УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТЕРИЛИЗАЦИИ ЖИДКОСТИ Российский патент 1999 года по МПК C02F1/32 

Изобретение относится к устройствам для стерилизации жидкостей и гелей излучением оптического диапазона, включая ультрафиолетовое излучение (УФ-излучение), и может быть использовано в различных областях народного хозяйства.

Известно устройство для лазерной дезинфекции текучих сред, содержащее контейнер для воды, внутри которого размещено устройство для регулирования проходного сечения потока воды.

Недостатком устройства является малая производительность обеззараживания.

Известно устройство для стерилизации жидкости, содержащее вертикально расположенную камеру с патрубками для подвода и отвода жидкой среды и бактерицидную УФ-лампу, коаксиально установленную в камере, датчик давления, установленный в верхней части цилиндрической полости камеры, и насос с приводом, при этом корпус аппарата выполнен в виде колокола, патрубки для подвода и отвода воды расположены ниже датчика и разнесены по высоте один относительно другого, а насос функционально соединен с датчиком давления.

Недостатком устройства по является малая производительность, связанная с малой удельной мощностью УФ-лампы.

В качестве прототипа выбрано последнее техническое решение, как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому эффекту.

Задачей изобретения является создание устройства для стерилизации жидкости, в котором не требуется перепада высот между входным и выходным патрубками.

Новый технический результат выражается в том, что предлагаемое устройство легко адаптировать к существующим горизонтальным водопроводным сетям путем простой "врезки" в них устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным устройством для стерилизации, содержащим горизонтально расположенную цилиндрическую камеру с патрубками для подвода и отвода жидкой среды, датчик уровня жидкости, источник оптического импульсного излучения и насос с приводом, причем диаметр камеры выбран из соотношения Д_к = Д_и + 2, где Д_к - внутренний диаметр камеры, Д_и - внешний диаметр излучения, l - расчетное или экспериментально подобранное значение пробега излучения, при этом источник оптического излучения выполнен импульсным, состоящим из излучателя, коаксиально установленного в камере, конденсаторного накопителя энергии и пульта управления, объединяющего все системы устройства управляющей связью, причем площади сечений подводящих труб и патрубков выполнены не более площади диаметрального сечения коаксиального зазора между камерой и излучателем, причем источник питания выполнен многосекционным с числом секций, определяемым из соотношения h = N₀/N₁, где N₀ - число импульсов в минуту, обеспечивающее необходимую производительность и нужное качество обеззараживания, N₁ - максимально допустимое число импульсов в минуту для выбранного типа конденсаторов, при этом устройство снабжено переключателем секций накопителя энергии на импульсный излучатель, причем камеру и патрубки располагают в одной горизонтальной плоскости, датчик уровня помещают на середине камеры в верхней точке нормального сечения камеры, при этом во входном сечении выходного патрубка устанавливают водозапорный узел для перекрытия потока жидкой среды.

Расположение патрубков в одной горизонтальной плоскости с камерой обеспечивает возможность установки устройства в горизонтально расположенных водопроводах, что исключает необходимость искусственного создания необходимого перепада высоты, требуемого для прототипа.

Помещение датчика уровня на середине камеры в верхней точке нормального сечения камеры обеспечивает надежность обеззараживания.

Установление во входном сечении выходного патрубка водозапорного узла препятствует проникновению зараженной жидкой среды в выходной патрубок до достижения уровня жидкой среды датчика уровня, т.е. до начала обработки жидкости импульсным оптическим излучением.

На чертеже представлена конструкция заявляемого устройства. Она состоит из камеры (1) со входным (2) и выходным (3) патрубками, импульсного источника оптического излучения с излучателем (4), размещенным коаксиально камере, и конденсаторным накопителем энергии (8), состоящим из h секций (8.1, 8.2,.. . , 8h), датчика уровня жидкости (5), помещенного в средней части камеры в верхней точке нормального сечения камеры, насоса с приводом (6), пульта управления (7), переключателя секций (9), водозапорного узла (10), установленного во входном сечении выходного патрубка.

В процессе работы заявляемого устройства включают подачу зараженной воды насосом (6) через входной патрубок (2) в камеру (1). При этом узел (10) закрывает вход в выходной патрубок (3). После достижения уровня жидкости в камере датчика (5) он срабатывает и подает командный сигнал на пульт управления (7) для подачи разрядных импульсов на излучатель (4). При разрядах секций конденсаторного накопителя энергии на излучатель в последнем создаются мощные импульсы оптического излучения, которое, выходя из цилиндрической боковой поверхности излучателя, обрабатывает жидкость в камере. После обработки первого объема жидкости в камере водозапорным узлом (10) открывают вход и обеззараженная жидкость выходит через выходной патрубок (3) к потребителю. В дальнейшем при обработке жидкости узел (10) оставляют открытым до прекращения подачи жидкой среды после ее обеззараживания, после чего закрывают, либо оставляют открытым постоянно при непрерывной подаче зараженной жидкой среды.

