Изобретение относится к области электротехнических устройств, используемых для стерилизации жидких и газообразных сред. В более узком приложении изобретение относится к микроволновым установкам бактерицидного ультрафиолетового (УФ) и сверхвысокочастотного (СВЧ) облучения для обеззараживания различных сред, инфицированных патогенной микробной флорой. В частности, изобретение относится к установкам обеззараживания проточной жидкости (в том числе - питьевой воды).
Известны различные устройства для стерилизации жидких сред, воздуха и поверхностей предметов с помощью автономных УФ и СВЧ-облучений. Известны также установки камерного типа для обеззараживания объектов комбинированным воздействием УФ и СВЧ-излучений и образующегося озона. Такое воздействие обладает наибольшей бактерицидной эффективностью.
Ряд технических решений, относящихся к конкретному устройству УФ-облучателей, отражен в общетехнической литературе (например, Сарычев Г. С. "Облучательные светотехнические установки". Энергоатомиздат, 1992. - [1]).
Существующие установки, содержащие источники УФ-излучения (в том числе озонообразующие), используют преимущественно ртутные газоразрядные лампы низкого давления, питаемые от электрической сети через соответствующие пускорегулирующие аппараты (ПРА). Известны, однако, и источники УФ-излучения на базе безэлектродных СВЧ-газоразрядных ламп, питаемых непосредственно СВЧ-энергией.
В частности, примерами установок, близких к заявляемой нами либо по идеям и задачам, либо по отдельным техническим решениям, являются следующие.
В патенте США N 5451791 от 19.09.1995 г. (автор F.M. Mark - [2]) предложена установка для дезинфицирования воды. Установка снабжена камерой, в которой размещен источник УФ-излучения - традиционная трубчатая ртутная УФ-лампа, питаемая через ПРА от сети переменного тока. В той же камере под ртутной лампой расположены УФ-прозрачные трубы, по которым протекает подлежащая обеззараживанию вода. В этой установке использовано единственное средство воздействия на проточную воду, а именно УФ-облучение.
В патенте ФРГ N 3627367 от 17.12.1987 г. (автор W. Schinke - [3]) предложена установка для стерилизации инфицированного больничного мусора, содержащая микроволновую рабочую камеру, в которую через окна электродинамической связи поступает энергия СВЧ-электромагнитных колебаний, излучаемых внешними генераторами. В этой установке используется единственное средство бактерицидного воздействия - СВЧ-облучение.
В установке по международной заявке N 89/09068 от 05.10.89 (автор P. Hirsch - [4]), в СВЧ-камере размещен УФ-излучатель в форме двухэлектродной лампы для образования озона, дезинфицирующего воздушную среду и, соответственно, предметы, помещенные в камеру.
Общими недостатками аналогов являются следующие.
Во-первых, недостаточная бактерицидная эффективность, что обусловлено использованием автономных, а не совокупных средств (либо УФ, либо СВЧ, либо озон) воздействия на обрабатываемый объект.
Во-вторых, недостаточная универсальность, ограничивающая или затрудняющая построение "масштабных" систем бактерицидной обработки.
Первый из указанных недостатков является принципиальным.
Наиболее близким к заявляемому объекту устройством-аналогом является установка комбинированной обработки, представленная в работе Шлифера Э.Д. "Некоторые особенности и проблемы в создании осветительных и облучательных устройств на базе безэлектродных газоразрядных ламп с СВЧ-накачкой" ("Светотехника" 1/99, янв.-февр. 1999 г., стр. 8-9, фиг. 4, 5 - [5]).
Описанная в [5] установка содержит одновременно источники СВЧ-энергии и УФ-оптического излучения. Причем СВЧ-излучения являются и непосредственно бактерицидным фактором и средством возбуждения и поддержания СВЧ-разряда в безэлектродной лампе-источнике УФ-излучения. УФ-излучение является в свою очередь и непосредственно бактерицидным, и озонообразующим средством. Таким образом, аналог [5], как реализующий совокупное воздействие всех трех факторов (СВЧ-, УФ-излучения, озон), обладает повышенной бактерицидной эффективностью, т. е. в определенной степени свободен от принципиального недостатка аналогов [2, 3, 4].
