УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТЕРИЛИЗАЦИИ ОБЪЕКТА Российский патент 2021 года по МПК A61L2/08 

Заявляемое техническое решение относится к устройствам для стерилизации объектов, точнее к устройствам для стерилизации объектов ультрафиолетовым излучением бактерицидного диапазона спектра, и представляет интерес для задач быстрой и эффективной стерилизации, в том числе быстрой стерилизации объектов достаточно большого размера без использования химических реагентов или высокотемпературной обработки.

Известно большое количество устройств для стерилизации объектов, представляющих собой источник стерилизующего того или иного «агента» для обеззараживания в условиях открытого пространства, в качестве такого «агента» может использоваться УФ излучение бактерицидного диапазона (прежде всего, в области спектра 215-300 нм), потоки рентгеновского излучения, плазмы, горячего пара, антисептические жидкости и газы и т.д. В частности, для стерилизации помещений бактерицидным излучением используются так называемые открытые облучатели на базе ртутных ламп низкого давления, сокращенно РЛНД ([1]: Руководство Р 3.5.1904-04 «Использование ультрафиолетового бактерицидного излучения для обеззараживания воздуха в помещениях») или импульсно-периодические лампы на инертных газах, прежде всего на ксеноне ([2]: сайт компании «НПП Мелитта» http://www.melitta-uv.ru/technology/work/). Известные технические решения при мощности бактерицидного излучения ~ 100 Вт за несколько минут обеспечивают достаточно высокий уровень стерилизации воздуха в помещениях объемом ~50÷100 м³ и, следовательно, хотя бы частичную стерилизацию находящихся в помещении объектов. В то же время наличие теневых сторон на объектах, куда не попадает прямое излучение от источника света существенно (и даже кардинально) снижает качество их стерилизации. Кроме того, такого рода стерилизация может проводиться только в отсутствие людей, поскольку полученная за несколько минут доза, особенно в случае нахождения вблизи источника бактерицидного света, не безопасна (плюс человек и сам по себе создает зону тени, в которой уровень стерилизации низкий). Отметим, что безопасные с точки зрения вреда человеку закрытые рециркуляторы, обеспечивая хороший уровень стерилизации воздуха, не пригодны для стерилизации объектов.

Более высокое качество и надежность стерилизации объектов обеспечивается в закрытых, в том числе герметичных, камерах, в которых также могут использоваться указанные выше физико-химические механизмы стерилизующей обработки, а также их комбинация ([3]: патент RU 2296585, здесь в камере для стерилизации используются одновременно бактерицидное излучение, распыление антисептического вещества и озонированный воздух). При стерилизации объект (или объекты) размещаются в камере через соответствующий вход (например дверцу), затем вход закрывается и для камеры со стерилизуемым объектом воздухообмен с внешней средой ограничивается, камера может даже в той или иной степени «герметизироваться» (особенно в случае использования химически активных реагентов, например озона), затем после цикла обработки стерилизованный объект извлекается из камеры.

Известное техническое решение (и аналогичные) обеспечивает высокую степень стерилизации объектов, однако для этого требуется, как правило, значительное время, затруднена качественная обработка объектов достаточно большого размера, применение средств химической обработки осложняет возможность стерилизации «живых объектов», в том числе человека. Более того, в некоторых случаях одновременное применение УФ облучения и химических соединений бессмысленно. Например, сильное поглощение озоном излучения бактерицидного диапазона и его очень быстрое восстановление в воздухе в реакциях типа О + О₂ + М → О₃ + М (М — третья частица, обычно молекула азота или кислорода) приводит к тому, что в озонированном воздухе излучение просто не доходит до стерилизуемого объекта, поскольку уже при концентрации озона 0,1% (обычно в озонаторах концентрация озона многократно больше) коэффициент поглощения излучения РЛНД превышает 0,3 обратных сантиметра, то есть на длине ~2 см интенсивность света уменьшается вдвое (при большей концентрации озона бактерицидное излучение фактически блокируется у поверхности источника света).

Далее, если рассматривать стерилизацию бактерицидным излучением, то остается вопрос низкой степени стерилизации теневых участков объекта и, соответственно, низкая однородность стерилизации бактерицидным излучением всей его поверхности, даже в случае использования большого количества источников бактерицидного света (в [3] используются помещенные в кварцевые трубки импульсные ультрафиолетовые лампы, которые расположены рядами не менее двух ламп в каждом). Кроме того, в известных устройствах потребное для стерилизации объектов время может существенно отличаться в зависимости от размера объекта и степени загрузки камеры, целесообразно таким образом модернизировать устройство стерилизации, чтобы время цикла мало изменялось от объекта к объекту при заданной степени стерилизации, также полезно иметь ряд такого рода устройств, адаптированных к существенно разным по габаритам стерилизуемым объектам.

Техническим результатом заявляемого изобретения является резкое повышение качества и однородности стерилизации всей поверхности объекта бактерицидным излучением, возможность обеспечить стерилизацию объектов широкого размерного ряда за близкое время, а также возможность быстро обрабатывать большие объекты достаточно сложной формы.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для стерилизации объекта с площадью поверхности не больше s, включающем камеру с входом для размещения объектов в камере, закрывающимся на время стерилизации объекта, и размещенный в камере по меньшей мере один источник бактерицидного излучения, по существу вся внутренняя поверхность камеры выполнена диффузно отражающей бактерицидное излучение, причем площадь внутренней поверхности камеры S связана с площадью поверхности стерилизуемого объекта соотношением S(1-R)≥s, R – эффективный коэффициент отражения бактерицидного излучения по существу всей внутренней поверхности камеры.

Автор заявляемого технического решения основывается на известном факте, что в сферической полости со стенками с высоким коэффициентом диффузного отражения (R→1) излучение в объеме полости распределено равномерно и однородно, то есть излучение одной и той же интенсивности распространяется во всех направлениях, на этом принципе основано применение интегрирующих сфер. Для других геометрий (цилиндр, куб и т.д.), как можно показать, однородность излучения в объеме полости такой формы также достаточно хорошая.

Предлагаемая камера устройства для стерилизации объекта с диффузно отражающей внутренней поверхностью фактически представляет собой описанную выше полость (ниже мы будем использовать выражения «камера» и «полость» как синонимы) и именно однородность излучения, в том числе бактерицидного, во всем объеме полости (близкая интенсивность в любой точке полости и для любого направления распространения излучения) потенциально может позволить обеспечить эффективную стерилизацию всей поверхности объекта в такой полости.

Однако при размещении стерилизуемого объекта в такой камере, причем объекта совсем не точечного, возникает принципиально другая ситуация: находящийся в камере стерилизуемый объект может существенно (и даже кардинально) изменить распределение излучения в полости, существенно нарушив его однородность и изотропность, что не позволяет решить поставленную техническую задачу.

