UA101136C2 - Electric air sterilizer - Google Patents

Abstract

The invention relates to medical equipment, in particular to devices for inactivation of microorganisms in air, and can be used for disinfection of air, as well as for increase of the level of negative air ions in medical, pharmaceutical, food and agricultural industries, as well as in everyday life. An electric air sterilizer comprises a housing, inside which there are located an ionization chamber made of material of high electrical strength, external electrodes - ionizers, power sources, and a turbine for blowing air through the ionization chamber. In the ionization chamber at a certain distance from each other positive and negative discharge electrodes are located. The positive discharge electrodes are connected to voltage of 20 kV, negative electrodes - 6-30 kV. In the electrode gap a bipolar corona discharge occurs. The discharge current makes 40-60 mA depending on the air condition. These current values ​​are achieved by maintaining the value of electric field strength in the discharge gap at 1·10-3·10V/m. The external electrodes - ionizers are located on the front panel of sterilizer, powered by a pulsed source and designed for ionization of atoms, molecules and groups of molecules and their subsequent disposal. Thus a complete inactivation of microorganisms is achieved, as well as at air ionization by pulses of high voltage - higher saturation of air with negative air ions.

Description

Винахід належить до медичної техніки, зокрема пристроїв для інактивації мікроорганізмів у повітрі, та може бути використаний для дезінфекції повітря, а також підвищення рівня негативних аероіонів в медичній, фармацевтичній, харчовій, сільськогосподарських галузях, а також у побуті.The invention belongs to medical equipment, in particular, devices for inactivating microorganisms in the air, and can be used for air disinfection, as well as increasing the level of negative aeroions in the medical, pharmaceutical, food, agricultural industries, as well as in everyday life.

Найпростішим прикладом іонізатора може служити "Люстра Чижевського" (пер:/рідгисппіКілмує/ 5931106/теаіївіпа/уізоКоепегдеїййсипі аегоіїопі мід Іуивігі спі 72пекивзкодо).The simplest example of an ionizer can be the "Chyzhevsky Chandelier" (trans:/ridgisppiKilmuye/ 5931106/teaiiivipa/uizoKoepegdeiiysypi aegoiiopi mid Iuivigi spi 72pekyvzkodo).

Проте ця люстра є іонізатором і не служить як пристрій для інактивації мікроорганізмів.However, this chandelier is an ionizer and does not serve as a device for inactivating microorganisms.

Відомий інактиваційний пристрій (пер://млмлм.ва.ги/Лптв/а761.рпр), так званий рециркулятор, в якому через камеру, освічену ультрафіолетовими променями, продувається повітря.A well-known inactivation device (per://mlmlm.va.gy/Лптв/а761.рпр), a so-called recirculator, in which air is blown through a chamber illuminated by ultraviolet rays.

Ефективність такого пристрою становить 40-80 95.The efficiency of such a device is 40-80 95.

Відомі також інактиваційні фільтри, очищувачі і іонізатори ряду фірм, різних типів і конструкцій, а саме:Inactivation filters, cleaners and ionizers of a number of companies, of various types and designs, are also known, namely:

Очищувачі фірми 2ЕМЕТ (пер:/Лимли. торійшсК.сот.ча/Югапав/лепеї) - це багатоступенева очистка та електростатична технологія інактивації повітря. Проте ступінь інактивації в цих фільтрах недостатній, оскільки в них не створені відповідні умови для високого ступеня інактивації.Purifiers of the 2EMET company (trans:/Lymly. toriyshsK.sot.cha/Yugapav/lepei) are multi-stage cleaning and electrostatic air inactivation technology. However, the degree of inactivation in these filters is insufficient, because they do not have the appropriate conditions for a high degree of inactivation.

Іонізатор КОС-860 /(пир//5.сот.па/сагаюд/питіднегв/ргодисіл7 стООтіе.) оснащений іонізуючим елементом ("іонний генератор"). Як інактиваційний фактор в ньому може утворюватись монополярний коронний розряд, ефективність якого за даних умов також є низькою.Ionizer KOS-860 /(pyr//5.sot.pa/sagayud/pytidnegv/rhodisil7 stOOtie.) is equipped with an ionizing element ("ion generator"). As an inactivation factor, it can form a monopolar corona discharge, the efficiency of which is also low under these conditions.

