УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ Российский патент 2013 года по МПК A23L3/32 A61L2/03 C02F1/48 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к устройству для приложения электрического поля к прокачиваемой среде. Изобретение также включает способ приложения электрического поля к прокачиваемой среде. Изобретение также относится к большому количеству применений указанного устройства.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Необходимость нейтрализации или лишения активности вредных микроорганизмов в различных видах текучей среды на сегодняшний день является обычным делом в большинстве областей применения. Например, большинство жидких продуктов питания подвергают одному или большему количеству этапов обработки, которые предназначены для уничтожения нежелательных микроорганизмов и, таким образом, увеличения срока годности продукта. Аналогичным образом, различные процессы используются для очищения различных видов загрязненной воды или, в качестве альтернативы, осадка, нефтепродуктов или других прокачиваемых продуктов.

Обычным способом для обработки пищевых продуктов является так называемая пастеризация. В ходе пастеризации обрабатываемый пищевой продукт нагревают в течение короткого периода времени до температуры, которая достаточно высока для лишения активности микроорганизмов, которые, возможно, присутствуют в пище. Однако когда пищу в ходе пастеризации нагревают, ее вкус и химический состав могут измениться из-за повышения температуры.

Другим недостатком пастеризации является большое количество энергии, требуемое для нагревания пищи и ее последующего охлаждения до подходящей температуры хранения. Потребление энергии в настоящее время связано с высокими расходами, что в конечном итоге отражается на повышении цен на подвергнутые обработке пищевые продукты.

При очищении различных видов воды для получения более высокого качества воды используется несколько способов обработки, которые включают обработку химическими веществами, биологические способы, ультрафиолетовое излучение или озон. Эти способы, однако, дорогостоящи и часто требуют использования дополнительных способов для достижения желаемого конечного результата.

Другим способом лишения активности микроорганизмов в текучих средах является воздействие на жидкость электрическим полем.

Известный способ основан на использовании трубки, снабженной электродами, к которым приложено электрическое напряжение. Когда жидкость или аналогичное протекает через электроды, жидкость подвергается воздействию электрического поля. В этом случае, однако, затруднительно регулировать степень обработки, так как напряженность электрического поля трудно предугадать. Более того, скорость потока жидкости будет разной в разных местах сечения трубки, что приводит к неравномерной обработке.

Патент Швеции №520666 описывает способ и устройство, где прокачиваемое вещество подвергается действию электрического поля. При осуществлении способа прокачиваемое вещество сначала вносят в электрическое поле, после чего электрическое поле воздействует на это вещество. При завершении способа прокачиваемое вещество выносят из электрического поля. Пока электрическое поле воздействует на вещество, отделяется по меньшей мере один объем, который перемещается в ходе воздействия в сторону электрического поля. Указанное устройство для обработки прокачиваемого вещества с использованием электрического поля содержит емкость, в которой может накапливаться только прокачиваемое вещество. Устройство также содержит источник для генерации электрического поля и по меньшей мере отдельное пространство, в котором прокачиваемое вещество может быть накоплено и подвергнуто воздействию электрического поля. При использовании указанных способа и устройства существует значительный риск того, что предварительно обработанная прокачиваемая жидкость будет загрязнена в случае каких-либо ошибок. Этот риск существует, поскольку не проводят никаких измерений касательно того, какое электрическое поле присутствует во время воздействия на вещество. Если прокачиваемое вещество, не обработанное должным образом, отправляется дальше после обработки, то изначально обработанное вещество оказывается загрязненным. Более того, не существует никакого элемента для обеспечения отсутствия пузырьков воздуха или газа в обрабатываемом веществе или для обеспечения герметизации вещества для минимизации риска наличия воздушных полостей в обработанном веществе.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одной целью настоящего изобретения является удаление или по меньшей мере смягчение указанных недостатков и обеспечение улучшенного устройства и улучшенного способа для нейтрализации микроорганизмов в прокачиваемой среде с помощью приложения электрического поля к указанной среде.

Эта и другие цели и преимущества будут понятны из дальнейшего описания настоящего изобретения. Предпочтительные устройства описаны в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.

Следовательно, предусмотрено устройство для приложения электрического поля к прокачиваемой среде. Устройство содержит:

по меньшей мере два источника питания для генерации электрического напряжения;

по меньшей мере одну непроводящую камеру для прокачивания указанной прокачиваемой среды, причем указанная по меньшей мере одна камера содержит первую и вторую электродные пластины;

средство управления для управления указанных по меньшей мере двух источников питания. Средство управления при приведении в действие синхронно обеспечивает кратковременное последовательное соединение между по меньшей мере двумя из указанных по меньшей мере двух источников питания, первой электродной пластиной и второй электродной пластиной. Полученное суммарное напряжение возникает между первой и второй электродными пластинами, при этом указанное полученное суммарное напряжение создает электрическое поле между первой и второй электродными пластинами. Прокачиваемая среда подвергается воздействию электрического поля.

Устройство, выполненное в соответствии с изобретением, имеет преимущество, заключающееся в том, что электрическое поле прикладывается к прокачиваемой среде управляемым способом. Благодаря генерации результирующего суммарного напряжения с использованием кратковременного последовательного соединения нескольких источников питания, могут быть использованы источники питания, выполненные на дешевых стандартных элементах.

Напряженность электрического поля устройства между первой и второй электродными пластинами может иметь значение, например, в диапазоне от 1 до 30 кВ/см. Это может являться преимуществом, поскольку поле может быть выполнено с возможностью нейтрализации различных типов микроорганизмов, для которых требуется различная напряженность для лишения их активности.