Автором заявляемого технического решения установлено, что для того, чтобы размещенный в камере (фактически в полости) с диффузно отражающей поверхностью объект вносил малое искажение в распределение излучения в камере, необходимо, чтобы площадь поверхности объекта s была существенно меньше площади поверхности камеры S, причем максимальное отношение s/S зависит от эффективного коэффициента отражения поверхности полости R: s/S≤1-R.

Этому соотношению возможно дать качественное объяснение. Излученный в «свободной» (без стерилизуемого объекта) полости фотон до поглощения внутренней поверхностью (стенками) полости испытывает N~1/(1-R) «диффузных перерассеяний» на поверхности полости, эти «перерассеяния» и формируют квазиоднородное распределение света в полости, причем оно тем однороднее, чем ближе эффективный коэффициент отражения к 100%. Если за указанное количество перерассеяний фотон не попадет на стерилизуемый объект, на котором он прежде всего поглощается (поскольку для подавляющего большинства стерилизумых материалов коэффициент отражения бактерицидного излучения достаточно мал), то распределение излучения в полости изменится не слишком сильно и его хорошая однородность сохранится. Для ряда геометрий камеры и объекта («шарик» в шаре, «цилиндрик» в цилиндре) можно показать, что для рассеянного стенками полости фотона вероятность попасть в помещенный в полость объект близка к отношению s/S. Тогда условие N*(s/S)≤1 означает, что в распределение излучения в полости будет определяться прежде всего рассеянием на стенках полости и, следовательно, будет достаточно однородным. Условие N*(s/S)<1 совместно с указанным выше выражением для N эквивалентно сформулированному в пункте 1 формулы изобретения условию s/S≤1-R.

Автором заявляемого изобретения указанное условие распространено на стерилизуемые объекты и камеры устройств для стерилизации любой («разумной») формы.

Таким образом, если заранее известно, какую группу объектов планируется стерилизовать в устройстве для стерилизации, то есть известны максимальные габариты и максимальная площадь поверхности s таких объектов, то указанное условие позволяет определить минимальный приемлемый размер камеры для стерилизации таких объектов согласно заявляемому техническому решению с учетом эффективного коэффициента диффузного рассеяния материала внутренней поверхности полости. Например, пусть известно, что максимальная площадь поверхности стерилизуемого объекта составляет ~1000 см² (объекты – это кубики с максимальным размером стороны 13 см) и эффективный коэффициент диффузного отражения материала камеры для бактерицидного излучения R=0,96. Тогда минимальная площадь внутренней поверхности камеры S≥2,5*10⁴ см², для камеры в форме куба это соответствует стороне ≈65 см. Соответственно, при проектировании камеры ее габарит возможно принять, например, 70÷80 см.

Отметим, что по мере уменьшения отношения s/S однородность излучения в камере устройства для стерилизации объекта возрастает и с этой точки зрения может представляться целесообразным для объектов с заданной максимальной площадью поверхности использовать камеры все большей и большей площади, чтобы обеспечить выполнение условия, например, s/S<(1-R)/100. Однако увеличение размеров камеры при заданной мощности находящегося в ней источника (источников) бактерицидного излучения, как показано ниже, приводит к соответствующему росту времени стерилизации и, таким образом, при избыточном увеличении размера камеры либо существенно увеличивается потребное для стерилизации время при фиксированной мощности света (падает производительность), либо существенно увеличивается потребная для стерилизации мощность при фиксированной длительности стерилизации (падает энергоэффективность). В то же время некоторое увеличение размеров камеры по сравнению со случаем равенства S=s/(1-R) имеет определенный смысл вследствие дополнительного роста однородности облучения объекта при умеренном снижении эффективности или производительности стерилизации.

Дополнительное увеличение размеров камеры, однородности излучения в камере и, следовательно, качества стерилизации без потери эффективности возможно прежде всего при увеличении коэффициента диффузного отражения внутренней поверхности камеры. В связи с этим предпочтительным является использование материалов и/или покрытий (см. ниже) с коэффициентом диффузного отражения не менее 90%, предпочтительно не менее 95% и более, поскольку однородность распределения излучения в камере увеличивается с ростом R.

Проиллюстрируем сказанное простым расчетом в наиболее важном для заявляемого технического решения варианте, когда стерилизуемый объект не слишком сильно искажает распределение излучения в камере. Предполагая, что по существу вся поверхность камеры во время стерилизации объекта (при закрытом «входе») диффузно отражает излучение (такая ситуация является предпочтительной), а стерилизуемый объект излучение полностью поглощает, для интенсивности бактерицидного излучения в камере I можно получить сооотношение, представляющее собой по сути закон сохранения энергии:

W ≈ Is + I(1-R)S (1),

W – мощность источника (источников) бактерицидного излучения в камере. Первое слагаемое в правой части (1) описывает потерю мощности излучения за счет его поглощения объектом стерилизации, а второе слагаемое — потери при диффузном отражении излучения от поверхности камеры. Если объект поглощает бактерицидное излучение не полностью, то слагаемое Is следует заменить на kIs, k≤1 – средний коэффициент поглощения приходящего на поверхность объекта излучения. Существенно это дальнейшие выводы не изменяет и, поскольку обычно k близко к единице, то этот множитель учитываться в дальнейшем не будет, провести соответствующую корректировку не представляет труда.

Из (1) сразу определяется интенсивность излучения в полости и, следовательно, полученная стерилизуемым объектом за время облучения τ поверхностная бактерицидная доза ([1]: поверхностная бактерицидная доза (экспозиция) — поверхностная плотность бактерицидной энергии излучения, то есть отношение энергии бактерицидного излучения к площади облучаемой поверхности):

Hs = Iτ = Wτ/[s + S(1-R)] (2)

Таким образом, при S(1-R)>>s бактерицидная доза обратно пропорциональна площади внутренней поверхности камеры, то есть с ростом S снижается доля бактерицидного излучения, которая попадает на объект и участвует в стерилизации его поверхности. Соответственно, при этом, согласно (2), необходимо увеличивать произведение Wτ, то есть мощность источника (источников) бактерицидного излучения в полости W и/или длительность стерилизационной обработки объекта τ.

