Устройство для дезинфекции рук, поверхностей предметов и воздуха Российский патент 2021 года по МПК A61L2/14 B01J19/08 H01J37/32 

Область техники

Изобретение относится к электрическим газоразрядным приборам, в частности к газоразрядным приборам с электромагнитами для ввода объектов или материалов, подлежащих воздействию газового разряда, а именно устройствам для дезинфекции рук, поверхностей предметов и воздуха, в частности устройствам, генерирующим плазму токов высокой частоты атмосферного давления, активирующей (возбуждающей молекулы и запуская химические превращения) рабочее тело, в частности поток нетермического водяного пара, который оказывает дезинфицирующее воздействие на поверхности рук, поверхности предметов и воздух.

Уровень техники

Известен аналог – изобретение Sanitizing hand dryer (патент US10548439B2, опубл. 04.03.2020). Изобретение относится к сушильным устройствам, в частности, к сушильным устройствам при помощи нагретого воздуха. Изобретение включает корпус сушильного устройства с входным отверстием для воздуха и выходным соплом, воздушный фильтр, вентилятор, нагреватель воздуха, датчик движения, генератор ионов, по крайней мере одного из устройств на входе в устройство воздушного потока - генератор озона, ультрафиолетовый облучатель, фотокаталитический окислитель.

Недостатком является то, что используемый в изобретении генератор ионов представляет собой сетку из проволочных электродов под высоким напряжением, в котором в процессе работы проволочные электроды начнут испаряться, аблировать, эродировать, распыляться, окисляться под воздействием плазменного разряда, генерируемого ими, таким образом, приводя к возникновению опасности попадания мелких частиц материала проволочных электродов на обрабатываемые поверхности, их попадания в органы дыхания, приводя к возникновению угрозы жизни и здоровью человека и к деградации характеристик генератора ионов со временем эксплуатации. Также использование открытых в атмосферу проволочных электродов, находящихся под высоким напряжением, может привести к возникновению газовых разрядов, в частности дугового разряда, который характеризуется высокими токами, между проволочными электродами и поверхностями устройства и/или обрабатываемыми поверхностями, приводя к угрозе жизни и здоровью использующего такое устройство человека. Используемый в изобретении генератор ионов не способен приводить к возникновению дезинфицирующего эффекта на обрабатываемые поверхности, т.к. образуемые генератором ионов ионы составляющих газов атмосферного воздуха, которые должны осуществлять дезинфекцию, быстро рекомбинируют с электронами обратно в атом или молекулу в основном состоянии, т.е. в невозбужденный или неионизированный атом или молекулу, т.к. длина свободного пробега молекул в воздухе атмосферного давления 10⁵ Па составляет 4,5-5*10^-4 м, что значительно превышает физически осуществимое в предлагаемой конфигурации устройства в изобретении расстояние между генератором ионов и обрабатываемыми поверхностями.

Известен аналог - изобретение Hand dryer (патент US 8607472 B2, опубл. 17.12.2013). Изобретение относится к сушильным устройствам, в частности, к сушильным устройствам при помощи нагретого воздуха. Изобретение включает отверстие забора воздуха, генератор ионов, зону для обработки рук, генератор воздушных потоков высокого давления, выходное отверстие воздуха высокого давления в зону для обработки рук, детектор движения, таймер.

