УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОЙ БАКТЕРИЦИДНОЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 2003 года по МПК A61L2/08 A61L2/10 A61L2/12 A61L9/16 A61L9/20 

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 либо по назначению, либо по отдельным техническим приемам, являются следующие.

В Патенте США 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 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 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 этих 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.

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", изд-во "Знак", М., 1/99, янв.-февр. 1999 г., с.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].

Еще одним аналогом отчасти является устройство, использующее безэлектродную СВЧ газоразрядную лампу, по Патенту США 4189661, кл. 315-39 (МКИ: Н 05 В 41/24), опубл. 19.02.1980 (авторы: P.O. Haugsjaa, E.F. White - [6]). В [6] СВЧ газоразрядная безэлектродная лампа имеет осесимметричный СВЧ и светопрозрачный баллон, в котором вдоль оси симметрии сформирована несквозная вневакуумная полость. В указанной полости размещен консольно выступающий участок центрального проводника коаксиальной линии передачи, подводящей к лампе энергию СВЧ-накачки. В [6] на фиг.2 безэлектродная лампа примыкает своей торцевой частью непосредственно к торцу наружного проводника коаксиальной линии передачи. Наружная поверхность безэлектродной лампы покрыта металлической сеткой.

Таким образом, в аналоге [6] выступающий во вневакуумную полость баллона лампы центральный (внутренний) проводник коаксиальной линии выполняет функции СВЧ-излучателя, а металлическая сетка - функции светопрозрачного СВЧ-экрана, т. е. СВЧ-излучения возбуждают безэлектродный разряд в лампе, а в окружающее пространство не пропускаются, тогда как оптическое излучение проходит, хотя и с "потерями" в силу не 100-процентной светопрозрачности СВЧ-экрана. Эта особенность аналога [6] является положительным качеством, если устройство служит для освещения, но делает устройство непригодным для целей комбинированного СВЧ-УФ-облучения инфицированных сред и объектов.

В качестве еще одного аналога заявляемого нами объекта следует указать устройство УФ-излучения по Патенту США 4427921, НКИ: 315-248 (МКИ: Н 05 В 41/10), опубл. 24.01.1984 (авторы: J.M. Proud, S.G. Johnson - [7]). Устройство [7] выполнено на безэлектродной лампе, осесимметричный баллон которой содержит достаточно протяженную вдоль оси несквозную вневакуумную полость. В этой полости расположен СВЧ-излучатель, образованный центральным проводником коаксиальной линии, консольно выступающим за торец коаксиальной линии передачи.

Аналоги [7] и [6] по степени близости их конструктивных признаков к заявляемому объекту практически равноценны и равно не пригодны для использования в комбинированных СВЧ-УФ облучательных бактерицидных установках.

Оценка общей ситуации в технике создания устройств оптического излучения на базе безэлектродных газоразрядных ламп с СВЧ-накачкой и, в частности, бактерицидных устройств (в т.ч. представленных аналогов [1-7]) для СВЧ-УФ-облучения обеззараживаемых сред и объектов позволяет сделать вывод о неполноте имеющихся на сегодня решений задач в этой области. Поэтому заявляемый объект призван расширить арсенал возможных облучательных средств и в определенной степени освободиться от недостатков и ограничений, присущих известным устройствам, в том числе - аналогам [1-7]. По большинству существенных признаков за прототип заявляемого объекта следует принять устройство [5].

Поэтому подчеркнем более детально основные конструктивные особенности и просуммируем недостатки прототипа [5].

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.

