Електричний стерилізатор повітря

Реферат: Винахід належить до медичної техніки, зокрема пристроїв для інактивації мікроорганізмів у повітрі, та може бути використаний для дезінфекції повітря, а також підвищення рівня негативних аероіонів в медичній, фармацевтичній, харчовій, сільськогосподарських галузях, а також у побуті. Електричний повітряний стерилізатор містить корпус, в середині якого розміщена іонізаційна камера, виготовлена з матеріалу високої електроміцності, зовнішні електроди - іонізатори, джерела живлення, та турбіна для продування повітря через іонізаційну камеру. В іонізаційній камері на певній відстані один від одного розміщені позитивні і негативні коронуючі електроди. Позитивні коронуючі електроди під'єднані до джерела напруги 20 kV, негативні - 6-30 kV. В міжелектродних проміжках виникає біполярний коронний розряд. Струм розряду становить 40-60 мкА, в залежності від стану повітря. Ці значення струму досягають, 6 6 підтримуючи величину напруженості електричного поля в розрядному проміжку 1·10 -3·10 В/м. Зовнішні електроди - іонізатори розміщені на передній панелі стерилізатора, живляться від імпульсного джерела та призначені для іонізації атомів, молекул і груп молекул з подальшою їх UA 101136 C2 (12) UA 101136 C2 утилізацією. Досягається забезпечення повної інактивації мікроорганізмів, а також шляхом іонізації повітря імпульсами високої напруги, підвищення насиченості повітря негативними аеронами UA 101136 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до медичної техніки, зокрема пристроїв для інактивації мікроорганізмів у повітрі, та може бути використаний для дезінфекції повітря, а також підвищення рівня негативних аероіонів в медичній, фармацевтичній, харчовій, сільськогосподарських галузях, а також у побуті. Найпростішим прикладом іонізатора може служити "Люстра Чижевського" (http://pidruchniki.ws/l 5931106/meditsina/visokoenergetichni_aeroioni_vid_lyustri_chi zhevskogo). Проте ця люстра є іонізатором і не служить як пристрій для інактивації мікроорганізмів. Відомий інактиваційний пристрій (http://www.8a.ru/firms/a761.php), так званий рециркулятор, в якому через камеру, освічену ультрафіолетовими променями, продувається повітря. Ефективність такого пристрою становить 40-80 %. Відомі також інактиваційні фільтри, очищувачі і іонізатори ряду фірм, різних типів і конструкцій, а саме: Очищувачі фірми ZENET (http://www.mobilluck.com.ua/brands/Zenet) - це багатоступенева очистка та електростатична технологія інактивації повітря. Проте ступінь інактивації в цих фільтрах недостатній, оскільки в них не створені відповідні умови для високого ступеня інактивації. Іонізатор КС-860 (http://js.com.ua/catalog/humidifiers/product/fz_c100mfe.) оснащений іонізуючим елементом ("іонний генератор"). Як інактиваційний фактор в ньому може утворюватись монополярний коронний розряд, ефективність якого за даних умов також є низькою. Іонізатори фірми "AIRcomfort" (www.aircomfort.ru) - 5-ти ступінчасті фільтри, оснащені іонізаторами. Вказані в ньому фільтри типів: Nano фільтр, TRUENERA фільтр, а також фільтр попередньої очистки є фільтрами вловлювання мікрочастинок. Ці фільтри можуть розглядатись лише як іонізатори з внутрішніми електродами. Біполярні іонізатори типу "Янтарь" (http://www.ionization. ru/kat/tovar 19.htm) мають функцію утворення легких аероіонів позитивної і негативної полярності. Електроди - іонізатори в них знаходяться в середині корпусу. Функція інактивації мікроорганізмів в них також недостатня. Інактиваційні фільтри "Тrіоn" (http://www.trion.kiev.ua/). Ці фільтри належать до промислових електрофільтрів і є електростатичними. В фільтрах використовується сильне електричне поле, в якому частинки отримують заряд, потім потрапляють в збиральну камеру. Зовнішні іонізатори відсутні. Напруга на іонізаторі даного фільтра становить 12 kV, на збиральній камері 6 kV. Застосування для інактивації монополярного коронного розряду не забезпечує достатнього ступеня інактивації мікроорганізмів. Прототипом вибраний пристрій для стерилізації і тонкої фільтрації газу (Патент РФ № 2 026 751, Кл. ВОЗСЗ/14, публ. 1995 p.), який складається з джерела живлення, фільтра грубої очистки, іонізатора, що містить коронуючі електроди у вигляді голки та некородуючі електроди у вигляді чашоподібного циліндра та вузла осадження мікрочастинок, який складається з розміщених вздовж потоку різнойменно заряджених елементів, які проводять струм і між якими розміщений діелектричний фільтруючий елемент. Система електродів і вузол осадження утворюють інактиваційну камеру. Згідно з інформацією, поданою в описі до патенту, можна припустити, що у цьому пристрої використано джерело живлення з напругою до декількох кіловольт. Конкретна інформація відсутня. Така конструкція пристрою з коронуючими електродами різної полярності не забезпечує виникнення біполярного коронного розряду, оскільки коронуючі електроди мають форму чашоподібних циліндрів, в яких на вістрях електродів локально виникає позитивна і негативна корона. При