МИНИАТЮРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОЗДУХА

Область техники
Полезная модель относится к области средств для обеззараживания воздуха, в частности – к устройствам для дезинфекции и стерилизации воздуха с использованием ультрафиолетового излучения (далее – УФ-излучение).
Предпосылки к созданию полезной модели
Свойство УФ-излучения оказывать губительное воздействие на микроорганизмы (бактерии, вирусы, грибки) достоверно установлено, и в результате этого УФ-излучениенаходит широкое применение в обширном спектре устройств для бактерицидной обработки воздуха. Под УФ-излучением обычно понимается электромагнитное излучение в диапазоне длин волн 400-10 нм, при этом выраженное бактерицидное действие УФ-излучение приобретает в диапазоне 350-200нм с максимизацией эффективности вблизи значения 265 нм. Следует отметить, что бактерицидное действие УФ-излучения сохраняется лишь на небольшом расстоянии от его источника, поэтому конструкция устройств для обеззараживания воздуха на основе данного эффекта предусматривает пропускание воздуха через замкнутый объем, в котором размещен источник УФ-излучения.
Наряду с промышленными и крупными бытовыми системами, обеспечивающими обеззараживание воздуха с использованием УФ-излучения, востребованы и компактные устройства данного предназначения, например настольного или прикроватного исполнения, которые способны функционировать в непосредственной близости от людей, не подвергая их опасности и не нарушая их комфорта. Такие устройства должны исключать прямой зрительный контакт с источником УФ-излучения, прокачивать достаточный объем воздуха с обеспечением его экспозиции под УФ-излучением, работать бесшумно и не создавать беспокоящих воздушных потоков.
Однако ввиду небольшого размера корпуса компактные устройства не способны обеспечить эффективное охлаждение традиционных газоразрядных источников УФ-излучения, выделяющих много тепла. В настоящее время данная проблема решается путем использования светодиодных источников УФ-излучения, потребляющих малое количество энергии и отличающихся низким тепловыделением.
В патентной публикации CN111472988A, 31.07.2020 раскрыто устройство для дезинфекции воздуха, содержащее корпус с впускнымии и выпускными отверстиями, выполненными соответственно в его нижней и верхней частях с образованием воздушного канала, под которым здесь и далее понимается проточная полость корпуса между впускными и выпускными отверстиями. Устройство содержит вентилятор, расположенный в верхней части корпуса и способный создавать поток воздуха, направленный вверх.
Под вентилятором расположен светодиодный источник УФ-излучения (далее также–светодиодная УФ-лампа), который выполнен в виде множества светодиодов, закрепленных на плоском элементе. Использование светодиодного источника УФ-излучения позволило решить проблему повышенного тепловыделения, характерную для устройств с традиционными источниками УФ-излучения, и сделать корпус рассматриваемого устройства сравнительно компактным. Данное устройство послужило прототипом для полезной модели.
Тем не менее, в отношении прототипа отметим, что используемая светодиодная УФ-лампа способна направлять световой поток только вниз и немного в стороны. В результате этого поток обеззараживаемого воздуха должен пройти через весьма ограниченную область пространства, дважды при этом изменив свое направление под тупым углом. Это означает, что гидравлическое сопротивление такого воздушного канала велико, и для обеспечения заданной производительности устройства требуется использование более мощного вентилятора с соответствующим увеличением габаритов корпуса, потребления электроэнергии, шумовой нагрузки и т.п. Под производительностью устройства здесь и далее понимается объем выпускаемого из устройства воздуха в единицу времени.
Однако при использовании мощного вентилятора скорость потока воздуха в указанной ограниченной области пространства вблизи светодиодной УФ-лампы существенно повышается, и время экспозиции, т.е. время, в течение которого каждая содержащаяся в воздухе частица подвергается УФ-излучению, может оказаться недостаточным для эффективного обеззараживания.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, состоит в создании такой модификации компактного устройства для обеззараживания воздуха, которая позволила бы использовать вентилятор меньшей мощности при сохранении заданной производительности и времени экспозиции.
Сущность полезной модели
Для решения указанной технической проблемы в качестве полезной модели предложено устройство для обеззараживания воздуха, содержащее вертикальный корпус, в вентиляторном канале которого установлен вентилятор, способный создавать поток воздуха, направленный вверх. Под вентилятором в корпусе расположен светодиодный источник УФ-излучения, который выполнен в виде первого множества светодиодов, прикрепленных к цилиндрической стенке стаканообразной основы, и второго множества светодиодов, прикрепленных к торцевой стенке стаканообразной основы, причем стаканообразная основа расположена соосно вентилятору.