Іонізатори фірми "АІНсоптіогі" (мумли.айсоттоп.гпи) - 5-ти ступінчасті фільтри, оснащені іонізаторами. Вказані в ньому фільтри типів: Мапо фільтр, ГТВОЕМЕВА фільтр, а також фільтр попередньої очистки є фільтрами вловлювання мікрочастинок. Ці фільтри можуть розглядатись лише як іонізатори з внутрішніми електродами.Ionizers of the company "AINsoptiogi" (mumly.aisottop.gpy) - 5-stage filters equipped with ionizers. The types of filters indicated in it: Mapo filter, GTVOEMEVA filter, as well as the pre-cleaning filter are microparticle capture filters. These filters can only be considered as ionizers with internal electrodes.

Біполярні іонізатори типу "Янтарь" (пер/Лумлу. опігайоп. пиЖамйомаг 19.піт) мають функцію утворення легких аероіонів позитивної і негативної полярності. Електроди - іонізатори в них знаходяться в середині корпусу. Функція інактивації мікроорганізмів в них також недостатня.Bipolar ionizers of the "Amber" type (per/Lumlu. opigayop. piZhamyomag 19.pit) have the function of forming light aeroions of positive and negative polarity. Electrodes - ionizers in them are located in the middle of the case. The function of inactivating microorganisms in them is also insufficient.

Інактиваційні фільтри "Тгіоп" (пПЕр:/Лумли поп .Ківу.ца/). Ці фільтри належать до промислових електрофільтрів і є електростатичними. В фільтрах використовується сильне електричне поле, зо в якому частинки отримують заряд, потім потрапляють в збиральну камеру. Зовнішні іонізатори відсутні. Напруга на іонізаторі даного фільтра становить 12 КМ, на збиральній камері 6 КУМ.Inactivation filters "Tgiop" (pPEr:/Lumly pop.Kivu.tsa/). These filters belong to industrial electrostatic filters and are electrostatic. In the filters, a strong electric field is used, from which the particles receive a charge, then enter the collection chamber. There are no external ionizers. The voltage on the ionizer of this filter is 12 KM, on the collecting chamber 6 KM.

Застосування для інактивації монополярного коронного розряду не забезпечує достатнього ступеня інактивації мікроорганізмів.Application for inactivation of monopolar corona discharge does not ensure a sufficient degree of inactivation of microorganisms.

Прототипом вибраний пристрій для стерилізації і тонкої фільтрації газу (Патент РФ Мо 2 026 751, Кл. ВОЗС3/14, публ. 1995 р.), який складається з джерела живлення, фільтра грубої очистки, іонізатора, що містить коронуючі електроди у вигляді голки та некородуючі електроди у вигляді чашоподібного циліндра та вузла осадження мікрочастинок, який складається з розміщених вздовж потоку різнойменно заряджених елементів, які проводять струм і між якими розміщений діелектричний фільтруючий елемент. Система електродів і вузол осадження утворюють інактиваційну камеру. Згідно з інформацією, поданою в описі до патенту, можна припустити, що у цьому пристрої використано джерело живлення з напругою до декількох кіловольт. Конкретна інформація відсутня.A device for sterilization and fine gas filtration was chosen as the prototype (Russian Patent Mo 2 026 751, Cl. VOZS3/14, publ. 1995), which consists of a power source, a coarse filter, an ionizer containing corona electrodes in the form of a needle and non-corroding electrodes in the form of a cup-shaped cylinder and a microparticle deposition unit, which consists of differently charged elements placed along the flow, which conduct current and between which a dielectric filter element is placed. The electrode system and the deposition unit form an inactivation chamber. According to the information provided in the description of the patent, it can be assumed that this device uses a power source with a voltage of up to several kilovolts. There is no specific information.

