способ очистки диэлектрических сред от микроорганизмов и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ очистки диэлектрических сред от микроорганизмов, заключающийся в том, что микроорганизмы вместе с жидкой или газообразной диэлектрической средой, в которой они находятся, пропускаются через систему токопроводящих плоских электродов, к которым попарно подводится постоянное высокое напряжение в пределах от 5 до 25 кВ, причем первый электрод со стороны поступления очищаемой от микроорганизмов среды является отрицательно заряженным, следующий за ним электрод - положительно заряженным, третий электрод - отрицательно заряженным, четвертый электрод - положительно заряженным и так все электроды, а сами электроды расположены своими плоскостями друг к другу на расстоянии от 2 до 6 мм один от другого в зависимости от напряжения на электродах, образуя, при подключении напряжения, пары из отрицательно заряженного и положительно заряженного электродов.

2. Устройство для очистки диэлектрических сред от микроорганизмов способом по п.1, отличающееся тем, что включает в себя корпус цилиндрической формы, на торцах которого расположены крышки со штуцерами для подвода и отвода очищаемой от микроорганизмов диэлектрической среды и внутри которого расположен пакет электродов, находящихся друг от друга на расстоянии от 2 до 6 мм в зависимости от напряжения на электродах, отделяемых друг от друга и от корпуса диэлектрическими прокладками, причем электроды попарно подсоединены к разным полюсам постоянного электрического источника высокого напряжения величиной от 5 до 25 кВ: первый электрод со стороны поступления очищаемой от микроорганизмов среды является отрицательно заряженным, следующий за ним электрод - положительно заряженным, третий электрод - отрицательно заряженным, четвертый электрод - положительно заряженным и так все электроды; сами же электроды выполнены следующим образом: первый электрод представляет собой пластину с прорезями, снабженную лепестками с заостренными краями или иглами для концентрации на них электрических зарядов, а следующий электрод выполнен в виде сетки из некорродирующего металла и последующие электроды попарно выполнены таким же образом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам очистки диэлектрических сред от микроорганизмов или к способам уничтожения микроорганизмов.

Известны способы уничтожения микроорганизмов [1] нагревом или охлаждением. Требуется нагревать очищаемую среду, например авиационное топливо, до температуры около 100°С и выдерживать ее некоторое время. А это не безопасно. Охлаждение же (вымораживание) до достаточно низких температур требует громоздкого и дорогого оборудования.

То есть недостатками указанных методов уничтожения микроорганизмов является большая опасность их использования при очистке многих диэлектрических сред, в частности топлив и масел, или же они являются трудновыполнимыми. Также желательно очищать от микроорганизмов, уничтожая последние, диэлектрические жидкости при их движении по трубопроводу, например при заправке топливом самолетов.

Известен способ уничтожения микроорганизмов [2], использующий бактерицидные лампы, излучающие в ртутном спектре.

Недостатком этого метода является то, что он убивает микроорганизмы на поверхности или в воздухе. Внутри же объема очищаемой жидкости микробы не убиваются.

Известен способ уничтожения микроорганизмов с использованием ультрафиолетового излучения, например от кварцевых ламп [3].

Недостатком этого способа является то, что микроорганизмы уничтожаются опять же только на поверхности, а внутри какого-то объема, в том числе очищаемой диэлектрической жидкости, микроорганизмы остаются нетронутыми.

Известен способ уничтожения микроорганизмов с использованием ультразвуковых колебаний [1]. Однако недостатком этого способа является малая его эффективность в проточной жидкости и трудность формирования конструкции для этого.

Хорошие результаты по уничтожению микроорганизмов проявляют методы радиационного излучения [4], в частности рентгеновское, гамма-излучение и т.п.

Однако эти методы требуют больших доз облучения, что опасно для обслуживающего персонала. Да и установки достаточно громоздкие, с высокой потребностью в энергии.

Известен способ уничтожения микроорганизмов с помощью сверхвысоких частот [4].

Недостатком этого метода является его вредность для обслуживающего персонала. Защита же от этого облучения получается довольно громоздкой.

Кроме того, СВЧ облучение сильно поглощается очищаемой диэлектрической жидкостью, что уменьшает его эффективность или требует повышения мощности облучения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ уничтожения микроорганизмов [5] облучением их оптическим излучением в импульсном режиме в среде окислителя, например воздуха.

Недостатком этого способа (прототипа) является то, что обеззараживание жидкой среды происходит в присутствии окислителя, что не всегда возможно, а иногда и опасно, например что касается топлив.