Технический результат состоит в том, что благодаря соосному с вентилятором расположению стаканообразной основы, первое множество светодиодов испускает УФ-излучение во всех радиальных направлениях и облучает все внутреннее пространство корпуса вокруг светодиодного источника УФ-излучения с небольшого расстояния. Поток воздуха при этом в течение определенного времени движется вдоль светодиодного источника УФ-излучения от одного светодиода первого множества к другому, что повышает время экспозиции. Кроме того, второе множество светодиодов, облучает воздух в той области, которая не облучается первым множеством, а значит, светодиодный источник УФ-излучения воздействует на максимально возможный объем входящего воздуха.
В результате этого нет нужды пропускать поток воздуха через ограниченную область, в которой воздух ускоряется, а время экспозиции снижается. Поскольку гидравлическое сопротивление такого воздушного канала невелико, мощность вентилятора может быть снижена относительно прототипа с соответствующим уменьшением габаритов устройства и т.п.
В частном случае полезной модели на вертикальной стенке корпуса между вентилятором и светодиодным источником УФ-излучения установлен решетчатый элемент, а стаканообразная основа закреплена на решетчатом элементе. Данное исполнение позволяет обеспечить соосное расположение стаканообразной основы и вентилятора без существенного увеличения гидравлического сопротивления в воздушном канале.
В частном случае полезной модели исветодиоды первого и второго множеств закреплены соответственно на первом и втором участках гибкого диэлектрического материала. Первый участок обернут вокруг цилиндрической стенки стаканообразной основы, а второй участок размещен на торцевой стенке стаканообразной основы, причем гибкий диэлектрический материал содержит проводящие дорожки, соединяющие светодиоды между собой.
Первый и второй участки гибкого диэлектрического материала могут быть выполнены заодно, т.е. могут быть скроены в виде единой детали, что повышает технологичность изготовления источника УФ-излучения. Закрепление светодиодов на гибком диэлектрическом материале в то время, когда он находится в плоском развернутом состоянии, позволяет более равномерно распределить светодиоды по площади стаканообразной основы по сравнению со случаем, когда светодиоды закрепляются непосредственно на ней.
В частном случае полезной модели светодиодный источник УФ-излучения снабжен прозрачным корпусом, способным пропускать УФ-излучение, при этом светодиоды первого и второго множеств размещены в прозрачном корпусе. Это исполнение позволяет предотвратить осаждение пыли на светодиодах, которое могло бы произойти ввиду того, что светодиоды выступают от поверхности гибкого диэлектрического материала, провоцируя возникновение зон повышенного и пониженного давления. Данный технический результат непосредственно увязан с эффективностью обеззараживания воздуха, поскольку препятствует снижению интенсивности УФ-излучения.
В частных случаях полезной модели впускные отверстия выполнены на нижней торцевой стенке корпуса и/или на вертикальных стенках корпуса. Благодаря низкой скорости потока воздуха в области действия УФ-излучения, обеззараживающее воздействие УФ-излучения обеспечивается во всех трех случаях.
Краткое описание чертежей
Осуществление полезной модели будет пояснено ссылками на фигуру с изображением устройства для обеззараживания воздуха, выполненного согласно полезной модели, в продольном разрезе.
Следует отметить, что форма и размеры отдельных элементов устройства, отображенных на фигуре, являются условными и показаны так, чтобы наиболее наглядно проиллюстрировать взаимное расположение элементов устройства и их причинно-следственную связь с заявленным техническим результатом.
Осуществление полезной модели
Осуществление полезной модели будет показано на наилучших известных авторам примерах ее реализации, которые не являются ограничениями в отношении объема охраняемых прав.
Устройство 1 для обеззараживания воздуха (далее также – устройство 1)содержит корпус 2, имеющий вертикальное расположение. Корпус 2 образован вертикальной стенкой 21и нижней торцевой стенкой 22, причем вертикальная стенка 21имеет по всей своей высоте цилиндрическую наружную поверхность и на большей части своей высоты – цилиндрическую внутреннюю поверхность.
В корпусе 2 установлен вентилятор 3, который включает в себя крыльчатку 31, расположенную в вентиляторном канале 32 корпуса 1, и электродвигатель 33, ротор которого соединен с центральной частью 34 крыльчатки 31. Вентилятор 3 при этом способен создавать поток воздуха, направленный вверх. Снизу от вентилятора 3 в корпусе 1 размещена светодиодная УФ-лампа 4.
Между вентилятором 3 и светодиодной УФ-лампой 4 установлен решетчатый элемент5,удерживающий светодиодную УФ-лампу 4 в корпусе 2. Решетчатый элемент 5содержит решетку, образованную профилями 52, между которыми имеются щели 53. В целом решетчатый элемент 5лишь незначительно увеличивает гидравлическое сопротивление для потока воздуха от светодиодной УФ-лампы 4 к вентилятору 3.