Из (2) также следует, что при s=S(1-R), что соответствует максимальной величине отношения s/S, согласно заявляемому техническому решению в стерилизации объекта будет эффективно участвовать половина излучаемой в камере мощности бактерицидного излучения, что автор считает отличным результатом. В этом случае поверхностная бактерицидная доза за время стерилизации τ составит Wτ/2S(1-R), при стерилизации объекта «очень малого» размера в той же камере с теми же источниками питания поверхностная бактерицидная доза будет вдвое больше: Wτ/S(1-R). То есть при изменении размеров объекта в любое число раз (с выполнением для «максимального объекта» условия п. 1 формулы) полученная объектом бактерицидная доза будет отличаться не более чем вдвое. Соответственно, принимая в качестве времени стерилизации для заданной поверхностной бактерицидная доза (то есть для заданной степени стерилизации по определенному микроорганизму или вирусу) величину τ=2S(1-R)Hs/W мы гарантированно обеспечим заданный уровень стерилизации объекта. Аналогично, для выбранных геометрии и площади поверхности камеры S, известному коэффициенту диффузного отражения внутренней поверхности камеры R, а также при заданном максимальном времени стерилизации объекта τ соотношение типа (2) определяет необходимую минимальную среднюю мощность источников бактерицидного излучения в камере: W≥2S(1-R)Hs/τ. Предпочтительным является достаточно короткая длительность стерилизации, например, не более 20 секунд.

Приведем численный пример. Пусть в камере размером 3×3×3 м³ с диффузно отражающей внутренней поверхностью с R=95% (S=54 м², специально укажем, что вся внутренняя поверхность камеры, включая не только боковые стороны, но также «пол» и «потолок» является диффузно отражающей) расположен стерилизуемый объект в виде цилиндра диаметром 25 см высотой 1,6 метра (s=1,35 м², объем такого цилиндра составляет 78,5 литра, что близко к типичному объему взрослого человека и в ~350 раз меньше объема камеры), в этом случае s≈S(1-R)/2 и условие п. 1 формулы изобретения выполняется. Пусть далее в камере также располагается одна или несколько РЛНД (см. ниже) с суммарной мощностью всего W=100 Вт бактерицидного излучения на резонансной длине волны атома ртути 254 нм. Тогда из (1) интенсивность излучения на стерилизуемом объекте составит I≈2,5 мВт/см² и, например, для степени стерилизации золотистого стафилококка 99,9% (по данным [1] для излучения ртутной лампы Hs=6,6 мДж/см²) потребуется время τ=Hs/I~2,6 секунды. Для объекта максимального согласно пункту (1) формулы изобретения размера (точнее, с максимальной площадью поверхности) интенсивность излучения на объекте составит около 1,85 мВт/см² и, соответственно, для степени стерилизации золотистого стафилококка 99,9% потребуется ≈3,6 секунды.

Если приемлемой с точки зрения производительности является продолжительность облучения при стерилизации 20 секунд, то мощность источников бактерицидного излучения в камере может быть снижена в 5,6 раза до 18÷20 Вт. Аналогично, если требуется вдвое большая производительность (время облучения при стерилизации 10 секунд), то мощность источников бактерицидного излучения необходимо увеличить до 35÷40 Вт (вдвое).

Дополнительно обратим внимание на то, что при выполнении пункта 1 формулы заявляемого изобретения время стерилизации слабо зависит от размера стерилизуемого объекта. Например, при s=0,7 м² — вдвое меньше, чем в примере выше и в ~80 раз меньше, чем геометрическая площадь внутренней поверхности камеры) для W=100 Вт интенсивность бактерицидного света на объекте I≈2,9 мВт/см² и τ~2,3 секунды, а при s=0,14 м² — в десять раз меньше, чем в примере выше и почти в 400 раз меньше, чем геометрическая площадь внутренней поверхности камеры) I≈3,5 мВт/см² и τ~1,9 секунды — то есть при изменении площади объекта в 10 раз время стерилизации изменяется менее чем на 30%. Таким образом, дополнительным достоинством заявляемого технического решения является обеспечение близкой поверхностной бактерицидной дозы при одном и том же времени стерилизации существенно разных объектов в одном устройстве для стерилизации.

Таким образом, для заданного размера камеры (S) и материала ее внутренней поверхности (R) необходимое для стерилизации время τ слабо зависит от размеров стерилизуемого объекта (если только он меньше определяемой условием s≤S(1-R) величины) и практически полностью определяется мощностью бактерицидного излучения в камере W и потребной для стерилизации поверхностной бактерицидной дозой Hs.

Здесь необходимо специально подчеркнуть, что для реализации заявляемого технического решения необходим не просто сам по себе высокий (близкий к 1) коэффициент отражения бактерицидного излучения от внутренней поверхности камеры, но именно высокий коэффициент диффузного отражения, что обеспечивает (вместе с условием пункта 1 формулы изобретения) необходимую степень однородности и изотропности излучения в камере устройства для стерилизации объектов.

В предпочтительном варианте реализации заявляемого технического решения с целью обеспечения достаточно высокой производительности средняя мощность источников бактерицидного излучения в камере W выбирается из условия, что поверхностная доза бактерицидного излучения на поверхности камеры Hs [Дж/м²], соответствующая требуемой для стерилизации поверхностной дозе, обеспечивается за время не более 20 с, предпочтительно не более 10 с. В то же время, согласно формуле изобретения, возможно и большее время стерилизации объектов, если это приемлемо для потребителя — при этом снижается максимальная потребляемая источниками света мощность во время обработки объектов, снижается мощность отдельного источника света (если их несколько) и, следовательно, общая стоимость таких источников и эксплуатационные расходы (прежде всего, в случае использования РЛНД, см. ниже).

В предпочтительном варианте реализации заявляемого технического решения в состав устройства для стерилизации объектов входит по меньшей мере один датчик для определения поверхностной бактерицидной дозы, который, в том числе, сразу может быть прокалиброван с учетом бактерицидной эффективности использумого источника (источников) излучения, либо соответствующий пересчет может проводиться входящей в состав устройства системой управления. Укажем, что определение поверхностной бактерицидной дозы в рамках заявляемого технического решения возможно проводить с помощью датчика (датчиков) расположенных не на поверхности стерилизуемого объекта (объектов), а на поверхности камеры и, в том числе, несколькими датчиками, размещенными на разных участках поверхности камеры, что существенно упрощает определение поверхностной бактерицидной дозы. Такая возможность связана, как указано выше, с тем, что при сформулированном условии S(1-R)≥s интенсивность излучения близка во всем объеме камеры и на поверхности как самой камеры, так и объекта (объектов) внутри нее.

Более того, указанное достоинство заявляемого технического решения позволяет с помощью соответствующей системы управления легко обеспечивать заданную дозу бактерицидного облучения за счет отключения излучения, когда бактерицидная доза, согласно показаниям датчиков (например, по среднему значению показаний датчиков), достигает требуемой величины — возможно, с некоторым «гарантированным запасом» ~20%, учитывающим некоторую неоднородность излучения в объеме камеры.

Заметим, что сигнал датчика позволяет также судить о состоянии источников света в камере и о состоянии ее внутренней поверхности, поскольку значительное изменение сигнала может быть связано либо с изменением мощности источников излучения в камере (например, выходом источника из строя) или с состоянием внутренней поверхности (загрязнение значительной части поверхности приведет к изменению эффективного значения коэффициента отражения R).

