Бактерицидный аппарат

 

Изобретение относится к устройствам для стерилизации воздушных или водных сред путем воздействия на них ультрафиолетового излучения. Устройство состоит из бактерицидной лампы низкого давления со стандартной схемой питания и трех спиральных электродов, установленных на оболочке лампы. Два крайних электрода размещены вблизи электродов лампы, а средний электрод - в центральной части лампы. Крайние спиральные электроды удалены от электродов лампы на длину катодного пространства и электрически соединены между собой. На спиральные электроды подаются высоковольтные импульсы чередующейся полярности от дополнительного высоковольтного источника, синхронизированного с питающей лампу сетью. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для стерилизации воздушных или водных сред путем воздействия на них ультрафиолетового излучения.

Известно, что эффективным бактерицидным средством является ультрафиолетовое (УФ) излучение с длиной волны ≈ 260 нм (Соколов В.Ф. Обеззараживание воды бактерецидными лучами, М., Минкомхоз РСФСР, 1954). Также известно, что сильным бактерицидным действием обладает озон. Одновременное действие УФ-излучения и озона повышает бактерецидный эффект (синергидный эффект).

Известен бактерицидный аппарат для обеззараживания воды, использующий синергидный эффект (авт.св. СССР 1768520, C 02 F 1/32, БИ N 38, 1992). Аппарат содержит вертикальную цилиндрическую камеру с патрубками подвода и отвода воды, внутри которой установлен эжектор, соединенный своим диффузором с патрубком отвода воды, бактерицидную лампу ультрафиолетового излучения и защитный кварцевый чехол, лампа установлена внутри эжектора и соосно с ним. При работе аппарата в зоне смешивания воды с воздухом под действием УФ-излучения образуется озон.

Недостатком данного устройства является его низкая эффективность.

Существующие бактерицидные лампы имеют максимум излучения в области 253 нм, обладающей небольшим бактерицидным действием. Для образования же озона необходимо излучение с длиной волны меньше 200 нм, это связано с тем, что наиболее вероятный переход молекулы O₂ из основного состояния в метастабильное отвечает энергии 7-8 эВ. Такой переход молекулы O₂ вызывает ее активацию и ведет к образованию озона (Кондратьев В.Н. Кинетика химических газовых реакций. М.: АН СССР, 1958). Таким образом, длина волны излучения, необходимого для образования озона (150 нм), существенно меньше длины волны с максимальным бактерицидным действием (250 нм). Мощность излучения бактерицидной лампы в диапазоне короче 200 нм очень мала. Поэтому при работе бактерицидной лампы небольшой мощности образующегося озона оказывается совершенно недостаточно для использования его с целью обеззараживания текучих сред.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является "Способ обеззараживания текучих сред и установка для его осуществления" (патент РФ 2039475, A 23 L 3/28, БИ 20, 1995). Устройство содержит корпус и импульсные разрядники УФ-излучения с диапазоном 180-400 нм. Облучение ведут с частотой 10 Гц. Благодаря импульсному воздействию УФ-излучения из воздуха вырабатывается озон. Образование максимальной концентрации озона запаздывает относительно импульса облучения. Преждевременное появление следующего импульса приводит к фоторазложению озона. Поэтому максимальная частота следования импульсов - 10 Гц.

Недостатком данного изобретения является то, что озон наиболее эффективно образуется под действием УФ-излучения с длиной волны ≈ 150 нм, а использование УФ-излучения с длиной волны в 180-400 нм малоэффективно и не позволяет в полной мере использовать синергидный эффект.

В основу изобретения поставлена задача создания бактерицидного аппарата, максимально использующего синергидный эффект, в котором бактерицидная лампа, имеющая стандартную схему питания, дополнительно снабжена тремя спиральными электродами, установленными на оболочке лампы и подключенными к высоковольтному импульсному источнику питания, и за счет этого повысить эффективность бактерицидного действия аппарата.

Поставленная задача решается за счет того, что в бактерицидном аппарате, содержащем бактерицидную лампу и схему ее включения, согласно изобретению дополнительно содержится высоковольтный импульсный источник питания, а на оболочке лампы установлены три спиральных электрода, два крайних электрода удалены от электродов лампы на расстояние равное длине катодного пространства, электрически соединены между собой и подключены к одному полюсу высоковольтного источника питания, а к другому полюсу подключен средний электрод, причем высоковольтный источник питания синхронизирован по частоте с напряжением, питающим лампу, и вырабатывает импульсы чередующейся полярности.

Размещение на оболочке лампы трех электродов обеспечивает увеличение мощности излучения УФ-лампы без уменьшения ресурса ее работы и позволяет вырабатывать из воздуха необходимое количество озона за счет скользящих разрядов вблизи витков спиральных электродов.

Синхронизация высоковольтного источника с питающей сетью вызывает вспышку мощности излучения лампы. Подача на спиральные электроды разнополярных импульсов предотвращает образование на оболочке лампы поверхностных зарядов и тем самым повышает эффективность образования озона.

Размещение спиральных электродов на оболочке лампы устраняет влияние влажности воздуха на эффективность их работы, поскольку в процессе работы лампа подогревается и предотвращается конденсация влаги на ее поверхности.

Благодаря тому что спиральные электроды удалены от электродов лампы на длину катодного пространства, предотвращается разрушение оксидного слоя электродов лампы при подаче высоковольтных импульсов на спиральные электроды.

Отличительные признаки предлагаемого изобретения являются общими существенными признаками, т.к. их наличие позволяет более полно использовать синергидный эффект, что обеспечивает повышение эффективности работы бактерицидного аппарата.

