Пристрій для знезараження води і/або стерилізації виробів з використанням електричного розряду

Реферат: Пристрій для знезараження води і/або стерилізації виробів з використанням електричного розряду містить розрядну камеру і внутрішню ємність, виконані з діелектричного матеріалу, патрубок для підводу води у внутрішню ємність і патрубок для відводу води з розрядної камери. Пристрій містить зовнішній електрод із діелектричним покриттям відокремлює його від внутрішнього об'єму розрядної камери та резервуар для накопичення води. Цей резервуар з'єднаний з одного боку з патрубком для відводу води з розрядної камери, а з другого боку - з насосом для перекачування води, з'єднаним з патрубком для підводу води до внутрішньої ємності. Також містить джерело високовольтного живлення, один вивід якого приєднаний до зовнішнього електрода, а другий вивід введений у внутрішню ємність із тим, щоб другим електродом була вода при витіканні з внутрішньої ємності. Зовнішній електрод із діелектричним покриттям розміщено горизонтально зверху розрядної камери, внутрішня ємність перекрита діелектричною діафрагмою з отворами, яка знаходиться на відстані розрядного проміжку від зовнішнього електрода, а отвір патрубка для відводу води з розрядної камери розташований нижче рівня розташування діелектричної діафрагми. UA 90799 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЗНЕЗАРАЖЕННЯ ВОДИ І/АБО СТЕРИЛІЗАЦІЇ ВИРОБІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ЕЛЕКТРИЧНОГО РОЗРЯДУ UA 90799 U UA 90799 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до техніки знезараження води та стерилізації виробів та може бути застосована в різних галузях народного господарства, зокрема для стерилізації медичного інструмента. Відомий пристрій для знезараження води і/або стерилізації виробів з використанням електричного розряду [1]. Пристрій містить розрядну камеру, виконану з діелектричного матеріалу. Всередині камери встановлені верхній і нижній мідні електроди, та діелектрична діафрагма з отворами. Патрубки підводу та відводу води розміщені у верхній і нижній частинах розрядної камери, відповідно. Пристрій має джерело високовольтного імпульсного живлення, виводи якого приєднано до електродів, блок управління та прилади контролю. При роботі пристрою діафрагмовий електричний розряд ініціюється в отворах діафрагми. В них утворюються ультрафіолетове випромінювання, озон, активні радикали групи ОН, які сприяють знезараженню води. Стерилізація виробів у даному пристрої можна проводити, розмістив їх в міжелектродному проміжку на діафрагмі. Проте, при електричному розряді в цьому пристрої відбувається корозія електродів, внаслідок чого вони швидко зношуються. У воді в цьому пристрої утворюються ультрадисперсні частинки матеріалу електродів. Постає необхідність безперервного контролю концентрації іонів міді, температури і протоку води. Це ускладнює проведення знезараження води і стерилізації виробів. Відомий пристрій для знезараження води і/або стерилізації виробів з використанням електричного розряду [2], що містить розрядну камеру з патрубками підводу та відводу води, які розташовані у верхній та нижній частинах камери, відповідно. Всередині розрядної камери розміщені верхній і нижній електроди та діелектрична діафрагма з отворами. Нижній електрод виконано у вигляді мідної пластини, а верхній електрод - у вигляді металевих прямокутних елементів, розташованих з проміжками, паралельно один до одного і електрично з'єднаних між собою. Вони встановлені на діелектричній діафрагмі між рядами отворів. Від джерела живлення на верхній і нижній електроди подається змінна напруга 700-900 В з частотою 50 Гц. Діафрагмовий розряд формується в кожному отворі діафрагми за рахунок концентрації в ньому струму, що протікає під дією підведеної до діафрагми по обидві сторони напруги. В цьому пристрої можливо проводити стерилізацію виробів, якщо їх розмістити в розрядному проміжку. Недоліками цього пристрою є низька надійність роботи через швидку зношуваність нижнього мідного електрода, а також високі енерговитрати, які пов'язані з значними тепловими витратами на нагрів води. Відомо про пристрій для знезараження води і/або стерилізації виробів з використанням електричного розряду [3], який обрано як найближчий аналог. Пристрій містить розрядну камеру і внутрішню ємність, які виконані з діелектричного матеріалу, патрубок для підводу води у внутрішню ємність і патрубок для відводу води з розрядної камери. Також пристрій