Отметим, что отключение излучения при достижении необходимой поверхностной бактерицидной дозы не всегда означает выключение источников излучения, особенно в случае РЛНД, для которых обычно имеется два ограничения ресурса работы: по времени (~10.000 часов) и по числу включений (~5000 включений и выключений). Если время одного цикла стерилизации составляет ~10 секунд и после каждого такого цикла лампа будет выключаться, то общий ресурс работы РЛНД составит всего ~15 часов — в сотни раз меньше времени, определяемого, например, деградацией стенок ртутной лампы в процессе ее работы. Кроме того, ртутным лампам низкого давления требуется некоторое время для выхода на рабочий режим после включения. В связи с этим при использовании в заявляемом техническом решении РЛНД предпочтительным может быть их постоянно включенное состояние в течение «рабочего дня» и, при необходимости, блокирование их излучения на то время, когда проводятся подготовительные операции в присутствие обслуживающего персонала, например с помощью специальных раскрывающихся и свертываемых, в том числе автоматически, поглощающих экранов (типа веера или ширмы), «штор» и т.д.

Укажем, что стоимость потребляемой электроэнергии при непрерывной работе описанного устройства для стерилизации объекта с РЛНД в качестве источников бактерицидного света является достаточно низкой. В самом деле, для типичного КПД ртутной лампы низкого давления 25÷35% (~25% для ламп малой мощности, 35% и даже больше — для мощных амальгамных ламп) энергопотребление при общей мощности излучения ртутных ламп 100 Вт (как в описанном выше примере) составляет ~350 Вт. Таким образом, стоимость электроэнергии, потребляемой за час устройством для стерилизации объектов с характерной производительностью 10 секунд/цикл составит ~2÷2,5 рубля при стоимости 1 кВт ч 6÷7 рублей. Соответственно, даже если средняя фактическая продолжительность цикла стерилизации составит во время работы устройства 2 минуты вместо 10 секунд, то стоимость одного цикла стерилизации составит 7÷8 копеек, а за срок службы РЛНД таких циклов будет ~300.000.

Здесь следует указать, что представленные качественные соображения и численные оценки включают и случай, когда одновременно стерилизуемых объектов несколько, в этом случае s – общая площадь их поверхности. Конечно, при этом предполагается, что объекты располагаются в камере «разумно», не слишком затеняя один другого.

Аналогично, в камере может использоваться не один источник бактерицидного излучения, а несколько — например, вместо одной РЛНД с мощностью излучения 100 Вт может быть использовано 6÷7 РЛНД мощностью 15 Вт (например, по одной лампе вблизи центра каждой из граней при кубической форме камеры); вместо двух РЛНД мощностью 100 Вт каждая может быть использовано 12 РЛНД мощностью 15÷18 Вт (по две симметрично расположенных лампы на каждой грани камеры в случае ее кубической формы) и т.д. Использование большего количества ламп, размещенных на разных участках камеры, дополнительно повышает однородность распределения излучения в камере, что вполне может компенсировать некоторое уменьшение эффективности ламп меньшей мощности. Лампы при этом могут иметь различную форму (трубчатые, U-образные — в последнем случае электроды и блоки питания возможно расположить вне камеры), по-разному располагаться относительно поверхности камеры (вдоль поверхности, перпендикулярно поверхности и т.д.), а также на различных участках поверхности камеры.

В рамках заявляемого изобретения также возможно размещение в камере одного или нескольких «резервных» источников бактерицидного излучения, которые включаются при выходе из строя (или снижении мощности) работающих «штатных» источников света — это позволяет сохранить работоспособность устройства до того времени, когда такую вышедшую из строя бактерицидную лампу можно заменить без ущерба для решения выполняемой устройством для стерилизации объектов программы.

Специально укажем, что РЛНД, несмотря на высокий КПД, хороший ресурс и умеренную стоимость, являются не единственным возможным, хотя и, как правило, предпочтительным источником бактерицидного излучения в устройстве для стерилизации объекта. В ряде случаев может быть даже более эффективной стерилизация широкополосным излучением импульсных ксеноновых ламп или излучением других участков ультрафиолетового спектра (в том числе одновременно нескольких полос бактерицидного диапазона) с использованием эксимерных ламп. Здесь механизм инактивации бактерий и вирусов может включать не только воздействие на ДНК или РНК, как в случае РЛНД, но также на белки и другие компоненты клетки и вируса, что в итоге может обеспечить большую эффективность стерилизации, а также, по мнению некоторых исследователей, возможность реализовать существенно более высокую степень дезактивации, например 99,99% и выше при умеренном росте потребной дозы ([2], [4]: K. G. Linden, J. Thurston, R. Schaefer, J.P. Malley, Jr. «Enhanced UV Inactivation of Adenoviruses under Polychromatic UV Lamps». Applied and environmental microbiology, 2007, vol. 73, № 23, p. 7571–7574).

В последние годы разработаны также светодиодные источники света с длиной волны 260-280 нм, которые могут использоваться для задач бактерицидной обработки. Однако малая мощность при весьма высокой стоимости излучателя (сейчас в расчете на единицу генерируемой мощности излучения РЛНД дешевле светодиода в сотни раз), а также низкие КПД (<3÷5%) и ресурс (в пределах нескольких тысяч часов) светодиодов с длиной волны излучения <290 нм пока не позволяет широко использовать такие источники, что тем не менее не означает отсутствие у них перспектив.

В рамках заявляемого технического решения возможно одновременное использование в одном устройстве для стерилизации объекта источников света различной природы, например одновременно одна или несколько РЛНД и импульсно-периодические ксеноновые лампы, одна или несколько РЛНД и эксимерные лампы и т.д.

В качестве определенного недостатка РЛНД следует указать, что (в отличие от эксимерных ламп) ртутные лампы являются для собственного излучения эффективным поглотителем и, соответственно, площадь их поверхности s1 необходимо учитывать при расчете интенсивности излучения в камере, то есть вместо s в (1)-(2) необходимо использовать сумму s+αs1, коэффициент α<1 учитывает тот факт, что часть поглощенного ртутной лампой света снова переизлучается, в типичной ситуации камеры с диффузно отражающей поверхностью с высоким коэффициентом отражения, оказывается, α~0,5. Однако в рамках заявляемого технического решения, как правило, αs1<<S(1-R) и поэтому обратное влияние РЛНД на свойства излучения в камере незначительно. В самом деле, в примере выше, когда для камеры с S=54 м² необходимая мощность излучения РЛНД составляет 100 Вт, указанная мощность излучения требует общей длины лампы (нескольких ламп) не более 140÷150 см при диаметре 19 мм, что соответствует s1~0,09 м² и αs1<0,05 м². Таким образом, площадь внутренней поверхности камеры превосходит площадь поверхности РЛНД более чем в 1000 раз и при R=95% условие αs1<< S(1-R) выполняется с достаточным запасом (больше 50 раз).

