УСТРОЙСТВО КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности к устройствам, предназначенным для вентиляции, кондиционирования и обеззараживания воздуха пассажирских салонов, в частности, железнодорожных вагонов, а также других видов общественного транспорта, с использованием бактерицидного ультрафиолетового (УФ) излучения для обеспечения эпидемиологической безопасности среды в пути следования.
Согласно санитарным требованиям инфицированный людьми рециркуляционный воздух, забираемый из пассажирских салонов и поступающий обратно в устройство для кондиционирования воздуха, с целью предотвращения распространения инфекций и бактериального заражения в пути следования поезда, подлежит обязательному обеззараживанию. Основным источником загрязнения воздуха микроорганизмами, в том числе болезнетворными, являются люди. В среднем один человек выделяет в окружающий воздух несколько тысяч микроорганизмов в час (при чихании - до нескольких десятков тысяч). В объеме воздуха выделяемые микроорганизмы распределяются в виде мельчайших капель жидкости с находящимися в них микроорганизмами, существенное количество которых оседает на поверхностях, а затем, после высыхания влаги, попадает в воздух.
Проблема снижения количества микроорганизмов в воздухе и исключения распространения инфекционных болезней через устройства вентиляции и кондиционирования воздуха, установленные в пассажирских салонах транспортных средств, решается за счет использования бактерицидного УФ излучения.
Из уровня техники известны различные установки для обеззараживания воздуха: СА 2879137 A1; CN 1772309 A; CN 2683130 Y; CN 201181064Y; CN 201437322 U; RU 2340360 С2; RU 2416432 C1; RU 2506501 C1; RU 2008119428 (WO 2007045729 A1); SU 1210839 A1; SU 1351607 A1; TW 200422566 A; US 5505904 A; US 5817276 A; US 5894130 A; US 6438971 B1; US 2003099569 A1; US 2008053311 A1; US 2008152548 A1; US 2009123343 A1; US 2010041328 A1; US 2012076700 A1.
В частности, известно устройство для кондиционирования воздуха пассажирского железнодорожного вагона, которое состоит из холодильной машины компрессионного типа, фильтров очистки воздуха, устройств подвода наружного и рециркуляционного воздуха, регулировочных заслонок, камеры смешивания потоков наружного и рециркуляционного воздуха, устройств распределения воздуха из нагнетательного воздуховода по пассажирским помещениям, устройств удаления воздуха из вагона, источника электропитания. В каналах воздушного тракта установки вентиляции установлены обеззараживающие приборы ультрафиолетового (УФ) облучения, которые подключены к источнику электропитания. Обеззараживающие приборы могут быть установлены в потоке рециркуляционного воздуха за фильтром очистки до входа воздуха в воздухоохладитель или вентилятор, или в потоке наружного воздуха за фильтром очистки до входа воздуха в воздухоохладитель или вентилятор, или установлены в потоке смеси наружного и рециркуляционного воздуха за фильтром очистки до входа воздуха в воздухоохладитель или вентилятор, или установлены в нагнетательном воздуховоде до устройств распределения воздуха по пассажирским помещениям, или во всех перечисленных местах одновременно (патент РФ №2278794, B61D 27/00, 2004 г. )
В качестве обеззараживающих воздух приборов используются источники света, которые образованы электрическими разрядами без использования паров ртути, например, матрица открытых электрических разрядов или одиночный открытый электрический разряд.
Недостатком известного технического решения является отсутствие средств защиты составных элементов устройства (фильтров, частей вентилятора и.т.п.) от разрушающего воздействия УФ излучения, так как обеззараживающие приборы установлены непосредственно в каналах воздуховодов, что в значительной степени снижает срок эксплуатации устройства. Кроме того, для обеспечения требуемой эффективности обеззараживания, требуются большие энергозатраты на создание разряда, обеспечивающего нормативную дозу УФ излучения. Монтаж и эксплуатация таких приборов в воздуховодах сложны и трудоемки, требуют значительного дополнительного пространства для установки устройства и ухудшает его эксплуатационные свойства.