має зовнішній електрод з діелектричним покриттям, що відокремлює його від внутрішнього об'єму розрядної камери та резервуар для накопичення води. Цей резервуар з'єднаний з одного боку з патрубком для відводу води з розрядної камери, а з другого - з насосом, з'єднаним з патрубком для підводу води до внутрішньої ємності. Пристрій містить джерело високовольтного живлення, один вивід якого приєднаний до зовнішнього електрода, а другий вивід введений у внутрішню ємність з водою. Таким чином, другим електродом в розрядному проміжку є вода при витіканні з внутрішньої ємності. Від джерела високовольтного живлення подається напруга до 20 кВ з частотою 50 Гц. Ниткоподібний розряд генерується в повітряному зазорі, що становить 4 мм, між шаром потоку води, що стікає по зовнішній поверхні внутрішньої ємності у вигляді вертикальної скляної труби, і металевим електродом на її внутрішній поверхні. У цьому пристрої виробництво озону і його розчинення у воді відбуваються одночасно. Це забезпечує процес знезараження та стерилізації. Недоліками вищеописаного пристрою є складність створення рівномірного потоку води, що стікає по вертикальній циліндричній поверхні внутрішній ємності, при великій швидкості потоку. Нерівномірність потоку погіршує показники розряду. При малій швидкості потоку знижується продуктивність пристрою. Також в малому вертикальному міжелектродному проміжку складно розміщати вироби для стерилізації. Задача, на вирішення якої спрямована корисна модель, є удосконалення пристрою для знезараження води і/або стерилізації виробів з використанням електричного розряду. Удосконалення повинно підвищити ефективність процесу знезараження води і стерилізації виробів при великих швидкостях потоку води, спростити конструкцію пристрою, розширити функціональні можливості за рахунок зручного розташування виробів для стерилізації в розрядному проміжку. Удосконалення повинно здійснюватись шляхом конструктивних змін і більш ефективного використання енергії електричного розряду. 1 UA 90799 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Поставлена задача вирішується у запропонованому пристрої для знезараження води і/або стерилізації виробів з використанням електричного розряду, який, також як і найближчий аналог, містить розрядну камеру і внутрішню ємність, які виконані з діелектричного матеріалу, патрубок для підводу води у внутрішню ємність і патрубок для відводу води з розрядної камери. В пристрої є зовнішній електрод з діелектричним покриттям, що відокремлює його від внутрішнього об'єму розрядної камери, резервуар для накопичення води. Цей резервуар з'єднано з одного боку з патрубком для прийому води з розрядної камери, а з другого - з насосом для перекачування води, з'єднаним з патрубком для підводу води до внутрішньої ємності. Пристрій містить джерело високовольтного живлення, один вивід якого приєднаний до зовнішнього електрода, а другий вивід введений у внутрішню ємність з водою, із тим, щоб другим електродом була вода при витіканні з внутрішньої ємності. На відміну від найближчого аналога зовнішній електрод розміщено горизонтально зверху розрядної камери, внутрішня ємність перекрита діелектричною діафрагмою з отворами, яка знаходиться на відстані розрядного проміжку від зовнішнього електрода. Отвір патрубка для відводу води розташований нижче рівня розташування діелектричної діафрагми. Як діелектричне покриття для електрода може бути використана ізоляційна плівка з склоемалі або окису алюмінію. Завдяки вищевказаним відмітним особливостям пристрою, зокрема, завдяки тому, що зовнішній електрод з діелектричним покриттям розташовано горизонтально зверху розрядної камери, а внутрішня ємність перекрита діелектричною діафрагмою з отворами, в електророзрядному проміжку створюються ниткоподібні розряди. При розташуванні патрубка відводу води нижче рівня діафрагми виключається заповнення розрядного проміжку водою і замикання його краплями води. Це забезпечує стабільність ниткоподібних розрядів. При такій конструкції пристрою зручно розміщувати вироби для стерилізації безпосередньо у водноповітряному шарі, який утворюється між діафрагмою і зовнішнім електродом з діелектричним покриттям. Таким чином, розширюються функціональні можливості пристрою. В ньому під дією усіх факторів, що виникають при електричному розряді підвищується продуктивність процесу знезараження води і стерилізації виробів завдяки стабільній роботі при великих швидкостях потоку води. Спрощена конструкція