По большинству существенных признаков устройство аналога [5] следует признать прототипом предлагаемого нами технического решения.
Прототип содержит СВЧ-генератор (магнетрон), отрезок коаксиальной линии передачи, канализирующей СВЧ-энергию от магнетрона к СВЧ-излучателю и далее в безэлектродную лампу и рабочую камеру бактерицидной установки.
Рабочая камера, являющаяся по существу многовидовым СВЧ-резонатором, допускает размещение системы съемных безэлектродных ламп. В конкретном исполнении прототип содержит две съемные осесимметричные лампы, одна из которых сочленена с излучателем.
Основные особенности конструкции состоят в следующем:
излучатель выполнен в виде выступающего вдоль оси участка центрального проводника коаксиальной линии передачи с рабочим типом волны ТЕМ;
каждая из осесимметричных безэлектродных СВЧ-газоразрядных ламп имеет СВЧ и УФ-прозрачную вакуумно-плотную оболочку со сквозной вневакуумной полостью, расположенной вдоль оси симметрии лампы, причем в лампе, сочлененной с излучателем, последний соосно расположен в сквозной вневакуумной полости.
Устройства прототипа в целом и собственно безэлектродной лампы являются объектами, по которым поданы заявки на изобретения (см. RU N 98100882 от 16.01.98 - автор Э.Д. Шлифер -[6] и RU N 98100883 от 16.01.98 - авторы: Шлифер Э.Д. и Безлепкин А.И. - [7]).
В описанном выше устройстве-прототипе из [5] часть СВЧ-энергии используется для инициирования и поддержания безэлектродного разряда - источника УФ-оптического излучения, а часть, не поглощенная разрядом (или вся СВЧ энергия при изъятии безэлектродных ламп), используется непосредственно в качестве бактерицидного средства. В прототипе имеется и расположенный в рабочей камере вблизи УФ-источника СВЧ- и УФ-прозрачный трубопровод, по которому канализируются проточные жидкости, подлежащие комбинированной бактерицидной обработке. В этой же камере расположен СВЧ- и УФ-прозрачный рабочий стол (поддон) с возможностью вращения. На указанном поддоне по усмотрению пользователя устанавливаются предметы (объекты), подлежащие обеззараживанию совместным действием СВЧ и УФ-излучений и озона.
Достоинством установки-прототипа [5] является совмещение бактерицидных факторов в одном устройстве, возможность воздействия на различные объекты и среды, в том числе - на проточные жидкости.
Недостатками установки-прототипа являются:
а) неприспособленность устройства в целом для работы в качестве облучателя погружного типа, т. е. для работы непосредственно в жидкой среде (например, в резервуаре с питьевой водой или в сборнике сточных вод и т.п.);
б) малая производительность при обеззараживании проточной жидкости, связанная с ограниченностью объема рабочей камеры установки, не позволяющей разместить в ней трубопровод (змеевик) большого поперечного сечения. Это, однако, особенность конкретного исполнения установки [5], являющейся объектом "индивидуального " (кабинетного) пользования.
Задачей настоящего изобретения является создание средств, обеспечивающих универсальность и высокую производительность облучательных устройств и дающих возможность реализовать эффективное комплексное СВЧ+УФ-воздействие на жидкие среды в "полупромышленных" и/или "промышленных" масштабах.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого устройства, отвечающего указанной задаче, состоит в следующем.
Во-первых, обеспечивается возможность осуществления комплексного бактерицидного воздействия СВЧ и УФ-излучений на инфицированные жидкие среды в условиях непосредственного погружения устройства в указанные среды, т.е. в контакте с ними, что расширяет сферу применения устройства.
Во-вторых, обеспечивается возможность последовательного каскадирования устройств с построением протяженных облучательных систем, что повышает интегральную бактерицидную эффективность воздействия и допускает расширение масштаба использования.