Каждый указанный источник питания устройства может обеспечивать настраиваемое напряжение в диапазоне, например, от 230 до 2000 вольт, что может оказаться преимуществом, так как кратковременное результирующее суммарное напряжение может быть очень легко получено. Следует понимать, что каждый указанный источник питания настоящего изобретения может обеспечивать настраиваемое напряжение в более широком диапазоне, чем указано выше, например до 3000 вольт и даже несколько выше. В этом отношении именно технология с уже существующими компонентами, которые доступны на рынке, устанавливает этот предел, а не настоящее изобретение. Другими словами, напряжение в диапазоне от 230 до 3000 вольт безусловно возможно получить в настоящем изобретении.

Указанный источник питания устройства может содержать преобразователь напряжения, элемент аккумулирования заряда и коммутатор, с помощью которых может быть получен простой и функциональный источник питания с использованием дешевых стандартных элементов.

Преобразователь напряжения указанного устройства может представлять собой трансформатор, что может являться преимуществом из-за распространенного использования трансформатора и невысокой цены стандартных элементов.

Элемент аккумулирования заряда указанного устройства может представлять собой по меньшей мере один конденсатор, который обеспечивает получение элемента аккумулирования заряда с использованием стандартных элементов.

Коммутатор указанного устройства может представлять собой электрически изолирующее тело, что может являться преимуществом в отсутствие электрического соединения между коммутатором и контроллером.

Коммутатор указанного устройства может представлять собой оптрон, который обеспечивает установление последовательного соединения источников питания кратковременно и с очень небольшой задержкой времени.

Указанное средство управления устройства может одновременно устанавливать последовательное соединение между по меньшей мере двумя из указанных по меньшей мере двух источников питания, первой электродной пластиной и второй электродной пластиной с помощью одновременного управления коммутаторами каждого источника питания. Это означает, что результирующее суммарное напряжение с небольшой продолжительностью может быть выработано простым образом.

Указанные по меньшей мере два коммутатора источников питания устройства могут управляться обычным сигналом управления, что может являться преимуществом, так как последовательное соединение может быть установлено одновременно простым образом.

Указанное средство управления устройства может быть выполнено с возможностью генерации сигнала управления в виде импульса длительностью, например, от 1 до 100 микросекунд, что означает, что длительность результирующего суммарного напряжения может регулироваться.

Указанное средство управления устройства может быть выполнено с возможностью повторения импульса с возможностью выбора количества импульсов, например, от 1 до 100 импульсов с частотой, например, от 1 кГц до 100 кГц. Это обеспечивает возможность подвергать прокачиваемую среду действию электрического поля несколько раз простым образом.

Указанное средство управления устройства может быть выполнено с возможностью выявления ошибок в каждом источнике питания до и/или в ходе осуществления последовательного соединения. Эти ошибки могут, например, быть выбраны из группы, состоящей из: неисправности элемента, неисправности насоса, напряжения на выходе источника питания, короткого замыкания указанных коммутаторов, токов утечек в указанном элементе аккумулирования заряда и потерь напряжения в указанном преобразователе напряжения. Это может являться преимуществом, так как в ходе определения неисправного состояния можно избежать установления последовательного соединения и, таким образом, повреждения других функциональных элементов устройства.

Указанное средство управления устройства может быть выполнено с возможностью измерения электрических свойств между первой и второй электродными пластинами. Электрические свойства могут включать сопротивление, импеданс, емкость и индуктивность. Результирующее суммарное напряжение может быть настроено так, чтобы между первой и второй электродными пластинами была достигнута заранее заданная напряженность поля. Это может являться преимуществом, так как результирующее суммарное напряжение может быть настроено для достижения такой напряженности поля, которая достаточна для нейтрализации микроорганизмов, присутствующих в прокачиваемой среде.

Указанное средство управления устройства может прикладывать результирующее суммарное напряжение с заранее заданным значением между первой и второй электродными пластинами и измерять постоянную времени импульса и амплитуду напряжения и тока в результирующем поле, после чего средство управления может адаптировать результирующее суммарное напряжение так, чтобы между первой и второй электродными пластинами возникла заранее заданная напряженность поля, когда результирующее суммарное напряжение прикладывается снова. Также преимуществом может являться то, что результирующее суммарное напряжение может быть настроено для достижения напряженности поля, достаточной для нейтрализации микроорганизмов, присутствующих в прокачиваемой среде.

Указанное средство управления устройства может управлять тем, сколько указанных по меньшей мере двух источников питания следует соединить последовательно, чтобы обеспечивать результирующее суммарное напряжение. Это означает, что амплитуда результирующего суммарного напряжения может регулироваться простым и эффективным путем.

Указанная по меньшей мере одна камера устройства может представлять собой насос избыточного давления, который соединен с подающей входной трубкой и отводящей выходной трубкой, что означает, что риск наличия воздуха в камере, когда приложено электрическое поле, может быть устранен.

Указанный насос избыточного давления устройства может представлять собой поршневой насос с поршнем, верхняя часть которого образует одну из электродных пластин. Это может являться преимуществом, так как электродные пластины могут быть легко встроены в стандартное нагнетающее устройство.

Указанная подающая входная трубка устройства может быть снабжена входным клапаном и/или указанная отводящая выходная трубка устройства может быть снабжена выходным клапаном, что означает, что можно контролируемым путем осуществить управление входа и выхода прокачиваемой среды в камеру.

Указанная по меньшей мере одна камера устройства может быть снабжена клапаном, который обеспечивает возможность прохождения через нее газообразной среды, но предотвращает прохождение жидкой среды и твердой среды. Это может являться преимуществом потому, что может оказаться важным обеспечение отсутствия воздуха в камере, когда прикладывается электрическое поле.

Указанная по меньшей мере одна камера устройства может быть снабжена датчиком давления. Средство управления может быть выполнено с возможностью неустановления последовательного соединения между указанными по меньшей мере двумя источниками питания, если заранее заданное давление не зафиксировано датчиком давления. Также это подразумевает то, что возможно обеспечить отсутствие воздуха в камере, когда приложено электрическое поле.

Указанная по меньшей мере одна камера устройства может быть снабжена дренажным соединением и дренажным клапаном. Это обеспечивает возможность выпуска прокачиваемой среды или возвращения ее до или после приложения электрического поля.