пристрою, розширені функціональні можливості за рахунок зручного розташування виробів для стерилізації в розрядному проміжку. Суть корисної моделі пояснюється графічним матеріалом. На кресленні зображена конструктивна схема запропонованого пристрою для знезараження води з використанням електричного розряду. Пристрій містить розрядну камеру 1 з внутрішньою ємністю 2, патрубками підводу води 3 та відводу води 4, діагностичним кварцовим вікном (на кресленні не показано) в бічний стінці. Зверху розрядної камери 1 розміщено зовнішній електрод 5 з діелектричним покриттям 6. Внутрішня ємність 2 перекрита діелектричною діафрагмою 7 з отворами. Пристрій має джерело високовольтного імпульсного живлення 8, один вивід якого приєднаний до зовнішнього електрода 5, а другий введено у внутрішню ємність 2. Резервуар для накопичення води 9 з'єднаний з одного боку з патрубком відводу води 4, а з іншого- з насосом 10 для перекачування води, який з'єднаний з патрубком для підводу води 3. Проміжок між електродом 5 і діафрагмою7 є розрядним проміжком. Запропонований пристрій для обробки води і/або стерилізації виробів з використанням електричного розряду працює наступним чином. Розрядну камеру 1 з внутрішньою ємністю 2 через патрубок підводу води 3 наповнюють водою з резервуара для накопичення води 9 за допомогою насоса 10. При перевищенні рівня діелектричної діафрагми 7 вода крізь її отвори стікає через патрубок відводу води 4 в резервуар для накопичення води 9. На зовнішній електрод 5 від одного виводу джерела високовольтного імпульсного живлення 8 подається напруга 17 кВ. Другий вивід джерела високовольтного імпульсного живлення 8 введено у внутрішню ємність 2, в якій циркулює вода. Циркулююча вода у внутрішній ємності 2 виступає другим заземленим електродом. При цьому в отворах діафрагми виникає діафрагмовий електричний розряд, який поширюється у водно-повітряному шарі розрядного проміжку між діафрагмою 7 і діелектричним покриттям 6 зовнішнього електрода 5. Наявність діафрагми є обов'язковою умовою для запобігання замикання електричного розряду. Стерилізація виробів можлива у двох варіантах. При розміщенні їх безпосередньо на поверхні діафрагми 7 або в водно-повітряному шарі розрядного проміжку. Приклад 1. Випробування проводилися в даному пристрої з діафрагмою товщиною 1 мм, що має отвори діаметром близько 2 мм. Витрата води через розрядну камеру складала 1 л/хв. Від джерела живлення подавалася змінна напруга 12 кВ частотою 500 Гц. Для перевірки процесу знераження як органічні домішки використовувалася органічна речовина індиго. При роботі 2 UA 90799 U 5 10 15 пристрою було виявлено, що ніяких замикань крапель у розрядному проміжку не відбувається, на відміну від аналога [3]. Це вказує на високу якість отриманого розряду і рівномірне заповнення стримерів розряду всього об'єму розрядного проміжку. Також були проведені спектроскопічні вимірювання розряду, що показують на присутність у водно - повітряному шарі розрядного проміжку ліній гідроксильного радикалу ОН і оксиду азоту N0. Під час розряду були знищені органічні домішки в оброблюваній воді. Концентрація озону в воді склала близько 0,7 мг/літр. На монохроматорі з вихідною щілиною 0,2-0,4 мм, з напругою живлення 800 В, в діапазоні 250-900 нм з шагом фотометричної інформації 2 нм і швидкістю сканування 3000 нм/хвил вимірювався вплив розряду на органічну речовину індиго. Спектр поглинання тестової речовини індиго при обробці у водному середовищі розрядної камери показав значне просвітлення. Приклад 2. Проводили знезараження води з тест-культурою бактерії Escherichia coli В (штам отриманий з колекції мікробних культур ДНДІ "Генетика", м. Москва). В експериментах використовували добові мікробні культури, вирощені на скошеному м'ясо-пептонному агарі (МПА). Бактерії суспендували у дистильованій воді. Початкова концентрація бактеріальних 6 7 клітин становила 10 -10 КОЕ/мл. Ефективність знезараження оцінювали по відношенню lg (Nk/N0), де Nk - число тих бактерій, які вижили, No - вихідне число бактерій. В таблиці надані результати аналізу якості обробленої води. Як видно з таблиці, кількість життєздатних бактерій 5 в оброблюваній воді через 20 хвилин знизилась в 8,5 × 10 рази. 20 Таблиця Умови експерименту Розряд у водноповітряному шарі 25 30 35 Час впливу озону на бактерії, хвилини контроль початковий 10 20 Кількість життєздатних бактерій КОЕ в 1 мл, X±SX 7 (8,5±0,2)х10 4 (3,55±0,3)х10 2 (1,0±0,002)х10 Залишок бактерій в % Р 100 0,04 0,000001