Здесь также отметим, что заявляемое техническое решение может использоваться для стерилизации объектов заведомо меньшего размера, чем в приведенном выше примере (диаметр 25 см, высота 1,6 метра, площадь поверхности ~1 м²). Однако, как указано выше, в этом случае размер камеры устройства для стерилизации и потребная мощность источника (источников) бактерицидного излучения целесообразно существенно уменьшить, то есть оптимальный размер камеры связан с размерами тех объектов, которые планируется стерилизовать, и меньшему размеру объектов соответствует и меньший размер камеры, а также меньшая мощность используемых в устройстве стерилизации объектов источников излучения. Например, если стерилизуемый объект «вписывается» в цилиндр диаметром 10÷12 см и длиной 25÷30 см, а площадь его поверхности s не больше ~0,1 м², то при R=95% достаточной будет площадь внутренней поверхности камеры S≥2 м², в случае кубической формы камеры достаточной будет сторона куба, например 70 см. В такой камере с S=2,9 м² (сторона куба 70 см) при использовании РЛНД для степени стерилизации по золотистому стафилококку 99,9% за 10 секунд необходима мощность бактерицидного излучения до 2 Вт — такая мощность может быть получена, например, от одной U-образной РЛНД Osram HNS S/E 7W 4P 2G7, излучающей 1,9 Вт при потребляемой мощности около 6,5 Вт. Соответственно, три такие лампы с энергопотреблением до 20 Вт обеспечат характерное время стерилизации объекта около трех секунд. Укажем, что лампа имеет диаметр трубки 13 мм при длине ~150 мм, то есть площадь ее боковой поверхности s1 составляет ~0,006 м², αs1≈0,003 м², что и в этом случае в ~1000 раз меньше площади внутренней поверхности камеры.

Для еще меньших объектов (например, апельсин, банан, баночка сметаны, пачка творога, пакет молока и т.д.) размер камеры может быть еще заметно меньше, как и потребная мощность бактерицидного излучения. Здесь отметим, что серийно не выпускаются РЛНД с мощностью излучения меньше 1 Вт и при использовании нескольких таких ламп в камере относительно небольшого размера необходимая поверхностная доза бактерицидного излучения будет достигнута практически мгновенно (быстрее, чем за секунду).

Следует указать, что в качестве поглощающих бактерицидное излучение поверхностей необходимо также рассматривать и электродные узлы источников света, системы их крепления в камере, расположенные внутри камеры технологические элементы, например, воздуховоды, отверстия для наддува или откачки воздуха (например, с целью удаления пыли из камеры, поскольку оседающая на поверхности камеры пыль постепенно снижает эффективный коэффициент диффузного отражения), щели и пр. Соответственно, в (1)-(2) необходимо вввести слагаемое типа ISΣ, SΣ — суммарная площадь поверхности таких элементов (в общем случае при неполном поглощении бактерицидного излучения такими элементами и здесь вводится соответствующий коэффициент β<1). Однако для основного в настоящем заявляемом техническом решении варианта требуется выполнение условия SΣ<<S(1-R), когда поглощающие поверхности не оказывают заметного влияния на работу устройства для стерилизации. Такое условие может быть выполнено и оно как раз и означает, что, как указано в формуле изобретения, «по существу вся внутренняя поверхность камеры выполнена диффузно отражающей бактерицидное излучение».

С целью надежной реализации условия SΣ<<S(1-R) поверхности, которые не имеют высокий коэффициент диффузного отражения бактерицидного излучения, или их большую часть следует «закрывать» (экранировать) материалами с высоким коэффициентом диффузного отражения, например, размещать воздуховоды во фторопластовых оболочках (о фторопласте см. ниже). Соответственно, по возможности следует избегать размещения в камере тех элементов устройства для стерилизации объекта, которые могут располагаться вне ее, как-то: блоки питания источников бактерицидного излучения, насосы систем воздухообеспечения и т.д.

При качественном обосновании сформулированного в пункте 1 формулы изобретения условия и последующих оценках (1)-(2) использовалось предположение, что излучение в камере теряется за счет поглощения либо ее внутренней поверхностью с фактором (1-R), либо поверхностью объекта, выше мы также указали, что в предпочтительном варианте площадь не диффузно рассеивающих поверхностей камеры достаточно мала. Фактически это означает, что мы не учитываем в балансе энергии поглощение бактерицидного излучения в объеме камеры даже на длине пробега фотонов ~l/(1-R), l – характерный линейный размер камеры. То есть не учитывается поглощение в воздухе даже при длине пробега фотонов ~60 метров и более (при l~3÷5 м и R=0,95, как в примере выше, 5 метров — большая диагональ куба со стороной 3 метра). Такое предположение корректно для излучения в области 240÷280 нм, то есть в области максимума бактерицидной эффективности, в том числе для излучения РЛНД, поскольку воздух сам по себе прозрачен для такого излучения (прозрачны азот, кислород, пары воды, углекислый газ, аргон и т.д.). Здесь необходимо принять некоторые меры для минимизации концентрации озона в камере, который может нарабатываться, например, высоковольтными блоками питания источников света (их предпочтительно располагать вне камеры) или самими источниками света, если они излучают не только в бактерицидном, но и ВУФ диапазоне (например, необходимо использовать безозоновые РЛНД). Ограничение на концентрацию озона определяется условием L>l/(1-R), предпочтительно L>>l/(1-R), L – длина пробега бактерицидного излучения в воздухе вследствие поглощения озоном. Поскольку L=1/[N]σ, здесь [N] – концентрация озона, σ~10-17 см² — характерное сечение поглощения озона в бактерицидном диапазоне (для длины волны РЛНД σ≈1,15*10^-17 см²), то предпочтительная концентрация озона в камере [N]<<(1-R)/lσ и для приведенного выше примера достаточно большой камеры с l=3 м и R=0,95 получаем [N]<<1,5*10¹³ см^-3 или [N]<<0,5 ppm. Указанное условие не является «жестким» и трудно выполнимым, поскольку уже ПДК озона в воздухе рабочей зоны в 10 раз меньше — около 0,05 ppm, а типичный порог восприятия запаха озона средним человеком 0,01 ppm или еще меньше.