Указанная по меньшей мере одна камера устройства или подающая входная трубка и/или отводящая выходная трубка могут быть снабжены/оборудованы дополнительным соединением и дополнительным клапаном. Это может являться преимуществом, заключающимся в том, что к прокачиваемой среде могут быть добавлены добавки в виде катализаторов, солей и им подобные.

Расстояние между первой электродной пластиной устройства и второй электродной пластиной устройства может быть меньше на удалении от центральной точки камеры, по сравнению с более близким местом к центральной точке, что означает, что возможно компенсировать периферийные эффекты электрического поля.

Первая электродная пластина устройства и/или вторая электродная пластина устройства могут содержать непроводящие области. Указанные непроводящие области могут быть шире ближе к центральной точке камеры, чем в месте на удалении от указанной центральной точки. Также это обеспечивает возможность компенсации периферийных эффектов электрического поля.

Указанная по меньшей мере одна камера устройства может представлять собой насос избыточного давления, который соединен параллельно с по меньшей мере одной другой камерой, которая также может представлять собой насос избыточного давления. Это может являться преимуществом, так как емкость может быть увеличена простым способом.

Устройство может быть снабжено распределительным устройством, которое регулирует подачу и выведение прокачиваемой текучей среды в каждой камере. Это обеспечивает возможность получения непрерывного потока прокачиваемой среды.

Способ приложения электрического поля к прокачиваемой среде включает этапы:

наполнение прокачиваемой средой камеры, имеющей первую и вторую электродные пластины;

сжатие прокачиваемой среды до заранее заданного давления;

выведение воздуха из прокачиваемой среды через клапан;

генерирование электрического напряжения в по меньшей мере двух источниках питания;

установление последовательного соединения между по меньшей мере двумя указанными источниками питания, первой электродной пластиной и второй электродной пластиной, причем указанное результирующее суммарное напряжение подвергает прокачиваемую среду действию электрического поля;

опорожнение указанной камеры от прокачиваемой среды.

Способ, выполненный в соответствии с этим изобретением, имеет преимущество, заключающееся в том, что электрическое поле прикладывается к прокачиваемой среде управляемым образом.

Этап способа, заключающийся в наполнении камеры, может также включать приложение давления к прокачиваемой среде, что обеспечивает возможность удаления всего содержащегося там воздуха или газа из прокачиваемой среды.

Этап способа, заключающийся в генерировании электрического напряжения и установления последовательного соединения, может быть выполнен несколько раз в указанном порядке. Это подразумевает, что электрическое поле может быть приложено к прокачиваемой среде несколько раз простым образом.

Этап способа, заключающийся в опорожнении указанной камеры от прокачиваемой среды, может также включать выведение указанной среды через дренажный клапан. В этом случае прокачиваемая среда либо отводится, либо возвращается до или после приложения электрического поля.

Указанная по меньшей мере одна камера может быть параллельно соединена с по меньшей мере одной другой аналогичной камерой, а устройство распределения может быть выполнено с возможностью управления наполнением прокачиваемой средой и выведением прокачиваемой среды в каждой камере так, чтобы по меньшей мере одна камера была всегда заполнена средой и меньшей мере одна камера была свободна от среды. Это обеспечивает возможность получения непрерывного потока прокачиваемой среды.

При использовании устройства прокачиваемая среда, в которой есть риск наличия вредных микроорганизмов, может быть подвергнута воздействию электрического поля. Это может являться преимуществом, так как микроорганизмы в прокачиваемой среде могут быть нейтрализованы.

При использовании устройства прокачиваемые продукты питания могут быть подвергнуты воздействию электрического поля. Это может являться преимуществом, так как микроорганизмы в прокачиваемых продуктах питания могут быть нейтрализованы.

При использовании устройства зараженная вода, стоячая вода, вода прудов, загрязненная вода, увлажняющая вода, питьевая вода и/или сточные воды могут быть подвергнуты воздействию электрического поля.

При использовании устройства взвешенные продукты могут быть подвергнуты воздействию электрического поля. Это может являться преимуществом, так как микроорганизмы в загрязненных сбросах и других взвешенных продуктах могут быть нейтрализованы.

При использовании устройства электрическое поле может также быть приложено к продуктам, предназначенным для производства биогаза, например илу. Такие иловые материалы могут содержать бактерии, которые должны быть гарантированно нейтрализованы. Другим продуктом, который может быть собой обработан в соответствии с настоящим изобретением, являются нефтепродукты, такие как сырая нефть.

При использовании устройства электрическое поле может быть приложено к прокачиваемым фармацевтическим и/или прокачиваемым сырьевым материалам для изготовления фармацевтических препаратов.

Использование устройства может быть связано с передвижными установками для переработки воды, или связано с резервуарами для горячей воды, увлажняющими установками, ванной или бассейном. Это означает, что риск распространения переносимых водой инфекций может быть устранен простым образом.

Использование устройства может сочетаться с по меньшей мере одной обработкой, выбранной из группы, состоящей из, но не ограничиваясь этим: ультрафиолетового излучения, озона и вихревой обработки, с целью очищения воды. Это означает, что обработка воды для очищения может быть более эффективно осуществлена простым и экономным способом.

Другие цели, характеристики, преимущества и описанные варианты выполнения настоящего изобретения должны быть очевидны из дальнейшего подробного описания, приведенного совместно с чертежами и приложенной формулой изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Предпочтительное выполнение настоящего изобретения описано ниже со ссылкой на приложенные чертежи.

Фиг.1 является схематичным изображением устройства, выполненным в соответствии с первым вариантом выполнения настоящего изобретения.

Фиг.2 является схематичным изображением источника питания, выполненным в соответствии с первым вариантом выполнения.

Фиг.3 является схематичным видом, который показывает рабочую схему, когда система, выполненная в соответствии с вариантом выполнения, использует способ приложения электрического поля к прокачиваемой среде.