Така конструкція пристрою з коронуючими електродами різної полярності не забезпечує виникнення біполярного коронного розряду, оскільки коронуючі електроди мають форму чашоподібних циліндрів, в яких на вістрях електродів локально виникає позитивна і негативна корона. При значеннях напруги до 10 Км струм коронного розряду незначний, а отже і ефект інактивації є невисоким. Використання електродів у формі голки діє локально на повітряний потік, що знижує ступінь інактивації. Наявність на виході вузла осадження мікрочастинок діелектричного фільтруючого елемента призводить до накопичення в ньому активнихThis design of the device with corona electrodes of different polarity does not ensure the occurrence of a bipolar corona discharge, since the corona electrodes have the shape of cup-shaped cylinders, in which a positive and negative corona occurs locally at the tips of the electrodes. At voltage values up to 10 Km, the corona discharge current is negligible, and therefore the inactivation effect is low. The use of electrodes in the form of a needle acts locally on the air flow, which reduces the degree of inactivation. The presence of microparticles deposition at the outlet of the dielectric filter element leads to the accumulation of active

БО мікроорганізмів з подальшим їх переміщенням в чисту зону. У винаході вказано, що у вузлі осадження продовжується інактивація мікроорганізмів, проте інактиваційні фактори відсутні.BO of microorganisms followed by their transfer to the clean zone. In the invention, it is indicated that the inactivation of microorganisms continues in the sedimentation node, but there are no inactivation factors.

В основу винаходу поставлено задачу шляхом утворення у стерилізаторі біполярного коронного розряду забезпечити повну інактивацію мікроорганізмів, а також шляхом іонізації повітря імпульсами високої напруги, підвищити насиченість повітря негативними аеронами.The invention is based on the task of ensuring complete inactivation of microorganisms by forming a bipolar corona discharge in the sterilizer, as well as by ionizing the air with high-voltage pulses, increasing the saturation of the air with negative aerons.

Поставлена задача вирішується тим, що електричний стерилізатор повітря, який містить коронуючі електроди та джерела живлення, згідно з винаходом, додатково містить щонайменше два зовнішні електроди - іонізатори, коронуючі негативні та позитивні електроди, розміщені в іонізаційній камері під напругою різної полярності величиною 12,5-100 КМ та мають форму пакетів-сіток, а для продування повітря через іонізаційну камеру передбачена турбіна.The task is solved by the fact that the electric air sterilizer, which contains coronating electrodes and power sources, according to the invention, additionally contains at least two external electrodes - ionizers, coronating negative and positive electrodes, placed in the ionization chamber under a voltage of different polarity of 12.5- 100 KM and have the form of mesh bags, and a turbine is provided for blowing air through the ionization chamber.

Поставлена задача вирішується ще й тим, що електричний стерилізатор, згідно з винаходом, містить щонайменше два позитивних та два негативних коронуючих електроди, а відстань між коронуючими електродами визначається за формулою: а-ХThe task is also solved by the fact that the electric sterilizer, according to the invention, contains at least two positive and two negative corona electrodes, and the distance between the corona electrodes is determined by the formula: а-Х

Е де М - напруга на електродах,E where M is the voltage on the electrodes,

Е - напруженість поля.E - field strength.

Згідно з винаходом, відношення напруги позитивного коронуючого електрода до негативного становить 2/3, причому негативний коронуючий електрод розміщений останнім за напрямком потоку повітря, створеного турбіною.According to the invention, the voltage ratio of the positive corona electrode to the negative is 2/3, and the negative corona electrode is placed last in the direction of the air flow created by the turbine.

Згідно з винаходом, початкова напруженість поля визначається за емпіричною формулоюAccording to the invention, the initial field strength is determined by an empirical formula

Піка:Peak:

Е-29,84(1 ОО ув де Е - напруженість поля, а - відстань між електродами, о - діаметр електрода.Е-29.84(1 ОО ув where Е is the field strength, а is the distance between the electrodes, о is the diameter of the electrode.

Згідно з винаходом, зовнішні електроди - іонізатори розміщені на передній панелі стерилізатора, відстань між ними складає щонайменше 600 мм. живляться від імпульсного джерела живлення напругою 30 КУ, через опір величиною 15 Гом.According to the invention, external electrodes - ionizers are placed on the front panel of the sterilizer, the distance between them is at least 600 mm. powered by a pulse power source with a voltage of 30 KU, through a resistance of 15 Ohms.

Згідно з винаходом, іонізаційна камера виготовлена з матеріалу високої електроміцності.According to the invention, the ionization chamber is made of material with high electrical strength.