Тем не менее, с целью увеличения времени экспозиции находящихся в воздухе частиц (микроорганизмов) под действием УФ-излучения возможен случай, когда решетчатый элемент 5 выполнен так, чтобы создавать некоторое сопротивление и/или задавать направление потоку воздуха, т.е. выступать в роли диффузора. Однако и в этом случае воздушный канал остается прямоточным, исключающим повороты потока воздуха особенно за пределами действия УФ-излучения, что выгодно отличает устройство 1 от прототипа.
На вертикальной стенке 21 снизу от решетчатого элемента5 выполнены впускные отверстия 210, а на нижней торцевой стенке22 выполнены впускные отверстия 220. Кроме того, нижняя торцевая стенка 22 снабжена ножками 23, которые для поступления достаточного объема воздуха к впускным отверстиям 220создают зазор между нижней торцевой стенкой 22 и опорной поверхностью, на которой размещено устройство 1. Впускные отверстия 210 и 220 выполнены так, чтобы исключить прохождение прямого луча, испускаемого светодиодной УФ-лампой 4, за пределы корпуса 1, что необходимо для обеспечения безопасности пользователя. Отметим, что при отражении от поверхностей впускных отверстий 210 и 220 УФ-излучение в значительной степени рассеивается и далее никакого риска для пользователя не создает.
Светодиодная УФ-лампа 4выполнена в виде первого множества светодиодов 41, прикрепленных к цилиндрической стенке 43 стаканообразной основы 45, и второго множества светодиодов 42, прикрепленных к торцевой стенке 44 стаканообразной основы 45. Стаканообразная основа 45 представляет собой тонкостенную металлическую гильзу, которая закреплена на решетчатом элементе 5 так, что ее ось совпадает с осью вращения крыльчатки 31, или другими словами, стаканообразная основа 45 расположена соосно вентилятору 3.
Светодиоды 41 и 42 закреплены соответственно на первом участке и втором участках гибкого диэлектрического материала, при этом первый участок обернут вокруг цилиндрической стенки 43 стаканообразной основы 45 и приклеен к ней, а второй участок размещен на торцевой стенке 44 стаканообразной основы 45 и приклеен к ней. Гибкий диэлектрический материал содержит проводящие дорожки, выполненные на его поверхности и соединяющие светодиоды 41 и 42 между собой, при этом первый и второй участки скроены в виде единой детали, что облегчает соединение светодиодов 41 и 42. Закрепление светодиодов 41 и 42 на гибком диэлектрическом материале осуществляется до того, как он будет прикреплен к стаканообразной основе 45, т.е. тогда, когда он находится в развернутом состоянии.
Внутри стаканообразной основы 45 размещен блок питания светодиодной УФ-лампы 4 (не показан), который содержит, по меньшей мере, выпрямитель и преобразует переменное сетевое напряжение 220 В так, чтобы параметры выходного напряжения обеспечивали надлежащий режим функционирования светодиодов 41 и 42.Блок питания светодиодной УФ-лампы 4 соединен с проводящими дорожками гибкого диэлектрического материала через отверстие в торцевой стенке 44.
Светодиодная УФ-лампа 4 снабжена прозрачным корпусом (не показан), способным пропускать УФ-излучение, при этом светодиододы 41 и 42 размещены в прозрачном корпусе. Прозрачный корпус предотвращает осаждение пыли на светодиодах 41 и 42, чему бы способствовал тот факт, что светодиоды 41 и 42 выступают от поверхности гибкого диэлектрического материала, вызывая завихрения воздуха и обусловленное ими возникновение зон повышенного и пониженного давления. Данный технический результат непосредственно связан с эффективностью обеззараживания воздуха, поскольку препятствует снижению интенсивности УФ-излучения.
Светодиоды41 и 42, представляют собой светодиоды, которые испускают УФ-излучение в диапазоне длин волн, по меньшей мере, частично перекрывающемся с диапазоном 200-400 нм, в наиболее предпочтительном случае– с диапазоном250-350 нм. Суммарная мощность УФ-излучения от всех светодиодов 41 и 42 составляет, например, 15 Вт. Одновременно с этим светодиоды 41 и 42 могут излучать видимый свет с длиной волны, близкой к верхней границе УФ-излучения, например, синий или фиолетовый. В этом случае внутри корпуса 2 создается свечение, которое предупреждает пользователя о работе светодиодной УФ-лампы 4. Обратим внимание, что УФ-излучение с длиной волны ниже 200 нм исключается, что гарантирует предотвращение образования озона, являющегося токсичным для человека.