Недостатком является то, что используемый в изобретении генератор ионов представляет собой магнитоплазменный генератор плазмы коаксиальной геометрии, в котором в процессе работы происходит испарение, абляция, эрозия, распыление его электродов под воздействием плазменного разряда, генерируемого им. Стоит отметить, что магнитоплазменные генераторы плазмы, в частности, используются в космических абляционных импульсных плазменных двигателях и в магнитоплазменных компрессорах как раз за свойство испарять материалы в приэлектродных областях и ускорять образованные частицы испаренного материала для создания тяги или для технологического применения. Таким образом, использование магнитоплазменного генератора плазмы в качестве генератора ионов приводит к возникновению опасности попадания мелких частиц материала, составляющего электроды, на обрабатываемые поверхности, их попадание в органы дыхания, приводя к возникновению угрозы жизни и здоровью человека и деградации характеристик генератора ионов со временем эксплуатации. Также использование открытых в атмосферу электродов магнитоплазменного генератора плазмы, который в данном изобретении выступает в качестве генератора ионов, электроды которого для функционирования должны находиться под высоким напряжением, может привести к возникновению газовых разрядов, в частности дугового разряда, который характеризуется высокими токами, между электродами и поверхностями устройства и/или обрабатываемыми поверхностями, приводя к угрозе жизни и здоровью использующего такое устройство человека. Используемый в изобретении генератор ионов не способен приводить к возникновению дезинфицирующего эффекта на обрабатываемые поверхности, т.к. образуемые генератором ионов ионы составляющих газов атмосферного воздуха, которые должны осуществлять дезинфекцию, быстро рекомбинируют с электронами обратно в атом или молекулу в основном состоянии, т.е. в невозбужденный или неионизированный атом или молекулу, т.к. длина свободного пробега молекул в воздухе атмосферного давления 10⁵ Па составляет 4,5-5*10^-4 м, что значительно превышает физически осуществимое в предлагаемой конфигурации устройства в изобретении, в частности, длинный изгибающийся канал, расстояние между генератором ионов и обрабатываемыми поверхностями. Также в изобретении предполагается, что образованные генератором ионов ионы будут подхватываться воздушным потоком высокого давления, т.е. более высокой плотности частиц по сравнению с воздухом атмосферного давления, что приведет к еще более быстрой рекомбинации образованных ионов генератором ионов.

Известен ближайший аналог (прототип) - изобретение Cold plasma jet hand sanitizer (патент US 9387269 B2, опубл. 12.07.2016). Изобретение относится к высокочастотным генераторам газового разряда, использующим определенный тип электромагнитных волн, в частности, поляризованные электромагнитные волны. Изобретение включает корпус устройства, высокочастотный генератор высокого напряжения, два газовых манифольда со множеством выходных отверстий, множество проволочных электродов.

Недостатком является то, что в изобретении используются проволочные электроды для генерации плазмы, которые открыты в атмосферу, что приведет в процессе работы к тому, что проволочные электроды начнут испаряться, аблировать, эродировать, распыляться под воздействием плазменного разряда, создающегося ими, таким образом, приводя к возникновению опасности попадания мелких частиц материала, из которого выполнены электроды, на обрабатываемые поверхности, их попадание в органы дыхания, приводя к возникновению угрозы жизни и здоровью человека и деградации характеристик генератора плазмы со временем эксплуатации, приводя к некорректным режимам работы и резкому снижению ресурса работы. Представленная в изобретении конфигурация расположения проволочных электродов, т.е. их расположение на одной оси концевыми частями проволочек напротив друг друга, может привести к образованию стримерного разряда, т.е. возникновению плазменной искры, между ними, и, вследствие того, что при протекании процессов в газовых разрядах, в частности, при возникновении длинных токопроводящих каналов между двумя неизолированными электродами будет происходить возрастание силы тока и уменьшение напряжения вследствие увеличения удельной электропроводности пространства между электродами, будет образовываться дуговой разряд, характеризующийся высокими силами тока, что приведет к серьезной опасности для жизни человека, использующего такое устройство. Дуговой разряд при указанной геометрии электродов в изобретении, т.е. когда электроды, открытые в атмосферу, имеют направленные друг к другу заостренные концы, может возникнуть в диапазоне частот от 0 до 1 МГц, при этом свыше 1 МГц будут образованы емкостной высокочастотный разряд и по мере увеличения частоты питающего тока до указанных в изобретении 10 ГГц сверхвысокочастотный разряд, которые помимо опасности прямого поражения обрабатываемой поверхности электрическим током приведут к появлению опасных для человека электромагнитных излучений высокой и сверхвысокой частот. В представленной в изобретении конфигурации электродов, т.е. проволочных электродов, находящихся в открытой атмосфере, вследствие процессов ионизации газов атмосферного воздуха возможно образование озона, который в достаточно малых количествах, а именно 1 мг/м³, наносит вред человеческому организму. При подаче на электроды токов сверхвысокочастотного диапазона, т.е. токов частотой от 300 МГц, в дополнении к возникновению озона, который может попасть в органы дыхания человека, появится вредное воздействие электромагнитных волн и ультрафиолетового излучения. Использование в изобретении рабочего тела, т.е. газа, для образования плазменных потоков, оказывающих дезинфицирующее воздействие на обрабатываемые поверхности, приведет к увеличению занимаемых им массы и объема, т.е. увеличению массогабаритных характеристик. Также, упомянутые для работы в изобретении газы, такие как гелий и аргон требуют наличия баллонов под давлением, которые будут приводить к сложностям в эксплуатации. Следует отметить, что в конфигурации электродов, представленной в изобретении, будет образовываться некоторое количества ионов, способных достигнуть обрабатываемой поверхности рук или предметов, и, потенциально, приводить к их обеззараживанию, однако, такая обработка будет неравномерной вследствие анатомических характеристик рук или геометрических характеристик обрабатываемых предметов ввиду наличия неровностей на их поверхностях, заключающихся в выпуклостях, впадинах, изгибах и других. Таким образом, достигшие обрабатываемых поверхностей ионы будут неравномерно распределяться по ним, приводя в одних местах к повреждению поверхностей рук или предметов, а в других к неудовлетворительным результатам дезинфекции.

