УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОЗДУХА И ЖИДКИХ СРЕД

Полезная модель относится к устройствам обеззараживания воздуха и жидких сред, в частности, к устройствам на основе ламп барьерного разряда и может быть использована для улучшения микроклимата помещений, обеззараживания помещений, стерилизации жидкостей.
Известны устройства обеззараживания, в которых используется ультрафиолетовое излучение т.н. бактерицидных ртутно-кварцевых ламп низкого давления. В таких лампах около 70% всей излучаемой мощности приходится на ультрафиолетовое излучение в диапазоне от 250 до 370 нм, из которого около 60% приходится на долю резонансной линии ртути 253.7 нм, обеспечивающей максимум бактерицидного действия [1]. Устройства имеют простое питание и обслуживание, что позволило им получить широкое распространение. Общим недостатком этих устройств является вероятность разгерметизации колбы лампы и загрязнение ртутью окружающей среды (раствора или в воздушной среды), что недопустимо как в случае медицинских, так и биологических приложений. Чтобы исключить указанный вредный фактор, лампы, например, эксплуатируют в прозрачных для ультрафиолетового излучения кожухах, что усложняет и удорожает конструкцию. Кроме того, такие же кожухи, в частности, в целях электробезопасности используются при обеззараживании жидких сред. Отдельную проблему представляет утилизация отработавших ламп, содержащих ртуть [2].
Известны устройства, основным компонентом которых является импульсная лампа, наполненная инертным газом ксеноном [3], криптоном или смесью легкого и тяжелого инертных газов [4], ртутные лампы среднего давления [5]. Устройства данного типа имеют широкополосный спектр излучения или совокупность атомарных линий, что по сравнению с ртутными лампами низкого давления, имеющими линейчатый спектр, значительно увеличивает вероятность инактивации различных микроорганизмов, обладающих различными спектральными характеристиками и показателями оптической плотности. Кроме того, широкополосное ультрафиолетовое излучение в случае сильного бактериального загрязнения воздуха, поверхности или раствора в среднем будет характеризоваться большой глубиной проникновения.
Однако получение широкополосного спектра здесь сопряжено с большими затратами энергии, ненужными для решения задачи селективного воздействия на микроорганизмы, восприимчивость которых к действию ультрафиолетового излучения известна. Кроме того, питание импульсных ламп осуществляется от источников высокого напряжения в десятки киловольт (см. напр. [6]) и иногда имеет сложные схемы коммутации. Первое делает их использование небезопасным, а второе увеличивает стоимость.
Отдельно отметим, что для облучения воздуха и жидкости во всех вышеописанных случаях требуются существенные изменения в конструктивном исполнении облучателей. Каждая конструкция фиксирована и служит достижению какой-то одной цели либо стерилизации воздуха, либо жидкости.
Также известны лампы барьерного разряда, не содержащие ртути, заполненные инертными газами или их смесями с галогеноносителями. Такие лампы излучают до 80% всей мощности в узкой полосе ультрафиолетового излучения, зависящей от рабочей молекулы. Эта особенность спектра может быть использована в том случае, если максимум полосы излучения совпадает или близок к максимумам бактерицидного действия ультрафиолетового излучения на микроорганизмы [7].
2
Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является устройство для ультрафиолетовой инактивации микроорганизмов, содержащее две коаксиально установленные, цилиндрические трубки из диэлектрика, прозрачного на рабочей длине волны, пространство между которыми заполнено инертным газом и галогеноносителем Br, два металлических электрода, один из которых перфорирован, а второй - сплошной и расположен во внутренней трубке, генератор накачки, подключенный к обоим электродам [7]. Устройство работает на основе на основе барьерного разряда.
Задачей полезной модели является повышение эффективности обеззараживания и создание универсального устройства, пригодного для облучения воздуха или жидкой среды.
Указанная задача достигается за счет того, что устройство для обеззараживания воздуха и жидких сред состоит из лампы, включающей в себя колбу, заполненную рабочей смесью и образованную двумя коаксиально установленными цилиндрическими диэлектрическими трубками, прозрачными на рабочей длине волны, двух электродов, размещенных снаружи колбы, один из которых отражающий, а второй - пропускающий излучение, а также источника питания, подключенного к электродам, и, согласно техническому решению, дополнительно содержит устройство нагнетания воздуха или жидкости и расположено с источником питания на торце лампы, при этом отражающий электрод размещен либо снаружи, либо внутри коаксиальной колбы.
