патентный обзор уф облучения. 4 Раздел патентный обзор. 1. литературно патентный обзор анализ существующих конструкций
 Скачать 461.51 Kb.
|
|
1. ЛИТЕРАТУРНО – ПАТЕНТНЫЙ ОБЗОР Анализ существующих конструкций Одним из основных способов повышения эффективности животноводства, дальнейшего повышения его продуктивности и качества конечного продукта является индустриализация этого производства, в основе которого лежит комплексная механизация. Применение методов промышленного производства в животноводстве требует совершенствования технологических и технических решений. Установки для облучения животных непосредственно влияют на развитие и рост животных. Происходит повышение продуктивности и воспроизводства стада, растет устойчивость к разным заболеваниям. А также при помощи ультрафиолета можно произвести обеззараживание животноводческого помещения. Учитывая приведенную выше информацию, считаем необходимым рассмотреть существующие и новые конструкции облучателей животных. Известен патент РФ №1512535, групповой ультрафиолетовый облучатель для животных. Схема установки изображена на рисунке 1.1. Этот патент создан для того, чтобы повышать надежность зажигания ламп и упрощения технологии монтажа. Эта установка работает следующим образом. При включении установки суточное двухпрограммное реле времени (1) замыкает контакт (5) первой программы в цепи магнитного пускателя (4), который, срабатывая, замыкает контакты (13-15), и к группам (8) и (9) ламп подается напряжение. Зажигается группа (8), так как их общая точка соединена с фазой сети через размыкающий контакт (18) и конденсатор (20). По истечении времени горения группы (8) ламп замыкается контактом (3) второй программы суточного двухпрограммного реле времени (2). Реле времени (2) срабатывает, его размыкающий контакт (6) в цепи магнитного пускателя (4) размыкается, а замыкающий контакт (7) замыкается с выдержкой времени, при этом другой размыкающий контакт (18) реле времени (2) отключает общую точку группы ламп (8), а другой замыкающий контакт (19) реле времени (2) подключает общую точку группы (9) ламп к фазе сети. По истечении времени горения группы (9) ламп от момента включения контакта (3) второй программы, контакт (5) первой программы и реле времени (1) размыкаются. Магнитный пускатель (4), реле времени (2) и лампы отключаются. Достоинства этой установки: - упрощенная технология монтажа за счёт сокращения числа магнитных пускателей и уменьшенный расход кабеля. - введение реле времени с размыкающими и замыкающими контактами. Недостатком является то, что эта установка установлена в отделенном от животных помещении. Необходимо животных перегонять из станков к установке и обратно. Нарушается распорядок и режим дня на скотном дворе, а также возможность заражения животных или получения травм во время их перегона.  1,2 – суточное двух программное реле времени 1 и 2; 3 – контакт второй программы; 4 – магнитный пускатель; 5 – контакт первой программы; 6 – замыкающий контакт; 7 – размыкающий контакт; 8,9 – дуговые ртутные лампы; 10-12 – дроссели; 13-15 – контакты магнитного пускателя; 16 – автоматический выключатель;17 – предохранитель; 18 – размыкающий контакт; 19 – замыкающий контакт; 20 – конденсатор. Рисунок 1.1 – Схема ультрафиолетового облучателя (Патент РФ 1512535). Вызывает интерес установка для облучения животных ультрафиолетовыми лучами (Патент РФ №98119). Эта установка также для группового облучения, как и первая, но непосредственно в станках, то есть, нет необходимости перегонят животных из станков в отдельное помещение. Боковой вид и вид сверху установки изображены на рисунке 1.2.   