Раскрытие изобретения

Задачами предлагаемого изобретения являются:

- устранение недостатков аналогов и прототипа, а именно:

- устранение протекания процессов испарения, абляции, эрозии, распыления открытых в атмосферу электродов, приводящих к возникновению угрозы жизни и здоровью человека;

- устранение возможности образования в процессе эксплуатации опасных форм разрядов, таких как искровой и дуговой;

- устранение возможности образования в процессе работы устройства вредных для человека факторов, таких как озон, электромагнитное и ультрафиолетовое излучения;

- и улучшение следующих характеристик:

- увеличение ресурса работы устройства;

- уменьшение занимаемых устройством для дезинфекции рук массы и объема;

- увеличение дезинфицирующей эффективности устройства и возможность управлять ею.

Для решения задач и достижения технического результата предлагается устройство для дезинфекции рук, поверхностей предметов и воздуха, содержащее:

- корпус устройства, к которому крепятся элементы конструкции устройства;

- газоразрядную камеру;

- внутренний электрод, расположенный во внутренней полости газоразрядной камеры, имеющий линию электрической связи с НЧ-генератором;

- внешний электрод, расположенный с внешней стороны газоразрядной камеры, имеющий линию электрической связи с НЧ-генератором;

- низкочастотный генератор высокого напряжения (НЧ-генератор), имеющий линии электрической связи с внутренним и внешним электродами и с модулем преобразования электрического тока, жестко соединенный с корпусом устройства;

- ультразвуковой парогенератор, имеющий линию электрической связи с модулем преобразования электрического тока, имеющий газодинамическую линию связи с газоразрядной камерой через газоввод, жестко соединенный с корпусом устройства;

- вентилятор, имеющий линию электрической связи с модулем преобразования электрического тока, имеющий герметичное соединение с одним из торцов газоразрядной камеры, жестко соединенный с корпусом устройства;

- магнитную систему, состоящую минимум из одного электромагнита, имеющую линию электрической связи с источником питания магнитной системы, расположенную с внешней стороны газоразрядной камеры, жестко соединенную с корпусом устройства;

- источник питания магнитной системы, имеющий линии электрической связи с магнитной системой и модулем преобразования электрического тока, жестко соединенный с корпусом устройства;

- модуль преобразования электрического тока, жестко соединенный с корпусом устройства;

- минимум одно сопло, имеющее герметичное соединение с одним из торцов газоразрядной камерой.

Устройство для дезинфекции рук, поверхностей предметов и воздуха предлагается использовать для дезинфекции наружных поверхностей людей и животных, поверхностей предметов, выполненных из различных материалов, а также воздуха. Устройство предлагается использовать для дезинфекции рук, поверхностей предметов и воздуха в домашних и хозяйственных условиях, а также в местах общего пользования, таких как автобусные остановки, помещения метрополитенов, бассейны, авиационные, железнодорожные и морские транспортные средства и т.п.

Перечень фигур

На фиг. 1 - блок-схема устройства для дезинфекции рук, поверхностей предметов и воздуха. На фиг. 1 НТВП - нетермический водяной пар, ВПАП - водяной пар, активированный плазмой.