На рис.5 в [5] представлена осесимметричная безэлектродная лампа с аргонно-ртутным наполнением. Вакуумно-плотный баллон (колба) лампы, имеющий две коаксиальные цилиндрические стенки, выполнен из СВЧ и УФ прозрачного материала - из кварцевого стекла. Вдоль оси лампы на всей ее длине сформирована сквозная вневакуумная цилиндрическая полость, ограниченная внутренней цилиндрической стенкой баллона. На одном конце лампы в указанную полость помещена относительно короткая втулка, являющаяся продолжением наружного проводника пристыковываемой коаксиальной линии передачи, подводящей мощность СВЧ-накачки. При этом регулярный участок коаксиальной линии, образующийся у входного конца безэлектродной лампы в ее вневакуумной полости, является неизлучающим, т. к. в наружном проводнике (и, в частности, во втулке, помещенной во вневакуумную полость лампы) не предусмотрено наличия элементов электродинамической связи коаксиальной линии с окружающим пространством. СВЧ-излучателем в прототипе (рис.5 в [5]) является открытый во вневакуумную полость лампы конец коаксиальной линии с выступающим за его пределы вдоль оси лампы центральным проводником (в прототипе [5] конец этого консольно выступающего центрального проводника выполнен в виде сферы).

При этом СВЧ-излучатель по [5] создает интенсивное поле излучения у одного конца лампы, но это поле неоднородно вдоль оси лампы. Сама же лампа, как видно из рис.4 в [5], помещена в рабочую камеру бактерицидной установки, и устройство в целом, хотя и реализует комбинированную СВЧ-УФ обработку, не пригодно для использования в погружном состоянии.

Таким образом, подытоживая недостатки прототипа [5], отметим, что его конструкция не обеспечивает:
1) надежного зажигания разряда в безэлектродной лампе, особенно при большой длине лампы, и, тем более, при ее погружении в обрабатываемую среду;
2) управляемого, в том числе - однородного, распределения СВЧ- и УФ-излучений по длине лампы;
3) построения протяженных и/или многосекционных (многозвенных, многоламповых) облучательных устройств.

При этом за прототипом [5] остаются достоинства, определяющие его предпочтительную сферу применения - камерные бактерицидные установки комбинированного СВЧ-УФ-воздействия.

Предлагаемое устройство решает главную техническую задачу -обеспечение возможности создания эффективных как компактных, так и достаточно протяженных, прежде всего, погружных облучательных устройств на базе долговечных безэлектродных ламп.

Технические результаты, которые могут быть получены при осуществлении предлагаемого устройства, заключаются в следующем:
1. Обеспечивается однородное или наперед выбранное распределение излучения СВЧ-энергии по длине безэлектродной лампы и соответственно "дозировка" этой энергии, затрачиваемой для надежного зажигания и поддержания УФ излучающего разряда в лампе и для непосредственного СВЧ-облучения обрабатываемого объекта.

2. Обеспечивается универсальность устройства для различных частот СВЧ-накачки, включая низкие частоты, на которых может достигаться повышенная глубина проникновения в обрабатываемую (СВЧ облучаемую) среду.

3. Обеспечивается возможность построения многозвенной (многосекционной, многоламповой) СВЧ-УФ облучательной системы.

4. Обеспечивается возможность непосредственной стыковки устройства с коаксиальным СВЧ-адаптером (см. рис.3 в [5]).

Указанные технические результаты и решение общей задачи изобретения достигаются тем, что в устройстве для комбинированной бактерицидной обработки, содержащем источник УФ оптического излучения, выполненный в виде по меньшей мере одной осесимметричной безэлектродной СВЧ газоразрядной лампы, при этом каждая лампа имеет СВЧ и УФ прозрачный вакуумно-плотный баллон со сформированной вдоль оси симметрии вневакуумной полостью, в которой соосно с ней размещены центральный и наружный проводники участка коаксиальной линии передачи с излучателем энергии СВЧ, излучатель энергии СВЧ каждого участка линии передачи выполнен в виде щелевой системы электромагнитной связи, которая размещена на наружном проводнике и состоит по меньшей мере из одной щели.

Предусмотрено, что наружный проводник со щелевой системой электромагнитной связи выполнен в виде спирали с зазорами между витками.

Предусмотрено, что между витками спирали расположены чередующиеся по азимуту и/или вдоль оси короткозамыкающие перемычки.