Известно устройство вентиляции в установке кондиционирования воздуха пассажирского вагона, содержащее последовательно соединенные жалюзи забора наружного воздуха, смесительные камеры, воздушные фильтры, вентилятор, воздухоподогреватель и нагнетательный воздуховод с выпусками в купе вагона, рециркуляционный воздуховод с входными заборными решетками, подключенный выходами ко входам смесительных камер, и бактерицидные УФ лампы, установленные на крышке люка воздуховода, на его входе за заборными решетками, и отделенные от рециркуляционного воздуховода прозрачным экраном из кварцевого или увиолевого стекла, пропускающим УФ излучение. На внутренней стенке рециркуляционного воздуховода установлены экраны, многократно отражающие УФ излучение (патент РФ на полезную модель №29512, B61D 27/00, 2002 г. ).
Недостатком известной полезной модели то, что элементы рециркуляционного воздуховода не защищены от разрушающего воздействия прямого и отраженного УФ излучения, другим недостатком является неудобство в монтаже и эксплуатации, так как УФ лампы подвешены на крышке люка.
2
Известно устройство обеззараживания вентиляционного воздуха с помощью ультрафиолетовых ламп, которая содержит климатическую установку, состоящую из двух вытяжных вентиляторов, компрессора, электрической распределительной коробки, имеющей отсеки высокого и низкого напряжений, из системы каналов циркуляции, включающей в себя потолочный канал приточного воздуха, спускные и напольные каналы, датчик содержания СО и по меньшей мере две ультрафиолетовые лампы, которые установлены непосредственно в зоне смешивания воздуха перед фильтрами с возможностью воздействия ультрафиолетовым излучением на максимальное скопление микроорганизмов с простой структурой и их обезвреживания. При этом ультрафиолетовые лампы установлены таким образом, что их излучении частично перекрываются (патент РФ на полезную модель №134879, 2013 г., B61D 27/00).
Полезная модель направлена на обеспечение эпидемиологической безопасности рециркуляционного воздуха и его эффективное обеззараживание. УФ лампы установлены непосредственно перед фильтром воздушной смеси, который является одним из самых значительных мест размножения бактерий, и расположены таким образом, чтобы обеспечить оптимальное облучение и обеззараживания фильтра. Для обеспечения более длительного срока службы УФ лампы включаются только в нормальном режиме работы климатической установки.
Недостатком данного аналога, является отсутствие средств защиты узлов климатической установки, выполненных из материалов, нестойких к воздействию УФ излучения, от воздействия прямого и отраженного УФ излучения, а также возможность выхода УФ излучения через фильтр в пассажирский салон.
В качестве ближайшего аналога принято техническое решение по международной заявке WO 2004065148 А2 - устройство уничтожения микроорганизмов, обитающих внутри транспортных средств в установках отопления, вентиляции, и кондиционирования воздуха.
В международной заявке № WO 2004065148 описаны «Устройство и способ воздействия на микроорганизмы, обитающие в установках отопления, вентиляции, и кондиционирования воздуха транспортных средств». Изобретение по WO 2004065148 относится к установкам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) для транспортных средств, а более конкретно к устройству и способу для уменьшения количества микроорганизмов в установках вентиляции и кондиционирования. Установка вентиляции и кондиционирования содержит наружный воздухозаборник и рециркуляционный воздухозаборник, забирающий воздух из салона транспортного средства. Воздухозаборники обеспечивают подачу воздуха, забираемого снаружи транспортного средства, и воздуха из салона (рециркуляция воздуха), соответственно, также устройство содержит источники УФ излучения. Поверхности или материалы покрытия узлов и элементов устройства в каналах, трубопроводов между источником ультрафиолетового излучения и пассажирским салоном могут быть выполнены как поглощающими (не отражающими УФ излучение), так и отражающими УФ излучение. Источники ультрафиолетового излучения расположены в каналах наружного воздухозаборника и салонного воздухозаборника транспортного средства. Источники УФ излучения обеспечивают обработку ультрафиолетом воздуха, воздухозаборников и окружающих каналов устройства, при этом весь воздух на входе подвергается воздействию ультрафиолета.
