Устройство обеззараживания инфицированных материалов

Полезная модель относится к области медицины и экологии и может применяться в больницах для обеззараживания инфицированных материалов до их удаления с территории больницы. Предложенное устройство состоит из образующего полость корпуса металлической рабочей камеры с одной или двумя дверями, по крайней мере, двух, СВЧ-генераторов, подключенных к входам СВЧ-облучателей, выходы которых направлены в рабочую камеру, средства управления устройством, наружного кожуха камеры и слоя теплоизоляции, выполненного на наружной поверхности металлического корпуса. При этом, в соответствии с предложенной полезной моделью, снизу корпуса рабочей камеры закреплены источники тепла, управляющие входы которых подключены к средству управления устройством.

Полезная модель относится к области медицины и экологии, и может использоваться, например, для обеззараживания медицинских отходов опасных и чрезвычайно опасных классов в местах их первичного образования - в любом лечебно-профилактическом учреждении (ЛПУ).

Известно устройство обработки медицинских отходов на основе микроволновой технологии [Система MediSter для сбора и дезинфекции медицинских отходов. Установка MediSter 160. Сайт в Интернете. Компания METEKA GmbH, Австрия].

Такое устройство содержит микроволновую камеру с вращающейся подставкой для установки одного контейнера с отходами, систему принудительной подачи в камеру дезинфектанта и воды, систему генерирования и подачи в камеру микроволновой энергии, а также средство управления и контроля. Система генерирования и подачи в камеру микроволновой энергии содержит три магнетрона, установленные равномерно по высоте вертикальной стенки друг над другом. Источники питания магнетронов подключены к соответствующим фазам трехфазной сети 380 В, а излучающие штыри магнетронов непосредственно введены в микроволновую камеру для возбуждения в ней многих электромагнитных волн высшего типа. Излучающие штыри магнетронов закрыты прозрачными для микроволн защитными колпачками. Конструкция устройства обеспечивает равномерный нагрев увлажненных отходов неоднородного состава.

Недостатком известного устройства является невысокая производительность - 12-15 кг обеззараженных отходов в час, и повышенные массо-габаритные показатели устройства: масса 350 кг, габаритные размеры 1160×732×1670 мм при объеме рабочей камеры 60 л.

Повышенные удельные энергетические затраты, потребность в трехфазной сети переменного тока, а также повышенные масса и габариты известных технических решений препятствуют их использованию в средних ЛПУ в качестве простого и доступного средства для обеззараживания инфицированных отходов на местах их образования.

Известное устройство микроволнового обеззараживания инфицированных медицинских материалов [WO 2005/009494 A1] содержит образующий полость корпус металлической рабочей камеры с одной или двумя двустенными дверями, по крайней мере, два, включенных противофазно по питанию, сверхвысокочастотных (СВЧ) генератора со встречно ориентированными и ортогонально поляризованными СВЧ-облучателями, средства питания и охлаждения СВЧ-генераторов, средство управления устройством, наружный кожух камеры и слой теплоизоляции, выполненный на наружной поверхности металлического корпуса, на СВЧ-облучателях и в межстенном пространстве дверей.

Масса такого устройства не превышает 55 кг, а его габариты составляют 1200×540×560 мм при объеме рабочей камеры 150 л.

Однако недостатком такого устройства является то, что после включения устройства нижний слой водного раствора в контейнерах, стекшего вниз после увлажнения материалов, всегда прогревается дольше, чем его верхние слои. Прогрев этого слоя происходит более длительно, когда его температура близка к +4°C, и он не впитывается в собранные отходы (например, стекло, пластик, резина), а в полном объеме скапливается на дне контейнеров. В этом случае уровень раствора в контейнере может превышать 40 мм, что в 2-3 раза превышает глубину проникновения микроволн в воду. [СВЧ-энергетика, том 2, под редакцией Э. Окресса, пер. с англ., стр.25. «Мир», 1971],_Кроме того, под действием сил гравитации в нижнем слое скапливается раствор с максимальной плотностью. Этот слой представляет собой сплошную зону конвективного застоя, которая разогревается микроволнами дольше, чем верхние слои раствора.