Фиг.4 является схематичным видом, показывающим, как камера оборудована электродами с изменяемыми расстояниями, в соответствии с вариантом выполнения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

Устройство, изображенное на Фиг.1, содержит два источника 100 питания, которые показаны более подробно на Фиг.2. Кроме того, устройство содержит непроводящую камеру 102 и средство 104 управления. Камера 102 оборудована первой электродной пластиной 106 и второй электродной пластиной 108. Когда средство 104 управления устанавливает последовательное соединение между двумя источниками 100 питания, создается результирующее суммарное напряжение между первой 106 и второй 108 электродными пластинами. Результирующее суммарное напряжение, когда оно создается между первой 106 и второй 108 электродными пластинами, будет вырабатывать электрическое поле между электродными пластинами 106 и 108. Результирующее суммарное напряжение подается от источников 100 питания к первой 106 и второй электродным пластинам с помощью электрических проводников 112 и 114.

Так как целью устройства является возможность подвергать прокачиваемую среду воздействию электрического поля для нейтрализации микроорганизмов, важно, чтобы поле между электродными пластинами 106 и 108 достигало соответствующего уровня. Целью является достижение электрическим полем такого уровня, который необходим для разрушения клеточных мембран микроорганизмов для лишения микроорганизмов активности. Так как клеточные мембраны различных микроорганизмов требуют различной напряженности поля для разрушения клеточной мембраны, вариант выполнения этого изобретения генерирует поле в диапазоне от 1 до 30 кВ/см, более предпочтительно в диапазоне от 2 до 10 кВ/см.

Обработка, при которой прокачиваемая среда подвергается воздействию электрического поля, повторяется в соответствии с вариантом выполнения этого изобретения несколько раз, предпочтительно от 1 до 100 раз, более предпочтительно от 5 до 30 раз.

Обработка осуществляется большим количеством импульсов напряжения, которые обеспечивают нарастание электрического поля. В соответствии с одним вариантом выполнения импульсы повторяются с частотой следования импульсов в интервале от 1 кГц до 100 кГц или более предпочтительно в интервале от 0,5 кГц до 100 кГц.

В соответствии с одним вариантом выполнения каждый импульс имеет длительность предпочтительно от 1 до 100 микросекунд или более предпочтительно от 2 до 10 микросекунд.

Важно понимать, что в соответствии с изобретением также возможны и более высокие частоты, чем те, что попадают в указанные интервалы, например до 1 МГц, при длительности импульса, например около 1 микросекунды. В соответствии с конкретным вариантом выполнения настоящего изобретения, таким образом, возможна частота в диапазоне от 1 Гц до 1 МГц, например в диапазоне от 1 Гц до 100 кГц.

Кроме того, длительность импульса может быть меньше, чем указанные выше пределы, например до 0,1 микросекунды и даже меньше, что делает возможной частоту выше 1 МГц. В соответствии с конкретным вариантом выполнения настоящего изобретения длительность импульса находится в диапазоне от 0,1 до 100 микросекунд, а также в диапазоне от 1 до 100 микросекунд.

Когда прокачиваемая среда должна быть подвергнута воздействию электрического поля, она подается через входной клапан V1. Аналогичным образом она выводится через выходной клапан V2 после того, как она была подвергнута воздействию электрического поля.

Если прокачиваемая среда, которая должна быть подвергнута воздействию электрического поля, по каким-либо причинам не выкачивается выходным клапаном V2, она, вместо этого, в соответствии с конкретным вариантом выполнения может быть выведена через дренажный клапан V3. Дренажный клапан V3 имеет две основные функции. Первая функция заключается в том, что прокачиваемая среда, которая уже была подвергнута воздействию электрического поля, может быть выведена наружу и помещена, например, в сточные воды или резервуар. Поступая таким образом, можно вывести части прокачиваемой среды, которые в каком-либо виде обладают свойствами, затрудняющими обработку или делая ее невозможной. Второй основной функцией дренажного клапана V3 является то, что прокачиваемая среда, расположенная в камере, может быть возвращена назад в источник необработанной прокачиваемой среды для повторной подачи в камеру 102 через входной клапан V2. Для возможности осуществить это особенно выгодно включать устройство в ходе запуска и освобождать его от воздуха до приложения электрического поля.

Чтобы иметь возможность освободить систему от воздуха, в соответствии с одним вариантом выполнения используется выпускной клапан 110, который обеспечивает возможность прохода газов, но препятствует прохождению жидкостей и твердых веществ. Выпускной клапан 110 в соответствии с одним вариантом выполнения также снабжен датчиком 110 давления. Датчик давления используется для измерения давления внутри камеры 102. Путем измерением давления в камере 102 гарантируется освобождение камеры 102 от воздуха и всех газов перед приложением электрического поля. Очень важно обеспечить, чтобы весь воздух или газ был выдавлен из камеры 102 перед приложением электрического поля, а также чтобы напряженность поля была высокой настолько, что это выражалось в разряде через воздух или газ. Разряд через воздух или газ приводит к угрозе возникновения электрической дуги, которая, в свою очередь, может привести к взрыву.

В соответствии с одним вариантом выполнения также возможно использование клапана V3 как дополнительного клапана, через который добавка в виде катализатора и соли может быть добавлена к прокачиваемой среде.

В соответствии с одним вариантом выполнения дополнительный клапан установлен во взаимодействии с камерой, указанный клапан может быть использован как дополнительный клапан, через который добавка в виде катализатора или соли может быть добавлена в прокачиваемую среду.

В соответствии с одним вариантом выполнения, изображенным на Фиг.1, показана непроводящая камера 102 корпуса насоса или цилиндра поршневого насоса 116. Поршень 118 поршневого насоса 116, поверхность которого обращена к цилиндру, формирует вторую электродную пластину. На поверхности поршневого цилиндра, которая обращена к поршню 118, находится первая электродная пластина 106. Таким образом, результирующее суммарное напряжение может быть приложено между основанием цилиндра и верхом поршня, причем электрическое поле появляется над прокачиваемой средой, которая расположена в камере 102. Использование поршневого насоса 116 обеспечивает сжатие среды при обработке, что приводит к выведению воздуха или газа, присутствующих в прокачиваемой среде, из камеры 102 через выпускной клапан 110.