Подання напруги різної полярності величиною 12,5-100 КМ на коронуючі електроди виготовлені у формі пакетів-сіток в іонізаційній камері створюється біполярний коронний розряд.Applying a voltage of different polarity in the amount of 12.5-100 KM to corona electrodes made in the form of grid packets in the ionization chamber creates a bipolar corona discharge.

Струм розряду є основним інактиваційним фактором. Механізмів інактивації є декілька. Один це - поляризація частинок на першому (позитивному) коронуючому електроді і різка зміна заряду на другому (негативному), призводить до руйнування клітин. Другий - це іонізація атомів, молекул або групи молекул на першому (позитивному) коронуючому електроді, їх рекомбінація (нейтралізація) в міжелектродному просторі. Далі (за можливих умов) зміна знаку іона на другому (негативному) коронуючому електроді також призводить до руйнування молекул або груп молекул. Швидкість руху повітря не впливає на якість інактивації. Розташування коронуючих електродів має суттєве значення, зокрема розміщення негативного коронуючого о електрода останнім за напрямком повітря дає змогу збільшити насиченість негативними іонами обмежений простір за рахунок негативної корони.Discharge current is the main inactivation factor. There are several inactivation mechanisms. One is the polarization of particles on the first (positive) corona electrode and a sharp change in charge on the second (negative) leads to the destruction of cells. The second is the ionization of atoms, molecules or a group of molecules on the first (positive) corona electrode, their recombination (neutralization) in the interelectrode space. Further (under possible conditions), changing the sign of the ion on the second (negative) corona electrode also leads to the destruction of molecules or groups of molecules. The speed of air movement does not affect the quality of inactivation. The location of the corona electrodes is of significant importance, in particular, the placement of the negative corona electrode last in the direction of the air makes it possible to increase the saturation of the limited space with negative ions due to the negative corona.

Зовнішні електроди - іонізатори служать для різкого збільшення іонізованих атомів і молекул, а також груп молекул і надання їм напрямку руху до електрода протилежної полярності, яким є підлога і стіни (за рахунок сил гравітації переважає напрямок руху до підлоги) з наступною їх утилізацією.External electrodes - ionizers serve to sharply increase ionized atoms and molecules, as well as groups of molecules and give them the direction of movement to the electrode of the opposite polarity, which are the floor and walls (due to the forces of gravity, the direction of movement towards the floor prevails) with their subsequent disposal.

Імпульсний режим роботи вибраний для запобігання перенасиченості повітря негативними аероіонами.The pulse mode of operation is selected to prevent oversaturation of the air with negative aeroions.

Наявність турбіни забезпечує постійне продування повітрям міжелектродного простору.The presence of a turbine ensures constant air blowing of the interelectrode space.

Потік повітря, який створюється турбіною (з регулюванням обертів) є близьким до ламінарного, що дає можливість застосовувати стерилізатор в медичних установах та дотримуватись норм зазначених в нормативних документах.The air flow created by the turbine (with speed control) is close to laminar, which makes it possible to use the sterilizer in medical institutions and comply with the norms specified in the regulatory documents.

На кресленні зображений стерилізатор, загальний вигляд.The drawing shows the sterilizer, general view.

Стерилізатор реалізовано в пластмасовому корпусі В середині корпусу розміщена іонізаційна камера 1, виготовлена з матеріалу високої електроміцності, зовнішні електроди - іонізатори 2, джерела живлення З та турбіна 4 для продування повітря через іонізаційну камеру 1. В іонізаційній камері 1 на певній відстані один від одного розміщені позитивні 5 і негативні б коронуючі електроди. Позитивні 5 коронуючі електроди під'єднані до джерела напруги 20 КУ, негативні 6-30 КМ. В міжелектродних проміжках виникає біполярний коронний розряд. Струм розряду становить 40-60 мкА, в залежності від стану повітря. Ці значення струму досягаються,The sterilizer is implemented in a plastic case. In the middle of the case, there is an ionization chamber 1, made of a material of high electrical strength, external electrodes - ionizers 2, power sources C and a turbine 4 for blowing air through the ionization chamber 1. In the ionization chamber 1, at a certain distance from each other, are placed positive 5 and negative b corona electrodes. Positive 5 crowning electrodes are connected to a voltage source of 20 KU, negative 6-30 KM. A bipolar corona discharge occurs in the interelectrode spaces. The discharge current is 40-60 μA, depending on the air condition. These current values are achieved by

БО підтримуючи величину напруженості електричного поля в розрядному проміжку 1109-3107 В/м.BO maintaining the magnitude of the electric field strength in the discharge interval of 1109-3107 V/m.