Задачей изобретения является устранение недостатков, указанных в отмеченных выше способах, в том числе и в прототипе.

Технической задачей изобретения является разработка способа уничтожения микроорганизмов в диэлектрических средах, которые движутся по трубопроводу, например заправляемое заправщиком топливо на летательный аппарат или любую другую технику, а также топливо в хранилищах.

Известно [1], что микроорганизмы, потребляя непосредственно углеводород (основная составляющая топлив) и воздействуя продуктами метаболизма, изменяют состав масел, топлив, смазочных материалов, ухудшая их физико-химические и эксплуатационные свойства. Скорость размножения микроорганизмов может достигать колоссальных значений, при этом происходит быстрое нарастание микробной массы, и нефтепродукты становятся непригодными. Особую опасность вызывает это явление при эксплуатации летательных аппаратов. Забивка фильтров и топливных систем микробной массой и продуктами обмена может привести к авариям из-за остановки двигателей и катастрофам при полете. Поэтому заправляемое на летательный аппарат топливо и другие нефтепродукты должны быть очищены от имеющихся в них микроорганизмов.

Сущность изобретения заключается в том, что микроорганизмы вместе с жидкой или газообразной диэлектрической средой, в которой они находятся, пропускаются через систему токопроводящих плоских электродов, к которым попарно подводится постоянное высокое напряжение в пределах от 5 до 25 кВ, причем первый электрод, со стороны поступления очищаемой от микроорганизмов среды, является отрицательно заряженным, следующий за ним электрод - положительно заряженным, третий электрод - отрицательно заряженным, четвертый электрод - положительно заряженным и так все электроды, а сами электроды расположены своими плоскостями друг к другу на расстоянии от 2 до 6 мм один от другого, в зависимости от напряжения на электродах, образуя, при подключении напряжения, пары из отрицательно заряженного и положительно заряженного электродов.

Микроорганизмы движутся вместе с диэлектрической средой. На первой паре электродов касается первого электрода только часть микроорганизмов и заряжается от него отрицательным зарядом, т.к. к этому электроду подведен «минус» от источника питания, отталкивается от него в силу того, что электрод и эти микроорганизмы будут заряжены одним знаком. Затем они вместе с жидкостью движутся дальше ко второму электроду первой пары, заряженного «плюсом», притягиваются к нему, т.к. имеют разный по знаку электрический заряд, касаются этого электрода. В этот момент происходит микроразряд между этим электродом и каждым микроорганизмом, т.е. через микроорганизм протекает мгновенный электрический ток, величина которого зависит от величины электрического заряда, полученного на отрицательном электроде, что, в свою очередь, связано с напряжением на этом электроде: чем больше электрическое напряжение, тем больше электрический заряд на микроорганизме. При протекании электрического тока происходит, как известно, выделение тепла, в результате чего микроорганизмы, как живые существа, погибают. Заявленный способ реализуется в устройстве, которое включает в себя корпус цилиндрической формы, на торцах которого расположены крышки со штуцерами для подвода и отвода очищаемой от микроорганизмов диэлектрической среды и внутри которого расположен пакет электродов, находящихся друг от друга на расстоянии от 2 до 6 мм, в зависимости от напряжения на электродах, отделяемых друг от друга и от корпуса диэлектрическими прокладками, причем электроды попарно подсоединены к разным полюсам постоянного электрического источника высокого напряжения величиной от 5 до 25 кВ: первый электрод, со стороны поступления очищаемой от микроорганизмов среды, является отрицательно заряженным, следующий за ним электрод - положительно заряженным, третий электрод - отрицательно заряженным, четвертый электрод - положительно заряженным, и так все электроды; сами же электроды выполнены следующим образом: первый электрод представляет собой пластину с прорезями, снабженную лепестками с заостренными краями или иглами, для концентрации на них электрических зарядов, а следующий электрод выполнен в виде сетки из некорродирующего металла, и последующие электроды попарно выполнены таким же образом.

Первый электрод, по направлению движения очищаемой от микроорганизмов жидкостей (газов), является отрицательно заряженным из-за того, что живые организмы можно зарядить только отрицательно, разместив в них (на них) электроны, а не положительно (оторвать электроны от молекул живого организма представляется сложной, а часто и невыполнимой задачей).

Второй электрод будет положительно заряженным. А затем будет чередование отрицательно и положительно заряженных электродов.