В-третьих, обеспечивается возможность (в т.ч. и без контакта устройства с жидкой обрабатываемой средой) осуществления высокопроизводительной обработки и транспортировки проточной жидкости и, в частности, питьевых вод.
В-четвертых, использованием безэлектродных ламп устраняется необходимость применения подводящих электропитание проводов и, соответственно, изоляторов, что обеспечивает электробезопасность и эксплуатационную надежность устройства.
Решение вышеназванной задачи и соответствующий технический результат достигаются тем, что в предлагаемом устройстве для комбинированной бактерицидной обработки, содержащем СВЧ-генератор, линию передачи с излучателем энергии СВЧ и источник УФ-оптического излучения в виде по меньшей мере одной осесимметричной безэлектродной СВЧ-газоразрядной лампы, имеющей СВЧ и УФ-прозрачную вакуумно-плотную оболочку, линия передачи с излучателем энергии СВЧ выполнена в виде волновода круглого сечения с рабочим типом волны TE01 (H01), по крайней мере один участок которого снабжен по меньшей мере одной системой элементов электромагнитной связи, а лампы размещены соосно с волноводом, охватывают его и перекрывают по крайней мере часть от общего числа расположенных вдоль него систем элементов связи, при этом каждая лампа перекрывает соответствующую ей систему элементов связи.
Предусмотрено, что система элементов электромагнитной связи состоит по меньшей мере из одного элемента в виде продольной щели, а щели от системы к системе и в пределах каждой из них выполнены с равными и/или различными азимутальным шагом, шириной, длиной и осевым положением.
Предусмотрено, что устройство снабжено внешним соосным с линией передачи трубопроводом с коаксиальными наружной и внутренней стенками, причем по крайней мере внутренняя стенка трубопровода выполнена СВЧ- и УФ-прозрачной. Предусмотрено, что по крайней мере часть наружной стенки трубопровода выполнена СВЧ- и УФ-прозрачной.
Предусмотрено, что наружная стенка трубопровода выполнена зеркально отражающей СВЧ и УФ-излучения.
Сопоставительный анализ предлагаемой конструкции устройства для комбинированной бактерицидной обработки с уровнем техники и отсутствие описания аналогичного технического решения в известных источниках информации позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого устройства критерию "новизна". Заявленное устройство характеризуется совокупностью признаков, проявляющих новые качества, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".
На фиг. 1, 2 схематично показано устройство для бактерицидной обработки в продольном и поперечном сечениях соответственно.
На фиг. 3 показан фрагмент устройства в многоламповом разъемном исполнении.
На фиг. 4 показан фрагмент устройства в многоламповом неразъемном исполнении.
На фиг. 5 показан фрагмент установки, содержащей внешний трубопровод.
На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого устройства, хотя и схематично, но достаточно конкретно отражающая сущность изобретения и его концептуальную основу, т.е. общую идеологию построения бактерицидной установки для комбинированного воздействия СВЧ и УФ-облучений на обрабатываемый объект (среду).
Так, на фиг. 1, 2 показан участок линии передачи СВЧ 1, канализирующей от непоказанного на фиг. 1 СВЧ-генератора электромагнитных колебаний энергию накачки (РСВЧ) к СВЧ-излучателю 2, выполненному в виде участка волновода с одной системой элементов 3 электромагнитной связи.