Следует понимать, что изобретение может быть также осуществлено с использованием насоса, в котором имеются замкнутая камера и два электрода, выполненные в виде гибкой вставки между перемещающимся поршнем и неподвижной стенкой или вторым плунжером, выполненным с возможностью обратного перемещения. Это может быть, например, насосом, аналогичным насосу из инфузионной установки или одноразового картриджа. В этом случае эти варианты выполнения могут, например, содержать две металлические пластинки, которые расположены между двумя перемещающимися стенками.

Также следует понимать, что это изобретение может быть осуществлено с использованием других типов насосов, предпочтительно нагнетательных насосов.

Фиг.2 подробно показывает каждый источник 100 питания в варианте выполнения, показанном на Фиг.1. Каждый источник 100 питания состоит из нескольких элементов. Преобразователь Т напряжения, в этом варианте выполнения представленный в виде трансформатора Т, подает напряжение на выходную часть источника питания. Диод D используется для выпрямления напряжения, создаваемого трансформатором Т. Резистор R согласовывает напряжение с выходной частью. Устройство С аккумулирования заряда, в этом варианте выполнения представленное в виде конденсатора С, аккумулирует заряд, когда коммутатор S1 находится в разомкнутом положении. Также возможно использовать несколько конденсаторов для согласования величины емкости аккумулирования заряда или увеличения емкости. Когда коммутатор S1 замкнут, конденсатор быстро разряжается и, таким образом, генерируется импульс напряжения в выходной части 200. Амплитуда может быть отрегулирована в диапазоне от 230 до 2000 В.

Коммутатор S1 управляется посредством сигнала управления в виде тока, который подают на этапе 204. Ток, поданный на этапе 204, в свою очередь, управляет коммутатором S1.

В соответствии с одним вариантом выполнения коммутатор S1 представляет собой гальванически изолирующий элемент.

В одном варианте выполнения коммутатор S1 представляет собой оптрон. При использовании оптрона достигается малое время отклика с момента подачи тока на этапе 204.

Использование других типов коммутаторов также возможно в пределах объема настоящего изобретения.

В соответствии с одним вариантом выполнения, изображенным на Фиг.2, каждый источник питания также содержит логическую схему 206 управления, которая обеспечивает большое количество внутренних функций в источнике питания. Логическая схема 206 управления является частью средства 104 управления, которое обеспечивает управление всеми источниками 100 питания. С помощью логической схемы 206 управления средство 104 управления может обнаруживать наличие неисправного состояния в каждом источнике 100 питания. Обнаруженные ошибки являются неисправностями элементов, ошибками насоса, наличием напряжения на выходе 200 источника 100 питания, ошибками в устройстве S1 коммутации, токами утечки в конденсаторе С и потерями напряжения в трансформаторе Т. Если логической схемой 206 управления обнаружена ошибка, то устройство коммутации не замыкается, что означает, что средство 104 управления определяет, что это случай, соответствующий этапу 208. Когда логическая схема управления обнаруживает наличие ошибки, то больше нет возможности управлять устройством S1 коммутации. Для дополнительной предосторожности в целях безопасности устройство S3 коммутации также отключается логической схемой 206 управления. Это означает, что даже если сигнал управления будет присутствовать на этапе 204 средства 102 управления, не будет возможности управлять устройством S1 коммутации. Логическая схема 206 управления каждого источника 100 питания определяет также, достаточно ли велико давление, измеренное датчиком 110 давления. Это осуществляется измерением на этапе 210. Также слишком низкое давление приведет к тому, что устройство S2 коммутации не замкнется, а устройство S3 коммутации разомкнется.

Следует понимать, что такая же логическая схема управления может быть использована для прерывания выполняющейся обработки, если обнаружена ошибка, а импульс напряжения остается активным.

В соответствии с одним вариантом выполнения входная сторона источника 202 питания трансформатора Т соединена с подачей напряжения, предпочтительно сетевого напряжение в пределе от 50 до 500 В, более предпочтительно от 110 до 230 В, наиболее предпочтительно 230 В.

Следует понимать, что также возможно исключить трансформатор Т и питать выходную сторону 200 напрямую от каждого источника 100 питания подходящим напряжением. Также следует понимать, что каждый источник 100 питания может быть запитан от любого подходящего источника питания, например ветряного генератора и/или солнечных батарей.

В варианте выполнения, изображенном на Фиг.1, используется два источника 100 питания, которые выбраны из типов источников питания, показанных на Фиг.2. Когда прокачиваемая среда подвергнута действию электрического поля путем приложения напряжения между электродными пластинами 106 и 108, синхронно создается последовательное соединение между двумя источниками 100 питания. Это осуществляется средством 104 управления, которое генерирует управляющий сигнал, который синхронно управляет блоками S1 коммутации в соответствующих отдельных источниках 100 питания. В этом случае генерируется результирующее суммарное напряжение, которое является суммой напряжений от каждого имеющегося источника 100 питания. При синхронном управлении блоками S1 коммутации могут быть использованы простые и дешевые элементы, которые в противном случае были бы разрушены возрастающим напряжением.

В альтернативных вариантах выполнения используется другое количество элементов 100 источника питания.

В других вариантах выполнения средство 104 управления содержит устройство для измерения электрических свойств между первой 106 и второй 108 электродными пластинами. Измеряемые электрические свойства представляют собой, например, сопротивление, импеданс, емкость и индуктивность. Благодаря измерению электрических свойств результирующее суммарное напряжение может быть установлено для достижения желаемого электрического поля между электродными пластинами 106 и 108.