В ближайшем аналоге подробно описаны различные схемы расположения источников УФ излучения, при этом упомянуто о материалах покрытий поглощающих или отражающих УФ излучение. Однако не приведено конкретное выполнение элементов устройства, позволяющее защитить узлы и элементы устройства от воздействия УФ излучения, при этом повысить эффективность обработки воздуха, снизить габариты устройства и обеспечить высокую производительность устройства.
Задачей (технической проблемой), решаемой заявленной полезной моделью, является улучшение эксплуатационных характеристик за счет повышения надежности защиты от воздействия УФ излучения элементов устройства кондиционирования воздуха, а также уменьшение габаритов устройства при обеспечении высокой производительности и высокой степени обеззараживания воздуха от микроорганизмов. Необходимость решения данной задачи обусловлена тем, что некоторые узлы и элементы устройств вентиляции и кондиционирования воздуха изготавливаются из материалов, нестойких к воздействию УФ излучения, в связи с чем при увеличении времени воздействия и интенсивности УФ излучения проявляется эффект старения полимерных материалов, происходит потеря прочности конструкции, что ведет к последующему постепенному разрушению узлов и элементов устройства Следует также учитывать, что обеззараженный воздух, прошедший устройство кондиционирования воздуха, непрерывно подается в салон, где перемешивается с объемом воздуха, инфицированного микробиологическими загрязнениями, выделяемыми присутствующими людьми. Для обеспечения гарантированного обеззараживания воздуха требуется использование достаточно мощных источников УФ излучения, чтобы при высоком расходе воздуха создать условия для его обеззараживания. Расход воздуха определяет производительность устройства («кратность рециркуляции» - количество обеззараженного воздуха в единицу времени, отнесенное к общему объему салона транспортного средства), а высокая производительность необходима для получения высокой степени очистки большого объема воздуха от микроорганизмов.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в увеличении эффективности обеззараживания воздуха при одновременном продлении срока годности и ресурса работы устройства (защита узлов и деталей от воздействия ультрафиолета), а также в надежной защите пассажиров и персонала от болезнетворных микроорганизмов. Кроме того, обеспечивается снижение габаритов устройства кондиционирования и повышение производительности обработки воздуха (кратность рециркуляции 2-27, что обеспечивает достаточное снижение обсемененности помещения микроорганизмами). Со всеми указанными техническими результатами связана причинно-следственной связью одна совокупность существенных признаков полезной модели, приведенная ниже.
Чтобы обеспечить защиту пассажиров транспортного средства от болезнетворных микроорганизмов, как отмечено выше, нужно обеспечить обеззараживание большого объема воздуха в единицу времени, при этом габариты, в которых устанавливается устройство для кондиционирования воздуха, определяются конструкцией железнодорожного вагона или другого пассажирского транспортного средства, что налагает ограничения на размеры устройства. Кроме того, при использовании УФ ламп большой мощности узлы и близлежащие устройства кондиционирования воздуха подвергаются существенному разрушающему воздействию прямого и отраженного УФ излучения. Чтобы достичь указанных выше результатов, нужно соблюсти эти условия: устройство для кондиционирования должно обеспечивать высокую степень обеззараживания воздуха (уничтожать микроорганизмы, находящиеся, главным образом, в потоке рециркуляционного воздуха), и высокую производительность установки, при этом требуется минимизировать воздействие УФ излучения на узлы и элементы устройства для кондиционирования, материал которых разрушается при длительном воздействии на него УФ излучения, кроме того, устройство для кондиционирования нужно вписать в ограниченные габариты предназначенного для него пространства железнодорожного вагона.