В линии передачи 1 и излучателе 2 использован волновод круглого сечения с рабочим типом волны TE01 (H01). Соответственно, внутренний диаметр волновода Dв выбран из условий распространения этого типа волны на рабочей длине волны λраб, т.е. из условия λраб<0.82 Dв. Это, к примеру, означает, что при рабочей длине волны, разрешенной для промышленных, медицинских и т.п. применений, а именно λраб = 12-12.5 см (частота 2450±50 МГц), диаметр Dв круглого волновода должен быть более ~15 см. Если это общеизвестное условие (λраб<0.82 Dв) выполнено, то TE01 волна может быть реализована как в линии передачи 1, так и в излучателе 2. TE01 волне присущи только поперечные (кольцевые) СВЧ-токи в стенке любого круглого волновода и излучателя 2, в частности. Для излучения СВЧ-энергии из круглого волновода в излучателе 2 выполнена система элементов электромагнитной связи 3 в форме продольных (пересекаемых кольцевыми СВЧ-токами) щелей длиной lщ, шириной tщ и азимутальным шагом Φщ (см. фиг. 2). Совокупность указанных щелей 3 в общем случае образует систему из n(n = 1,2...) элементов электромагнитной связи излучателя 2 с внешним пространством, окружающим наружную поверхность стенки 4 излучателя 2.
Как показано на фиг. 1, 2, со стороны наружной поверхности стенки 4 на излучатель 2 соосно с ним посажена СВЧ-газоразрядная безэлектродная лампа 5, СВЧ- и светопрозрачная оболочка 6 которой выполнена, например, из кварцевого стекла и имеет внутреннюю сквозную цилиндрическую полость 7.
Тем самым излучатель 2 оказывается расположенным в этой полости 7 и полностью охватывается лампой 5. Такое размещение лампы 5 на излучателе 2 обеспечивает полное перекрытие ею системы элементов электромагнитной связи 3, что предопределяет устойчивое стартовое возбуждение СВЧ-разряда в лампе и эффективное поддержание его в стационарном режиме при одновременном прохождении в обрабатываемую среду непреобразованной в УФ-излучение части СВЧ-энергии накачки. Лампа 5 закреплена на излучателе 2 напротив щелей 3 посредством двух кольцевых уплотнителей 8, одновременно центрирующих лампу 5 и герметизирующих по торцам полость 7, а следовательно, и щели 3 излучателя 2. Уплотнители 8 выполнены, например, из фторопласта или иного упругого материала-герметика с малыми СВЧ-потерями (последнее - для предотвращения бесполезного поглощения уплотнителем СВЧ-энергии накачки). В конкретном исполнении устройства по фиг. 1 уплотнители 8 и лампа 5 зажаты между двумя крепежными фланцами 9, 10, закрепленными на излучателе 2. Конструкция сочленений этих фланцев 9, 10 с излучателем 2, не являющаяся предметом изобретения, может быть различной. В показанном исполнении фланцы 9 и 10 закреплены в излучателе 2 посредством резьбовых соединений 11, 12, что и позволяет герметично зажать уплотнители 8 вместе с лампой 5 в требуемом положении. Фланцы 9, 10 являются также и элементами сочленения с ответными фланцами 13, 14 соседних с излучателем 2 отрезков линии передачи 1. При этом не требуется обеспечивать гальванические контакты на стыках фланцевых соединений в линии передачи 1, что обуславливается отсутствием продольных СВЧ-токов в линии передачи 1 при распространении в ней именно TE01 волны. Поэтому на стыке линии передачи 1 и излучателя 2 (как и на прочих аналогичных стыках, например, в многоламповом разъемном исполнении устройства (фиг. 3)) реализованы допустимые зазоры 15.
Для использования установки непосредственно в жидкой среде в указанные зазоры 15 между фланцами 9 и 13 и фланцами 10 и 14 установлены герметизирующие (например, резиновые) кольца 16. Простейшее построение установки, показанное на фиг. 1, предусматривает наличие в ней одного излучателя 2 с одной системой элементов 3 электромагнитной связи и одной безэлектродной лампы 5 - источника УФ-излучения. Для этого случая линия передачи 1, простирающаяся от СВЧ-генератора (не показанного на фиг. 1) в излучатель 2 и далее, снабжена подстроечным оконечным бесконтактным отражателем 17, предназначенным для создания в линии передачи 1 стоячей волны TE01, пучность электрического СВЧ-поля которой должна оказаться в зоне расположения щелей 3 излучателя 2. Это достигается, например, тем, что в качестве отражателя 17 используется короткозамыкатель, и его местоположение 1кз, отсчитываемое от средней поперечной плоскости щелей 3 вдоль оси линии передачи 1, выбрано из соотношения:
где 
волноводная длина волны, k = 0, 1, 2.
