УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОЗДУХА
DEVICE FOR AIR DECONTAMINATION

Изобретение относится к средствам дезинфекции, а именно к средствам дезинфекции с использованием ультрафиолетового излучения. Изобретение может быть использовано для обеззараживания воздуха производственных помещений, помещений общественного питания, в лечебно-профилактических учреждениях, в архивных учреждениях и в других местах, где требуется поддержание чистоты воздушной среды.
Для дезинфекции воздуха в помещениях широко применяют бактерицидные облучатели различных типов, содержащие открытые и экранированные ртутные лампы, излучающие 8.7 и 55% энергии на длинах волн 184.9 нм и 253.7 нм [1].
Если колба ламп изготовлена из кварцевого стекла, то лампа излучает обе линии и дополнительно является источником озона, который также обладает дезинфицирующим действием. Если колба изготовлена из увиолевого стекла, то спектр излучения лампы не содержит линии на 185 нм. В одном устройстве для обеззараживания воздуха может использоваться любая из этих ламп, либо оба типа [2-4], либо лампы, колба которых является составной, такой, что одна ее часть пропускает излучение только на длине волны 253.7 нм, а другая - обе длины волны [5].
Открытые облучатели (потолочные, настенные, напольные) используются для быстрой дезинфекции воздуха помещений, в которых нет людей, так как ультрафиолетовое излучение опасно для здоровья. У таких устройств прямой бактерицидный поток излучения от ламп и отражателя (или без него) охватывает широкую зону пространства вплоть до полного телесного угла 4π [1].
Например, известно устройство [6], содержащее корпус с размещенными в нем продольно бактерицидными лампами, рефлектор, пусковую и управляющую аппаратуру. Оно предназначено для закрепления на потолке помещения. Общеизвестным недостатком облучателя является то, что его нельзя применять в помещениях с людьми.
Для облучения воздуха в помещениях в присутствии людей используются устройства с экранированными ртутными лампами низкого давления (закрытые облучатели) [2-4, 7-10]. Для увеличения эффективности обеззараживания воздуха в этом случае используются ртутные лампы сложной формы [5, 11], конические рассекатели воздуха [12], различные формы лабиринтных экранов и перегородок, в том числе прозрачных для ультрафиолетового излучения [3, 13], фильтры-очистители воздуха на входе устройства [3, 4, 8, 10, 13] и фотокатализаторы, расположенные так, чтобы их освещала лампа [7, 14].
Общим недостатком всех этих устройств является наличие ртути в рабочей среде излучателя, что делает их небезопасными при эксплуатации, особенно в медицинских учреждениях и быту (в случае разгерметизации колбы требуется демеркуризация помещений) и требует специальной и дорогостоящей процедуры утилизации отработавших ламп [15]. Поэтому, например, в странах ЕС с 2009 года начато поэтапное выведение содержащих ртуть ламп из производственного цикла [16].
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство, состоящее из лампы, включающей в себя колбу, заполненную рабочей смесью и образованную двумя коаксиально установленными цилиндрическими диэлектрическими трубками, прозрачными на рабочей длине волны, двух электродов, размещенных снаружи колбы, один из которых отражающий, а второй - пропускающий излучение, а также источника питания, подключенного к электродам. Конструкция дополнительно содержит устройство нагнетания обеззараживаемого воздуха или жидкости, которое расположено с источником питания на торце лампы, при этом отражающий электрод размещен либо снаружи, либо внутри коаксиальной колбы, что повышает эффективность обеззараживания воздуха или жидкой среды.
Эксплуатация устройства, взятого нами за прототип, сопряжена со следующими проблемами: для обработки больших объемов воздуха и/или при высоких скоростях прокачки воздуха нужно увеличивать длину лампы и, соответственно, энергопотебление. Это дополнительно увеличивает габариты устройства.
Задачей данного изобретения является повышение эффективности и качества обеззараживания воздуха, уменьшение габаритов устройства, обеспечение возможности дополнительного озонирования воздуха по требованию.
Указанная задача достигается тем, в устройстве для обеззараживания воздуха, включающее по крайней мере одну лампу, состоящую из колбы, образованной двумя коаксиально установленными цилиндрическими диэлектрическими трубками, прозрачными на рабочей длине волны, и заполненную рабочим газом, а также двух электродов, размещенных снаружи колбы, и источника питания, подключенного к электродам, согласно техническому решению лампа помещена в корпус, содержащий внешний относительно лампы отражатель, при этом прокачка воздуха осуществляется как между внешним отражателем и лампой, так и через внутреннюю коаксиальную полость колбы; лампа заполнена эксимерной или эксиплексной смесью, оба электрода являются пропускающими излучение.