1 - ряд станков; 2 - сквозные болты; 3 - неподвижный рельсовый трос; 4 - каретка; 5 - рефлектор; 6 - барабан; 7 - кабель; 8 - электродвигатель; 9 - редуктор; 10 - тяговый трос; 11 - оттяжной блок; 12 - реле Рисунок 1.2 – боковой вид и вид сверху установки для ультрафиолетового облучения животных (Патент РФ 98119). Установка работает следующим образом. Над каждым рядом станков (1) натянут неподвижный (рельсовый) трос (3), по этому тросу (3) перекатывается на роликах каретка (4), к которой на цепочке подвешен рефлектор (5) с ртутно-кварцевой горелкой типа ПРК-2. Питание горелок осуществляется от дросселей с магнитным пускателем, от которых ток подводиться к подвешенным под потолком барабанам (6), а от них к ртутно-кварцевым горелкам. Механизм передвижения кареток состоит из электродвигателя (8), который через ременную передачу вращает механический редуктор (9). Остановка кареток в концах помещения осуществляется автоматически посредством реле (12), выключающий ток, питающий электродвигатель, который после этого запускается с обратным направлением вращения ротора. Достоинством этой установки является непрерывное облучение животных, находящихся в станках, в течение необходимого времени. Недостатками данной конструкции можно сказать, большой расход электроэнергии, металлоемкость и высокая себестоимость. Так же известен облучатель для животных (Патент РФ № 2261593) содержащий корпус, гофрированные рукава, источник инфракрасного излучения (ИК), прозрачное стекло, источник ультрафиолетового излучения (УФ), ионизатор. Установка работает следующим образом. Включается инфракрасный источник излучения (3), колпак (4) находится в верхнем положении (рис.1.3.). Тем самым на ультрафиолетовый источник воздействует тепло от инфракрасного источника. Такая процедура нужна для подготовки стабильного температурно-влажностного режима для работы ультрафиолетового источника в животноводческом помещении. После этого включается ультрафиолетовый источник излучения (2). Для работы ультрафиолетового источника необходима определенная температура. Это температура выше +20ºС. Как только достигается нужная температура, начинают нагреваться биметаллические пластины (6). Все это происходит, за счет конвективного тепла, поступающего по каналам (5) для отвода тепла, от инфракрасного источника. Эти каналы выполнены в виде полумесяца. пластины (6) закреплены, неподвижно, одним концом на корпус облучателя (1), а другим концом закреплены на внешнюю поверхность колпака (4), напротив каналов (5) для отвода тепла. Все это сделано для того, чтобы когда биметаллические пластины нагреваются, они изгибаются и влекут за собой подвижный в вертикальной оси колпак (4). Пластины перемещают его по вертикальной оси на инфракрасный источник излучения (3) до нижнего положения. Нижнее положение определяется нижним краем ультрафиолетового источника. Как только температура воздуха возле ультрафиолетового источника становится ниже +20ºС, биметаллические пластины (6), за счет остывания, изгибаются в обратном направлении, также увлекая за собой колпак (4), до верхнего положения. Верхнее положении, определяется верхним краем ультрафиолетового источника (2).  1- корпус облучателя; 2 - УФ-источник света; 3- ИК-источник света; 4 – колпак; 5 – каналы для отвода тепла; 6 - биметаллические пластины; Рисунок 1.3 - Облучатель для животных (Патент РФ № 2261593). Достоинством является, что облучатель имеет вид кольца, вовнутрь которого установлен источник инфракрасного излучения. Излучатель снабжен колпаком с каналами в форме полумесяца и выполнен с возможностью перемещения по вертикальной оси за счет биметаллических пластин. Последние расположены над каждым каналом и закреплены одним концом неподвижно к корпусу, другим - к внешней поверхности колпака, а корпус облучателя выполнен в виде полусферы с круглым основанием. Недостатком данного устройства является низкая эффективность из-за невозможности равномерного облучения и обогрева сельскохозяйственных животных. Хочется обратить внимание на бактерицидный облучатель (Патент РФ № 2527677). Схема изображена на рисунке 1.4. Данная установка относится к средствам дезинфекции, где используется ультрафиолет. А если быть точнее, то тогда данную установку относят к бактерицидным облучателям открытого типа, где используется газоразрядные ртутные лампы низкого давления. Использование данной установки позволяет повысить эффективность бактерицидного обеззараживания воздуха. Это происходит за счет снижения теневых зон облучения. Бактерицидный облучатель работает следующим образом. Вертикальная стойка (2) с верхними и нижними ламподержателями-патронами (3) и (4) закреплена на горизонтальном основании (1) бактерицидного облучателя. Так же к центральной стойке (2) закреплены ртутные лампы (5) низкого давления. Все эти лампы бактерицидные, газоразрядные. Ламподержатели-патроны (3) и (4), верхний и нижний соответственно, каждой лампы (5) низкого давления лежат в разных плоскостях. В вертикальному плоскости, с наклоном расположены продольные оси газоразрядных ртутных ламп (5) низкого давления. Через вертикальную ось центральной стойки проходит хотя бы один, либо верхний (3), либо нижний (4), ламподержатель-патрон. А так же эта же ось проходит каждую газоразрядную лампу ртутную лампу (5) низкого давления.  