Указанное размещение отражателя 17 для "приведения" пучности стоячей волны в наперед заданную координату на оси линии передачи 1 не относится к отличительным признакам предлагаемой конструкции, ибо общеизвестно. Поэтому на фиг. 1 этот участок бактерицидной установки детально не показан. Отметим лишь, что для случая использования установки в контакте с жидкой средой (для облучателя "погружного типа") указанный участок, естественно, должен быть полностью загерметизирован, причем не только на стыке с излучателем 2 (посредством показанных позиций 9, 13, 16), но и на конце, несущем отражатель 17. Еще одно общеизвестное средство (принципиально не обязательное, но полезное), которое предусмотрено на случай, когда непосредственный контакт обрабатываемой жидкости с лампой 5 нежелателен или недопустим (например, по соображениям обеспечения определенного теплового режима лампы 5 и, в частности, ее оболочки 6) - это предохранительная наружная труба 18. Эта труба 18 выполнена из СВЧ и УФ-прозрачного материала (например, из кварцевого или увиолевого стекла) установлена соосно с лампой 5 и герметично зажата по торцам между фланцами 9 и 10.
Эта труба 18 препятствует загрязнению и механическим повреждениям лампы 5, особенно если в обрабатываемой жидкости могут оказаться перемещающиеся твердые предметы.
Не ревизуя идеологии и сущности изобретения, на фиг. 3 схематично показано исполнение установки, отличающейся тем, что в ней использована многоламповая разъемная (или, что то же самое, многосекционная) конструкция устройства с рядом систем элементов 3 электромагнитной связи, которые перекрыты лампами 5. В общем случае количество ламп 5, количество систем элементов 3 связи и излучателей 2 может не совпадать, тогда как каждая лампа 5 должна иметь и "перекрывать" соответствующую ей систему элементов (щелей) 3 электромагнитной связи. На фиг. 4 показан случай, когда на одной съемной секции излучателя 2 размещены три лампы 5 и каждой из них соответствует своя система элементов (щелей) 3 связи. Не является запретным или противоречащим идее и формуле изобретения и случай, когда у какой-либо системы элементов 3 связи вообще не установлена безэлектродная лампа. Это может оказаться полезным, если для каких-либо целей желательно использовать только СВЧ-излучение (без УФ), например, для индикации уровня СВЧ-мощности, для отбора СВЧ-сигнала и использования его в цепи управления установкой.
Многосекционное (разъемное) построение установки (в форме "излучающей линейки") обеспечивает удобство монтажа, демонтажа, ремонта и дает возможность ее использования (например, в погруженном состоянии) в протяженных траншеях, каналах, кюветах и т. п. , а также, монтируя ряд параллельных "излучающих линеек", обеспечить УФ+СВЧ-бактерицидную обработку жидкости в коллекторных ваннах (в бассейнах) большой площади. Тем самым открывается возможность использования комбинированного УФ+СВЧ-воздействия на объект в промышленных масштабах, т.е. с высокой производительностью.
При построении установки в виде последовательности из разъемных секций, каждая секция содержит собственные излучатель 2 с одной или несколькими системами связи 3 и безэлектродными лампами 5. Элементы (щели) 3 систем связи могут быть выполнены нетождественными как в пределах одной системы, так и от системы к системе и от секции к секции устройства, например, по ширине tщ, длине 1щ или азимутальному шагу Φщ (т.е. по числу щелей n), а также по относительному осевому положению. Это для наглядности показано на фиг. 3. Конкретный выбор (программирование) различий в каких-либо (в том числе соседних) системах элементов 3 связи зависит от ряда подлежащих учету факторов. Среди последних, в частности, такие как:
мощность СВЧ-генератора накачки;
общая протяженность "излучающей линейки";
число систем электромагнитной связи в "линейке";
соотношение между λраб и λкр в круглом волноводе на TE01-волне;
соотношение СВЧ-мощностей, излучаемых из элементов 3 связи в каждой системе и отражаемых обратно в СВЧ-излучатель 2 и линию передачи 1. В конечном итоге - распределение амплитуд и фаз электромагнитных волн от системы связи к системе вдоль "линейки".