В другом варианте выполнения средство 104 управления выполнено с возможностью приложения результирующего суммарного напряжения с заранее заданным значением напряжения между первой 106 и второй 108 электродными пластинами. Когда это происходит, средство 104 управления одновременно запоминает и определяет постоянную времени и амплитуду напряжения и тока результирующего суммарного электрического поля. Затем средство 104 управления регулирует результирующее суммарное напряжение для достижения желаемой (заранее заданной) напряженности поля между первой 106 и второй 108 электродными пластинами, когда результирующее суммарное напряжение вновь прикладывается. Предпочтительно результирующее суммарное напряжение, которое используется для запоминания и определения постоянной времени и амплитуды напряжения и тока, имеет значение ниже, чем результирующее суммарное напряжение, которое прикладывается позднее.

В других вариантах выполнения используется несколько источников 100 питания. Путем обеспечения возможности средству 104 управления контролировать количество источников 100 питания, включенных в последовательное соединение и, таким образом, дающих вклад в результирующее суммарное напряжение, амплитуда результирующего суммарного напряжения может контролироваться простым образом. Путем обеспечения возможности устройству иметь большее число источников 100 питания, чем это требуется для генерации результирующего суммарного напряжения достаточной амплитуды, достигается избыточность. В этом случае средство 104 управления отсоединяет неисправные источники 100 питания и соединяет изначально избыточно работающие источники 100 питания. Другими словами, подсоединяются запасные источники 100 питания.

Фиг.3 схематично показывает работу устройства в соответствии с одним вариантом выполнения, когда прокачиваемая среда подвергнута воздействию электрического поля. Изначально поршневой насос 116 находится в состоянии 300 покоя. В этом положении входной V1 и выходной V2 клапаны подачи (не изображены) закрыты.

В следующем положении 302 в соответствии с Фиг.3 камера 102 наполняется сначала путем открытия входного клапана V1 подачи, после чего поршень 118 перемещается вниз. Таким образом прокачиваемая среда втягивается в камеру 102. Когда камера наполнена, входной клапан V1 подачи снова закрывается.

На следующем этапе 304 в соответствии с Фиг.3 поршень 118 перемещается вверх, из-за чего в камере 102 нарастает давление. При нарастании давления возможный газ и воздух выдавливаются через выпускной клапан 110.

Выпускной клапан 110 в соответствии с одним вариантом выполнения оборудован датчиком 110 давления, который измеряет давление в камере.

Когда давление достигает заранее заданного значения, это определяется средством 104 управления (не изображено). В момент, когда средство управления определяет конкретное давление, появляется возможность приложения результирующего суммарного напряжения.

В ходе заполнения камеры прокачиваемой средой одновременно вырабатывается электрическое напряжение с помощью источников 100 питания.

Для приложения результирующего суммарного напряжения между электродами, установленного средством 104 управления, устанавливается последовательное соединение между источниками 100 питания, первой 106 и второй 108 электродными пластинами, причем результирующее суммарное напряжение подвергает прокачиваемую среду воздействию электрического поля.

В соответствии с одним вариантом выполнения результирующее напряжение может быть приложено требуемое число раз для достижения необходимой обработки прокачиваемой среды.

На следующем этапе 306 в соответствии с Фиг.3 выходной клапан V2 подачи открывается, после чего поршень 118 перемещается вверх. В этом случае камера вновь освобождается от прокачиваемой среды.

Таким образом процедура повторяется, если требуется обработать большее количество прокачиваемой среды.

Фиг.4 показывает альтернативный вариант выполнения, в котором первая электродная пластина 106 и вторая электродная пластина 108 выполнены таким образом, чтобы расстояние между первой электродной пластиной 106 и второй электродной пластиной 108 было меньше на удалении от центральной точки камеры 102, по сравнению с местом ближе к центральной точке. При изготовлении электродов таким образом компенсируются периферийные эффекты электрического поля благодаря геометрической форме электродов 106 и 108. При этом в камере 102 получается однородное электрическое поле.

В другом варианте выполнения первая электродная пластина 106 и вторая электродная пластина 108 снабжены непроводящими областями, которые шире ближе к центральной точке камеры 102, чем в месте на некотором удалении от центральной точки. В этом случае возможно компенсировать периферийные эффекты, которые возникают, и, таким образом, получать однородное электрическое поле.

В альтернативном варианте выполнения настоящего изобретения для перекачивания прокачиваемой среды может быть использовано несколько камер 102. В этом случае можно увеличить емкость устройства без создания больших насосных блоков. Также в этом случае можно использовать как поршневые насосы 116, так и другие типы насосов, предпочтительно нагнетательные насосы.

Другим достигаемым преимуществом является то, что при использовании большого количества камер достигается непрерывный поток через устройство. Для достижения этого эффекта в соответствии с одним вариантом выполнения насосы организованы таким образом, чтобы по меньшей мере одна камера 102 была всегда наполнена прокачиваемой средой, а одна камера была всегда свободна от прокачиваемой среды. В случае использования поршневых насосов 116 это достигается, например, установкой поршневых насосов 116 на общий коленчатый вал, аналогично случаю с поршнями в многоцилиндровом двигателе внутреннего сгорания.

Другие решения, разумеется, также возможны, без отхода от объема настоящего изобретения. Например, способ, описанный выше, также возможен во всей полноте для инфузионной установки или одноразового картриджа.

Для эффективного использования большого количества камер 102 в соответствии с одним вариантом выполнения используется средство распределения, которое распределяет прокачиваемую среду между соответствующими камерами. Например, может быть использован один или большее количество многоходовых клапанов для распределения прокачиваемой среды между соответствующими камерами 102. Также могут использоваться другие устройства распределения.

Настоящее изобретение подходит для использования с различными прокачиваемыми средами, в которых существует риск наличия вредных микроорганизмов.