Осуществление изобретения

Устройство состоит из следующих элементов с их функциями:

- корпус устройства (1), который выполняет функцию поддержания элементов конструкции устройства, таких как газоразрядная камера (2), минимум один НЧ-генератор (5), модуль преобразования электрического тока (6), ультразвуковой парогенератор (7), вентилятор (9), магнитную систему (10), источник питания магнитной системы (11), минимум одно сопло для дезинфекции рук, поверхностей предметов и воздуха (12);

- газоразрядной камеры (2), выполненной из диэлектрического материала, жестко соединенной с корпусом устройства (1), имеющей форму цилиндра или параллелепипеда, внутри которой расположен внутренний электрод (3), при этом внутренний гидравлический диаметр которой больше, чем внешний диаметр внутреннего электрода (3), а на внешней поверхности которой расположен внешний электрод (4). Во внутренней полости газоразрядной камеры (2) возникает диэлектрический барьерный плазменный разряд воздуха, поступающего с одного из торцов газоразрядной камеры (2) за счет вентилятора (9), при этом плазменный разряд активирует, т.е. возбуждает молекулы потока нетермического водяного пара, поступающего в газоразрядную камеру (2) через газоввод (8) со стороны расположения вентилятора (9) из ультразвукового парогенератора (7), а с другого торца газоразрядная камера (2) имеет герметичное соединение с соплом (12), через которое активированный поток нетермического водяного пара попадает в область дезинфекции рук, поверхностей предметов и воздуха;

- внутреннего электрода (3), внешний диаметр которого не превышают внутренний гидродинамический диаметр газоразрядной камеры (2), жестко соединенный с газоразрядной камерой (2). Внутренний электрод (3) имеет линию электрической связи с одним из двух выводов из НЧ-генератора (5), который совместно с внешним электродом (4), за счет поступающего от НЧ-генератор (5) низкочастотного электрического тока (до 100 кГц) высокого напряжения, создают переменные электромагнитные поля во внутренней полости газоразрядной камеры (2), приводящие к возникновению плазменного разряда путем ионизации электромагнитными полями частиц - атомов и молекул - газов, входящих в состав воздуха, поступающего в газоразрядную камеру (2);

- внешнего электрода (4), имеющего линию электрической связи с одним из двух выводов из НЧ-генератора (5), находящийся на внешней поверхности газоразрядной камеры (2). За счет поступающего низкочастотного электрического тока высокого напряжения от НЧ-генератора (5) на внешний электрод (4) и внутренний электрод (3), внешний электрод (4) совместно с внутренним электродом (3) генерирует переменные электромагнитные поля внутри газоразрядной камеры (2), приводящие к возникновению плазменного разряда путем ионизации электромагнитными полями частиц - атомов и молекул - газов, входящих в состав воздуха, поступающего в газоразрядную камеру (2);

- НЧ-генератора (5), имеющего линии электрической связи со внутренним электродом (3) и с внешним электродом (4), жестко соединенный с корпусом устройства (1). НЧ-генератор (5) создает низкочастотный электрический ток высокого напряжения, который затем поступает на внутренний электрод (3) и внешний электрод (4), которые затем генерируют электромагнитные поля во внутренней полости газоразрядной камеры (2), впоследствии приводящие к ионизации воздуха, поступающего во внутреннюю полость газоразрядной камеры (2) за счет вентилятора (9), который затем возбуждает молекулы потока нетермического водяного пара, генерируемого ультразвуковым парогенератором (7), поступающего в газоразрядную камеру (2) через газоввод (8);

- модуля преобразования электрического тока (6), имеющего линии электрической связи с НЧ-генератором (5), ультразвуковым парогенератором (7) и вентилятором (9), источником питания магнитной системы (11), жестко соединенный с корпусом устройства (1). Модуль преобразования электрического тока (6) служит для преобразования характеристик тока, поступающего от внешнего источника питания, в характеристики тока, необходимые для функционирования НЧ-генератора (5), ультразвукового парогенератора (7), вентилятора (9) и источника питания магнитной системы (11);

- ультразвукового парогенератора (7), имеющего газодинамическую линию связи с газоразрядной камерой (2) через газоввод (8), имеющего линию электрической связи с модулем преобразования электрического тока (6), жестко соединенный с корпусом устройства (1). Ультразвуковой парогенератор (7) служит для создания потока нетермического водяного пара, подаваемого затем в газоразрядную камеру (2);

- вентилятора (9), имеющего линию электрической связи с модулем преобразования электрического тока (6), имеющего герметичное соединение с одним из торцов газоразрядной камеры (2), жестко соединенного с корпусом устройства (1). Вентилятор (9) служит для подачи в газоразрядную камеру (2) плазмообразующего рабочего тела – воздуха, после ионизации которого его ионы возбуждают молекулы потока нетермического водяного пара;