Предусмотрено также, что наружный проводник со щелевой системой электромагнитной связи выполнен в виде металлопокрытия на диэлектрической подложке.

Предусмотрено, что с внешней стороны каждой безэлектродной лампы размещен УФ прозрачный СВЧ-экран, который короткозамкнут на наружный проводник коаксиальной линии.

Сопоставительный анализ предлагаемой конструкции с уровнем техники и отсутствие описания аналогичных технических решений 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 схематично показано одноламповое устройство для комбинированной бактерицидной обработки в продольном разрезе.

На фиг. 2, 3, 4 показаны фрагменты разверток наружного проводника коаксиальной линии с прямоугольными, шевронными и "программированными" СВЧ излучающими поперечными щелями.

На фиг.5 показан фрагмент наружного проводника в форме спирали с межвитковыми перемычками.

На фиг.6 показан фрагмент наружного проводника в виде металлопокрытия на диэлектрической трубе-подложке.

На фиг.7 показан фрагмент наружного проводника в виде металлопокрытия на диэлектрическом заполнителе коаксиальной линии.

На фиг.8 показан фрагмент герметизированного исполнения устройства.

Показанное на фиг.1 устройство для бактерицидной обработки содержит осесимметричную безэлектродную СВЧ газоразрядную лампу 1, которая имеет кварцевый СВЧ и УФ прозрачный баллон с коаксиальными внутренней 2 и внешней 3 стенками. Внутренняя цилиндрическая стенка 2 ограничивает собой сквозную цилиндрическую вневакуумную полость 4. В полости 4 расположен вдоль оси Z лампы 1 участок коаксиальной линии 5, имеющий условно "входной" 6 и "выходной" 7 концы. При этом условность терминов "входной" и "выходной" отражает только отношение устройства к падающей ТЕМ-волне, т.е. вводимой энергии СВЧ-накачки. В участке коаксиальной линии 5 - центральный (внутренний) проводник 8 жестко зафиксирован относительно наружного проводника 9 на двух центрующих диэлектрических опорах 10 и 11 соответственно на входном 6 и выходном 7 концах коаксиальной линии 5. Не выпадая из идеологии и сущности устройства, в коаксиальной линии 5 может быть использовано и большее число диэлектрических опор и сплошное диэлектрическое заполнение, что может быть полезным в обеспечении жесткости, формоустойчивости, а также герметичности коаксиальной линии 5. В наружном проводнике 9 выполнена система окон электромагнитной связи в виде поперечных щелей 12, пересекаемых СВЧ-токами на ТЕМ-волне и соответственно являющихся СВЧ излучающими. В предельном случае для работы устройства необходима по меньшей мере одна СВЧ излучающая щель 12. Заметим, что при наличии некоего множества СВЧ излучающих щелей 12 все они могут быть как одинаковыми и эквидистантными, так и различающимися по ширине (t_i) и месту положения вдоль оси Z(T_i, l_i), да и по форме. В качестве примера, иллюстрирующего разнообразные формы СВЧ излучающих щелей 12, на фиг.2, 3 показаны фрагменты разверток наружного проводника 9. Так, на фиг.2 щели 12 показаны чисто поперечными и одинаковыми по форме, параметрам t_i, Т_i, l_i и, соответственно, с одинаковыми "перемычками" 13 между щелями 12. На фиг.3 показаны также одинаковые "шевронные" щели 12, а на фиг.4 - т.н. "программированные" щели 12, различающиеся шириной t_i (t_i+2>t_i+1>t_i). Такое (или иное) "программирование" СВЧ излучающих щелей 12 может быть востребовано в целях обеспечения желательного распределения амплитуд СВЧ-поля по длине лампы с учетом влияния излучений и отраженной волны, например, от выходного конца 7 коаксиальной линии 5. Заметим, что при многосекционном (многозвенном, многоламповом) построении устройства различия в указанных формах и размерах щелей могут быть как в пределах одной секции, так и от секции к секции.