Размещение источника питания на торце колбы обеспечивает его соединение с внутренним высоковольтным электродом по кратчайшему пути, что обеспечивает электробезопасность устройства, снижает потери при передаче энергии и уменьшает уровень электромагнитных помех. При обеззараживании воздуха или воды обеспечивается облучение всего пространства вокруг колбы лампы (фиг.1) и эффективное охлаждение внутренней трубки лампы, что увеличивает ее срок службы и стабильность излучения. Простая замена одной колбы на другую, у которой внешний электрод выполнен сплошным и отражающим излучение, а внутренний выполнен перфорированным (фиг.2), позволяет использовать данное устройство для облучения зараженной среды, пропускаемой через внутреннюю трубку колбы.
На фиг.1 и 2 схематично представлено заявляемое устройство для обеззараживания воздуха и жидких сред. Устройство состоит из колбы 1, выполненной из двух цилиндрических трубок, прозрачных на рабочей длине волны. Пространство в колбе заполнено газовой средой, представляющей собой инертный газ, или смесь инертных газов, или смесь инертных газов с галогеноносителями. Лампа также содержит два электрода: перфорированный 2 и сплошной 3, образующих разрядный промежуток 4. Трубка заполнена рабочей смесью и отпаяна. Колба лампы вставляется торцом в корпус 5, в
котором размещены источник питания 6 и нагнетающее устройство 7. Электроды 2 и 3 подключены к источнику питания 5 через высоковольтный ввод 8.
Устройство работает следующим образом. При включении источника питания 6 в промежутке 4 зажигается барьерный разряд, излучение которого направляется наружу (фиг.1) или внутрь (фиг.2) лампы. Нагнетающее устройство 7 охлаждает внутреннюю трубку колбы и размещенный на ней электрод, что стабилизирует лучистый поток лампы, увеличивает ее эффективность срок службы. В зависимости от условий эксплуатации, может внутрь колбы может нагнетаться обеззараживаемый воздух или жидкость. Простой сменой колбы устройство можно переключать с облучения внешней среды на облучение среды, нагнетаемой во внутреннюю трубку. Простота замены колб также позволяет менять их на колбы с различными рабочими среды в соответствии с требованиями задачи. Например, при обеззараживании воздуха можно использовать рабочие смеси на молекулах KrCl* (222 нм), KrBr* (207 нм), полосы излучения которых лежат в бактерицидном диапазоне спектра. При использовании водных растворов, где поглощение в диапазоне коротких длин волн увеличивается, вышеназванные колбы можно заменять на другие, содержащие рабочие среды на молекулах XeI* (254 нм), XeBr* (283 нм). Излучение указанных молекул уже не столь сильно поглощается водой, но по-прежнему обеспечивает бактерицидный эффект. При использовании других растворов, используя колбы с тем или иным наполнением, можно также добиваться оптимального соотношения между бактерицидным действием излучения и его проникающей способностью в среде.
Таким образом, предлагаемое решение повышает эффективность обеззараживания, позволяя проводить простую его настройку для облучения воздуха или жидкой среды в соответствии с требованиями различных задач.
Устройство является более безопасным в работе по сравнению с импульсными лампами высокого давления, поскольку рабочие напряжения на электродах колбы снижены и не превышают 10 кВ. Средние токи через лампу не превышают нескольких десятков миллиампер, а заданный уровень мощности набирается за счет большой частоты следования импульсов возбуждения.
Следует отметить, что предложенное устройство позволяет точнее настраиваться на тот или иной фотосенсибилизатор, используемый на практике и переходящий в инактивирующую форму только под воздействием ультрафиолетового излучения конкретного диапазона длин волн в растворе или в воздушной среде.
Литература
1. Соколов В.Ф. Обеззараживание воды бактерицидными лучами. (М.:  Изд-во Министерства коммунального хозяйства РСФСР, 1954. - 178 с.
2. Walsey R. // Lighting Futures. - 1998. - Vol.3. - №2. - pp.1, 4.
3. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОЗДУХА И ПОВЕРХНОСТЕЙ / Патент RU 2031659, кл. A61L 2/10 опубл. 1995.03.27.
4. БЫТОВОЙ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ СТЕРИЛИЗАТОР / Патент RU 2026084, кл. A61L 2/10, опубл. 1995.01.09.
5. Kalisvaart B.F. Re-use of wastewater: preventing the recovery of pathogens by using medium-pressure UV lamp technology // Water Science and Technology. - 2004. - Vol.50. - №6. - pp.337-344.
6. Anderson J.G., Rowan N.J., MacGregor S.J., Fouracre R.A., Farish O. Inactivation of Food-Borne Enteropathogenic Bacteria and Spoilage Fungi Usinf Pulsed-Light // IEEE Transactions on Plasma Science. - 2000. - Vol.28. - №1. - pp.83-88.
7. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ИНАКТИВАЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ / Патент на полезную модель RU 43458, кл. A61L 2/10 опубл. 2005.01.27.