Концентрацию энергии поглощенного в обрабатываемой жидкости импульсного оптического излучения, необходимую для гарантированного уничтожения микроорганизмов, регулируют частотой подаваемых на излучатель электрических импульсов и их энергией.

Промышленная применимость заявляемого устройства подтверждена исследованиями по оценке возможности использования в практике питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения.

Параметры устройства: Д_к = 35 см, Д_и = 25 см, l = 5 см, длина излучателя L = 1500 см, объем коаксиальной полости между камерой и излучателем V_п = 72 л. В качестве водозапорного узла использована задвижка с электрическим приводом. Испытания устройства произведены при его производительности V = 1000 м³ в сутки. При этом, для достижения полного вирулицидного, бактерицидного и паразитарного эффектов (иными словами обеззараживание от всех видов микрофлоры: вирусов, бактерий, паразитов) потребовалась энергия Σ E ≈ 10⁹ Дж, или 1 Дж/см³ жидкости. Параметры и режимы обработки выбраны следующими: энергия в 1-м импульсе E = 30 кДж, число импульсов на одну загрузку камеры V_п: n = 3. Суточное число загрузок камеры V/V_п ≈ 1,4 • 10⁴, t = TV₀/V = 5 с, где T = 86400 c - число секунд в сутках, время между импульсами t_п = t/n = 2 с, число секций h = 6, скорость потока жидкости V = V/T = 11,6 л/с.

При анализах обеззараженной воды на опытной установке получены вирулицидный, бактерицидный и паразитарный эффекты при обеззараживании в широком диапазоне начальных концентраций микроорганизмов (10¹ - 10⁹) ед/литр. Коэффициент перекрытия в этих экспериментах составлял K = 3E/V_п = 1,25 Дж/см³, что составило фактические затраты энергии Σ E_ф = 1,2 • 10⁹ Дж.

Изменений в физико-химических и органолептических свойствах обработанной воды не обнаружено. Очищенная вода удовлетворяет ГОСТу.

Использование: для стерилизации жидкостей. Сущность изобретения: устройство для стерилизации жидкости содержит горизонтально расположенную цилиндрическую камеру с патрубками для подвода и отвода жидкой среды, датчик уровня жидкости, источник импульсного оптического излучения и насос с приводом, причем диаметр камеры выбран из соотношения Д_к=Д_и+2l, где Д_к - диаметр камеры, Д_и - наружный диаметр излучателя, l - расчетное или экспериментально определенное значение пробега излучения, при котором достигается эффект обеззараживания. Источник оптического излучения выполнен импульсным, состоящим из излучателя, конденсаторного накопителя энергии и пульта управления, объединяющего все системы устройства управляющей связью. Источник питания выполнен многосекционным с числом секций, определяемым из соотношения h=N_o/N₁, где N₀ - число импульсов в минуту, обеспечивающее необходимую производительность и нужное качество обеззараживания, N₁ - максимально допустимое число импульсов в минуту для выбранного типа конденсаторов. Устройство снабжено переключателем секций накопителя энергии на излучатель, при этом камеру и патрубки располагают в одной горизонтальной плоскости, датчик уровня помещают в средней части камеры в верхней точке ее нормального сечения, а во входном сечении выходного патрубка устанавливают водозапорный узел для перекрытия потока жидкой среды. 1 ил.

Устройство для стерилизации жидкости, содержащее горизонтально расположенную цилиндрическую камеру с патрубками для подвода и отвода жидкой среды, датчик уровня жидкости, источник оптического излучения и насос с приводом, отличающееся тем, что диаметр камеры выбран из соотношения Д_к = Д_и + 2l, где Д_к - внутренний диаметр камеры, Д_и - наружный диаметр излучателя, l - расчетное или экспериментально определенное значение пробега излучения, при котором достигается эффект обеззараживания, источник оптического излучения выполнен импульсным, состоящим из излучателя, коаксиально установленного в камере, конденсаторного накопителя энергии и пульта управления, объединяющего все системы устройства управляющей связью, площадь сечения подводящих труб и площадь сечения патрубков составляют не более площади диаметрального сечения коаксиального зазора между камерой и излучателем, причем источник питания выполнен многосекционным с числом секций, определяемым из соотношения h = N₀ / N₁, где N₀ - число импульсов в минуту, обеспечивающее необходимую производительность и нужное качество обеззараживания, N₁ - максимально допустимое число импульсов в минуту для выбранного типа конденсаторов, при этом устройство снабжено переключателем секций накопителя энергии на излучатель, камеру и патрубки располагают в одной горизонтальной плоскости, датчик уровня помещают в средней части камеры в верхней точке ее нормального сечения, при этом во входном сечении выходного патрубка устанавливают водозапорный узел для перекрытия потока жидкой среды.