Наружный проводник 9 коаксиальной линии 5 может быть выполнен в виде одно- или многозаходной, моно- или бифилярной спирали, спирали с переменным шагом, причем между витками могут быть установлены короткозамыкающие перемычки (попарно, по нескольким виткам или по всей длине наружного проводника 9, а также с различным азимутальным положением перемычек). В этом же русле может быть выполнена спираль с перекрещивающимися витками. Все эти технические решения мы не иллюстрируем за очевидностью. На фиг.5 в качестве примера подобного построения наружного проводника 9 показан его фрагмент, в котором СВЧ излучающие щели 12 образованы межвитковыми зазорами, а перемычки 13 выполнены параллельно оси коаксиальной линии 5 (хотя это и не является обязательным). Сами витки 14 показаны с круглым поперечным сечением, что не является существенным и лишь демонстрирует простоту реализации. На фиг.6, 7 показаны фрагменты устройства, в котором витки 14 имеют прямоугольную форму поперечного сечения. В обоих исполнениях по фиг.6, 7 наружный проводник 9 выполнен в виде проводящего слоя (например, металлопокрытия) на диэлектрической (керамической) основе. При этом на фиг.6 диэлектрическая основа 15 показана в виде керамической трубы, соосной с центральным проводником 8 коаксиальной линии 5. На фиг.7 диэлектрическая основа 15 полностью занимает пространство между наружным 9 и внутренним 8 проводниками коаксиальной линии 5. Об этой возможности упоминалось выше.

Возвращаясь к фиг. 1, где центральный проводник 8 коаксиальной линии 5 зафиксирован относительно наружного проводника 9 на диэлектрических (например, керамических) опорах 10, 11, отметим, что на выходном конце 7 коаксиальной линии 5 на наружном проводнике 9 установлен фланец 16, а на входном конце - фланец 17. Фланцы 16, 17 через эластичные прокладки 18, 19 фиксируют безэлектродную лампу 1 и через герметичные прокладки 20, 21 зажимают по торцам внешний цилиндрический СВЧ и УФ прозрачный (например, кварцевый) кожух 22, служащий одновременно для предотвращения повреждения лампы 1, например, случайными посторонними предметами, для стабилизации теплового режима лампы, а также для предотвращения загрязнения лампы 1 и, наконец, попадания в обрабатываемую (облучаемую) среду рабочего вещества-наполнителя безэлектродной лампы (например, ртути) или осколков при аварийном повреждении стенок 2 и 3 баллона лампы 1.

Кроме отмеченного, фланцы 16 и 17, как несущие элементы конструкции в целом, снабжены крепежными отверстиями и "посадочными местами" для монтажа устройства в зависимости от конкретной задачи в вертикальном, горизонтальном или наклонном положении (будь то в резервуаре, ванне, кювете, лотке, желобе или трубе). Эти детали крепления и соответствующие очертания фланцев 16, 17 на фиг. 1 мы не показываем, как не являющиеся существенными для реализации предлагаемого устройства или выходящие за совокупность признаков, защищаемых в рамках настоящей заявки.

На этих же фланцах 16, 17 закреплен съемный светопрозрачный СВЧ-экран 23, например, из металлической сетки. Этот экран 23 не устанавливается в устройство комбинированной бактерицидной обработки, особенно если оно используется в погружном исполнении и служит для воздействия на обрабатываемую среду одновременно СВЧ-энергией и УФ-излучениями. Однако в конструкцию устройства заложены более широкие возможности применения. Поэтому если заявляемый объект используется для обработки воздушной среды только УФ-излучением или (что тоже предусмотрено) как осветительное устройство (с соответствующим наполнителем лампы 1), то СВЧ-экран 23, как показано на фиг.1, является принадлежностью устройства и препятствует проникновению СВЧ излучений в окружающее пространство в обеспечение норм безопасности и требований электромагнитной совместимости. Фланец 17 на фиг.1 показан разъемно состыкованным с наружным проводником 24 коаксиального СВЧ-адаптера (см. рис.3 в [1] ), не являющегося обязательной "принадлежностью" заявляемого объекта, как не является его неотделимым элементом стыковочный переход 25, разъемно контактирующий у входного конца 6 коаксиальной линии 5 с ее центральным проводником 8.