С позиций построения эффективно и надежно работающего многолампового устройства важно обеспечить необходимые и достаточные условия для надежного "зажигания" и устойчивого "горения" всех безэлектродных ламп, независимо от их местоположения в "линейке" - т.е. независимо от степени удаленности соответствующей лампы 5 (и излучателя 2 в целом) от СВЧ-генератора накачки. Именно это соображение диктует программирование различий в системах элементов 3 электромагнитной связи. Указанное программирование не исключает в частных случаях и одинаковость указанных элементов 3 и систем связи во всех излучателях 2 "линейки".
Проведенное рассмотрение иллюстрирует важную, но не единственную функционально ориентированную возможность предлагаемого нами технического решения, а именно возможность построения бактерицидной установки погружного типа. Однако по замыслу изобретения и его осуществлению установка для комбинированной бактерицидной обработки должна и может обеспечить полезный эффект обеззараживания сред, не находящихся в непосредственном контакте с установкой.
Тем самым в установке проявляется такое качество, как универсальность.
На фиг. 5 для случая "непогружного" исполнения показан фрагмент установки, в конструкции которой полностью используются все существенные признаки, рассмотренные применительно к фиг. 1, 2 и фиг. 3, но устройство вместо предохранительной трубы 18 дополнительно снабжено внешним соосным трубопроводом. Так, на фиг. 3, не детализируя все позиции, повторяющие конструкцию фиг. 1, выделены лишь дополнительные элементы.
В частности, трубопровод 19, установленный соосно с линией передачи СВЧ-энергии 1 и ее излучателем 2 и, соответственно, с безэлектродной лампой 5, образован внутренней стенкой 20, представляющей собой диэлектрическую трубу из СВЧ и УФ-прозрачного материала (например, кварцевого или увиолевого стекла), и наружной стенкой 21, представляющей собой также трубу, но из металла (например, из нержавеющей стали).
СВЧ и УФ-прозрачность стенки 20 является принципиально необходимым признаком, обеспечивающим реализацию комбинированного бактерицидного воздействия СВЧ и УФ-излучения на жидкую или иную прокачиваемую по трубопроводу 19 среду. Изготовление наружной трубы 21 целиком из металла не является принципиально необходимым условием функционирования установки. Работоспособность ее не нарушится, если стенка трубы 21 будет (вся или на некоторых участках) выполнена СВЧ- и УФ-прозрачной, как и стенка трубы 20. Не останавливаясь на возможных областях применения такой конструкции и возвращаясь к представленному на фиг. 5 устройству, отметим, что выполнение трубы 21 из металла выбрано в данном случае преднамеренно именно в обеспечение СВЧ и УФ-непрозрачности наружной стенки 21 трубопровода 19, ибо если наружная стенка 21 выполнена зеркально отражающей СВЧ и УФ-излучения, то достигаемый эффект состоит в следующем.
Во-первых, обеспечивается полное отсутствие СВЧ-излучений в окружающее пространство, что важно и с позиций биологической безопасности для персонала, и с позиций удовлетворения требований электромагнитной совместимости (ЭМС), т.е. ограничения уровней помеховых радиосигналов, "засоряющих" эфир.
Во-вторых, обеспечивается наиболее полное использование энергии СВЧ и УФ-излучений для бактерицидного воздействия на "объект", находящийся в трубопроводе 19.
В конкретном случае, показанном на фиг. 5, стенка 21 выполнена цельнометаллической в обеспечение:
механической прочности и жесткости конструкции в целом;
возможности силового крепления установки в месте ее монтажа и эксплуатации;
защищенности от случайных и преднамеренных (вандальных) ударных воздействий;
допустимости непосредственного контакта с различными (в т.ч. пищевыми, агрессивными и др.) средами, пропускаемыми по трубопроводу 19.