- магнитной системы (10), состоящей минимум из одного электромагнита, имеющей линию электрической связи с источником питания магнитной системы (11), расположенную с внешней стороны газоразрядной камеры (2), жестко соединенную с корпусом устройства (1). Магнитная система (10) создает во внутренней полости газоразрядной камеры (2) параллельное оси газоразрядной камеры (2) магнитное, которое способствует унификации плазмы, горящей внутри газоразрядной камеры (2) для предотвращения запирания потока нетермического водяного пара в области горения разряда. Предотвращения запирания потока нетермического водяного пара в области горения разряда во внутренней полости газоразрядной камеры (2) происходит за счет того, что при наложении на плазму внешнего постоянного магнитного поля, при его определенных параметрах, в частности, при магнитном числе Рейнольдса больше 1, электроны в плазме становятся замагниченны и начинают следовать по линиям магнитного поля, утягивая за собой ионы плазмы, и тем самым создавая в плазме внутренний поток частиц, предотвращающий запирание потока нетермического водяного пара за счет создания перепада во внутренней полости газоразрядной камеры (2). Также, магнитная система (10) служит для увеличения эффективности передачи мощности, подводимой ко внутреннему электроду (3) и внешнему электроду (4) от ВЧ-генератора (5), в плазму, генерируемую во внутренней полости газоразрядной камеры (2). При этом, изменяя параметры магнитного поля, генерируемого магнитной системой (10), в частности, величины индукции магнитного поля за счет изменения подводимого к магнитной системе (10) тока от источника питания магнитной системы (11), в частности, силы тока, при одинаковом уровне подводимой ко внутреннему электроду (3) и внешнему электроду (4) мощности, возможно изменение эффективности дезинфекции за счет изменения количества активированного нетермического водяного пара за счет изменения количества ионов в плазме вследствие изменения эффективности вклада мощности в плазму от внутреннего электрода (3) и внешнего электрода (4);

- источника питания магнитной системы (11), имеющего линии электрической связи с магнитной системой (10) и модулем преобразования электрического тока (6), жестко соединенного с корпусом устройства (1). Источник питания магнитной системы (11) служит для изменения параметров электрического тока, в частности, силы тока, подводимого к магнитной системе (10), при этом за счет изменения параметров тока происходит изменение величины магнитной индукции генерируемого магнитной системой (10) магнитного поля и изменения параметров горящего во внутренней полости газоразрядной камеры (2) разряда, в частности, концентрации плазмы, структуры разряда;

- минимум одного сопла (12), имеющего герметичное соединение с одним из торцов газоразрядной камеры (2), жестко соединенного с корпусом устройства (1). Геометрические размеры сопла (12) определяют область дезинфекции. Сопло (12) может быть выполнено в разных формах, в частности в виде кольцевой трубки, внутренняя область которой определяет область дезинфекции рук, поверхностей предметов и воздуха, при этом во внутренней полости такой трубки для дезинфекции рук и поверхностей, протекает поток нетермического водяного пара , активированного плазмой диэлектрического барьерного разряда во внутренней полости газоразрядной камеры (2), который через отверстия в сопле (12), выполненного в виде кольцевой трубки, попадает в область дезинфекции рук и поверхностей и оказывает дезинфицирующее действие, т.е. уничтожает микроорганизмы.

Основная задача, которую выполняет устройство для дезинфекции рук, поверхностей предметов и воздуха - это активирование потока нетермического водяного пара, первоначально созданного ультразвуковым парогенератором (7), а затем активированного в газоразрядной камере (2) устройства плазмой диэлектрического барьерного разряда. Активированный нетермический водяной пар имеет в своем составе возбужденные молекулы воды, молекулы озона, связанные с молекулами воды и гидроксильные радикалы, которые, например в случае с возбужденными молекулами воды, при попадании на обрабатываемые поверхности переходят в основное состояние путем сброса сообщенной им в процессе возбуждения энергии от ионов в плазме во внутренней полости газоразрядной камеры (2), в частности ионов азота (т.к. он наиболее легко ионизируется по сравнению с другими представленными в воздухе веществами), уничтожая бактерии, вирусы, грибы и другие формы микро органической жизни, при этом не нанося ущерб целостности обрабатываемой поверхности ввиду малой энергии, сбрасываемой ими.