Наряду с этим стыковочный переход 25, не ревизуя сути заявляемого объекта, может быть выполнен неразъемно соединенным (например, запаянным) с центральным проводником 8 и центрирующей диэлектрической опорой 10.

Независимо от того, как соединены с фланцем 17, опорой 10, центральным проводником 8 позиции 24 и 25 (разъемно или неразъемно), их конкретное исполнение должно обеспечивать надежное сочленение с СВЧ-генератором накачки, который на фиг. 1 представлен только в виде фрагмента, а именно в виде позиции 26, схематично отражающей конструкцию выходного устройства магнетрона, который на фиг.1 вообще не показан.

Фланец 16 у "выходного" конца 7 коаксиальной линии 5 в конкретном изображении на фиг.1 закреплен с помощью резьбового сочленения на наружном проводнике 9 коаксиальной линии 5 и помимо отмеченного выше набора функций несет и функцию базы для закрепления концевой герметизирующей заглушки 27. Эта заглушка 27 в показанном варианте исполнения представляет собой рассогласованное с коаксиальной линией 5 СВЧ-окно (например, из вакуумно-плотной керамики или стекла). Применительно к погружному облучательному устройству заглушка (окно) 27 с внешней стороны показана контактирующей с обрабатываемой жидкостью, омывающей ее. Не меняя сути изобретения и объема защищаемых признаков, отметим, что наличие показанной заглушки 27 не является единственным и обязательным решением, пригодным для придания всему устройству законченного работоспособного облика. Так, вместо заглушки 27, частично отражающей СВЧ электромагнитную волну и частично пропускающей ее в омывающую жидкость (играющую роль СВЧ-абсорбера), к выходному концу 7 коаксиальной линии 5 может быть присоединено еще одно устройство, подобное заявляемому, или "цепочка" последовательно выстроенных подобных устройств (звеньев), т.е. может быть образовано протяженное многоламповое устройство. При этом между звеньями могут устанавливаться промежуточные секции регулярной коаксиальной линии (не снабженные лампами и СВЧ-окнами). Может быть также вместо заглушки 27 установлен регулируемый СВЧ-отражатель (в предельном случае - короткозамыкатель) для создания в коаксиальной линии 5 стоячей ТЕМ-волны. Во всех этих технических решениях коэффициент отражения, создаваемый на выходном конце 7 коаксиальной линии 5 заглушкой 27 или используемыми (но не показанными) отражателем, короткозамыкателем, "цепочкой" последовательно выстроенных многозвенных многоламповых устройств с соответствующей оконечной СВЧ-нагрузкой, подбирается экспериментально из условий получения необходимого уровня и распределения амплитуд СВЧ электрического поля в коаксиальной линии 5 (во всех звеньях "цепочки") на СВЧ излучающих щелях 12 в обеспечение устойчивого зажигания и поддержания СВЧ-разряда в безэлектродной лампе 1, а также в обеспечение стабильной работы СВЧ-генератора накачки.

Возвращаясь к возможному облику заявляемого объекта, отметим следующее. Как одиночное (однозвенное, одноламповое) устройство, так и оконечное звено в устройстве многозвенного построения могут быть выполнены (без нарушения идеологии построения и с сохранением всех существенных признаков заявляемого объекта) в виде, показанном фрагментарно на фиг.8. На этой фиг.8 баллон безэлектродной лампы 1 содержит цилиндрическую вневакуумную полость 4, ограниченную внутренней цилиндрической стенкой 2 лампы 1.

