Способ стерилизации материалов с помощью электромагнитного излучения и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к системам стерилизации с использованием электромагнитного излучения и может быть применена для очистки воздуха от бактерий. Способ стерилизации материалов с помощью электромагнитного излучения включает повышение напряженности электромагнитного поля до величины, обеспечивающей уничтожение малоразмерных биологических объектов, таких как бактерии, вирусы. При этом в электромагнитное поле помещают остроконечный элемент, воздействуют на него и на малоразмерные биологические объекты электромагнитным полем токов высокой частоты, которыми нагревают остроконечный элемент до температуры не ниже 100°C, а биологическим объектам и элементу предварительно сообщают электрические заряды, противоположные по знаку. Также раскрывается устройство для осуществления способа стерилизации с помощью электромагнитного излучения. Группа изобретений позволяет снизить энергопотребление при реализации способа и улучшить эксплуатационные характеристики устройства. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к системам стерилизации с использованием электромагнитного излучения и может быть применено для очистки воздуха от бактерий.

Прототипом является способ стерилизации материалов при помощи СВЧ-излучения, включающий использование источника СВЧ-излучения мощностью от 100 Вт до 5 кВт, напряженность электромагнитного поля которого повышают, для чего используют объемный резонатор, устанавливают связь между источником СВЧ-излучения и резонатором, размещают внутри резонатора подлежащие стерилизации материалы, после чего возбуждают колебания на частоте, соответствующей резонансной частоте системы: источник СВЧ-излучения - резонатор - стерилизуемые материалы, увеличивая напряженность электромагнитного поля СВЧ внутри резонатора до величины, обеспечивающей уничтожение малоразмерных биологических объектов, таких как бактерии, споры или вирусы, за счет непосредственного поглощения ими энергии СВЧ, после чего поддерживают напряженность СВЧ на этом уровне в течение времени, достаточного для стерилизации размещенных материалов [Пат. РФ 2161505, МПК A61L 2/00, 2001].

Недостатками прототипа являются:

- относительно большое энергопотребление, обусловленное необходимостью создания нужной величины напряженности по всему сечению резонатора, что приводит к получению в центральной части резонатора избыточного значения напряженности, которая, как известно, уменьшается от центра к периферии;

- неудобство в эксплуатации, вызванное применением электромагнитного излучения только СВЧ диапазона.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно снижение энергопотребления и улучшение эксплуатационных характеристик.

Задача решается тем, что в способе стерилизации материалов с помощью электромагнитного излучения, включающем повышение напряженности электромагнитного поля до величины, обеспечивающей уничтожение малоразмерных биологических объектов, напряженность увеличивают путем помещения в поле тела с большой кривизной, при этом биологическим объектам и телу предварительно сообщают электрические заряды, противоположные по знаку.

Тело выполняют в виде остроконечного элемента из электропроводного материала. Помещение в поле тела совмещают с нагреванием его конца до температуры не ниже 100°C. Напряженность повышают до величины, обеспечивающей появление на остроконечном элементе коронного разряда. Напряженность повышают до величины, обеспечивающей появление на остроконечном элементе коронного разряда отрицательного знака.

Устройство для осуществления способа стерилизации материалов с помощью электромагнитного излучения, содержащее источник электромагнитного излучения и корпус, снабжено остроконечными элементами, размещенными внутри корпуса. Остроконечные элементы размещены в центре корпуса.

Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.

Увеличение напряженности путем помещения в поле тела с большой кривизной и предварительное сообщение биологическим объектам и телу электрических зарядов, противоположных по знаку, позволяет локально увеличить напряженность, поскольку напряженность поля у тел особенно велика в местах с большой кривизной. При этом заряженные электрическим зарядом противоположного знака биологические объекты будут притягиваться телом, вокруг которого создается наибольшая напряженность поля и уничтожаться последним, например путем поглощения энергии, содержащейся в них водой, в результате чего становится возможным сильный нагрев микроорганизмов. Следует заметить, что локальное повышение напряженности не требует повышения напряженности поля в целом, что экономит потребляемую энергию. Кроме того, биологические объекты извлекаются таким методом из всего объема проходящего воздуха, что позволяет сосредотачивать энергию поля, например, только в центральной части объема, благодаря чему также экономится потребляемая энергия за счет отсутствия необходимости создания требуемой для уничтожения напряженности поля на периферии.

Выполнение тела в виде остроконечного элемента из электропроводного материала позволяет отказаться от СВЧ диапазона и производить нагрев тела токами высокой частоты порядка 1 МГЦ. Кроме того, появляется возможность подачи на элемент высокого напряжения любой полярности, при этом острие способствует локальному увеличению напряженности поля вокруг него. В качестве игл можно использовать углеродный войлок. Это расширяет функциональные возможности.

