалов живого и неживого происхождения. В более узком приложении изобретение относится к микроволновым камерным установкам бактерицидного ультрафиолетового облучения различных объектов, используемых в бытовой сфере, в науке и технологии.

Известны различные устройства для стерилизации жидких и газообразных сред, а также инфицированных поверхностей и предметов (например, больничного мусора и др.) с помощью ультрафиолетового (УФ) облучения, СВЧ-облучения (при тепловом и нетепловом воздействиях), а также с помощью обработки озоном. При этом существуют установки, в которых источником УФ-излучения являются, например, питаемые от электрической сети ртутные газоразрядные лампы низкого давления, а озон образуется под действием указанного УФ-излучения. С другой стороны, известны источники УФ-излучения на базе безэлектродных СВЧ-газоразрядных ламп, питаемых непосредственно СВЧ-энергией.

Эффективность бактерицидного действия УФ-облучения, СВЧ-облучения и озонной обработки могла бы быть существенно повышена, если бы все эти средства могли бы быть применены либо одновременно (в преднамеренно выбираемом сочетании), либо в определенной последовательности (например, с чередованием) и по определенной пространственно-временной программе.

Ряд технических решений, относящихся к конкретным устройствам УФ-облучателей, отражен в общетехнической литературе (см., например, Сарычев Г.С. "Облучательные светотехнические установки", Энергоатомиздат, 1992 - [1] ). Некоторые технические решения по автономным УФ- или СВЧ-воздействиям известны из патентных описаний. Так, в Патенте США N 5451791 от 19.09.1995 г. (автор F. M. Mark) - [2] предложена установка для дезинфицирования воды. Указанная установка снабжена камерой, в которой размещен источник УФ-излучения - обычная ртутная УФ-лампа (трубчатой формы), питаемая от сети переменного тока через пускорегулирующий аппарат (ПРА). В той же камере под ртутной УФ-лампой расположены УФ-прозрачные трубы, по которым протекает подлежащая обеззараживанию вода. В этой установке используется единственное средство бактерицидного воздействия на проточную воду, а именно УФ-облучение. При этом не предусмотрено размещение в камере каких бы то ни было иных обеззараживаемых объектов (предметов).

В Патенте ФРГ N 3627367 от 17.12.1987 г. (автор W. Schinke - [3]) предложена установка для стерилизации инфицированного больничного мусора. Указанная установка содержит микроволновую рабочую камеру с устройствами загрузки и выгрузки мусора. Через окна в стенке рабочей камеры, выполняющие функции излучателей, осуществляется поступление СВЧ-энергии от внешних генераторов. В данной установке используется единственное средство бактерицидного воздействия на предметы, подлежащие утилизации, а именно СВЧ-облучение. При этом не предусмотрено размещение в камере каких бы то ни было объектов (жидкостей или предметов, подлежащих обеззараживанию для полезного использования).

Известно множество других устройств для СВЧ-стерилизации и дезинфекции "сухих" предметов и отходов. Все указанные устройства, являющиеся в известной степени аналогами предлагаемой нами установки, не используют, однако, комплексное или комбинированное бактерицидное воздействие и узкофункциональны.

Более близким аналогом предлагаемого нами устройства, который допустимо признать прототипом, является СВЧ-печь для дезинфекции, дезодорации и стерилизации по международной заявке N 89/09068, опубликованной 05.10.89 г. (автор P.Hirsch) - [4]. В указанном прототипе имеется рабочая камера, внутри которой размещен УФ-излучатель в форме двухэлектродной лампы. УФ-излучатель образует озон под воздействием СВЧ-поля. Озон дезинфицирует и дезодорирует проходящий через камеру СВЧ воздух. Этим, по мнению автора заявки [4], и обеспечивается стерилизация предметов, находящихся в камере печи.

Достоинством прототипа является совмещение в одном устройстве и источника УФ-излучения и камеры СВЧ-печи, а также независимо от трактовки автора [4] ) - возможности комплексной бактерицидной обработки предметов (в том числе сосудов с жидкостью) в рабочей камере.

Недостатками устройства являются несъемность УФ-источника и соответственно ограниченные возможности оператора комбинировать по своему усмотрению средства бактерицидного воздействия на обрабатываемый объект, невозможность обработки проточной жидкости.

Целью настоящего изобретения является создание устройства с расширенными функциональными возможностями и повышенной бактерицидной эффективностью.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, отвечающего указанной цели, состоит в следующем.

Во-первых, обеспечивается возможность бактерицидного воздействия на помещаемые в рабочую камеру объекты

а) совокупно УФ- и СВЧ-излучений и озона,

б) автономно СВЧ-излучения.

Во-вторых, обеспечивается возможность бактерицидного воздействия совокупно УФ- и СВЧ-излучений на проточные жидкости.

В-третьих, обеспечивается возможность автономного теплового СВЧ-воздействия на жидкости и предметы, возможность проведения процесса СВЧ-нагрева, осуществляемого в традиционных микроволновых печах.