Зовнішні електроди - іонізатори 2 розміщені на передній панелі стерилізатора, живляться від імпульсного джерела та призначені для іонізації атомів, молекул і груп молекул з подальшою їх утилізацією.External electrodes - ionizers 2 are placed on the front panel of the sterilizer, are powered by a pulse source and are designed for ionization of atoms, molecules and groups of molecules with their subsequent disposal.

Електричний стерилізатор працює наступним чином.The electric sterilizer works as follows.

При одночасному включенні джерел живлення 3, на коронуючі електроди 5,6 іонізаційної камери подається висока напруга. На електродах позитивної 5 та негативної 6 полярності утворюється, відповідно, негативна і позитивна корона. Міжелектродний простір містить негативні і позитивні іони, що (при наявності електричного поля) створює електричний струм.When power sources 3 are turned on at the same time, a high voltage is applied to the coronating electrodes 5,6 of the ionization chamber. On the electrodes of positive 5 and negative 6 polarity, a negative and a positive corona are formed, respectively. The interelectrode space contains negative and positive ions, which (in the presence of an electric field) creates an electric current.

Наявність електричного струму в міжелектродному просторі являється інактиваційним фактором, а величина струму визначає ступінь інактивації. Коронуючі електроди 5,6 продуваються потоком повітря турбіною 4 ввімкненою одночасно з джерелами живлення З електродів 5,6. Зовнішні електроди - іонізатори 2 створюють підвищений рівень насичення повітря у "чистій" зоні негативними "аероіонами". Живлення їх імпульсною напругою дозволяє регулювати величину рівня насиченості.The presence of an electric current in the interelectrode space is an inactivation factor, and the magnitude of the current determines the degree of inactivation. The crowning electrodes 5,6 are blown by the air flow of the turbine 4 turned on at the same time as the power sources of the electrodes 5,6. External electrodes - ionizers 2 create an increased level of air saturation in the "clean" zone with negative "aeroions". Powering them with a pulse voltage allows you to adjust the value of the saturation level.

Випробування електричного стерилізатора проводили в приміщенні з різним станом забрудненості. Для перевірки стерилізатора був виготовлений спеціальний трубопровід, під'єднаний до стерилізатора, в якому помістили "чашку Петрі" з середовищем для росту мікроорганізмів. Для визначення наявності струму встановили діелектричну перегородку між електродами, причому величина струму змінювалась пропорційно відстані заглиблення перегородки між електродами. Зовнішні електроди - іонізатори знаходилися на передній панелі стерилізатора, відстань між якими складала 620 мм. Зовнішні електроди були під'єднані до імпульсного джерела живлення напругою 30 КУ, через опір величиною 15 Гом. Струм короткого замикання при цьому становив 2мкА, що є абсолютно безпечним для оточуючих, рівень концентрації аероіонів -1-15 тисяч на кубічний сантиметр при тривалості імпульсу 1 м/сек, і шпаруватості - 100. Концентрація вимірювалася лічильником аероіонів серійного виробництва.Tests of the electric sterilizer were carried out in a room with different levels of contamination. To test the sterilizer, a special pipeline was made, connected to the sterilizer, in which a "Petri dish" with a medium for the growth of microorganisms was placed. To determine the presence of current, a dielectric barrier was installed between the electrodes, and the amount of current changed in proportion to the depth of the barrier between the electrodes. External electrodes - ionizers were located on the front panel of the sterilizer, the distance between which was 620 mm. The external electrodes were connected to a pulse power source with a voltage of 30 KU, through a resistance of 15 Ohms. At the same time, the short-circuit current was 2μA, which is absolutely safe for others, the concentration level of aeroions is 1-15 thousand per cubic centimeter with a pulse duration of 1 m/sec, and the sparability is 100. The concentration was measured by a mass-produced aeroion counter.