Известен ряд материалов, обеспечивающих высокий коэффициент диффузного отражения излучения бактерицидного диапазона прежде всего за счет многократного его перерассеяния в оптически неоднородном прозрачном материале (металлы имеют в области 250 нм низкие коэффициента отражения). В частности, можно указать экспандированный фторопласт (e-PTFE), обеспечивающий R~96% и даже больше за счет многократного перерассеяния на границах пора-фторопласт при толщине уже 1,5÷2 мм, спектралон с R~98% компании LABSPHERE, INC. и т.д. Кроме того, с целью реализации необходимого уровня диффузного рассеяния возможно использование соответствующих покрытий на материале, который сам по себе может не быть диффузно расеивающим или вообще плохо отражать бактерицидное излучение — например, покрытие типа Spectraflect® той же компании с эффективным коэффициентом диффузного отражения около 93% ([5]: https://www.labsphere.com/labsphere-products-solutions/materials-coatings-2/coatings-materials/spectraflect/). В этом случае сама камера устройства для стерилизации объектов может быть выполнена из широкой гаммы материалов от пластиков до металлов с нанесенным на ее внутреннюю поверхность такого типа диффузно рассеивающим покрытием.

Из более дешевых материалов для выполнения полости облучателя укажем первичный фторопласт-4 (PTFE), обеспечивающий при толщине 4÷5 мм эффективный коэффициент диффузного отражения не меньше 92÷94%. Такого рода листы могут быть как конструкционным элементом камеры сами по себе, так и прикрепляться изнутри к несущим элементам ее конструкции.

Вариант, когда внешний слой камеры выполнен из непрозрачного для УФ излучения материала (как и устройство для стерилизации объекта в целом), является предпочтительным и основным, в том числе, в связи с требованиями безопасности. Это может быть реализовано различными способами, например:

- корпус камеры выполнен из непрозрачного для бактерицидного излучения материала, на внутреннюю поверхность камеры нанесено диффузно рассеивающее покрытие или с внутренней стороны камеры прикреплен слой диффузно рассеивающего материала: слой экспандированного фторопласта, слой обычного фторопласта и т.д.;

- корпус камеры выполнен из диффузно рассеивающего конструкционного материала (например, фторопластовых листов достаточной толщины), на внешнюю поверхность которых нанесен слой поглощающего бактерицидное излучение материала — это может быть слой пластика, металлический слой (достаточно фольги толщиной 10÷20 мкм) или краска.

Заметим, что для диффузно-отражающей поверхности «отражение» падающего излучения происходит под углами, отличающимся от зеркального, именно такие поверхности называют также рассеивающими. Для идеальной диффузно отражающей (рассеивающей) поверхности выполняется известный закон Ламберта: яркость такой поверхности одинакова во всех направлениях. Реально не существует материалов, «отражающих» свет в точном соответствии с законом Ламберта, обычно в отраженном (то есть не поглощенном и не прошедшем сквозь слой материала) свете есть как зеркальная, так и диффузная компоненты. Под диффузно-отражающей поверхностью в настоящем техническом решении, включая все пункты формулы изобретения, мы понимаем по существу диффузно-отражающую поверхность — такую, для которой диффузная составляющая рассеянного (отраженного) света существенно превосходит зеркальную составляющую, например такую поверхность, для которой доля диффузной составляющей в отраженном свете превосходит 3/4 (≥75%). Например, при нормальном падении излучения ртутной лампы на фторопласт с коэффициентом преломления около 1,4 коэффициент зеркального (френелевского) отражения ~2,8% при полном эффективном коэффициенте отражения не менее 92% — для фторопласта диффузная составляющая в отраженном фторопластом свете превышает 96%.

Для реализации заявляемого технического решения существенно не только то, что диффузное отражение позволяет получить недостижимый для зеркального отражения в области длин волн ~260 нм коэффициент отражения >90%, но и, как указывалось выше, эффективно «перемешать» излучение в камере устройства для стерилизации объекта.

Как следует из(1)-(2) интенсивность излучения на поверхности и в объеме камеры устройства для стерилизации объекта согласно заявляемому техническому решению многократно превосходит интенсивность W/(S+s)≈W/S, которая была бы без эффективного диффузного отражения излучения внутренней поверхностью камеры (поскольку S>>s). В пределе для s<<S(1-R) выигрыш составляет 1/(1-R) и, очевидно, обусловлен соответствующим увеличением «времени жизни» фотонов в камере по сравнению со случаем «свободного пространства» или камеры с поглощающей излучение внутренней поверхностью

Используя (1), находим, что эффективный рост мощности излучения в камере K составляет

K ≈1/(1-R+s/S) (3)

и уменьшается с ростом отношения s/S. Для максимально возможного отношения s/S согласно формуле изобретения K≈1/2(1-R), для малых стерилизуемых объектов усиление вдвое больше K≈1/(1-R).

Это означает, что за время стерилизации объекта τ эффективная объемная бактерицидная доза для воздуха в камере составит не Wτ/V, а KWτ/V (V – объем камеры). Используя (2), находим простую и красивую связь объемной бактерицидной дозы Ev в однородно заполненной излучением камере за время стерилизации объекта с поверхностной дозой Hs:

Ev=(S/V)Hs (4)

Для кубической формы камеры S/V=6/b (b – сторона куба), для сферической формы S/V=6/D (D – диаметр сферы), в общем случае аналогично можно положить S/V=6/d, где d — характерный линейный размер камеры (это можно рассматривать и как определение такого характерного размера). Тогда из (4) Еv≈6Hs/d.

Для камеры с d=3 метра (из примера выше) при воздействии на золотистый стафилококк с потребной для степени стерилизации объекта 99,9% поверхностной бактерицидной дозой Hs=66 Дж/м² объемная бактерицидная доза составит Ev=132 Дж/м³, что соответствует степени стерилизации в объеме около 90% ([1]), при этом степени стерилизации в объеме 99,9% соответствует объемная бактерицидная доза Нv≈386 Дж/м³ – практически ровно втрое больше). Тогда, поскольку при втрое большей объемной бактерицидной дозе степень стерилизации воздуха по золотистому стафиолококку также составляет 99,9%, находим: если за один цикл стерилизации объекта воздух в камере обновляется не больше, чем на ⅓, то в камере устройства для стерилизации объекта будет обеспечена и стерилизация воздуха по золотистому стафилококку не хуже 99,9%.

Соответственно, это означает, что воздухообмен между камерой и окружающим пространством в описанной ситуации в предпочтительном варианте следует ограничить для того, чтобы в итоге обеспечить в объеме камеры степень стерилизации не хуже, чем на поверхности объекта. Стерилизация воздуха в объеме камере может быть существенной, например, в случае, когда после стерилизации поверхности объекта микроорганизмы могут снова попасть на поверхность из окружающего воздуха и корректное ограничение воздухообмена позволяет полностью решить эту проблему.

Соответственно, в предпочтительном варианте реализации устройство для стерилизации объекта включает систему воздухообмена с внешней для камеры средой, причем воздухообмен v [м³] за один цикл стерилизации объекта, как следует из (4), удовлетворяет условию v≤V*(Ev/Hv) или v≤SHs/Hv.