На фиг. 1 и 2 приведены схема предлагаемого устройства и эквивалентная схема озонатора.

Бактерицидный аппарат содержит бактерицидную лампу 1, схему питания 2 лампы, высоковольтный импульсный источник 3, спиральный центральный электрод 4, два спиральных электрода 5. Электроды 5 удалены от электродов 6 лампы на расстояние 1, равное длине катодного пространства. Высоковольтный источник 3 синхронизирован по частоте с питающей лампу 1 сетью.

Устройство работает следующим образом.

Поскольку бактерицидные лампы обычно питаются от сети переменного тока с промышленной частотой, рассмотрим работу устройства при работе от сети с частотой 50 Гц. Лампа 1 через стандартную схему питания 2 включена в сеть 50 Гц. Каждые полпериода, когда ток лампы достигает максимального значения (а следовательно, проводимость газового столба максимальна), на спиральные электроды 4 и 5 с высоковольтного источника 3 поступает высоковольтный импульс.

Из-за большого градиента напряжения вблизи каждого витка электродов возникает поверхностный (скользящий) разряд. Под действием поверхностного разряда из воздуха образуется озон. Во время работы лампа слегка перегрета относительно температуры окружающего воздуха, и ее поверхность остается сухой. Это обеспечивает устойчивый поверхностный разряд. Расстояние l₂ между центральным 4 и крайними электродами 5 должно быть таким, чтобы исключить искровой пробой между электродами 4 и 5. Поскольку лампа питается переменным током, каждый ее электрод поочередно служит анодом и катодом. Электроды 5 расположены на краю катодного пространства электродов 6 лампы. Благодаря этому импульсный ток между электродами 4 и 5 протекает только по столбу сильно ионизированного газа и практически не влияет на ток катода лампы. Если ток катода имеет величину ~ 0,1 - 0,5 А, амплитуда тока между электродами 4 и 5 по столбу ионизированного газа достигает 10 А и более. Это вызывает вспышку излучения, т.е. лампа работает в режиме, когда на фоне относительно больших периодов нормального излучения возникают короткие, но мощные импульсы. Т.е. лампа переходит в режим внешней подпитки и средняя мощность ее излучения возрастает. Поскольку ток катодов при этом не изменяется, ресурс лампы остается прежним. Для предотвращения влияния на работу устройства поверхностных зарядов на электроды 4 и 5 необходимо подавать импульсы чередующейся полярности.

Благодаря непрерывному движению воздуха (которое происходит как под действием естественной конвекции из-за перегрева лампы, так и под действием электрических разрядов) образовавшийся озон быстро уносится из зоны разрядов и не подвергается многократным превращениям, что имеет место в традиционных озонаторах. Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет увеличить мощность излучения УФ-лампы и одновременно вырабатывать озон, что дает возможность более полно реализовать синергидный эффект и повысить эффективность бактерицидного действия аппарата.

На фиг. 2 показана эквивалетная схема озонатора. Импульсное напряжение с высоковольтного блока 3 подается на средний электрод 4 и на крайние электроды 5, соединенные между собой. Поскольку лампа включена и газ внутри оболочки 1 лампы ионизирован, общее активное сопротивление столба газа имеет величину ≈ 100 - 200 Ом, которое равномерно распределено по всей длине лампы (исключая приэлектродные области). Между каждым витком электродов 4 и 5 и проводящей плазмой лампы образуется ряд емкостей C_c - емкость стекла, и C_в - емкость по воздуху. Т.к. активное сопротивление столба плазмы очень мало по сравнению с емкостным сопротивлением C_c и C_в, им можно пренебречь для простоты рассмотрения работы озонатора. Импульсное напряжение, приложенное к электродам 4 и 5, распределяется между емкостями C_c и C_в. При этом напряжение на C_в существенно превышает напряжение на C_c (так как ε стекла выше чем ε воздуха). При достижении пробивного значения напряжения на C_в происходит пробой воздушного промежутка вблизи электрода. Емкость C_в равномерно распределена вдоль проводника электрода, поэтому пробой имеет вид множества локальных разрядов по поверхности стекла вблизи витков электродов. В результате пробоя C_в напряжение на C_c достигает напряжения источника питания 3. После снижения напряжения до нуля на выходе источника 3 к емкости C_в оказывается приложенным напряжение C_c. Если сопротивление утечки достаточно велико и C_c не успевает разрядиться, может произойти повторный пробой C_в, но уже в обратном направлении. Если же сопротивление утечки недостаточно велико, напряжение на C_c к моменту окончания импульса оказывается недостаточным и повторного пробоя C_в не происходит. При подаче на электроды 4 и 5 импульса противоположной полярности остаточное напряжение на C_c суммируется с напряжением источника 3, что облегчает пробой C_в. Таким образом, подача на электроды 4 и 5 импульсов чередующейся полярности облегчает пробой воздушных промежутков вблизи электродов и увеличивает протяженность зоны разрядов. Это в конечном итоге повышает эффективность устройства в целом.

Формула изобретения

1. Бактерицидный аппарат, содержащий бактерицидную лампу и схему ее включения, отличающийся тем, что дополнительно содержит высоковольтный импульсный источник питания, а на оболочке лампы установлены три спиральных электрода, два крайних электрода удалены от электродов лампы на расстояние, равное длине катодного пространства, электрически соединены между собой и подключены к одному полюсу высоковольтного источника питания, средний электрод подключен к другому полюсу.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что высоковольтный источник питания синхронизирован по частоте с напряжением, питающим лампу.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что высоковольтный источник вырабатывает импульсы чередующейся полярности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2