Как видно из фиг. 5, посадка трубопровода 19 на фланцы 10, 14 осуществлена посредством контактного кольца 22, герметично и соосно сочлененного со стенками (трубами) 20 и 21 трубопровода 19. Оставляя без детализации и графического представления собственно конфигурацию посадочных мест кольца 22, входных (напускных) отверстий 23 и вообще не показанных элементов (в т. ч. аналогичного позиции 22 контактного кольца на выходе трубопровода 19), отметим, что трубопровод 19 при многосекционном построении установки (фиг. 3) без отхода от существа и идеологии изобретения может быть выполнен также в виде последовательности из ряда секций, расположенных вдоль общей оси. При этом принципиального значения не имеет равенство или неравенство числа секций (для последовательности секций СВЧ-излучателя 2) и числа секций для трубопровода 19). Кроме этого, одна секция излучателя 2 может содержать последовательность из нескольких систем элементов 3 электромагнитной связи. Может быть (и это конструктивно удобно) выполнено построение по конфигурации: "одна секция трубопровода на одну секцию СВЧ-излучателя", а может быть: "одна секция трубопровода на несколько секций СВЧ-излучателей". В конкретном исполнении установки, показанном на фиг. 5, использована первая конфигурация, как наиболее простая и универсальная, позволяющая "набирать" различные по длине "линейки".
Работу предложенной установки для комбинированной бактерицидной обработки поясним на примере ее "погружного" построения применительно к фиг. 1.
При поступлении в линию передачи СВЧ 1 мощности РСВЧ от СВЧ-генератора на выбранном в качестве рабочего типе волны TE01, последняя распространяется вдоль линии по круглому волноводу, т.к. критическая длина волны типа TE01 (λкр = 0.820 Dв) выбрана большей, чем рабочая (λраб<λкр). TE01 волна проходит в СВЧ-излучатель 2 и далее к отражателю (короткозамыкателю 17).
В результате отражения волны от короткозамыкателя 17 в круглом волноводе возникает стоячая волна, пучности электрического поля которой располагаются на расстояниях от короткозамыкателя 17, равных нечетному числу четвертей волноводной длины волны:
k = 0, 1, 2...
Так как осевое положение элементов (щелей) связи 3 в круглом волноводе СВЧ-излучателя 2 выбрано именно на таких расстояниях от короткозамыкателя 17, то эти щели связи оказываются в зоне пучности электрического СВЧ-поля. Это означает, что азимутальные СВЧ-токи в стенке круглого волновода максимальны в зоне щелей связи 3.
Соответственно, излучение СВЧ-энергии через эти щели 3 возбуждает в безэлектродной лампе 5 разряд в стартовом газе, а затем в парах рабочего вещества-наполнителя (ртути).
Оптическое излучение указанного СВЧ-разряда сосредоточено главным образом в УФ-части спектра, в основном на линии λои = 253.7 нм (т.е. вблизи максимума бактерицидной эффективности) и, отчасти, на линии λ = 180 нм (озонообразующей).
На поддержание СВЧ-разряда в лампе 5 расходуется лишь небольшая часть поступающей в нее СВЧ-энергии, большая же часть СВЧ-энергии излучается в окружающее лампу 5 пространство. Если это "окружающее пространство" заполнено подлежащей бактерицидной обработке жидкостью, то именно она (и, соответственно, содержащаяся в ней патогенная микробная флора) воспринимает воздействие УФ и СВЧ-излучений.
Сопутствующим полезным эффектом является образование под действием УФ-излучений озона в присутствующих в жидкости пузырьках воздуха или преднамеренно вводимого в жидкость кислорода. Таким образом, реализуется комбинированное бактерицидное воздействие одновременно трех факторов (СВЧ и УФ-облучение и озонная обработка), являющихся "продуктом" работы установки погружного типа.