Задачей предложенной полезной модели является сокращение времени нагрева водного раствора в контейнерах от начальной температуры +4°C до температуры 100°C.

В предложенной полезной модели поставленная задача решается тем, что в устройстве обеззараживания инфицированных материалов, содержащем образующий полость корпус металлической рабочей камеры с одной или двумя дверями, по крайней мере два, СВЧ-генератора, подключенные ко входам СВЧ-облучателей, выходы которых направлены в рабочую камеру, средство управления устройством, наружный кожух камеры, и слой теплоизоляции, выполненный на наружной поверхности металлического корпуса. При этом, в соответствии с полезной моделью, снизу корпуса рабочей камеры жестко закреплены источники тепла, управляющие входы которых подключены к средству управления устройством.

Техническим результатом предложенной полезной модели является сокращение времени закипания водного раствора на 6 минут при микроволновой обработке двух контейнеров с инфицированными материалами, увлажненными водным раствором с начальной температурой +4°C.

Не очевидным техническим эффектом предложенного способа является то, что кратковременный подогрев снизу доньев контейнеров до температуры 60°C в самом начале их микроволнового облучения заметно сокращает время нагрева водного раствора в контейнерах от начальной температуры +4°C до температуры 100°C.

На фигуре схематически представлено устройство по данной полезной модели.

Устройство для обеззараживания инфицированных материалов содержит корпус (1) металлической рабочей камеры (2) с одной или двумя дверями, по крайней мере два, включенных противофазно по питанию, СВЧ-генератора (3) со встречно ориентированными СВЧ-облучателями (4), средства питания и охлаждения СВЧ-генераторов, канал аэрации камеры, средство управления устройством, наружный кожух камеры и слой теплоизоляции (5), выполненный на наружной поверхности металлического корпуса (1), на СВЧ-облучателях (4) и в межстенном пространстве дверей.

Снизу дна корпуса (1) рабочей камеры (2) напротив дна каждого загружаемого в камеру (2) контейнера (6) под слоем теплоизоляции (5) дополнительно устанавливаются источники тепла (7), мощность которых за время их активного состояния не размягчает дно полимерных контейнеров (6), соприкасающихся с дном рабочей камеры (2) устройства.

Устройство работает следующим образом. При открывании двери рабочей камеры (2) (на фигуре не показана), средство управления устройством (на фигуре не показано) включает источники тепла (7). В рабочую камеру (2) загружают контейнеры (6) с увлажненными инфицированными материалами и закрывают дверь камеры (2).

За время погрузки контейнеров (6) в рабочую камеру (2) источники тепла (7) нагреваются и через дно корпуса (1) начинают нагревать донные части контейнеров (6). В придонном слое раствора начинает формироваться равномерно прогревающийся тонкий слой раствора.

После закрывания дверцы средство управления включает СВЧ-генераторы (3), микроволновая энергия которых через волноводные облучатели (4) поступает в рабочую камеру (2). В рабочей камере (2) возникает резонанс стоячих волн высших типов, частотный спектр которых лежит в полосе рабочих частот СВЧ-генераторов (3).

На придонный слой раствора (на фигуре не показан) в контейнерах (6) воздействуют два вертикальных градиента тепла - первый, микроволнового происхождения, имеет дискретную структуру в горизонтальной плоскости и направлен сверху вниз, второй, термического происхождения, имеет равномерную структуру в горизонтальной плоскости и направлен снизу вверх.

Благодаря возникновению в растворе второго градиента тепла, направленного снизу вверх, предотвращается возникновение областей конвективного застоя в придонном слое раствора. При этом, плотность тонкого придонного слоя раствора понижается, этот слой медленно начинает подниматься вверх, навстречу идущему вниз теплу. Далее процесс разогревания быстро нарастает в силу указанных выше физических зависимостей и придонная область конвективного застоя приходит в движение при температуре доньев 60°C - в этот момент устройство управления отключает источники тепла (7).