значеннях напруги до 10 kv струм коронного розряду незначний, а отже і ефект інактивації є невисоким. Використання електродів у формі голки діє локально на повітряний потік, що знижує ступінь інактивації. Наявність на виході вузла осадження мікрочастинок діелектричного фільтруючого елемента призводить до накопичення в ньому активних мікроорганізмів з подальшим їх переміщенням в чисту зону. У винаході вказано, що у вузлі осадження продовжується інактивація мікроорганізмів, проте інактиваційні фактори відсутні. В основу винаходу поставлено задачу шляхом утворення у стерилізаторі біполярного коронного розряду забезпечити повну інактивацію мікроорганізмів, а також шляхом іонізації повітря імпульсами високої напруги, підвищити насиченість повітря негативними аеронами. Поставлена задача вирішується тим, що електричний стерилізатор повітря, який містить коронуючі електроди та джерела живлення, згідно з винаходом, додатково містить щонайменше два зовнішні електроди - іонізатори, коронуючі негативні та позитивні електроди, розміщені в іонізаційній камері під напругою різної полярності величиною 12,5-100 kV та мають форму пакетів-сіток, а для продування повітря через іонізаційну камеру передбачена турбіна. 1 UA 101136 C2 Поставлена задача вирішується ще й тим, що електричний стерилізатор, згідно з винаходом, містить щонайменше два позитивних та два негативних коронуючих електроди, а відстань між коронуючими електродами визначається за формулою: V E де V - напруга на електродах, E - напруженість поля. d 5 10 Згідно з винаходом, відношення напруги позитивного коронуючого електрода до негативного становить 2/3, причому негативний коронуючий електрод розміщений останнім за напрямком потоку повітря, створеного турбіною. Згідно з винаходом, початкова напруженість поля визначається за емпіричною формулою Піка: E  29,8d(1  0,301 ) dr0 , де E - напруженість поля, d - відстань між електродами, 15 20 25 30 35 40 45 50 55 r0 - діаметр електрода. Згідно з винаходом, зовнішні електроди - іонізатори розміщені на передній панелі стерилізатора, відстань між ними складає щонайменше 600 мм. живляться від імпульсного джерела живлення напругою 30 kV, через опір величиною 15 Гом. Згідно з винаходом, іонізаційна камера виготовлена з матеріалу високої електроміцності. Подання напруги різної полярності величиною 12,5-100 kV на коронуючі електроди виготовлені у формі пакетів-сіток в іонізаційній камері створюється біполярний коронний розряд. Струм розряду є основним інактиваційним фактором. Механізмів інактивації є декілька. Один це - поляризація частинок на першому (позитивному) коронуючому електроді і різка зміна заряду на другому (негативному), призводить до руйнування клітин. Другий - це іонізація атомів, молекул або групи молекул на першому (позитивному) коронуючому електроді, їх рекомбінація (нейтралізація) в міжелектродному просторі. Далі (за можливих умов) зміна знаку іона на другому (негативному) коронуючому електроді також призводить до руйнування молекул або груп молекул. Швидкість руху повітря не впливає на якість інактивації. Розташування коронуючих електродів має суттєве значення, зокрема розміщення негативного коронуючого електрода останнім за напрямком повітря дає змогу збільшити насиченість негативними іонами обмежений простір за рахунок негативної корони. Зовнішні електроди - іонізатори служать для різкого збільшення іонізованих атомів і молекул, а також груп молекул і надання їм напрямку руху до електрода протилежної полярності, яким є підлога і стіни (за рахунок сил гравітації переважає напрямок руху до підлоги) з наступною їх утилізацією. Імпульсний режим роботи вибраний для запобігання перенасиченості повітря негативними аероіонами. Наявність турбіни забезпечує постійне продування повітрям міжелектродного простору. Потік повітря, який створюється турбіною (з регулюванням обертів) є близьким до ламінарного, що дає можливість застосовувати стерилізатор в медичних установах та дотримуватись норм зазначених в нормативних документах. На кресленні зображений стерилізатор, загальний вигляд. Стерилізатор реалізовано в пластмасовому корпусі. В середині корпусу розміщена іонізаційна камера 1, виготовлена з матеріалу високої електроміцності, зовнішні електроди іонізатори 2, джерела живлення 3 та турбіна 4 для продування повітря через іонізаційну камеру 1. В іонізаційній камері 1 на певній відстані один від одного розміщені позитивні 5 і негативні 6 коронуючі електроди. Позитивні 5 коронуючі електроди під'єднані до джерела напруги 20 kV, негативні 6-30 kV. В міжелектродних проміжках виникає біполярний коронний розряд. Струм розряду становить 40-60 мкА, в залежності від стану повітря. Ці значення струму досягаються, 6 6 підтримуючи величину напруженості електричного поля в розрядному проміжку 1·10 -3·10 В/м. Зовнішні електроди - іонізатори 2 розміщені на передній панелі стерилізатора, живляться від імпульсного джерела та призначені для іонізації атомів, молекул і груп молекул з подальшою їх утилізацією. Електричний