Настоящее изобретения хорошо подходит для очищения воды самого различного качества. Когда зараженная вода или загрязненная вода из различных процессов требует очищения, это изобретение является вполне подходящим для нейтрализации микроорганизмов. Также, когда вода закачивается или выкачивается из балластных резервуаров кораблей или перекачивается между балластными резервуарами во время плавания, следует использовать это изобретение для предотвращения загрязнения и/или распространения внешних водных видов через океаны и воды. Аналогично это изобретение подходит для того, чтобы подвергать увлажняющую воду, оросительную воду или питьевую воду воздействию электрического поля. Таким образом, вариант выполнения обеспечивает приложение электрического поля к зараженной воде, балластной воде, стоячей воде, воде бассейна, загрязненной воде, увлажняющей воде, питьевой воде и/или сточным водам.

Также, когда воздух или продукты, которые подвержены дегидратации, увлажняются, следует использовать настоящее изобретение для предотвращения распространения переносимых водой инфекций, таких как Legionella, через увлажняющее устройство. Аналогично это изобретение предотвращает распространение Legionella через систему горячей воды путем приложения электрического поля к горячей воде. Также, когда вода в ванне или бассейне требует очищения, для использования подходит настоящее изобретение. Также питьевая вода и сточные воды могут быть очищены с помощью этого изобретения. Это изобретение может быть, например, частью передвижной установки для очищения воды. Это означает, что изобретение может использоваться, когда требуется временная емкость для обработки воды, например, в лагерях беженцев. Вариант выполнения настоящего изобретения, таким образом, устанавливается совместно с передвижной установкой для очистки воды, резервуаром горячего водоснабжения, увлажняющей установкой, ванной или бассейном.

При очищении воды удобно комбинировать изобретение с другими технологиями для очистки воды, такими как ультрафиолетовая, озоновая или вихревая обработка. Таким образом, вариант выполнения обеспечивает комбинирование с по меньшей мере одной обработкой, которая выбрана из группы, состоящей из ультрафиолетовой, озоновой или вихревой обработки, но не ограничиваясь ими, для очищения воды.

Другим возможным применением настоящего изобретения является очистка взвешенных продуктов, например почвенных взвесей. Таким образом, вариант выполнения обеспечивает приложение электрического поля к взвешенным продуктам.

Другой областью применения является пищевая промышленность, где настоящее изобретение может использоваться взамен или в дополнение к стандартным способам пастеризации. При использовании настоящего изобретения не требуется нагревание пищи, которая требует обработки, что обеспечивает возможность сохранения вкуса, внешнего вида и структуры пищи. Более того, если пища не требует нагревания, то велика экономия энергии. Таким образом, вариант выполнения обеспечивает приложение электрического поля к прокачиваемым продуктам питания.

Другой областью применения является производство биогаза, причем настоящее изобретение может использоваться взамен или в дополнение к стандартной обработке для биологического очищения ила. При использовании настоящего изобретения процесс ферментации может соответствующим образом управляться, чтобы нежелательные бактерии в иле были эффективно нейтрализованы или уничтожены. Более того, если иловый материал не требует нагревания, то велика экономия энергии. Настоящее изобретение, таким образом, обеспечивает вариант выполнения для приложения электрического поля к илу.

Более того, настоящее изобретение хорошо подходит для стерилизации прокачиваемых фармацевтических препаратов и/или прокачиваемых сырьевых материалов для производства фармацевтических материалов. В этом отношении один вариант выполнения обеспечивает приложение электрического поля к фармацевтическим препаратам и/или прокачиваемым сырьевым материалам для производства фармацевтических материалов.

Следует понимать, что специалист может адаптировать описанные выше варианты выполнения различными способами, используя тем не менее при этом преимущества изобретения, варианты выполнения которого были описаны выше. Таким образом, это изобретение не должно ограничиваться объемом описанных вариантов выполнения, а определяется только приложенной формулой изобретения.

Изобретение относится к устройству для приложения электрического поля к прокачиваемой среде. Устройство содержит два источника питания для генерации электрического напряжения, содержащие преобразователь напряжения, элемент аккумулирования электрического заряда и коммутатор, непроводящую камеру для перекачивания прокачиваемой среды, содержащую первую и вторую электродные пластины, и средство управления, предназначенное для управления источниками питания. Средство управления синхронно управляет коммутатором каждого источника питания с помощью сигнала в виде импульса с длительностью от 0,1 до 100 микросекунд, устанавливает последовательное соединение между источниками питания, первой электродной пластиной и второй электродной пластиной. Результирующее суммарное напряжение нарастает между первой и второй электродными пластинами, а результирующее суммарное напряжение создает электрическое поле между первой и второй электродными пластинами, при этом прокачиваемая среда подвергается воздействию электрического поля. Камера для перекачивания прокачиваемой среды является поршневым насосом с поршнем, верхняя поверхность которого является одной из электродных пластин, причем насос соединен с входной трубкой подачи и выходной трубкой подачи. Изобретение обеспечивает эффективную обработку прокачиваемой среды простым и экономным способом. 4 н. и 23 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для приложения электрического поля к прокачиваемой среде, содержащее:
источник (100) питания для генерации электрического напряжения, по меньшей мере одну непроводящую камеру (102) для перекачивания указанной прокачиваемой среды, причем указанная по меньшей мере одна камера (102) снабжена первой (106) и второй (108) электродными пластинами,
отличающееся тем, что
оно содержит по меньшей мере два источника (100) питания для генерации электрического напряжения, причем соответствующий источник (100) питания содержит преобразователь (Т) напряжения, элемент (С) аккумулирования электрического заряда и коммутатор (S1);
средство (104) управления, предназначенное для управления указанными по меньшей мере двумя источниками (100) питания, причем средство управления синхронно управляет коммутатором (S1) каждого источника (100) питания с помощью обычного сигнала управления, сгенерированным средством (104) управления, в виде импульса с длительностью от 0,1 до 100 мс, устанавливает последовательное соединение между по меньшей мере двумя из указанных по меньшей мере двух источников (100) питания, первой электродной пластиной (106) и второй электродной пластиной (108), причем результирующее суммарное напряжение нарастает между первой (106) и второй (108) электродными пластинами, а результирующее суммарное напряжение создает электрическое поле между первой (106) и второй (108) электродными пластинами, при этом прокачиваемая среда подвергается воздействию электрического поля, и
указанная камера (102) для перекачивания указанной прокачиваемой среды является поршневым насосом (116) с поршнем (118), верхняя поверхность которого является одной из электродных пластин (106), причем указанный насос (116) соединен с входной трубкой подачи и выходной трубкой подачи.