Корпус 2 снабжен выпускной решеткой 6, которая закреплена у верхнего торца вертикальной стенки 21. Выпускная решетка 6 имеет широкие выпускные проходы 61, по существу, не создающие гидравлического сопротивления, и призвана предотвратить проникновение крупных предметов к вентилятору 3. В центральной части выпускной решетки 6 закреплен воздушный рассеиватель 7.
Боковая стенка 71 воздушного рассеивателя 7 имеет внешнюю поверхность 72, выполненную так, чтобы отклонять выходящий от вентилятора 3 поток воздуха от вертикального направления. В результате этого выходящий поток воздуха сразу распределяется в той области помещения, которая находится вблизи пользователя, что обеспечивает ускоренное обеззараживание воздуха вокруг пользователя и недопущение возникновения беспокоящих направленных потоков.
Крышка 73 прилегает к боковой стенке 71 с образованием в воздушном рассеивателе 7 замкнутого объема 74, в котором размещен блок питания 8 и опционально светодиод 81. В предпочтительном случае боковая стенка 71 и крышка 73 выполнены из матового светопроводящего материала, который способен пропускать видимый свет от светодиода 81, информирующий пользователя о подключении устройства 1 к электросети.
Блок питания 8 преобразует сетевое переменное напряжение 220 В в постоянное напряжение, например 12 В, являющееся достаточным для питания вентилятора 3. Размещение блока питания 8 в воздушном рассеивателе 7 дает возможность не занимать под него пространство воздушного канала и не снижать тем самым производительность устройства 1.
Возвращаясь к светодиодной УФ-лампе 4, отметим, что она, по существу, представляет собой цилиндрическую светодиодную УФ-лампу, которая позволяет направлять УФ-излучение как в радиальном направлении по всей окружности цилиндра, так и осевом направлении. В результате этого, а также благодаря ее соосному расположению с вентилятором 3 светодиодная УФ-лампа 4с небольшого расстояния воздействует на максимально возможный объем воздуха, находящийся между нижней торцевой стенкой 22 и решетчатым элементом 5. Кроме того, поток воздуха в течение определенного времени движется вдоль светодиодной УФ-лампы 4 от одного светодиода 41 первого множества к другому, что увеличивает время экспозиции.
Указанные преимущества предоставляют возможность выполнить воздушный канал устройства 1, включающий в себя впускные отверстия 210 и 220, щели 53, вентиляторный канал 32 и выпускные проходы 61, прямоточным и не содержащим каких-либо элементов, которые создают препятствия для потока воздуха, не связанные с процессом обеззараживания. Благодаря этому гидравлическое сопротивление воздушного канала устройства 1является существенно меньшим, чем гидравлическое сопротивление воздушного канала прототипа, что выражается в возможности использования менее мощного вентилятора 3 с соответствующим уменьшением габаритов и энергопотребления устройства 1. Одновременно с этим, при той же самой производительности устройства 1 скорость потока воздуха в зоне воздействия УФ-излучения является примерно такой же, что и в зоне всасывания вентилятора, что увеличивает время экспозиции относительно прототипа.
В технологическом плане корпус 2 образован верхней корпусной частью 24 и нижней корпусной частью 25.Верхняя корпусная часть 24 включает в себя верхний участок 211 вертикальной стенки 21 и вентиляторный канал 32, а нижняя корпусная часть 25, включает в себя нижний участок 212вертикальной стенки 21 и нижнюю торцевую стенку 22. Верхняя и нижняя корпусные части 24 и 25 изготавливаются в виде отдельных деталей, т.е. входящие в них элементы выполняются заодно. Вентилятор 3 и решетчатый элемент 5 с закрепленной на нем светодиодной УФ-лампой 4устанавливаются в верхнюю корпусную часть 24 перед ее соединением с нижней корпусной частью 25. Решетчатый элемент 5 при этом может включать в себя средний участок 213 вертикальной стенки 21, и тогда верхняя корпусная часть 24 соединяется с нижней корпусной частью 25 через решетчатый элемент 5.
Верхняя корпусная часть 24, нижняя корпусная часть 25, крыльчатка 31, решетчатый элемент 5, выпускная решетка 6, воздушный рассеиватель 7 выполняются из полимерных материалов, что обеспечивает малый вес устройства 1, а также технологичность процесса изготовлении указанных деталей.
Следует также отметить, что цилиндрическая форма наружной поверхности вертикальной стенки 21 не является обязательной, в дизайнерских целях и т.п. наружная поверхность вертикальной стенки 21 может иметь призматическую или иную форму.