Полость 4 выполнена несквозной (глухой), т.е. баллону лампы 1 придана форма сосуда Дюара, как, например, в аналоге [2], т.е. "донная" часть 28 лампы 1 и полости 4, не будучи отдельным элементом устройства, играет роль той же заглушки 27, герметизирующей и полость 4, и коаксиальную линию передачи 5 со всеми элементами, расположенными в ней. Подчеркнем, что такое (фиг.8) исполнение лампы 1 пригодно только для оконечного звена или для однозвенного (однолампового) построения предлагаемого устройства, тогда как построение по фиг. 1 (со сквозной вневакуумной полостью 4 в лампе 1) является универсальным, т.е. обеспечивающим возможность монтажа и "цепочки" идентичных звеньев, и одиночного СВЧ-УФ-облучателя, и оконечного звена "цепочки".

В этой связи последнее замечание, относящееся к конструкции заявляемого объекта, заключается в том, что очертания (и соответствующие установочные размеры) крепежных и переходных элементов на "входном" 6 и "выходном" 7 участках коаксиальной линии 5 могут быть выполнены как одинаковыми, так и различными по усмотрению проектировщика конкретного одно- или многозвенного устройства.

Примеров таких вариантов можно привести много. Но за очевидностью и тривиальностью конструкторской задачи мы здесь не приводим графических иллюстраций для соответствующих технических решений, которые либо выходят за рамки наших "претензий" в данном заявляемом объекте, либо, по нашему представлению, не содержат признаков, отвечающих критериям "новизны" и/или "изобретательского уровня".

Устройство (фиг.1) работает следующим образом.

Применительно к эксплуатации в погруженном в облучаемую жидкую среду положении работа устройства характеризуется тремя основными фазами: предстартовой, стартовой (переходной) и стационарной. Предстартовая фаза - от подачи мощности СВЧ-накачки (Р_СВЧ) со стороны входного конца 6 в коаксиальную линию 5 до зажигания СВЧ-разряда в безэлектродной лампе 1. В предстартовой фазе СВЧ мощность накачки, поступающая в коаксиальную линию 5 на волне ТЕМ (причем независимо от выбранной рабочей частоты), частично излучается через щели 12 в безэлектродную лампу 1 и окружающую среду, где поглощается, частично проходит через заглушку 27 и поглощается жидкостью, частично отражается к входному концу 6, что порождает в коаксиальной линии 5 распределение СВЧ электрического поля, характеризующееся наличием пучностей и узлов, которые пространственно чередуются вдоль линии 5. Соответственно и на щелях 12 поля отличаются по амплитудам и фазам. Но расположением и формой щелей 12, "программированием", а также формой и положением отражающей заглушки 27 (или упоминавшегося, но не показанного короткозамыкателя), это распределение полей на излучающих щелях 12 может быть заранее экспериментально оптимизировано. Соответственно обеспечиваются благоприятные условия для надежного СВЧ-возбуждения безэлектродного разряда в лампе 1.

Пока не произошло "зажигания" СВЧ-разряда в лампе 1, СВЧ-энергия, излучаемая щелями 12, относительно слабо поглощается в стартовом газе и насыщенных парах рабочего вещества-наполнителя лампы, но, взаимодействуя с носителями заряда, увеличивает их энергию и число соударений. Как только зажегся СВЧ-разряд в лампе 1 (вторая фаза - стартовый переходный режим), происходит достаточно быстрое достижение устойчивого состояния плазмы, при котором устанавливаются "равновесные" тепловые режимы баллона лампы 1, давление парогазовой смеси в лампе, уровень СВЧ-мощности, поглощаемой разрядом и излучаемой в обрабатываемую жидкость. Это "равновесное" состояние (третья фаза работы устройства) поддерживается до тех пор, пока в устройство подается СВЧ-энергия. Полезным "продуктом" в этом состоянии является одновременное электромагнитное излучение СВЧ- и УФ-диапазона, эффективно уничтожающее болезнетворные микроорганизмы. Если в кварцевом баллоне лампы 1 в качестве рабочего вещества используется, например, ртуть или амальгама, то в спектре оптического излучения безэлектродного СВЧ-разряда "полезным продуктом" являются и резонансная "бактерицидная" линия с длиной волны λ=253,7 нм и резонансная "озонообразующая" линия (λ= 185 нм). При работе устройства в погружном состоянии озон образуется в пузырьках воздуха (или кислорода), содержащегося в жидкости (в т.ч. и при преднамеренном сатурировании ее кислородом). СВЧ-УФ-излучения и озон в сочетании обеспечивают многократно увеличенный бактерицидный эффект в сравнении с автономным воздействием каждого из этих факторов. Если устройство работает в непогруженном состоянии (например, при обеззараживании воздушной среды и поверхностей), то СВЧ-излучения в окружающую среду ограничены действующими нормами. В этой ситуации работа предложенного устройства происходит с установленным СВЧ-экраном 23 и с внешней стороны заглушки 27 устанавливается СВЧ-абсорбер и/или аналогичный СВЧ-экран.