Положительно заряженные электроды представляют собой сетку из некорродирующего металла, например из нержавеющей стали. Зарядившись отрицательно, на отрицательном электроде микроорганизмы при движении жидкости (газа) попадают на положительный электрод, где мгновенно разряжаются и погибают. Эти электроды могут иметь и любую другую форму.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями по способу, являются:

1. Использование постоянного электрического высокого напряжения для заряжания отрицательным зарядом микроорганизмов и разряжения их противоположным зарядом. Величина напряжения на электродах - от 5 до 25 кВ.

2. Использование микроразрядов (электрических микротоков) для уничтожения микроорганизмов.

Существенными отличительными признаками по устройству являются:

- наличие электродов с прорезями и заостренными лепестками или иглами для концентрации электрических зарядов; - наличие сетчатых электродов;

- связи между элементами.

Использование новых признаков обеспечивает достижение технического результата изобретения, а именно: уничтожение микроорганизмов в движущейся диэлектрической среде.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлено предлагаемое устройство. На фиг.2 приведен вид отрицательного электрода.

На фиг.1 приведен разрез устройства для уничтожения микроорганизмов в диэлектрической жидкости или газе, которое содержит корпус 1 цилиндрической (или любой другой) формы, крышек 2 с торцов со штуцерами 3 для подвода и отвода очищаемой от микроорганизмов среды, двух пластин 4 с отверстиями с обеих сторон пакета электродов, выполненных из диэлектрического материала, кольцевых прокладок 5 между пластинами и электродами, и между электродами, изготовленных из диэлектрического материала, электродов 6 и 7. К электродам 6 подводится отрицательный заряд постоянного высокого напряжения, а к электродам 7 - положительный заряд того же напряжения. На фиг.2 представлена форма электродов 6. Лепестки 8 имеют заостренные кромки (Вид А). Форма прорезей в электроде 6 может быть и иной, но желательно заострение кромок в лепестках, что концентрирует электрические заряды и увеличивает интенсивность заряжания микроорганизмов отрицательными зарядами. Электроды 7 выполнены в виде сетки из нержавеющей стали.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Очищаемая от микроорганизмов среда поступает через штуцер 3 в крышке 2 внутрь корпуса 1 устройства, протекает через отверстия во входной пластине 4 к первому, отрицательно заряженному электроду 6, на котором имеющиеся в этой среде микроорганизмы, соприкасаясь с поверхностью электрода, заряжаются отрицательно, отталкиваются от него и перемещаются к положительно заряженному электроду (он - следующий за отрицательно заряженным электродом) и, так как их заряды разные, то они притягиваются друг к другу, т.е. микроорганизм с отрицательным зарядом попадает на электрод с положительным зарядом. В силу того что напряжение электрического поля высокое (например, 10 кВ), то между разноименными зарядами происходит электрический разряд (протекает электрический ток). При протекании электрического тока выделяется теплота (согласно закона Джоуля-Ленца), и живые организмы при этом погибают. Таким образом, на положительных электродах происходит уничтожение микроорганизмов. Однако вследствие большого количества микроорганизмов они все не смогут быть уничтоженными на первой ступени избавления от них (первая пара электродов). Поэтому часть микроорганизмов уничтожится на первой ступени, следующая часть - на второй ступени, следующая часть - на третьей ступени и т.д. Количество же ступеней в устройстве будет определять степень очистки от микроорганизмов: чем больше ступеней, тем больше микроорганизмов будет уничтожено.

Предлагаемый способ уничтожения микроорганизмов, являющийся абсолютно безвредным для обслуживающего персонала, позволяет очистить от микроорганизмов диэлектрические среды, будь то, к примеру, авиационное топливо или воздух, подаваемый в кабину экипажа, что предотвращает биоповреждения техники и заболевания людей. Предварительные испытания дали положительный результат.

Источники информации

1. Герасименко А.А. Защита машин от биоповреждений. - М.: Машиностроение, 1984. - 113 с.

2. Описание изобретения к патенту по заявке. № 2004106727/15, 02.03.2004. «Устройство для обеззараживания и дезодорации воздуха и поверхностей помещений», опубликовано 27.02.2006.

3. Патент США № 5547635, МКИ 6 A61L 2/00, заяв. 10.11.1993, опубл. 20.08.1996.

4. Описание изобретения к патенту «Способ стерилизации материалов при помощи СВЧ-излучения с высокой напряженностью поля и устройство для реализации способа» по заявке. № 99114320/13, 06.07.1999, опубликованной 10.01.2001.

5. Описание изобретения к патенту «Способ обеззараживания жидкой среды» по заявке. № 94018619/26, 23.05.1994, опубликованной 27.03.1997.

6. Яворский В.М., Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. - М.: Наука, 1989. - С.203.