Здесь необходимо сделать два замечания:

1. У подавляющего большинства бактерий и вирусов отношение 6Hs/Hv для одной и той же степени стерилизации 99,9% соответствует практически одному линейному размеру. В частности, по данным [1], указанное отношение составляет 1,03 метра для: кишечной палочки (Escherichia coli), столбнячной палочки (Clostridium tetani), туберкулезной палочки (палочки Коха, Mycobacterium tuberculósis), холерного вибриона (Vibrio cholerae), вируса гриппа (Influenza virus), вируса полиомиелита (Poliovirus), ротавируса (Rotavirus), золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) и т.д., включая даже вирус табачной мозаики (Ttobacco mosaic virus), для которого Hs в ~65 раз больше, чем у вируса гриппа. Это означает, что для камеры заданных размеров и формы при достижении степени стерилизации поверхности объекта 99,9% такая же степень объемной стерилизации для того же самого микроорганизма или вируса будет достигнута при одной и то же доле обновляемого за один цикл воздуха в камере.

Например, для камеры с d=3 метра за один цикл стерилизации возможно обновление ≈1/3 объема камеры или около 9 м³ за один цикл стерилизации. При длительности цикла 10 секунд средняя скорость воздухообмена может составить 0,9 м³/с или более 3200 кубометров в час, что соответствует достаточно высокой скорости воздухообмена.

То есть, несмотря на ограничение воздухообмена, заявляемое устройство для стерилизации объекта одновременно может обеспечить качественную стерилизацию как поверхности объекта, так и окружающего его воздуха с достаточно высокой производительностью.

2. Поскольку Hv/Hs~1/d, то при уменьшении размера камеры степень объемной стерилизации (объемная бактерицидная доза) будет увеличиваться при заданной степени стерилизации поверхности (заданной поверхностной бактерицидной дозе). В частности, для всех упомянутых в п. 1 микроорганизмов в камере с d≤1 метр будут одновременно достигнуты объемная и поверхностная степени стерилизации 99,9% и еще более высокая степень объемной стерилизации при степени поверхностной стерилизации 99,9% в камерах меньшего размера. В этом случае ограничение воздухообмена между камерой и внешней средой в течение цикла стерилизации объекта практически снимается.

Таким образом, для известного размера объекта (s), типа стерилизуемых микроорганизмов (Hs, Hv, для нескольких различных микроорганизмов необходимо выбирать максимальные значения доз), выбранного материала внутренней поверхности камеры (R) и заданной производительности (τ) возможно последовательно определить габариты камеры устройства для стерилизации объекта (S, V для выбранной формы камеры), потребную общую мощность источников бактерицидного излучения (W), принять решение об их количестве и типе, то есть определить требования к их источникам питания и подводимой к камере мощности, а затем и требования к системе воздухообмена (v).

Заметим, что при необходимости обеспечить требуемый уровень объемной стерилизации в камерах большого размера (объема) может быть соответствующим образом увеличена длительность отдельного цикла стерилизации объекта или мощность используемых источников излучения, при этом степень стерилизации поверхности будет больше. В том числе, при использовании нескольких источников света в зависимости от текущей ситуации может одновременно включаться их разное количество (и/или регулироваться мощность отдельного источника света — это легко осуществимо с эксимерными лампами или светодиодными источниками, несколько сложнее в случае РЛНД) и таким образом регулироваться мощность излучения в камере.

Проведенное рассмотрение позволяет указать на возможность использования заявляемого устройства для стерилизации объекта в качестве переходного «шлюза» из «зараженной» (содержащей значительное количество микроорганизмов) области в «чистую».

В этом случае объект (в том числе человек) вносится (входит) в камеру устройства для стерилизации объекта с «зараженной» стороны» и затем после цикла стерилизации переносится (переходит) в «чистую» область. Соответственно, в камере имеются по меньшей мере два «входа» для размещения объекта в камере (в частности, фактически «вход» и «выход»), а циклограмма работы устройства может выглядеть следующим образом: при закрытом «выходе» открывается «вход» и в камеру помещается объект (входит человек) → закрывается «вход» и проводится стерилизация объекта → открывается «выход» и объект переносится (человек переходит) в «чистую» область → закрывается «выход» и цикл может повторяться.

При «входе» в камеру в нее также попадает очередная порция воздуха из зараженной области, а при «выходе» из камеры очередная порция стерилизованного воздуха вносится в «чистую» зону, принцип ограничения (вплоть до герметизации камеры на время цикла стерилизации) и выбора оптимального режима воздухообмена в зависимости от геометрических размеров, мощности бактерицидного излучения и выбранных поверхностной или объемной дозы и степени стерилизации описан выше, для конкретного варианта реализации воздухообмена он может быть уточнен экспериментально.

Обращенная к камере сторона «входа» и «выхода» выполняется диффузно отражающей, чтобы увеличить долю поверхности камеры с диффузным отражением. В качестве «входа» и «выхода» могут использоваться стандартные «распашные» двери на петлях, это могут быть раздвижные двери (типа «шкафа-купе»), это даже могут быть шторы - занавес со слоем диффузно-рассеивающего материала типа ткани (например, слой экспандированного фторопласта толщиной от одного до нескольких миллиметров) и т.д. Далее, «вход» и «выход» могут открываться и закрываться вручную, автоматически (на время, соответствующее длительности цикла стерилизации) и т.д.

Аналогично, в течение цикла стерилизации объект в камере может перемещаться от «входа» в камеру к «выходу» из нее (человек может проходить от «входа» к «выходу»), здесь используется то свойство заявляемого устройства, что бактерицидное излучение заполняет весь объем камеры с хорошей степенью однородности.

Более того, в таком «проходном» режиме работы камеры мощность излучения в ней может быть выбрана таким образом, чтобы длительность цикла стерилизации соответствовала времени перемещения стерилизуемого объекта (прохода человека) от «входа» к «выходу» (вероятно, с некоторым «запасом» по бактерицидной дозе). Здесь также полезным является то обстоятельство, что при открытом «входе» или «выходе» интенсивность излучения в камере сразу существенно и даже кратно снижается (открытая часть поверхности камеры эквивалентна поглощающей поверхности и резко увеличивает световые потери).

Конкретная реализация «входа» и «выхода» камеры, оптимального воздухообмена (включая возможности герметизации камеры на время проведения стерилизации и отключения воздухообмена при неработающем устройстве для стерилизации объекта), а также циклограммы его работы могут быть различными и не являются предметом настоящего технического решения так же, как и способы очистки камеры от накапливающейся пыли и грязи, выполнения поддерживающих решеток из диффузно рассеивающего материала для размещения на них объектов стерилизации и т.д. и т.п.