1- горизонтальное основание; 2 – ось центральной стойки; 3, 4 - верхний и нижний ламподержатели-патроны; 5 - газоразрядная ртутная лампа. Рисунок 1.4 - Общий вид бактерицидного облучателя (Патент РФ № 2527677). Достоинством является повышенная эффективность бактерицидного обеззараживания воздуха, окружающих поверхностей и стен помещений. Все это происходит за счет уменьшения теневых зон облучателя. Недостатком можно считать значительные габариты. Этот недостаток возникает за счет большего количества бактерицидных ламп. Известен светильник для ультрафиолетового облучения (Патент РФ №2121106). Целью изобретения является повышение эффективности биологического действия светильника УФ облучения при одновременном упрощении его. Для достижения поставленной цели в светильнике для УФ облучения, содержащем отражатель, в фокальной оси которого установлена трубчатая ртутная лампа низкого давления, колба которой изготовлена из бактерицидного стекла и покрыта эритемным люминофором по меньшей мере на половине ее длины, а часть колбы свободна от люминофора, в соответствии с изобретением отражатель установлен с возможностью поворота относительно оси колбы, а со стороны части колбы, свободной от люминофора, расположен экран, установленный на отражателе с возможностью поворота относительно его продольной оси. Принцип работы светильника для УФ облучения животных. Ртутная лампа низкого давления (2), с трубчатой колбой, установлена вдоль фокальной оси отражателя (1). Лампа низкого давления (2) выполнена из бактерицидного стекла, прозрачного для ультрафиолетового излучения.По меньшей мере на половине длины колба (2) покрыта эритемным люминофором (3). В случае, если люминофор занимает менее 1/2 части длины трубки, выход прямого эритемного излучения будет недостаточным, при этом чрезмерная доля бактерицидного излучения окажет отрицательное биологическое воздействие. Небольшая доля коротковолнового излучения, составляющая менее 1/2 в общей доле излучения, с одной стороны, непосредственно оказывает стимулирующее действие на животный организм, а с другой стороны, усиливает действие эритемной составляющей излучения. На отражателе установлен экран (4), который при повороте относительно оси отражателя перекрывает коротковолновое УФ излучение, испускаемое частью лампы, свободной от люминофора. Светильник размещается над объектом в положении, когда отражатель (1) ориентирован излучением на животные объекты, а экран (4) не препятствует выходу излучения лампы по всей ее длине (рис.1.5). Благодаря явлению, усиливающему в малоинтенсивных источниках излучения влияния эритемного облучения путем взаимодействия с коротковолновой составляющей, повышается эффективность биологического действия УФ облучения, проявляющаяся в улучшении показателей роста и развития молодняка при существенном снижении времени облучения. При облучении молодняка первых дней жизни выход УФ излучения из свободной от люминофора части лампы предотвращается посредством поворота непрозрачного экрана (4). По мере роста молодняка поворотный экран, расположенный над частью лампы, свободной от люминофора, обеспечивает регулирование количества и продолжительности воздействия коротковолнового излучения, обеспечивающего образование эритемы и витамина "Д", которые необходимо дозировать для животных разного вида, возраста, пола и функционального состояния животных. При повороте отражателя выходным отверстием вверх светильник работает в режиме обеззараживания воздуха. Лампа при этом не экранируется.  