Следует отметить тот факт, что в процессе работы устройства не образуются моноксид азота (NO), и как следствие, двуокись азота (NO₂). Это связано с тем, что для образования NO необходима температура воздуха порядка 1300°C. В разрабатываемом устройстве такие температуры не достигаются даже при наличии стримеров, так как помимо плазмы внутри газоразрядной камеры протекает поток нетермического водяного пара комнатной температуры (20°C), которая обладает большой теплоемкостью, поэтому на выходе из устройства температура нетермического водяного пара остается комнатной. Т.е. внутри газоразрядной камеры (2) отсутствуют высокие температуры. Этот факт подтверждается испытаниями прототипа устройства, в течение которых была зафиксирована температура внешней поверхности газоразрядной камеры не выше 30°C при непрерывной работе прототипа в течение 5 минут.

Техническое решение устройства базируется на технологии, применяемой в плазменных космических двигателях или устройствах ионно-плазменных технологий, а именно применение токов высокой и низкой частоты для генерации плазмы. При генерации плазмы такими токами в газе при низких давлениях получают плазму высокочастотного индукционного, емкостного или волнового разрядов. При применении такого устройства на атмосферном давлении получают другие формы разрядов - коронного или барьерного, но в том числе и индукционного, зависящих от приложенного напряжения, конфигурации электродов и подводимой мощности. В данном устройстве применяется коаксиальная геометрия электродов с находящимся между ними диэлектрическим материалом, что при приложении к электродам токов низкой (до 100 кГц) частоты приводит к возникновению плазмы диэлектрического барьерного разряда, однако с некоторыми особенностями, в силу наличия приложенного внешнего постоянного магнитного поля. Условимся далее под токами высокой частоты понимать токи частотой выше 1 кГц.

Барьерный разряд возникает на поверхности диэлектриков, заключенных между двумя электродами, к которым подводится ток высокой частоты и высокого напряжения. Типичные параметры барьерного разряда атмосферного давления - мощность более 100 Вт, напряжение не менее 5 кВ, частота тока не менее 1 кГц. При вводе рабочего тела, в частности воздуха атмосферного давления, в область между двух диэлектриков, разделяющих электроды, к которым подводится ток высокой частоты, происходит ионизация рабочего тела под действия создаваемых при помощи электродов переменных электромагнитных полей в области между двух диэлектриков. При заданной геометрии электродов, т.е. коаксиальной, при этом электроды покрыты слоем диэлектрического материала, низких частотах питающего тока, т.е. тока порядка 1 кГц, и высокой мощности, т.е. мощности более 100 Вт, при высоком напряжении, т.е. более 5 кВ возникает вероятность перехода барьерного разряда в дуговой, поэтому для безопасного использования такого устройства необходимо подводить ток частотой не менее 30 кГц и мощностью не более 50 Вт, либо при наложении на область горения плазменного разряда внешнего постоянного магнитного поля. Стоит отметить, что при геометрии электродов, при которой они направлены друг к другу, особенно имея заостренные концы, и не покрытых слоем диэлектрического материала, дуговой разряд может образоваться при частотах до 1 МГц.

Барьерный разряд при приведенных выше конфигурации и параметрах питающего тока возникает в нитевидном виде, т.е. стримерном. Физика образования стримеров основана на процессах образования и распространения нитевидных микроразрядов с последующим разрушением стримерных плазменных каналов. Стример - это волна ионизации, которая движется от анода к катоду (между двумя электрически соединенными электродами или электродом под напряжением и заземленным электродом) навстречу движущейся электронной лавине. Стримеры развиваются с большой скоростью ~108 см/с и проходят зазор между электродами за несколько наносекунд. Электроны в проводящем канале рассеиваются примерно за 40 нс, в то время как тяжелые и медленно движущиеся ионы остаются в течение нескольких микросекунд. Осаждение электронов на диэлектрическом барьере анода завершается созданием на нем отрицательного заряда, который предотвращает образование новых лавин и стримеров в месте осаждения заряда, до тех пор, пока анод и катод не поменяются местами. После смены полярности, осажденный отрицательный заряд стимулирует развитие новой лавины и стримера в этом же месте. В результате образуется много микроразрядов, которые видны как яркие нити, заполняющие зазор. Однако при низкой частоте питающего электрического тока, т.е. при частотах порядка 1 кГц и напряжениях не менее 5 кВ, высока вероятность образования дугового разряда между катодом и анодом в момент, когда их смена местами еще не успела произойти. Дуговой разряд характеризуется одним плазменным проводящим каналом диаметром минимум на порядок ниже характерных геометрических размеров поверхностей электродов, что приводит к резкому уменьшению разности потенциалов между электродами, т.е. к резкому уменьшению приложенного между электродами напряжения, приводящее к резкому увеличению протекающего по относительно тонкому каналу (порядка 5 мм) возникшей плазменной дуги тока. Например, при приложенном между электродами напряжении в 15 кВ и зазоре между ними в 10 мм, может возникнуть плазменная дуга диаметром менее 5 мм, которая снизит напряжение до 1 кВ, при этом ток, протекающий в ней, в зависимости от мощности, подводимой к электродам, может достигать значений в 1-2 А, который не только начнет разрушать поверхности электродов и покрывающего их диэлектрического барьера, но и приведет к угрозе жизни человека, который будет иметь близко находящиеся поверхности к возникшей дуги, и при этом являясь наименее затратным в энергетическом плане путем протекания тока в землю. Для предотвращения возникновения дугового разряда в приведенной выше конфигурации электродов следует увеличивать частоту питающего электроды тока минимум до 30 кГц, а также для предотвращения возникновения дугового разряда в устройстве применено наложение на область горения разряда внешнего постоянного магнитного поля для безопасного использования такого устройства человеком.