Работа установки погружного типа в ее многоламповом (разъемном и неразъемном) исполнении по существу не отличается от вышеописанной. Особенности состоят лишь в том, что СВЧ-энергия, поступающая к безэлектродным лампам 5, находящимся на различных расстояниях от СВЧ-генератора, различна (амплитуды СВЧ-полей падающей волны убывают вдоль оси круглого волновода, т. к. в каждой предшествующей системе элементов связи СВЧ-излучателя часть СВЧ-энергии "отбирается"). Уравниванию или оптимизации распределения амплитуд поля на щелях связи 3 в различных системах связи СВЧ-излучателя 2 с учетом не только падающей, но и отраженной от короткозамыкателя 17 волны, способствует "программирование" степени электромагнитной связи, что означает выбор неодинаковых геометрических характеристик щелей связи 3, как и показано на фиг. 3. Общей особенностью работы установок погружного типа разъемного и неразъемного исполнения является отсутствие СВЧ-излучений "в эфир" и электробезопасность.
Установка, построенная с использованием внешнего трубопровода 19 (фиг. 5), работает в принципиальном плане совершенно так же, как и установка погружного типа. Особенности работы установки фиг. 5 состоят в том, что СВЧ и УФ-излучения каждой из ламп 5 (при "горении" в них разряда) проходят в жидкость, протекающую по трубопроводу 19, и их неполностью поглощенная энергия, переотражаясь от наружной стенки 21, снова попадает в трубопровод. Этим самым обеспечивается полнота использования СВЧ и УФ-излучений в обрабатываемой среде.
ЛИТЕРАТУРА.
1. Сарычев Г.С. "Облучательные светотехнические установки". Энергоатомиздат, 1992.
2. Патент США N 5451791 от 19.09.1995 г. (автор F.M. Mark).
3. Патент ФРГ N 3627367 от 17.12.1987 г. (автор W. Schinke).
4. Международная заявка N 89/09068 от 05.10.89 (автор P. Hirsch).
5. Шлифер Э. Д. "Некоторые особенности и проблемы в создании осветительных и облучательных устройств на базе безэлектродных газоразрядных ламп с СВЧ-накачкой". "Светотехника" 1/99, янв.-февр. 1999 г., стр. 8-9, фиг. 4, 5 - прототип.
6. RU заявка N 98100882 от 16.01.98 (автор Э.Д. Шлифер).
7. RU заявка N 98100883 от 16.01.98 (авторы: Шлифер Э.Д. и Безлепкин А. И.).
Изобретение относится к электротехническим устройствам, используемым для стерилизации различных сред, и, в частности, к микроволновым установкам бактерицидного УФ и СВЧ-облучения для обеззараживания инфицированных патогенной микробной флорой сред. Устройство для комбинированной бактерицидной обработки содержит СВЧ-генератор, линию передачи с излучателем энергии СВЧ и источник УФ-оптического излучения. Линия передачи с излучателем энергии СВЧ выполнена в виде волновода круглого сечения с определенным рабочим типом волны, с системой элементов электромагнитной связи и с определенным размещением ламп. Устройство обеспечивает обработку среды в условиях непосредственного контакта с ней; построение протяженных облучательных систем; возможность обработки и транспортировки проточной жидкости; устранение необходимости применения подводящих электропитание проводов, что повышает электробезопасность и эксплуатационную надежность устройства. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
| ШЛИФЕР Э.Д | |||
| Некоторые особенности и проблемы в создании осветительных и облучательных устройств на базе безэлектродных газоразрядных ламп с СВЧ-накачкой | |||
| - Светотехника, 1999, № 1, с.8-9 | |||
| Способ размножения копий рисунков, текста и т.п. | 1921 |
|
SU89A1 |
| СПОСОБ ИНАКТИВАЦИИ ИНФЕКЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ ВОЗБУДИТЕЛЕЙ КИШЕЧНЫХ ИНФЕКЦИЙ И ВАКЦИНА ДЛЯ ИММУНИЗАЦИИ ЖИВОТНЫХ | 1995 |
|
RU2098134C1 |
| US 52009902 A, 11.05.1993. | |||