1- отражатель; 2 – колба; 3 - эритемный люминофор; 4 - экран Рисунок 1.5 - Светильник для ультрафиолетового облучения (Патент РФ №2121106). Достоинством данного светильника является повышение эффективности биологического действия светильника УФ облучения при одновременном упрощении его. Недостатком можно считать, большой расход электрической энергии. Хочется обратить внимание на устройство для ультрафиолетового и инфракрасного облучения сельскохозяйственных животных и птиц (Патент РФ № 2393667). Данное устройство включает в себе УФ- и ИК-облучения сельскохозяйственных животных и позволяет обрабатывать объект облучения по режиму (15, 30, 45, 60 минут), а также в любое время суток в течении 24 часов. Обработка происходит с помощью инфракрасного света, ламп системы ИКУФ, и ультрафиолетовым светом, применяются лампы ДРТ-400. Выбор режима, с помощью какого источника света будет проходить обработка, выбирается посредством реле времени 2РВМ. Данное устройство (рис.1.6) состоит из: - системы включения устройства в сеть (1), это же устройство подает напряжение в реле времени 2РВМ (2). Данное реле работает в двух режимах. Первый режим подает напряжения на облучатель ИКУФ с источником инфракрасного света (8) и ультрафиолетового света (4), а второй – в блок питания лампы ДРТ (3), с помощью которого ртутно-кварцевая лампа ДРТ-400 включается автоматически. Устройство для ультрафиолетового и инфракрасного облучения сельскохозяйственных животных и птиц работает следующим образом. От включателя (1) подается напряжение на реле времени 2РВМ (2). Тем самым регулируется режим обработки. По режиму (15, 30, 45, 60 минут), а также в любое время суток в течении 24 часов. Источниками лучистой энергии выступают лампы типа ИКУФ (4,8) и ДРТ-400 (6). Энергия, испускаемая от ламп типа ИКУФ и ДРТ-400, при помощи кожухов ламп (5) и (7), отражается в направлении клеток (9), приспособленных для содержания животных и птиц (10).  1 – включатель; 2 - реле времени 2РВМ; 3 - блок питания лампы ДРТ-400; 4,8, 6 - источники лучистой энергии ИКУФ и ДРТ-400; 5, 7 - кожухи ламп; 9 - клетки для содержания животных; 10 – поверхность клетки. Рисунок 1.6 - Устройство для инфракрасного и ультрафиолетового облучения сельскохозяйственных животных (Патент РФ № 2393667). Недостатком является, что устройство неподвижное. Придется над каждым стойломестом повесить данные виды ламп, что является экономически не выгодной. Достоинством можно считать то, что устройство многофункциональное. С его помощью можно обработать сельскохозяйственные животные излучением ртутно-кварцевой лампы, произвести дезинфекцию помещений, а также есть возможность инфракрасного обогрева. 1.2. Анализ технологии облучения. 1.2.1. Ультрафиолетовое излучение. Ультрафиолетовое излучение существенно влияет на жизнедеятельность животных. Данное облучение оказывает на организм животного наиболее сильное воздействие, так как он компенсирует нехватку витамина D. А почему же возникает его нехватка? Все просто: самым известный нам источник витамина D – это Солнце. В разных широтах солнце светит с разной интенсивностью, т.е. лучи падают на землю неравномерно. Осенью и зимой солнце находится низко над горизонтом, и ультрафиолетовые лучи в основном поглощаются атмосферой, в связи, с чем до земли достигают очень малое количество. Ещё одной отрицательной стороной является то, что в осенне-зимний период животные находятся в закрытых помещениях, куда солнечные лучи не проходят. В таких условиях в организме животного начинается «световое голодание». Недостаток витаминов заметно сказывается на самочувствие животного и может привести к таким заболеваниям как, рахит, зоб, выпадение шерсти и т.д. Летом вероятность появление данных заболеваний меньше, так как в этот период происходит пастбищное или лагерное содержание животных. Надо сказать то, что 80-90% ультрафиолетовых лучей животные получают именно в пастбищах. С помощью ультрафиолетовых облучателей можно улучшить и некоторые показатели воздушной среды животноводческих помещений. Улучшаются такие показатели как, бактериальная загрязненность воздуха (после обработки снижается на 20-25%), влажность воздуха (уменьшается), содержание паров аммиака (снижается). Происходит ионизация воздуха. После ультрафиолетового облучение, как сказано выше, компенсируется нехватка витамина D, и не только. В организме животного происходит и другие биологические активные процессы. Вещества, полученные после ультрафиолетового облучения, распространяются по всему организму током крови. Благотворно влияя на процессы протекающих в теле животного. После ультрафиолетового облучения улучшается усвояемость кормов организмом животного. Плод появляется более жизнеспособным и устойчивым к заболеваниям. Ультрафиолетовое облучение улучшает усвояемость кормов, приплод появляется на свет устойчивым к заболеваниям и более жизнеспособным. Искусственное облучение ультрафиолетовыми лучами помогает восполнить, в осенне-зимний период года, недостаток в ультрафиолетовых лучах, а также создать хороший микроклимат для проживания животных. 