Вышеуказанная цель и соответственно технический результат достигаются реализацией совокупности существенных признаков предлагаемого устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что установка комбинированной бактерицидной обработки, содержащая источник ультрафиолетового (УФ) излучения, генератор СВЧ-энергии и электродинамически связанную с ним микроволновую рабочую камеру, отличается тем, что источник УФ-излучения выполнен в виде по меньшей мере одной схемной бактерицидной СВЧ-газоразрядной лампы, СВЧ-генератор снабжен коаксиальным возбудителем бактерицидной лампы и рабочей камеры, а рабочая камера снабжена полым УФ- и СВЧ-прозрачным змеевиком.

Предусмотрено, что съемная безэлектродная СВЧ-газоразрядная лампа контактно состыкована с коаксиальным возбудителем.

Предусмотрено также, что змеевик выполнен в виде петляющего по меньшей мере в одной плоскости трубопровода.

Предусмотрено, что в рабочей камере установлена по меньшей мере одна дополнительная съемная безэлектродная СВЧ-газоразрядная лампа, неконтактирующая с коаксиальным возбудителем.

В известных доступных источниках информации устройств с аналогичной совокупностью отличительных признаков обнаружить не удалось.

На фиг. 1 показана схематично установка в двух проекциях.

На фиг. 2 показан отдельно вариант исполнения змеевика.

На фиг. 3 показаны фрагменты стыковки съемных безэлектродных УФ-ламп а) с коаксиальным возбудителем, б) со стенкой камеры.

В конкретном, хотя и схематично показанном исполнении устройства на фиг. 1, представлена микроволновая рабочая камера 1, ограниченная металлическими стенками 2, 3, 4, 5, 5, 7 (из материала с высоким коэффициентом отражения УФ-излучений), образующими грани параллелепипеда. В общем случае рабочая камера 1 не обязательно должна быть прямоугольной. Рабочая камера 1 представляет собой многовидовый СВЧ-резонатор. На фиг. 1 вид спереди показан без передней дверцы 8, которая на виде в плане показана в закрытом положении, являющемся рабочим.

Эта дверца 8 выполняет те же функции, что и в обычных микроволновых печах. Стенка 6 дверцы 8 стетопрозрачна, но непрозрачна для СВЧ-излучения. При этом светопрозрачность стенки 6 обеспечена для видимого участка спектра оптического излучения. Во избежание облучения оператора вредным УФ-излучением на дверце 8 выполнен УФ-фильтр 9 (например, из целлулоида). В камеру 1 введен коаксиальный возбудитель 10, посредством которого СВЧ-энергия вводится в камеру 1. Источником СВЧ-энергии является магнетрон 11, аналогичный используемым в обычных микроволновых печах. Этот магнетрон (СВЧ-генератор) 11 показан условно, а источник его питания не показан вовсе, как не являющиеся предметом данного изобретения. На коаксиальном возбудителе 10 установлена схемная безэлектродная СВЧ-газоразрядная лампа 12, являющаяся источником бактерицидного УФ-излучения (например, с аргонно-ртутным наполнением и с оболочкой из кварцевого стекла). Эту УФ-лампу 12, контактно состыкованную непосредственно с коаксиальным возбудителем 10, будем называть "ведущей". В камере 1 установлен змеевик 13, выполненный из УФ- и СВЧ-прозрачного материала (например, из кварцевого стекла). Указанный змеевик 13 изготовлен в форме петляющего полого трубопровода и предназначен для пропускания проточной жидкости (возможно пара, газа и т.п.), подлежащей УФ- и СВЧ-облучению. В зависимости от области применения это может быть питьевая вода, питательные биологические растворы, донорская кровь и многое другое.

На фиг. 1 петляющий трубопровод змеевика 13 расположен в плоскости, параллельной верхней стенке (потолку) 2 камеры 1. Это не является обязательным и тем более единственным решением. На фиг.2 показан вариант петляющего трубопровода змеевика 13, имеющего участки, параллельные боковой стенке 4 и верхней стенке 2 камеры 1.

В камере 1 установлены с возможностью вращения подставки (решетки) 14, 15, прозрачные для УФ-излучения и не препятствующие циркуляции озона (O₃). Эти подставки-решетки 14, 15 выполнены съемными и служат для размещения в зоне озонной, УФ- и CВЧ-обработки различных предметов и объектов без существенного затенения их поверхностей. При этом двигатель, обеспечивающий вращение подставок (решеток) 14, 15, и элементы привода не показаны, так как не составляют предмета изобретения и известны (например, в бытовых микроволновых печах).

На фиг. 1, в камере 1 кроме "ведущей" УФ-лампы 12 показана дополнительная съемная УФ-лампа 16, которую условно назовем "ведомой", контактно не состыкованная непосредственно с коаксиальным возбудителем 10. Таких "ведомых" съемных безэлектродных УФ-ламп 16 может быть несколько, в зависимости от требуемых доз УФ-облучения и выбираемого напряжения УФ-засветки. Соответственно и пространственное положение этих ламп 16 в камере 1 не "привязано" единственным образом к "ведущей" лампе 12 и возбудителю 10.