Устройство для кондиционирования воздуха для железнодорожного вагона, как и ближайший аналог, содержит образующие общий воздушный канал и соединенные между собой, предпочтительно фланцевым соединением с резьбовыми элементами, камеру смешивания, связанную с входным воздуховодом наружного воздуха и входным рециркуляционного воздуховодом, соединенный с камерой смешивания предпочтительно фланцевым соединением с резьбовыми элементами главный воздуховод, в котором установлены и неподвижно закреплены посредством резьбовых элементов испарительный блок и приточный вентилятор, и жестко соединенный с главным воздуховодом предпочтительно фланцевым соединением с резьбовыми элементами выходной нагнетательный воздуховод, подающий воздух в салон, а также в устройстве имеется источник УФ излучения, при этом устройство снабжено средствами защиты от выхода УФ излучения, также используется покрытие, поглощающее УФ излучение. Указанные признаки являются существенными признаками полезной модели в связи с тем, что без них устройство не будет выполнять свою функцию с достижением указанных результатов и реализовывать указанное назначение, т.е. не будет являться устройством для кондиционирования воздуха железнодорожного вагона, для которого, как отмечено выше, обеззараживание воздуха является одной из главных характеристик.
2
2
2
Отличительными признаками заявленной полезной модели является то, что устройство для кондиционирования воздуха снабжено блоком ультрафиолетовой обработки воздуха (блок УОВ), встроенным после испарительного блока перед приточным вентилятором и соединенным с главным воздуховодом фланцевыми соединениями, образуя конструктивное единство (общий воздуховод - канал для прохода воздуха), при этом блок УОВ выполнен в виде корпуса-воздуховода с окнами для входа и выхода обрабатываемого воздуха, причем в окне для выхода воздуха установлена защитная решетка с покрытием из диоксида титана (TiO), на стенке корпуса-воздуховода блока УОВ закреплены лампоузлы с электроразъемами для источника бактерицидного УФ излучения, в качестве которого использована амальгамная лампа U-образной формы. Использование для размещения источника УФ излучения блока УОВ описанной конструкции с заключенной внутри него амальгамной лампой U-образной формы, отделенной защитной решеткой с покрытием из TiO от остальной части воздушного тракта со стороны приточного вентилятора, позволяет создать условия для эффективного обеззараживания воздуха УФ излучением, а также для надежной защиты узлов и элементов устройства от воздействия УФ излучения, и позволяет при этом минимизировать габариты устройства. Выбор в качестве источника бактерицидного УФ излучения амальгамной лампы U-образной формы, с одной стороны от которой имеется защитная решетка с покрытием из TiO, обеспечивает небольшие габариты при повышенной энергоэффективности, что обусловливает высокую степень обеззараживания в отношении широкого спектра микроорганизмов, включая бактерии, вирусы и споры микроорганизмов, и высокую производительность устройства. Для усиления эффекта поглощения УФ излучения и исключения выхода его за пределы блока УОВ, на внутреннюю поверхность корпуса-воздуховода блока в частном случае выполнения также может наноситься покрытие из диоксида титана, поглощающее УФ излучение и дополнительно повышающее бактерицидный эффект, создаваемый амальгамной лампой.