стерилізатор працює наступним чином. При одночасному включенні джерел живлення 3, на коронуючі електроди 5,6 іонізаційної камери подається висока напруга. На електродах позитивної 5 та негативної 6 полярності 2 UA 101136 C2 5 10 15 20 25 30 утворюється, відповідно, негативна і позитивна корона. Міжелектродний простір містить негативні і позитивні іони, що (при наявності електричного поля) створює електричний струм. Наявність електричного струму в міжелектродному просторі являється інактиваційним фактором, а величина струму визначає ступінь інактивації. Коронуючі електроди 5,6 продуваються потоком повітря турбіною 4 ввімкненою одночасно з джерелами живлення 3 електродів 5,6. Зовнішні електроди - іонізатори 2 створюють підвищений рівень насичення повітря у "чистій" зоні негативними "аероіонами". Живлення їх імпульсною напругою дозволяє регулювати величину рівня насиченості. Випробування електричного стерилізатора проводили в приміщенні з різним станом забрудненості. Для перевірки стерилізатора був виготовлений спеціальний трубопровід, під'єднаний до стерилізатора, в якому помістили "чашку Петрі" з середовищем для росту мікроорганізмів. Для визначення наявності струму встановили діелектричну перегородку між електродами, причому величина струму змінювалась пропорційно відстані заглиблення перегородки між електродами. Зовнішні електроди - іонізатори знаходилися на передній панелі стерилізатора, відстань між якими складала 620 мм. Зовнішні електроди були під'єднані до імпульсного джерела живлення напругою 30 kV, через опір величиною 15 Гом. Струм короткого замикання при цьому становив 2мкА, що є абсолютно безпечним для оточуючих, рівень концентрації аероіонів -1-15 тисяч на кубічний сантиметр при тривалості імпульсу 1 м/сек, і шпаруватості - 100. Концентрація вимірювалася лічильником аероіонів серійного виробництва. 3 Експериментально встановлено, що час інактивації повітря в приміщенні 50 м при швидкості повітря 18 м/с і площі електродів 700 см становить 30 хв. Результати випробування показали, що вихідне повітря не містило жодних мікроорганізмів. Кількість колоній мікроорганізмів в "чашці Петрі" до інактивації становила 106, після інактивації мікроорганізми відсутні. Розташування коронуючих електродів має суттєве значення, зокрема розміщення негативного електрода останнім за напрямком руху повітря дає змогу збільшити насиченість негативними іонами обмежений простір за рахунок негативної корони. Фоновий рівень в даному приміщенні становив 100 аероіонів. Імпульсний режим роботи вибраний для запобігання перенасиченості негативних аероіонів. Кількість іонізаторів - два. Відстань між ними 62 см. Відстань визначена експериментально. Встановлено, що зменшення відстані та збільшення кількості зовнішніх іонізаторів суттєво не впливає на насиченість повітря аероіонами. Стерилізатор, що заявляється, може працювати в присутності людей та виконувати функцію окремо іонізатора, окремо стерилізатора або разом обидві функції. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 1. Електричний стерилізатор повітря, який містить коронуючі електроди та джерела живлення, який відрізняється тим, що додатково містить щонайменше два зовнішні електроди іонізатори, коронуючі негативні та позитивні електроди, розміщені в іонізаційній камері під напругою різної полярності величиною 12,5-100 kV та мають форму пакетів-сіток, а для продування повітря через іонізаційну камеру передбачена турбіна. 2. Електричний стерилізатор за п. 1, який відрізняється тим, що початкова напруженість поля визначається за емпіричною формулою Піка: E  29,8d(1 45 50 0,301 ), dr0 де E - напруженість поля, d - відстань між електродами, r0 - діаметр електрода. 3. Електричний стерилізатор за п. 1, який відрізняється тим, що містить щонайменше два позитивних та два негативних коронуючих електроди. 4. Електричний стерилізатор за п. 1, який відрізняється тим, що відстань між коронуючими електродами визначається за формулою: V , E де V - напруга на електродах, E - напруженість поля. d 55 5. Електричний стерилізатор за п. 1, який відрізняється тим, що відношення напруги позитивного коронуючого електрода до негативного становить 2/3. 3 UA 101136 C2 5 10 6. Електричний стерилізатор за п. 1, який відрізняється тим, що негативний коронуючий електрод розміщений останнім за напрямком потоку повітря, створеного турбіною. 7. Електричний стерилізатор за п. 1, який відрізняється тим, що зовнішні електроди іонізатори розміщені на передній панелі стерилізатора. 8. Електричний стерилізатор за п. 1, який відрізняється тим, що відстань між зовнішніми електродами - іонізаторами складає щонайменше 600 мм. 9. Електричний стерилізатор за п. 1, який відрізняється тим, що зовнішні електроди іонізатори живляться від імпульсного джерела живлення напругою 30 kV через опір величиною 15 Гом. 10. Електричний стерилізатор за п. 1, який відрізняється тим, що іонізаційна камера виготовлена з матеріалу високої електроміцності. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4