На фиг. 3 показаны схематично примеры крепления а) "ведущей" 12 и б) "ведомой" 16 ламп. Здесь следует подчеркнуть, что только "ведущая" лампа 12 стыкована с коаксиальным возбудителем 10. Любая же дополнительная "ведомая" лампа 16 с возбудителем 10 не состыкована. В данном примере стыковки представлены резьбовым сочленением, обеспечивающим крепление и съемность ламп 12, 16. Возможны и иные варианты крепления ламп, не меняющие сути изобретения.

Возвращаясь к фиг. 1, отметим, что входной и выходной патрубки 17 и 18 змеевика 13 могут быть выполнены разных форм по усмотрению конструктора и поэтому показаны схематично. Так же схематично показано сопло 19, служащее для принудительной подачи в камеру кислорода (O₂), если это нужно для регулирования процесса образования озона под воздействием УФ-облучения. Различные вспомогательные устройства и элементы, не составляющие предмета изобретения, не показаны вовсе.

Предложенное устройство работает следующим образом. Если в рабочей микроволновой камере 1 установлены все (в том числе и съемные) элементы, как показано на фиг. 1, то при включении магнетрона 11 СВЧ-энергия генерируемых им электромагнитных колебаний (например, на частоте 2450 МГц, используемой в обычных микроволновых печах) через коаксиальный возбудитель 10 поступает в рабочий объем съемной безэлектродной СВЧ-газоразрядной (например, ртутной) лампы 12 и в камеру 1. В "ведущей" лампе 12 зажигается СВЧ-разряд сначала в стартовом газе (например, аргоне), а затем в парах рабочего вещества (например, ртути). Часть энергии СВЧ-колебаний расходуется на поддержание СВЧ-разряда в "ведущей" лампе 12 и соответственно преобразуется в УФ-излучение, а часть продолжает поступать в рабочую камеру 1. Таким образом, все элементы устройства, размещенные в рабочей камере 1, а также помещенные в камеру объекты (будь то проточная жидкость в змеевике 13 или предметы на подставках-решетках 14, 15, не показанные на фиг. 1) облучаются ультрафиолетовым "светом" и одновременно оказываются в СВЧ-электромагнитном поле. Пространственное распределение этого СВЧ-поля зависит как от формы и размеров рабочей лазеры 1 (являющейся многовидовым СВЧ-резонатором, ограниченным проходящими стенками 2, 3, 4, 5, 5, 7), так и от геометрических и электрических характеристик элементов и предметов, размещенных и вводимых в катеру 1. Любые дополнительные ведомые СВЧ-газоразрядные лампы (в частности, съемная лампа 16 на фиг. 1) оказываются в СВЧ-поле и в свою очередь влияют на его топографию. В лампе 16 возбуждается СВЧ-разряд, чему способствует УФ-излучение ведущей лампы 12 (а особенно в том случае, когда в силу неблагоприятной топографии напряженность электрического СВЧ-поля в зоне расположения лампы 16 оказывается недостаточной для устойчивого возбуждения в ней СВЧ-разряда). Таким образом, ведомая СВЧ-газоразрядная лампа 16 становится дополнительным источником УФ-излучения. На поддержание СВЧ-разряда как ведущей лампы 12, так и ведомой 16 при излучении ими УФ-света расходуется относительно меньшая доля СВЧ-энергии, чем при автономном "горении" разряда в каждой из ламп, что является следствием взаимного УФ-ассистирования ведущей 12 и ведомой 16 ламп. В результате значительная доля СВЧ-энергии может быть использована для теплового и нетеплового воздействия на проточные жидкости в змеевике 13 и локальные обрабатываемые объекты (предметы) на подставках-решетках 14, 15.

Наряду с этим УФ-излучение как непосредственно ламп 12 и 16, так и переотражаемое от стенок 2, 3, 4, 5, 6, 7 камеры 1 воздействует и на обрабатываемые проточные жидкости и локальные объекты, и на воздушную среду в рабочей камере 1. При этом происходит образование озона (O₃), который в определенных применениях (например, для глубинной обработки перевязочных материалов в негерметизированной таре: тампонов, салфеток и т.п.) весьма эффективен как бактерицидное средство. Процессом образования озона в установке на фиг. 1 можно управлять, например дозированным вдуванием в камеру 1 через патрубок 19 медицинского кислорода (в дополнение к спонтанному озонированию воздушной среды в камере 1). Если по соображениям пользователя нежелательно присутствие озона в камере 1, то сменные УФ-лампы 12, 16 выбираются в безозонном исполнении.

Работа установки в режиме автономной СВЧ-обработки (без воздействия УФ-излучения) осуществляется путем изъятия из камеры 1 съемных безэлектродных СВЧ-газоразрядных ламп (как ведущей 12, так и ведомой 16). В этом случае СВЧ-энергия от магнетрона 11 через коаксиальный возбудитель 10 поступает в камеру 1 и СВЧ-облучению подвергаются объекты, размещаемые на подставках-решетках 14, 15 и протекающие в змеевике 13. В режиме автономной СВЧ-обработки предложенное устройство действует подобно традиционной микроволновой печи, где для повышения равномерности нагрева используются вращающиеся поддоны (столы).