Таким образом, существенными признаками полезной модели является включение в общий воздушный канал устройства для кондиционирования после испарительного блока перед приточным вентилятором блока УОВ предлагаемой конструкции, который, с одной стороны, представляет собой неотъемлемую часть общего воздушного канала устройства, с другой стороны, служит необходимым элементом обеззараживания воздуха, без которого заявленное техническое решение не реализует своего назначения как устройства для кондиционирования воздуха для пассажирских салонов железнодорожных вагонов. Существенными признаками полезной модели также являются признаки, характеризующие конструкцию блока УОВ, так как за счет амальгамных УФ ламп и защитной решетки с фотокаталитическим покрытием на основе диоксида титана появилась возможность существенно повысить степень обеззараживания воздуха при повышении надежности защиты деталей и узлов устройства от воздействия УФ излучения за счет выбора оптимального места установки блока УОВ и мест нанесения покрытия из диоксида титана. Энергоэффективные амальгамные лампы могут быть размещены в блоке УОВ наиболее компактно - одна под другой или последовательно одна за другой (или иначе) в зависимости от необходимости. При этом каждый из элементов устройства по отдельности не является техническим решением, позволяющим обеспечить кондиционирование и обеззараживание воздуха в пассажирском салоне железнодорожного вагона. Эту функцию, т.е. реализацию назначения, без которой техническое решение не может быть признано соответствующим условию «промышленной применимости», выполняет вся совокупность существенных признаков, конструктивно связанных между собой, преимущественно, посредством фланцевых соединений и резьбовых элементов, и образующих устройство, части которого находятся в конструктивном и функциональном единстве, при этом вся указанная совокупность существенных признаков обеспечивает достижение каждого из указанных технических результатов.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображено: На фиг. 1 - схема устройства кондиционирования воздуха для железнодорожного вагона, с блоком ультрафиолетовой обработки воздуха (блоком УОВ), встроенным после испарительного блока перед приточным вентилятором.
На фиг. 2 - один из вариантов выполнения амальгамной лампы.
На фиг. 3, 4 и 5 - примеры выполнения блока ультрафиолетовой обработки воздуха (блока УОВ).
На фиг. 6 - вид снизу на один из вариантов выполнения блока УОВ (показаны элементы питания и управления амальгамными лампами).
Устройство кондиционирования воздуха для железнодорожного вагона содержит входной рециркуляционный воздуховод 1, входной воздуховод 2 для наружного воздуха, причем входные воздуховоды 1 и 2 подсоединены, предпочтительно фланцевым соединением, к камере 3 смешивания наружного и рециркуляционного воздуха. За камерой 3 смешивания последовательно расположены соединенные с ней и между собой, преимущественно фланцевым соединением, главный воздуховод 4, в котором посредством резьбовых элементов закреплены испарительный блок 5 и приточный вентилятор 6, причем приточный вентилятор установлен после испарительного блока, и выходной нагнетательный воздуховод 7, подающий обработанный обеззараженный воздух в салон.
Кроме того, устройство для кондиционирования снабжено блоком 8 ультрафиолетовой обработки воздуха (блок УОВ), в котором установлен источник УФ излучения. Блок 8 УОВ состоит из корпуса-воздуховода 9 с окнами 10 и 11 соответственно для входа и выхода обрабатываемого воздуха. На стенке корпуса-воздуховода блока УОВ закреплены лампоузлы 12 с электроразъемами для одного, двух или более источников бактерицидного УФ излучения - амальгамные лампы 13, преимущественно, U-образной формы. Блок 8 УОВ имеет фланцы 14 для крепления блока к главному воздуховоду 4 в зоне между испарительным блоком 5 и приточным вентилятором 6.
При установке блока 8 УОВ в зоне после испарительного блока 5 перед приточным вентилятором 6 блок 8 УОВ встраивается в главный воздуховод и соединяется с ним предпочтительно фланцевым соединением.
Если амальгамных ламп более одной, лампоузлы 12 для двух амальгамных ламп, монтируют попарно друг под другом, как показано на фиг. 3 и 4. На фиг.5 показано расположение лампоузлов 12 вдоль оси корпуса-воздуховода 9 со смещением по высоте. Можно также располагать лампоузлы 12 на одной высоте (на одной прямой). Соответственно, амальгамные лампы 13 могут располагаться одна под другой (фиг. 3 и 4), или последовательно одна за другой со смещением по высоте (фиг. 5) или последовательно на одной линии (фиг. 6), что позволяет производить интенсивную обработку воздуха в небольшом объеме блока и варьировать габариты блока 8 по высоте и длине в зависимости от ограничений, заданных местом установки устройства для кондиционирования.