Кроме того, потоки воздуха, подвергаемого облучению, вокруг внешней поверхности лампы и через коаксиальную полость могут быть объединены.
Кроме того, внутренняя полость колбы может дополнительно содержать коаксиально установленный элемент из отражающего ультрафиолетовое излучение материала.
Указанное расположение элементов в сочетании с коаксиальной конструкцией колбы обеспечивают многократное воздействие излучения на облучаемый воздух за счет многократного отражения света от стенок колбы и отражающих элементов устройства. Это увеличивает эффективность обеззараживания воздуха, сокращает длину рабочей зоны, в которой проводится облучение, что, соответственно, уменьшает габариты устройства, требует меньших энергозатрат для питания лампы. Нагнетаемый в устройство воздух одновременно служит средством охлаждения колбы, что увеличивает срок службы рабочей смеси, стабильность зажигания и постоянный уровень лучистого потока.
Известно, что использование эксиплексных рабочих сред в лампах описанного типа позволяет получать узкополосное излучение с максимумом, соответствующим рабочей молекуле. Так, для рабочих молекул XeI*, XeBr*, KrCl* максимум излучения приходится на длины волн 253, 282, 222 нм соответственно. В указанных полосах излучается до 80% энергии в диапазоне 200-300 нм. Излучение этих полос обладает бактерицидным действием, которое варьируется в зависимости от типа микроорганизма и зависит, прежде всего, от сечения ультрафиолетовой инактивации ДНК, входящей в его состав [17].
В частности, проведенные нами исследования чувствительности возбудителей внутрибольничных инфекций (Е.coli, К.pneumoniae, P.aeruginosa, S.aureus, представители рода Proteus, С.albicans) к излучению увиолиевых ртутных ламп (253.7 нм) и к излучению эксиплексных ламп на молекуле XeBr* (283 нм) показали, что при одинаковых дозах облучения последние обеспечивают более выраженный бактерицидный эффект, чем увиолиевые ртутные лампы. Кроме того, излучение указанной эксиплексной лампы продуцирует в воздухе меньше озона, чем излучение ртутных ламп, что увеличивает качество бактерицидной обработки и позволяет использовать устройство в помещениях в присутствии людей.
2
2
2
Если условия обеззараживания воздуха включают возможность дополнительного озонирования в отсутствии людей, то в указанном устройстве можно применять эксимерные рабочие среды. Например, для эксимерной рабочей молекулы Хе* максимум полосового излучения приходится на длину волны 172 нм, т.е. лежит в вакуумном ультрафиолетовом (ВУФ) диапазоне спектра, и в указанной полосе излучается до 80% энергии. Поэтому при использовании Хе-ламп бактерицидный эффект достигается за счет совместного действия ВУФ-излучения и озона, который образуется при поглощении ВУФ-излучения кислородом воздуха. Эффективность озонообразования от эксимерной лампы на молекулах Хе* в несколько раз выше, чем у ртутно-кварцевых ламп на длине волны 185 нм. Поэтому и эффективность комбинированной обработки озоном и излучением воздуха в предлагаемом нами устройстве выше.
Поэтому увеличить эффективность обеззараживания можно, применяя в одном устройстве несколько колб установленных последовательно, при этом, по крайней мере, одна из них заполнена эксимерной смесью и одна экспиплексной смесью. Если при этом обеззараживание воздуха происходит в помещениях, где находятся люди, то между колбами и корпусом размещается фильтр озона.
На фиг.1-4 схематично представлено заявляемое устройство для обеззараживания воздуха. Устройство состоит из корпуса 1, куда помещена лампа барьерного разряда 2, колба которой изготовлена из двух коаксиально установленных цилиндрических диэлектрических трубок, прозрачных на рабочей длине волны, двух полупрозрачных для излучения электродов 3 и 4, подключенных к источнику питания 5. Корпус также содержит отражатель 6. Направление движения воздуха показано стрелками. Колба заполнена рабочим газом - эксимерной или эксиплексной смесью. Во внутренней полости колбы может размещаться отражающий элемент 7. При использовании в одном корпусе эксимерных ламп и при необходимости обеспечения озонобезопасности, в корпусе размещается дополнительно фильтр озона.