Експериментально встановлено, що час інактивації повітря в приміщенні 50 м? при швидкості повітря 18 м/с і площі електродів 700 см становить 30 хв.It was experimentally established that the time of inactivation of air in the room is 50 m? at an air speed of 18 m/s and an area of electrodes of 700 cm is 30 minutes.

Результати випробування показали, що вихідне повітря не містило жодних мікроорганізмів.The test results showed that the outlet air did not contain any microorganisms.

Кількість колоній мікроорганізмів в "чашці Петрі" до інактивації становила 106, після інактивації - мікроорганізми відсутні.The number of colonies of microorganisms in the "Petri dish" before inactivation was 106, after inactivation - there are no microorganisms.

Розташування коронуючих електродів має суттєве значення, зокрема розміщення негативного електрода останнім за напрямком руху повітря дає змогу збільшити насиченість негативними іонами обмежений простір за рахунок негативної корони. Фоновий рівень в даному приміщенні становив 100 аероіонів. Імпульсний режим роботи вибраний для запобігання перенасиченості негативних аероіонів. Кількість іонізаторів - два. Відстань між ними 62 см. зо Відстань визначена експериментально. Встановлено, що зменшення відстані та збільшення кількості зовнішніх іонізаторів суттєво не впливає на насиченість повітря аероіонами.The location of the corona electrodes is of significant importance, in particular, placing the negative electrode last in the direction of air movement makes it possible to increase the saturation of the limited space with negative ions due to the negative corona. The background level in this room was 100 aeroions. The pulse mode of operation is selected to prevent oversaturation of negative aeroions. The number of ionizers is two. The distance between them is 62 cm. The distance is determined experimentally. It was established that reducing the distance and increasing the number of external ionizers does not significantly affect the air saturation with aeroions.

Стерилізатор, що заявляється, може працювати в присутності людей та виконувати функцію окремо іонізатора, окремо стерилізатора або разом обидві функції.The claimed sterilizer can work in the presence of people and perform the function of a separate ionizer, a separate sterilizer or both functions together.

Claims (5)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУFORMULA OF THE INVENTION 1. Електричний стерилізатор повітря, який містить коронуючі електроди та джерела живлення, який відрізняється тим, що додатково містить щонайменше два зовнішні електроди - іонізатори, коронуючі негативні та позитивні електроди, розміщені в іонізаційній камері під напругою різної полярності величиною 12,5-100 КМ та мають форму пакетів-сіток, а для продування повітря через іонізаційну камеру передбачена турбіна.1. An electric air sterilizer that contains coronating electrodes and power sources, which is distinguished by the fact that it additionally contains at least two external electrodes - ionizers, coronating negative and positive electrodes, placed in the ionization chamber under a voltage of different polarity of 12.5-100 KM and have the form of mesh bags, and a turbine is provided for blowing air through the ionization chamber. 2. Електричний стерилізатор за п. 1, який відрізняється тим, що початкова напруженість поля визначається за емпіричною формулою Піка: Е- гав ВО, чо де Е - напруженість поля, а - відстань між електродами, ю - діаметр електрода.2. Electric sterilizer according to claim 1, which differs in that the initial field strength is determined by Peak's empirical formula: Е- гав ВО, where Е is the field strength, а is the distance between the electrodes, and у is the electrode diameter. 3. Електричний стерилізатор за п. 1, який відрізняється тим, що містить щонайменше два позитивних та два негативних коронуючих електроди. БО 3. Electric sterilizer according to claim 1, which is characterized by the fact that it contains at least two positive and two negative corona electrodes. FOR 4. Електричний стерилізатор за п. 1, який відрізняється тим, що відстань між коронуючими електродами визначається за формулою: а-Х, Е де М - напруга на електродах, Е - напруженість поля.4. Electric sterilizer according to claim 1, which differs in that the distance between the crowning electrodes is determined by the formula: a-X, E where M is the voltage on the electrodes, E is the field strength. 5. Електричний стерилізатор за п. 1, який відрізняється тим, що відношення напруги позитивного коронуючого електрода до негативного становить 2/3.5. Electric sterilizer according to claim 1, which differs in that the voltage ratio of the positive corona electrode to the negative one is 2/3.