В конфигурации устройства, представленной блок-схемой устройства на блок-схеме устройства, представленной на фиг. 1, возможность возникновения дугового разряда минимизирована даже в случае частот от 10 до 20 кГц, т.к. на область горения плазменного разряда наложено внешнее постоянное магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами (9). В плазменном разряде, помещенном во внешнее магнитное поле, при удовлетворении магнитному числу Рейнольдса для электронов Re>1 электроны будут являться замагниченными, т.е. осциллировать вдоль линий магнитного поля, тем самым предотвращая процесс собирания стриммеров в дугу, т.е. делая плазму диэлектрического барьерного разряда однородной. Такая однородность приводит к невозможности образования дуги, т.к. практически отсутствуют ярко выраженные микродуги, которыми являются стримеры. Таким образом, исключена возможность появления дугового разряда на частотах от 10 кГц и напряжениях от 5 кВ между электродами, расположенными на расстоянии не менее 10 мм. Также устранение возможности возникновения дуговых разрядов достигается покрытием всех поверхностей внутреннего электрода (2) и внешнего электрода (3) диэлектрическим материалом.

Применения наложенного на область горения плазмы внешнего постоянного магнитного поля также приводит к увеличению эффективности вклада мощности плазмы за счет образования собственных волн в плазме под воздействием появляющихся осевых газоразрядной камере (4) потоков электронов, которые следуют вдоль линий магнитного поля. При рассмотрении плазмодинамики высокочастотного плазменного разряда низкого давления такими волнами являются волны Трайвелписа-Гоулда и косые волны Ленгмюра.

Также за счет достижения однородности плазмы диэлектрического барьерного разряда выравнивается газовое и магнитное давления вдоль газоразрядной камеры (4), что приводит к возможности прохождения потока нетермического водяного пара без запирания.

За счет прохождения потока нетермического водяного пара через область плазменного разряда, ионы плазменного разряда, в частности азота, при соударении с молекулами воды сообщают им энергию, достаточную для перевода молекул воды в возбужденное состояние, а также плазменный разряд приводит к появлению озона и гидроксильных радикалов.

Энергии, высвобождаемой возбужденными молекулами нетермического водяного пара при приходе на обрабатываемую поверхность недостаточно для разрушения кожных покровов, слизистых оболочек человека, а также поверхностей предметов из различных материалов, однако, при воздействии на оболочки бактерий, вирусов, грибов эта энергия приводит к их разрушению.

Для работы устройства не требуется спиртовых растворов и специальных химических веществ, а необходим лишь подвод тока из внешнего источника питания 220 В, либо из аккумуляторных батарей, установленных внутри корпуса устройства, а также подвод воды, либо вода, запасенная во встроенных в устройство емкостях. Устройство решит проблемы, связанные с вредным воздействием на здоровье человека традиционных дезинфицирующих веществ, таких как спирты, химические растворы, ультрафиолетовое излучение, а также проблем, связанных с производством и логистикой дезинфицирующих средств, загрязнением окружающей среды, распространенностью устройств для дезинфекции в городах с большой плотностью населения и др.