Далее обеззараживание материалов идет только путем их микроволнового облучения. По истечении технологического времени, как правило, это 25-35 минут после закипания водного раствора (в зависимости от количества раствора и его начальной температуры), устройство управления отключает микроволновое облучение контейнеров. На этом цикл обеззараживания инфицированных материалов заканчивается.

Температура доньев 60°C достигается через 8-12 минут, в зависимости от массы загруженных материалов, температуры и массы увлажнителя в контейнерах.

Таким образом, введение в состав устройства дополнительных источников тепла 7, работающих кратковременно в самом начале микроволнового нагрева материалов, выгодно отличает данное техническое решение от прототипа и позволяет существенно сократить время нагрева водного раствора в контейнерах от начальной температуры +4°C до температуры 100°C.

Для технической проверки данного решения был изготовлен макет рабочей камеры с параметрами:

Материал камеры - листовая нержавеющая сталь толщиной 1 мм.

Положение облучателей соответствует чертежу. Снизу корпуса установлены два термоэлектрических нагревателя закрытого типа, применяющиеся в бытовых электрических кухонных плитах.

В макете применены 2 магнетрона типа 2М214 корейской фирмы LG. Рабочая частота магнетронов 2450±50 МГц, микроволновая мощность 800-850 Вт.

Для определения допустимых параметров источников тепла в эксперименте были предусмотрены измерение и регулировка напряжения первичной сети, питающей источники тепла.

Температура дна камеры под полимерными контейнерами измерялась термопарами, установленными с наружной стороны корпуса камеры. Момент закипания водного раствора определялся дистанционно по показаниям цифрового инфракрасного термометра, луч которого через запредельное неизлучающее отверстие в стенке корпуса камеры направлялся на боковые поверхности контейнеров в районе их дна.

Пример 1. Был приготовлен водный раствор жидкого мыла, в соотношении 15 мл мыла на 1 литр воды с температурой +4°C. В каждый контейнер залили по 2,3 л водного раствора, что соответствует максимальной массе инфицированных материалов на один контейнер. Высота раствора от дна контейнера составила 42 мм. После этого контейнеры плотно закрыли крышками и установили в рабочую камеру, как это показано на чертеже. Включили микроволновый прогрев без включения нижних подогревателей. Раствор закипел через 26 минут.

Пример 2. Повторили эксперимент с вновь залитым холодным раствором в таком же количестве и подогревателями, включенными на 10 с раньше включения магнетронов. Раствор закипел через 20 минут, а подогреватели были включены в течение 12 минут. При этом температура наружных частей устройства в районе размещения подогревателей была значительно ниже 55°C, допускаемых стандартом безопасности. Потребляемая мощность каждого нагревателя составила 120 Вт, а дополнительно потребленная электрическая энергия W за один цикл работы составила:

W=2·P·t=2·120·720=172800 Дж =172800·2,78·10^-4 Вт·ч=48 Вт·ч =0,048 кВт·ч,

где: P - мощность одного нагревателя, 120 Вт;

t - продолжительность работы нагревателей, 720 с.

Проведенные эксперименты показали, что введение кратковременного подогрева доньев контейнеров до 60°C в самом начале их микроволнового облучения позволяет ускорить время закипания водного раствора в контейнерах на 6 минут при начальной температуре увлажнителя +4°C и его максимально допустимой массе в контейнерах.

Подогреватели на заданную мощность могут быть выполнены, в частности, на базе термоэлектрических нагревателей закрытого типа.

Устройство обеззараживания инфицированных материалов, содержащее образующий полость корпус металлической рабочей камеры с одной или двумя дверями, по крайней мере, два СВЧ-генератора, подключенных к входам СВЧ-облучателей, выходы которых направлены в рабочую камеру, средство управления устройством, наружный кожух камеры и слой теплоизоляции, выполненный на наружной поверхности металлического корпуса, отличающееся тем, что снизу корпуса рабочей камеры закреплены источники тепла, управляющие входы которых подключены к средству управления устройства.

РИСУНКИ