Нагревание тела до температуры не ниже 100°C, которая является губительной для бактерий и вирусов, позволяет истреблять бактерии еще и температурой, что повышает надежность их уничтожения. Заметим, что при необходимости можно еще больше уменьшить напряженность поля, возлагая функцию уничтожения биологических объектов только на тепловое воздействие, что экономит потребляемую энергию. Кроме того, касающиеся нагретого тела биологические объекты сгорают, благодаря чему отпадает необходимость в периодической очистке тела. Все это улучшает эксплуатационные характеристики.

Повышение напряженности до величины, обеспечивающей появление на остроконечном элементе коронного разряда, дает возможность одновременно получать в воздухе отрицательные или положительные аэроионы, улучшающие его состав. В первую очередь аэроионизацию следует устраивать в помещениях с повышенными требованиями к чистоте, приточный воздух в которые проходит сначала через фильтры тонкой очистки; оптимальным считается уровень ионизации - число ионов в 1 см³ воздуха в зоне дыхания: легких положительных ионов 6-5 тыс., легких отрицательных ионов 5-6 тыс. Это повышает эксплуатационные характеристики и расширяет функциональные возможности.

Повышение напряженности до величины, обеспечивающей появление на остроконечном элементе коронного разряда отрицательного знака, позволяет при необходимости насыщать воздух отрицательными аэроионами, которые в большинстве случаев благотворно влияют на организм человека. Это расширяет функциональные возможности и повышает эксплуатационные характеристики.

Снабжение устройства остроконечными элементами, размещенными внутри и в центре корпуса, позволяет упростить конструкцию, повысить ее надежность и улучшить эксплуатационные характеристики за счет локального увеличения напряженности поля на острие и сосредоточения энергии токов высокой частоты в центральной части объема, через который проходит воздух.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображено устройство для осуществления способа стерилизации материалов с помощью электромагнитного излучения.

Устройство для осуществления способа стерилизации материалов с помощью электромагнитного излучения содержит катушку 1 с проводом 2, в которой размещена труба 3 с держателем 4 остроконечных элементов (игл) 5, на которых установлен электрический заряд, например от высоковольтного источника. В трубе может быть установлена сетка 6, имеющая электрический заряд, противоположный по знаку заряду на остроконечных элементах. Иглы могут быть выполнены из электропроводного материала и нагреваться токами высокой частоты до температуры, являющейся губительной для бактерий и вирусов.

Способ реализуют следующим образом.

Очищенный от пыли воздух движется по трубе 3, огибая решетку 6. При этом находящиеся в воздухе биологические объекты (бактерии, вирусы) получают электрический заряд, знак которого противоположен знаку электрического заряда на остроконечных элементах 5. Малоразмерные биологические объекты, двигаясь около держателя 4, притягиваются к остриям элементов 5 и погибают. Если на эти объекты воздействует высокий уровень напряженности поля СВЧ (иглы должны быть выполнены из диэлектрического или частично диэлектрического материала), то гибель микроорганизмов происходит за счет поглощения энергии СВЧ, содержащейся в них водой, и последующим нагревом их изнутри. Если на иглы (должны быть выполнены из электропроводного материала) действует поле токов высокой частоты, например порядка 1 МГц, нагревая их до температуры не ниже 100°C, то биологические объекты погибают от воздействия на них высокой температуры, сгорая при этом. Если величина напряжения на иглах 5 достаточна для возникновения коронного разряда, то воздух одновременно будет насыщаться аэроионами.

Внедрение изобретения позволит создать простое по конструкции и удобное в эксплуатации устройство, позволяющее уничтожать вредные микроорганизмы в воздухе, а также одновременно насыщать его аэроионами.

1. Способ стерилизации материалов с помощью электромагнитного излучения, включающий повышение напряженности электромагнитного поля до величины, обеспечивающей уничтожение малоразмерных биологических объектов, таких как бактерии, вирусы, отличающийся тем, что в электромагнитное поле помещают остроконечный элемент, воздействуют на него и на малоразмерные биологические объекты электромагнитным полем токов высокой частоты, которыми нагревают остроконечный элемент до температуры не ниже 100°C, при этом биологическим объектам и элементу предварительно сообщают электрические заряды, противоположные по знаку.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагретыми остроконечными элементами обеспечивают сжигание малоразмерных объектов.

3. Устройство для осуществления способа стерилизации материалов с помощью электромагнитного излучения по п. 1, содержащее источник электромагнитного излучения и корпус с остроконечными элементами внутри, отличающееся тем, что источник электромагнитного излучения выполнен в виде катушки, внутри которой размещен корпус.