2. Устройство по п.1, в котором длительность импульса составляет от 1 до 100 мс.

3. Устройство по п.1, в котором указанная камера (102) для перекачивания указанной прокачиваемой среды является насосом, выполненным в виде гибкой камеры, содержащей первую электродную пластину (106) и вторую электродную пластину (108), которая расположена между перемещающимся поршнем и неподвижной стенкой или между двумя перемещающимися поршнями, работающими в противофазе.

4. Устройство по п.1, в котором гибкая камера представляет собой инфузионную установку или одноразовый картридж.

5. Устройство по п.1, в котором напряженность электрического поля между первой (106) и второй (108) электродными пластинами лежит в диапазоне от 1 до 30 кВ/см.

6. Устройство по п.1, в котором каждый источник (100) питания обеспечивает регулируемое напряжение в диапазоне от 230 до 2000 В.

7. Устройство по п.1, в котором преобразователь (Т) напряжения представляет собой трансформатор.

8. Устройство по п.1, в котором элемент (С) аккумулирования электрического заряда представляет собой по меньшей мере одну емкость.

9. Устройство по п.1, в котором коммутатор (S1) представляет собой гальванически изолирующий элемент.

10. Устройство по п.1, в котором коммутатор (S1) представляет собой оптрон.

11. Устройство по п.1, в котором средство (104) управления выполнено с возможностью повторения импульса с частотой от 1 Гц до 100 кГц.

12. Устройство по п.1, в котором средство (104) управления выявляет неисправные состояния в каждом источнике (100) питания до и/или в процессе установки последовательного соединения, причем указанные неисправные состояния выбираются из группы, состоящей из: неисправностей элементов, неисправностей насоса, напряжения на выходе указанного источника (100) питания, короткого замыкания в указанном коммутаторе (S1), токов утечки в указанном элементе (С) аккумулирования электрического заряда и потери напряжения в указанном преобразователе (Т) напряжения.

13. Устройство по п.1, в котором средство (104) управления измеряет электрические свойства между первой (106) и второй (108) электродными пластинами, включая сопротивление, импеданс, емкость и индуктивность, но не ограничиваясь ими, и адаптирует результирующее суммарное напряжение с обеспечением достижения заранее заданной напряженности поля между первой (106) и второй (108) электродными пластинами.

14. Устройство по п.1, в котором средство (104) управления прикладывает результирующее суммарное напряжение с заранее заданным значением между первой (106) и второй (108) электродными пластинами и измеряет постоянную времени импульса и амплитуду напряжения и тока в результирующем поле, после чего средство (104) управления регулирует результирующее суммарное напряжение с обеспечением достижения заранее заданного значения напряженности поля между первой (106) и второй (108) электродными пластинами, когда результирующее суммарное напряжение прикладывается снова.

15. Устройство по п.1, в котором средство (104) управления управляет тем, как много указанных по меньшей мере двух источников (100) питания следует соединить последовательно и, таким образом, сколько их будет участвовать в суммарном результирующем напряжении.

16. Устройство по п.1, в котором входная трубка подачи снабжена входным клапаном (V1) подачи, и/или выходная трубка подачи снабжена выходным клапаном (V2) подачи.

17. Устройство по п.1, в котором указанная по меньшей мере одна камера (102) снабжена клапаном (110), который обеспечивает возможность прохождения газообразных сред, но препятствует прохождению жидких и твердых сред.

18. Устройство по п.1, в котором указанная по меньшей мере одна камера (102) снабжена датчиком (11) давления, причем указанное средство (104) управления осуществляет последовательное соединение указанных по меньшей мере двух источников (100) питания, когда заранее заданное давление было определено датчиком давления.

19. Устройство по п.1, в котором указанная по меньшей мере одна камера (102) снабжена дренажной трубкой и дренажным клапаном (V3).

20. Устройство по п.1, в котором указанная по меньшей мере одна камера (102) или входная трубка подачи и/или выходная трубка подачи оборудована/оборудованы дополнительным соединением или дополнительным клапаном.

21. Устройство по п.1, в котором расстояние между первой электродной пластиной (106) и второй электродной пластиной (108) меньше на удалении от центральной точки камеры (102), чем в месте ближе к указанной центральной точке.

22. Устройство по п.1, в котором первая электродная пластина (106) и/или вторая электродная пластина (108) содержат непроводящие области, причем указанные непроводящие области шире в местах ближе к центральной точке камеры (102), чем в местах на удалении от указанной центральной точки.

23. Устройство по п.1, в котором указанная по меньшей мере одна камера (102) представляет собой поршневой насос, который соединен параллельно с по меньшей мере одной другой камерой (102), которая также представляет собой поршневой насос.

24. Устройство по п.22, которое оборудовано средством распределения, которое управляет входным закачиванием и выходным откачиванием прокачиваемой среды в каждой камере (102).

25. Применение устройства, выполненного по п.1, для приложения электрического поля к прокачиваемой среде, в которой существует риск наличия вредных микроорганизмов.

26. Применение устройства, выполненного по п.1, для приложения электрического поля к товарным или сырьевым материалам для производства биогаза.

27. Применение устройства, выполненного по п.1, совместно с по меньшей мере одной обработкой, выбранной из группы, состоящей из ультрафиолетовой, озоновой и вихревой обработки, но не ограничиваясь ими, для очистки воды.