2
На выходном окне 11 корпуса-воздуховода 9 блока 8 смонтировано средство защиты от выхода УФ излучения в виде защитной профильной решетки 15. Защитная решетка 15 устанавливается на окно 11 для выхода воздуха со стороны приточного вентилятора 6. На поверхность защитной решетки 15 наносится фотокаталитическое покрытие на основе диоксида титана (TiO), поглощающее УФ излучение и дополнительно повышающее эффективность обеззараживания и очистки воздуха за счет фотокатализа. В процессе фотокатализа диоксид титана, поглощая ультрафиолет, продуцирует свободные радикалы, которые эффективно окисляют органику, в том числе, вирусы, бактерии, другие микроорганизмы и, кроме того, летучие органические соединения, разлагаются до безопасных молекул воды и углекислого газа.
2
Кроме того, в частном случае исполнения покрытие на основе диоксида титана (TiO) может быть нанесено на внутреннюю поверхность корпуса-воздуховода 9 блока 8 УОВ, за счет чего можно обеспечить существенное снижение выхода УФ излучения в направлении приточного вентилятора вследствие двойной защиты, так как УФ излучение поглощается покрытием внутренней поверхности корпуса-воздуховода 9 и защитной решеткой 15 на окне 11 для выхода воздуха, тем самым предотвращается выход УФ излучения за пределы блока 8 УОВ, предохраняя узлы и детали устройства от разрушительного воздействия УФ излучения. При этом нанесение на внутреннюю поверхность корпуса-воздуховода 9 покрытия, поглощающего УФ излучение, позволяет ограничить выход излучения в сторону, где защитная решетка отсутствует - а направлении испарительного блока 5. Необходимость такого выполнения блока 8 УОВ обусловлена тем, что в конструкции устройства кондиционирования могут применяться материалы неустойчивые к воздействию УФ излучения, такие как оцинкованная сталь, пористая резина, используемая как материал для уплотнителей и др.
Устройство работает следующим образом. При включении приточного вентилятора 6 воздух прокачивается по всей протяженности воздушного канала устройства кондиционирования воздуха, а именно из входных воздухозаборников 2 и 1 внешнего и рециркуляционного воздуха оба потока поступают в камеру 3 смешивания. Затем из камеры 3 смешивания воздушный поток поступает в испарительный блок 5, установленный после камеры 3 смешивания, а затем в блок 8 УОВ.
В блоке 8 УОВ воздух постоянно обрабатывается УФ излучением от лампы 13, затем обеззараженный воздух, поступивший из блока 8 УОВ на приточный вентилятор 6, попадает в нагнетательный воздуховод 7, откуда через выходное окно очищенный и обеззараженный воздух подается в салон железнодорожного вагона.
В блоке 8 УОВ воздушный поток облучается ультрафиолетовой амальгамной лампой 13 или лампами, если их более одной, а конструктивное выполнение блока с защитной решеткой 15, покрытой двуокисью титана, установленной на выходном 11 окне блока 8 УОВ в сочетании с таким же покрытием на внутренней стороне корпуса-воздуховода 9 блока 8 (наносится в частных случаях выполнения блока 8), надежно удерживает УФ излучение в блоке 8 УОВ. В результате защищаются основные узлы и детали устройства от УФ излучения, так как исключается выход излучения за пределы блока 8 и его воздействие окружающие поверхности.
Таким образом, использование блока УОВ, снабженного средствами защиты от УФ излучения, предотвращает выход УФ излучения и его вредное воздействие на элементы и узлы устройства кондиционирования вагона, что значительно улучшает такие эксплуатационные показатели устройства для кондиционирования как производительность, срок службы и рабочий ресурс и достигаются оптимальные габаритные характеристики устройства при эффективном обеззараживании обрабатываемого воздуха.