1.2.2. Инфракрасное излучение. Данный вид излучения так же широко применяется в сельскохозяйственном производстве. Его используют для обработки семенного материала перед посадкой, для дезинфекции помещений, а также чтобы обогревать молодняк животных. Данный вид облучения имеет весьма высокий коэффициент полезного действия. Так же обладает не высокой металлоемкостью и массой. Можно легко регулировать и управлять с помощью средств автоматизации. Значительная территория нашей страны на 7-8 месяцев погружается на холодный температурный режим. Данный период в стране охарактеризуется понижением температуры до -40 и ниже градусов по Цельсию. В эти месяцы возникают трудности с содержанием сельскохозяйственных животных. В первые дни после рождения молодняк животных не имеет механизма терморегулирования. Низкий температурный режим и высокая влажность воздуха в данный период времени плохо сказывается на росте, развитии животного молодняка, нарушается обмен веществ, Чтобы все это предотвращать в животноводстве широко применяют источники инфракрасного излучения для обогрева молодняка. Как работает инфракрасное облучение? Поток излучения, идущий от инфракрасной установки, при достижении тела животного частично отражается, но вся остальная часть поглощается кожей и подкожной тканью. В теле животного создается некий тепловой эффект, так как в облученные участки кожи увеличивается приток крови, тем самым создавая тепловую эритему. Таким образом, инфракрасное излучение обладает не только согревающим эффектом, но и помогает протекать биологическим процессам в организме животного. 1.2.3. Источники излучения. В установках излучения в качестве основного источников света, применяемых в сельском хозяйстве, широко распространены: 1) Эритемные люминесцентные ртутные дуговые лампы ЛЭ (рис.1.7). Представляют собой трубку из увиолевого стекла, внутренняя поверхность которой покрыта слоем люминофора, преобразующим ультрафиолетовое излучение области С с длиной волны 254 нм в излучении спектров В и А с длиной волны 280-360 нм. Мощность этих ламп - 15-40 Вт;  Рисунок 1.7 - Эритемные люминесцентные ртутные дуговые лампы ЛЭ. 2) Бактерицидные ртутные дуговые лампы типа ДБ (рис.1.8). Этот тип ламп представляет собой трубку из увиолевого стекла, хорошо пропускающего ультрафиолетовые лучи в области С, мощность ламп - 15-60 Вт;  Рисунок 1.8 - Бактерицидные ртутные дуговые лампы типа ДБ 3) Дуговые ртутные трубчатые лампы высокого давления типа ДРТ.Представляют собой трубку из кварцевого стекла, хорошо пропускающего ультрафиолетовые лучи в области А, В, С и в видимой области спектра. Мощность ламп - 400-1000 Вт.  Рисунок 1.9 - Дуговые ртутные трубчатые лампы высокого давления типа ДРТ. 1.2.4. Классификация облучательных установок. Облучательные установки (ОУ) классифицируются по: - назначению; - типу источника излучения; - взаимному расположению источника и приемника. По назначению, облучательные установки, делятся, в зависимости от области используемого излучения. Оптические излучение занимает диапазон электромагнитных колебаний от 1 нм до 1 мм и делится на три зоны: - ультрафиолетового; - видимого; - инфракрасного излучений. В свою очередь зону инфракрасного излучения разделяют на три области: - Область А – 760 … 1500 нм; - Область В – 1500 … 3000 нм; - Область С – более 3000 нм. Если любое тело имеет температуру выше абсолютного нуля, то он может выступать в качестве источника инфракрасного облучения. Эффект теплового воздействия зависит от: - плотности потока; - длительности облучения; - зоны воздействия; - длины волны, которая определяет глубину проникновения излучения в