Внутренний электрод (3) и внешний электрод (4) в устройстве выполняются из хорошо проводящих материалов, в частности, металлов, в том числе из меди. За счет того, что поверхности внутреннего электрода (3) и внешнего электрода (4) покрыты слоем диэлектрического материала, поверхности внутреннего электрода (3) и внешнего электрода (4) не контактируют с внешней атмосферой, в том числе с газами Земной атмосферы, особенно кислородом, и возникающим во время работы устройства газовым разрядом. Отсутствие контакта внутреннего электрода (3) и внешнего электрода (4) с внешней атмосферой и газовым разрядом, возникающим во время работы устройства, приводит к тому, что на поверхности внутреннего электрода (3) и внешнего электрода (4) не протекают процессы испарения, абляции, эрозии, распыления, и как следствие, ресурс устройства высокий, а также не возникает угрозы жизни и здоровью человека вследствие попадания частиц материалов, из которых состоят внутренний электрод (3) и внешний электрод (4) на кожные покровы, слизистые оболочки и в органы дыхания.

По энергопотреблению устройство относится к классу бытовой техники, не требует особых условий использования, подключается к общей сети переменного тока.

Воздействие электромагнитного излучения возможно минимизировать за счет применения клеток Фарадея, которые закроют части устройства, находящиеся под НЧ-током. Воздействие ультрафиолетового излучения в предлагаемом устройстве отсутствует, в частности, ввиду отсутствия генераторов ультрафиолетового излучения, а также низкой плотности плазмы.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим газоразрядным приборам, генерирующим поток нетермического водяного пара для дезинфекции рук, поверхностей предметов и воздуха. Технический результат заключается в устранении протекания процессов испарения, абляции, эрозии, распыления открытых в атмосферу электродов, приводящих к возникновению угрозы жизни и здоровью человека; устранении возможности образования в процессе эксплуатации опасных форм разрядов, таких как искровой и дуговой; устранение возможности образования в процессе работы устройства вредных для человека факторов, таких как озон, электромагнитное и ультрафиолетовое излучения; увеличении ресурса работы устройства; уменьшение занимаемых устройством для дезинфекции рук массы и объема; увеличении дезинфицирующей эффективности устройства и возможность управлять ею. Для достижения технического результата предлагается устройство для дезинфекции рук, поверхностей предметов и воздуха, содержащее корпус устройства; газоразрядную камеру; внутренний электрод; внешний электрод; низкочастотный генератор высокого напряжения (НЧ-генератор); ультразвуковой парогенератор; вентилятор; магнитную систему; источник питания магнитной системы; модуль преобразования электрического тока; минимум одно сопло. 1 ил.

Устройство для дезинфекции рук, поверхностей предметов и воздуха, содержащее корпус устройства, низкочастотный генератор высокого напряжения, внутренний и внешний электроды, отличающееся тем, что устройство содержит газоразрядную камеру, жестко соединенную с корпусом устройства, выполненную из диэлектрического материала, с одного торца имеющую герметичное соединение с соплом, геометрические размеры которого определяют зону дезинфекции, жестко соединенным с корпусом устройства, а с другого торца герметично соединена с вентилятором, жестко соединенным с корпусом устройства, имеющим линию электрической связи с модулем преобразования электрического тока, жестко соединенным с корпусом устройства, при этом с внешней стороны газоразрядной камеры расположена магнитная система, жестко соединенная с корпусом устройства, имеющая линию электрической связи с источником питания магнитной системы, жестко соединенным с корпусом устройства, имеющим линию электрической связи с модулем преобразования электрического тока, при этом со стороны торца газоразрядной камеры, где имеется герметичное соединение газоразрядной камеры с вентилятором, газоразрядная камера имеет герметичное радиальное соединение с газовводом, который герметично соединен с ультразвуковым парогенератором, жестко соединенным с корпусом устройства, имеющим линию электрической связи с модулем преобразования электрического тока, при этом внутри газоразрядной камеры содержится внутренний электрод, покрытый слоем диэлектрического материала, геометрические размеры которого не превышают гидравлический диаметр внутренней полости газоразрядной камеры, а на внешней стороне газоразрядной камеры находится внешний электрод, при этом внутренний и внешний электроды имеют линии электрической связи с низкочастотным генератором высокого напряжения, жестко соединенным с корпусом устройства, который имеет линию электрической связи с модулем преобразования электрического тока.