Такого рода камеры для стерилизации объекта, в том числе в качестве переходного «шлюза», могут представлять интерес для медицины катастроф и МЧС, они могут устанавливаться на входе в операционные блоки, инфекционные палаты и т.д. К достоинствам такого рода устройств для стерилизации относятся также абсолютная стерильность самого «стерилизующего агента» — излучения, а также быстрота инактивации биологических объектов: если потребная для стерилизации бактерицидная доза (как поверхностная, так и объемная) реализованы даже в короткий срок, например за 1 секунду, то инактивация гарантирована. Кроме того, поскольку в подавляющем большинстве случаев необходимые бактерицидные дозы относительно невелики, то сколько-нибудь заметного вреда пребывание человека в камере для стерилизации объектов не нанесет (см. допустимые дозы в [1]), возможно, потребуется только защита для глаз, которой могут быть очки с обычным стеклом (или закрытые глаза).

В более простых случаях, особенно для камер небольших габаритов, в камере может быть один «вход», через который объект стерилизации как вносится (входит) в камеру, так и извлекается (выходит) из нее. Однако и в этом случае на время стерилизации объекта соответствующая «входу» площадь тем или иным способом (например, как описано выше) «закрывается» (например, это может быть дверца) диффузно рассеивающей поверхностью с высоким эффективным коэффициентом отражения — предпочтительно не меньше, чем коэффициент диффузного отражения основной части внутренней поверхности камеры.

Отметим также, что, для блокировки выхода бактерицидного излучения из устройства для стерилизации объекта при непрерывной работе источников излучения, у «входа» и «выхода» из камеры могут размещаться специальные «ловушки» для УФ излучения. Известно большое количество вариантов их реализации, например, это может быть соответствующий занавес или короткий «коридор» с поворотом на угол ~ 90о со стенками из поглощающего УФ излучение материала.

Таким образом, предлагаемое техническое решение при низких эксплуатационных затратах и малом энергопотреблении обеспечивает резкое увеличение качества и однородности стерилизации всей поверхности объекта бактерицидным излучением, возможность быстро обрабатывать большие объекты достаточно сложной формы, включая в ряде случаев и стерилизацию людей (инактивацию микроорганизмов и вирусов на их поверхности), а также обеспечить одновоременно со стерилизацией поверхности объекта достаточно высокую производительность эффективной стерилизации воздуха.

Заявляемое техническое решение применимо к различным конкретным источникам бактерицидного света и способам их питания (непрерывный разряд постоянного тока, импульсно-периодический разряд с разной формой отдельного импульса и с разной частотой их следования и т.д.), геометрии излучателя (трубчатая лампа, шаровая лампа, U-образная лампа и т.д.), количеству и конкретному размещению источников света в камере, материалам, из которого изготовлены лампы (например, импульсная ксеноновая лампа из лейкосапфира может обеспечить большую мощность излучения в бактерицидном диапазоне), форме, размеру и вариантам изготовления камеры с диффузно отражающей внутренней поверхностью и устройства для стерилизации и объектов в целом, способам реализации диффузного отражения материала, из которого изготовлена камера или ее внутренний слой (изготовленный по разным технологиям фторопласт, экспандированный фторопласт и пр.), в том числе соответствующего покрытия на выбранном из других соображений материале, а также комбинация указанных решений. То же относится к реализации того или иного варианта датчиков для контроля бактерицидной дозы и их количеству, алгоритму работы системы управления устройством, включая возможности перемещения или вращения стерилизуемого объекта в камере, конкретному расположению «входа» и «выхода» камеры и механизмов организации их работы в цикле стерилизации, обеспечивающих высокий коэффициент диффузного отражения на время стерилизации объекта при коротком времени открытия-закрытия, циклограммы работы устройства для стерилизации объектов, системы воздухообмена (если она имеется) и т.д.

Для удовлетворения каких-либо возможных конкретных требований могут быть выполнены очевидные для квалифицированных специалистов в этой области изменения описанных выше вариантов реализации заявляемого технического решения без изменения его существа в соответствии с формулой изобретения.

Изобретение относится стерилизации объектов ультрафиолетовым излучением. Устройство для стерилизации объекта с площадью поверхности не больше s включает камеру с входом для размещения объекта в камере, закрывающимся на время стерилизации объекта, и размещенный в камере по меньшей мере один источник бактерицидного излучения. При этом по существу вся внутренняя поверхность камеры выполнена диффузно отражающей бактерицидное излучение, причем площадь внутренней поверхности камеры S связана с площадью поверхности стерилизуемого объекта соотношением S(1-R)≥s, R – эффективный коэффициент отражения бактерицидного излучения по существу всей внутренней поверхности камеры. Изобретение обеспечивает повышение качества и однородности стерилизации всей поверхности объекта бактерицидным излучением, возможность обеспечить стерилизацию объектов широкого размерного ряда за близкое время, а также возможность быстро обрабатывать большие объекты достаточно сложной формы. 7 з.п. ф-лы.

1. Устройство для стерилизации объекта с площадью поверхности не больше s, включающее камеру с входом для размещения объекта в камере, закрывающимся на время стерилизации объекта, и размещенный в камере по меньшей мере один источник бактерицидного излучения, отличающееся тем, что по существу вся внутренняя поверхность камеры выполнена диффузно отражающей бактерицидное излучение, причем площадь внутренней поверхности камеры S связана с площадью поверхности стерилизуемого объекта соотношением S(1-R)≥s, R – эффективный коэффициент отражения бактерицидного излучения по существу всей внутренней поверхности камеры.

2. Устройство для стерилизации объекта по п. 1, отличающееся тем, что коэффициент диффузного отражения по существу всей внутренней поверхности камеры R составляет не менее 0,9, предпочтительно не менее 0,95.

3. Устройство для стерилизации объекта по п. 1, отличающееся тем, что включает по меньшей мере один датчик для определения поверхностной бактерицидной дозы.

4. Устройство стерилизации объекта по п. 3, отличающееся тем, что по меньшей мере один датчик расположен на внутренней поверхности камеры.

5. Устройство для стерилизации объекта по п. 1, отличающееся тем, что средняя мощность источников бактерицидного излучения в камере W удовлетворяет соотношению W≥2S(1-R)H_s/τ, H_s [Дж/м²] – потребная для стерилизации объектов поверхностная бактерицидная доза, τ [c] — время стерилизации объекта, предпочтительно не более 20 с.

6. Устройство для стерилизации объекта по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере один источник бактерицидного излучения в камере представляет собой ртутную лампу низкого давления.

7. Устройство для стерилизации объекта по п. 1, отличающееся тем, что включает систему воздухообмена с внешней для камеры средой, причем воздухообмен v [м³] за один цикл стерилизации объекта удовлетворяет соотношению v≤SH_s/H_v, H_v [Дж/м³] - потребная для стерилизации воздуха в камере объемная бактерицидная доза.

8. Устройство для стерилизации объекта по п. 1, отличающееся тем, что имеет дополнительный вход для размещения объекта в камере.