тело животных. Область А обладает наибольшей способностью проникновения в тело животного. Проходит через кожные покровы, поглощается кровью и подкожной жировой клетчаткой. Излучение областей В и С в большей части поглощаются в эпидермисе. Ультрафиолетовое излучение представляет собой электромагнитное излучение с длинами волн от 1 до 400 нм. В связи с взаимосвязью эффекта биологического действия и длины волны, весь диапазон также разделен на три области: 1) Область А – 315…380 нм (имеет место люминесцентный анализ); 2) Область В – 280…315 нм (имеет место эритемное действие); 3) Область С – 1…280 нм (имеет место бактерицидное действие). Источниками ультрафиолетового излучения могут быть: электрическая дуга, лазерные установки, газоразрядные лампы, ртутно-кварцевые лампы. По типу применяемого источника излучения, облучательные установки классифицируются, в зависимости от применяемых ламп, которые разработаны практически для всех областей оптического диапазона. По взаимному расположению различают установки: - стационарные (источник и приемник находятся в одном положении; обогрев и облучение животных, люминесцентный анализ, обеззараживание, облучение в растениеводстве); - передвижные (в течение рабочего цикла занимают более двух положений); - подвижные (либо облучатель, либо приемник непрерывно движутся относительно друг друга). 1.2.5. Дозы облучения. Ультрафиолетовое облучение сельскохозяйственных животных должно проводиться на фоне хороших условий содержания и кормления. Так же при неукоснительном соблюдении рекомендуемых доз. Рекомендуемые суточные дозы ультрафиолетового облучения для некоторых сельскохозяйственных животных показаны на таблице 1.2.1. Таблица 1.2.1 – Рекомендуемые суточные дозы ультрафиолетового облучения сельскохозяйственных животных.
Доза облучения – это рекомендованное на основании биологических исследований количество облучения, воздействие которого на объект вызывает требуемый эффект. Дозы УФО для животных выражаются в Мэр*ч/м2. Количество эритемного облучения Аэ равно произведению эритемной облученности Еэ на продолжительность облучения t: Аэ = Еэ*t(1.2.1) По формуле (1.2.1) можно увидеть то, что одну и ту же дозу облучения можно получить при множество сочетаний облученности с продолжительностью облучения. При облучении животных с целью повышения их продуктивности более предпочтительно сочетать малую облученность с большой продолжительностью времени облучения, но не превышающей продолжительность светового дня. Дозирование ультрафиолетового излучения при стационарной установке ведется по времени ее работы при известном значении облученности на расчетной поверхности. Во избежание переоблучения животных на расчетной поверхности должны быть соблюдены оптимальные параметры облучения. 1.2.6. Режим облучения. Режим облучения – это длительность или последовательность работы облучателей. Он может быть непрерывным (в течение всего рабочего дня) или повторно - кратковременным (в этом случае происходят чередование сеансов облучения и паузы). Режимы ультрафиолетового облучения животных зависят от рекомендуемых доз облучения и типа используемых облучателей. В любом случае следует регистрировать полученную объектом экспозицию, и чем чувствительнее биологический объект, тем точнее должно быть дозирование ультрафиолетового облучения. Разные ультрафиолетовые лампы имеют различную эритемную облученность на облучаемой поверхности на расстоянии 1 м от источника, мВт/м2.При увеличении расстояния от лампы с 1 до 1,5 м эритемная облученность уменьшается в 2 раза, а на расстоянии 2 м от источника — в 4 раза. Это нужно учитывать при подвеске ламп над животными. Необходимо учитывать сроки их использования (1000...1500 ч.). С увеличением времени использования интенсивность ультрафиолетового излучения ламп снижается. УФ лампы необходимо подвешивать на расстоянии, недоступном для животного, с защитной сеткой. 1.4 Вывод по разделу Был проведен патентный обзор существующих конструкций ультрафиолетовых облучателей и анализ технологии облучения. После анализа различных конструкций облучателей были выявлены их существенные недостатки. В связи с этим создание более новой конструкции облучателя животных является актуальной задачей. |