УСТРОЙСТВО ДЛЯ МИКРОВОЛНОВОГО ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ
DEVICE FOR MICROWAVE DECONTAMINATION

Изобретение относится к экологии и может использоваться для дезинфекции и стерилизации различных продуктов и материалов с низкой теплопроводностью при производстве лекарств, биологически активных добавок, чая, бакалеи и других сухих малоразмерных и сыпучих материалов, вязких жидкостей с низкой теплопроводностью, а также для обеззараживания инфицированных медицинских отходов всех классов опасности.
Известна микроволновая система обеззараживания медицинских отходов «Стериус» (http://sterius.ru). Микроволновая система обеззараживания медицинских отходов «Стериус» предназначена для дезинфекции эпидемиологически опасных и чрезвычайно опасных медицинских отходов (класс Б и В). Система обеззараживания медицинских отходов микроволновая «Стериус» относится к группе устройств, в которых обеззараживание достигается путем объемного СВЧ-нагрева, что соответствует требованиям санитарных правил СанПиН 2.1.7.2790-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к обращению с медицинскими отходами» и обеспечивает надежное обеззараживание отходов класса Б и В. Обеззараживание в системе достигается путем объемного СВЧ-нагрева, вызывающего колебание молекул воды, содержащихся в любом живом организме, с высокой частотой, в результате чего происходит нагрев, вызывающий гибель микроорганизмов. В процессе обеззараживания отходы нагреваются до температуры порядка 100°С. Для обеспечения равномерного нагрева перед началом процесса дезинфекции в отходы необходимо добавить 1000 мл воды, равномерно смочив отходы.
Однако добавление воды к обрабатываемому продукту в ряде случаев нежелательно, так как может приводить к денатурализации продукта, например при обработке чая, бакалеи или сухих травяных смесей. Кроме того, возникает повышенная остаточная влажность, создающая благоприятные условия для развития микроорганизмов, в частности плесени, при повторном заражении обработанного продукта.
Известны «Способ обеззараживания инфицированных медицинских отходов и устройство для его реализации» (патент РФ №2221592, опубликовано 20.01.2004 г., МПК A61L 2/12, A61L 11/00). Известное устройство содержит, в частности, рабочую камеру, два СВЧ-генератора, выходы которых через СВЧ-адаптеры соединены с рабочей камерой. В известном устройстве адаптеры представляют собой рупорные излучатели, создающие в рабочей камере неравномерное микроволновое воздействие. Для компенсации неравномерности микроволнового воздействия в известных способе и устройстве предусмотрено увлажнение обрабатываемых отходов жидким раствором сенсибилизатора в виде поверхностно-активного вещества (ПАВ) с водой. Несмотря на эту меру при эксплуатации установки, реализующей известные способ и устройство, имели место неоднократные случаи ее возгорания. Неслучайно известная установка «Стериус» оснащена автономной системой пожаротушения.
Задачей изобретения является повышение равномерности микроволнового воздействия на обрабатываемые объекты.
Технический результат - осуществление микроволнового обеззараживания сухих продуктов при эффективном разрушении в них всех микроорганизмов как вегетативных, так и споровых форм.
В предлагаемом устройстве повышение равномерности микроволнового воздействия на обрабатываемые объекты достигается за счет особой конструкции адаптеров, через которые микроволновая энергия передается от генераторов в рабочую камеру. Адаптеры выполнены в виде отрезка волновода, имеющего общую широкую стенку с рабочей камерой. В этой общей стенке выполнены щелевые отверстия, расположенные по обе стороны от осевой линии широкой стенки волновода, параллельно ей. Указанные щелевые отверстия расположены попарно симметрично относительно центра широкой стенки волновода. При этом первая от центра пара щелевых отверстий имеет длину, равную четверти длины волны в волноводе λв, а последующие щелевые отверстия имеют длину, равную половине длины волны в волноводе λв. В центре противоположной широкой стенки волновода подключен выход микроволнового генератора.
На фиг. 1 и 2 изображен внешний вид устройства, показана конструкция адаптеров, соединяющих микроволновые генераторы и рабочую камеру.
Предлагаемое устройство содержит рабочую камеру 1 цилиндрической формы, по образующим линиям которой расположены адаптеры, выполненные в виде отрезков волновода 2. Отрезки волновода 2 имеют с рабочей камерой 1 общую с ней широкую стенку 3. В стенке 3 выполнены щелевые отверстия 4 и 5, расположенные по обе стороны от ее осевой линии, параллельно ей. Указанные щелевые отверстия расположены попарно симметрично относительно центра этой стенки 3 волновода 2. При этом первая от центра пара щелевых отверстий 4 имеет длину, равную λв/4, а последующие щелевые отверстия 5 имеют длину, равную λв/2. В центре противоположной широкой стенки волновода 2 имеется круглое отверстие 6, через которое в волновод 2 вводится, например, штырь магнетрона, являющийся выходом микроволнового генератора 7.
Устройство работает следующим образом. Микроволновая энергия, поступающая от генератора 7, например магнетрона, возбуждает в волноводе 2 электромагнитную волну, которая от места возбуждения в центре волновода 2 распространяется к ее концам. Вызываемые электромагнитной волной токи проводимости в стенке 3 прерываются щелевыми отверстиями 4, 5 и замещаются токами смещения, вызывая микроволновое излучение внутри рабочей камеры 1. Величина микроволнового излучения конкретного щелевого отверстия в рабочую камеру 1 зависит от ее расположения относительно осевой линии широкой стенки 3 волновода 2. Чем больше расстояние между ними, тем больше величина прерываемых токов и тем больше микроволновое излучение в рабочую камеру 1. Согласование излучающего щелевого отверстия с волноводом зависит от длины щелевого отверстия. В предлагаемом устройстве длина первой от центра пары щелевых отверстий выбрана равной четверти длины волны в волноводе λв, а последующие щелевые отверстия имеют длину, равную половине длины волны в волноводе λв, что обеспечивает в волноводе 2 режим бегущей волны. Расстояния между конкретным щелевым отверстием и осевой линией стенки 3 увеличиваются по мере удаления от центра этой стенки 3 и выбираются таким образом, чтобы обеспечивалось заданное, в данном случае равномерное по всей длине волновода 2 излучение микроволновой энергии внутри рабочей камеры 1.
Равномерности микроволнового воздействия способствуют также цилиндрическая форма рабочей камеры и радиальная симметрия расположения адаптеров. Поскольку микроволновое поле в рабочей камере является суперпозицией большого количества парциальных вторичных микроволновых излучений щелевых отверстий адаптеров, выраженная картина стоячих волн в рабочей камере невозможна, что, собственно, и является признаком равномерности микроволнового воздействия.
Для проверки правильности предлагаемых технических решений был изготовлен и испытан опытный образец устройства с объемом рабочей камеры 0,13 кубического метра. В ходе испытаний в рабочую камеру помещался текстильный мешок с 20 кг измельченной сухой травы солянки холмовой с начальной влажностью 8%. В результате микроволнового воздействия весь объем травы был нагрет до температуры 110°С. Неравномерность температуры по объему не превысила 5%. После обработки трава была рассыпана и тщательно осмотрена, при этом никаких следов обугливания или возгорания обнаружено не было.
В микробиологических показателях в результате микроволнового воздействия произошло снижение уровня КМАФАнМ с 1000000 КОЕ/г до 1000 КОЕ/г и полное уничтожение плесени, дрожжей и грибов при первоначальной обсемененности 2000 КОЕ/г.