Тем самым работа предложенного устройства демонстрирует достижение таких технических результатов, как:
- обеспечение надежного зажигания безэлектродного СВЧ-разряда в лампе и поддержания необходимых для бактерицидной обработки среды уровней СВЧ- и УФ-излучений;
- обеспечение универсальности по отношению к выбираемой рабочей частоте накачки и по отношению к условиям эксплуатации, включая обработку жидких сред в погружном положении с использованием одно- и многозвенного (многолампового) построений устройства.

В целом - решается поставленная техническая задача.

Изобретение относится к области электротехнических устройств, используемых для стерилизации жидких и газообразных сред. Задачей изобретения является создание на базе безэлектродных СВЧ газоразрядных ламп эффективных как компактных, так и достаточно протяженных средств комплексного СВЧ- и УФ-воздействия, обеспечивающих "дозировку" СВЧ-энергии для надежного зажигания и поддержания УФ излучающего разряда, а также непосредственного СВЧ-облучения; работу на различных частотах СВЧ-накачки, включая низкие частоты, на которых достигается повышенная глубина проникновения в обрабатываемую СВЧ-облучением среду; непосредственную стыковку устройства с коаксиальным СВЧ-адаптером. В устройстве для комбинированной бактерицидной обработки, содержащем излучатель энергии СВЧ, источник УФ оптического излучения выполнен в виде по меньшей мере одной осесимметричной безэлектродной СВЧ газоразрядной лампы. Излучатель энергии СВЧ выполнен в виде щелевой системы электромагнитной связи, размещенной на наружном проводнике. Участок наружного проводника коаксиальной линии с системой окон электромагнитной связи может быть выполнен в виде спирали с зазорами между витками. Изобретение позволяет обеспечить универсальность устройства для различных частот СВЧ-накачки и возможность создания эффективных облучательных устройств. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для комбинированной бактерицидной обработки, содержащее источник УФ оптического излучения, выполненный в виде по меньшей мере одной осесимметричной безэлектродной СВЧ-газоразрядной лампы, при этом каждая лампа имеет СВЧ- и УФ-прозрачный вакуумноплотный баллон со сформированной вдоль оси симметрии вневакуумной полостью, в которой соосно с ней размещены центральный и наружный проводники участка коаксиальной линии передачи с излучателем энергии СВЧ, отличающееся тем, что излучатель энергии СВЧ каждого участка линии передачи выполнен в виде щелевой системы электромагнитной связи, которая размещена на наружном проводнике и состоит по меньшей мере из одной щели. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что наружный проводник со щелевой системой электромагнитной связи выполнен в виде спирали с зазорами между витками. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что между витками спирали расположены чередующиеся по азимуту и/или вдоль оси короткозамыкающие перемычки. 4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что наружный проводник со щелевой системой электромагнитной связи выполнен в виде металлопокрытия на диэлектрической подложке. 5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что с внешней стороны каждой безэлектродной лампы размещен УФ-прозрачный СВЧ-экран, который короткозамкнут на наружный проводник коаксиальной линии.