Устройство микроволнового обеззараживания
MICROWAVE DECONTAMINATION DEVICE

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.
Известны симметричные Y-соединения волноводов в плоскости Н (УФК 621.27. Альтман Дж. Л. «Устройства сверхвысоких частот». Издательство «Мир», Москва, 1968, стр. 121-124). В известном устройстве микроволновая мощность, подаваемая в одно из плеч, делится поровну между двумя другими плечами Y-соединения. При этом в месте соединения волноводов возникает рассогласование. Такое соединение мало пригодно для построения устройства микроволнового обеззараживания, поскольку для создания равномерного микроволнового воздействия на обрабатываемый объект требуется большое количество таких Y-соединений.
Известно «Устройство для микроволнового обеззараживания» (Хуако А.Ю. Патент РФ №2 599 018 от 09.06.2015, опубл. 10.10.2016, Бюл. №28, МПК A61L 2/12, A61L 11/00). В известном 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. Для получения сколько-нибудь удовлетворительной равномерности распределения микроволновой энергии по длине адаптера количество щелей в нем должно быть около десяти. При этом длина адаптера на разрешенной частоте микроволнового нагрева 2450 МГц может составлять около одного метра. Для получения равномерного распределения микроволновой энергии по объему рабочей камеры количество генераторов и сопряженных с ними адаптеров должно быть не менее трех. Объем рабочей камеры при этом превышает 100 л. Для построения малогабаритного устройства небольшой производительности эти параметры могут оказаться избыточными по генерируемой микроволновой энергии, потребляемой электроэнергии, габаритным размерам и объему рабочей камеры. Небольшие устройства микроволнового обеззараживания востребованы в лабораториях, на небольших производствах и в небольших лечебных учреждениях (стоматологических кабинетах, фельдшерско-акушерских пунктах и т.п.), не оснащенных трехфазной промышленной электросетью.
Задачей изобретения является обеспечение микроволнового обеззараживания в малогабаритных устройствах.
Технический результат - обеспечение равномерного микроволнового воздействия на обрабатываемые объекты в небольших объемах.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве микроволнового обеззараживания, содержащем рабочую камеру и микроволновый генератор, выход которого через микроволновый адаптер в виде отрезка волновода, имеющего с рабочей камерой общую широкую стенку в которой выполнены щелевые отверстия, подключен к рабочей камере, отличающееся тем, что адаптер выполнен в виде нескольких отрезков волновода, соединенных звездой, в центре которой включен микроволновый генератор.
На фиг. 1 и 2 изображен внешний вид устройства, показана конструкция адаптера, соединяющего микроволновый генератор и рабочую камеру.
Предлагаемое устройство содержит рабочую камеру 1 цилиндрической формы, на дне которой расположены три отрезка прямоугольного волновода 2, соединенных звездой под углом 120 градусов, аналогично известному Y-соединению. В центре этого соединения выполнено круглое отверстие для подключения микроволнового генератора 3, например, магнетрона. Далее, каждый из этих отрезков на границе дна рабочей камеры и ее цилиндрической поверхности изогнут под прямым углом и переходит на боковую цилиндрическою поверхность. На участке отрезка волновода 2, имеющем общую широкую стенку с цилиндрической поверхностью рабочей камеры 1 выполнены щелевые отверстия 4. Длина всех щелевых отверстий, связывающих волновод и рабочую камеру равна половине длины волны в волноводе λв. Количество отрезков волновода, соединенных звездой и, образующих адаптер, может быть различным, на практике от трех до восьми.
Устройство работает следующим образом. Микроволновая энергия, поступающая от генератора 3, например магнетрона, возбуждает в центре звезды электромагнитное излучение. Это излучение, в силу центральной симметрии соединения, делится на равные части между волноводами, образующими соединение. Параллельное соединение нескольких волноводов уменьшает их общее входное волновое сопротивление, что облегчает его согласование с выходным сопротивлением магнетрона. Парциальные электромагнитные излучения, распространяясь по отрезкам волновода от места возбуждения к периферии, через щелевые отверстия 4 излучаются внутрь рабочей камеры 1, воздействуют на обрабатываемый объект, нагревая его до температуры обеззараживания.
Для проверки правильности предлагаемых технических решений был изготовлен и испытан опытный образец устройства с тремя отрезками волновода, соединенными трехлучевой звездой. В каждом из них на участке отрезка волновода 2, имеющем общую стенку с цилиндрической поверхностью рабочей камеры 1 выполнены по четыре щелевых отверстия 4. Таким образом, микроволновая энергия генератора делится на двенадцать, примерно равных, частей, равномерно воздействующих на обрабатываемый объект. В ходе испытаний в рабочую камеру помещалось 30 литров древесных стружек естественной влажности, массой 5 кг. В процессе микроволнового воздействия весь объем стружек был нагрет до температуры гарантированного обеззараживания 100°С. Неравномерность температуры по цилиндрическому объему, диаметром 320 мм и высотой 375 мм, не превысила ±1°С. При имеющей место в испытаниях однородности обрабатываемого объекта, равномерность распределения температуры по объему древесных стружек свидетельствует о равномерном микроволновом воздействия на них. После обработки стружки были рассыпаны и тщательно осмотрены, при этом никаких следов обугливания или возгорания обнаружено не было.