Устройство работает следующим образом. При включении источника питания 5 в колбе зажигается барьерный разряд. Излучение разряда выводится через стенки колбы и электроды 3 и 4. Весь лучистый поток лампы (за исключением потерь на отражение) расходуется на обеззараживание воздуха, поскольку излучение многократно проходит через воздух за счет отражателя 6 и отражательного элемента 7, а также за счет коаксиальной конструкции устройства, что увеличивает эффективность обеззараживания. Длина пути прохождения обеззараживаемого воздуха через систему примерно в два раза больше длины лампы. Благодаря этому и многократному отражению воздуха от элементов 6 и 7, длина устройства может быть уменьшена, по крайней мере, в два раза по сравнению с устройствами, в которых воздух проходит вдоль лампы один раз при прочих равных условиях.
При помещении устройства в систему проточной вентиляции 8 циркуляция воздуха через него происходит естественным образом (фиг.4). Если устройство применяется для непосредственной обработки воздуха в помещениях, то прокачка воздуха обеспечивается отдельной системой принудительного нагнетания воздуха.
Если устройство применяется для обеззараживания помещений с людьми, то используется эксиплексная среда на рабочей молекуле XeBr*, что повышает озонобезопасность устройства. При использовании эксиплексных сред на рабочих молекулах KrCl* и KrBr* для снижения уровня озона между лампой 2 и корпусом 1 размещается фильтр озона.
Напротив, для применения в помещениях без людей, используется эксимерная смесь. В этом случае при прохождении воздуха через устройство одновременно с облучением происходит образование озона, что увеличивает эффективность и качество обеззараживания воздуха.
Также возможно использование устройства с выбором режима доступности помещения для людей. Тогда в одном корпусе 1 устанавливают нескольких ламп, установленных последовательно, и, по крайней мере, одна из них заполнена эксимерной смесью, а другая - экспиплексной смесью. Это позволяет соотносить качество обработки воздуха с условиями нахождения людей в помещении.
Таким образом, использование предложенного решения повышает эффективность и качество обеззараживания воздуха, позволяет уменьшать габариты устройства, обеспечивает возможность дополнительного озонирования воздуха по требованию.
Дополнительно следует отметить, что по сравнению с аналогами для увеличения эффективности не требуется установки нескольких ламп, как в [2, 3, 7, 9, 10], использовать сложную в изготовлении колбу лампы [5, 11], использовать специальные лабиринтные экраны [3, 13], что упрощает конструкцию.
Использование эксимерных и эксиплексных сред в описанном устройстве позволяет уйти от использования ртутьсодержащих ламп в задаче обеззараживания воздуха, уйти от сопряженных с их производством, эксплуатацией [18] и утилизацией [15] проблем, соответствует современным требованиям на отказ от использования и производства ртутных ламп [16].
Источники информации
1. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б.Айзенберга. - М., 2008. - 952 с.
2. Безлепкин А.И., Пунин В.Т., Фоканов В.П., Шалларь А.В. Способ обеззараживания воздуха помещения и устройство для его осуществления // Патент RU №2232604 (МПК A61L 9/20, МПК A61L 9/015). Опубл. 20.07.2004. Приорит. дата: 27.03.2002.
3. Сизиков В.П. Устройство для обеззараживания воздуха // Патент RU №2306150 (МПК A61L 9/20). Опубл. 20.09.2007. Приорит. дата: 26.01.2006.
4. Фоканов В.А., Шалларь А.В. Устройство для обеззараживания и дезодорации воздуха и поверхностей // Патент RU №270696 (МПК A61L 9/00, МПК A61L 9/20). Опубл. 27.02.2006. Приорит. дата: 02.03.2004.
5. Sauska Ch., Pirovic A. Compact germicidal lamp having multiple wavelength // Патент US №7173254 (МПК H01J 13/46). Опубл. 06.02.2007. Приорит. дата: 19.05.2004.
6. Авторское свидетельство СССР, №1713593 (МПК A61L 9/20) 1992.
7. Костюченко С.В., Кольцов Г.В., Тимаков С.В., Ситников А.С., Дриго А.Л., Кикнадзе Н.Д. Устройство для обеззараживания воздуха ультрафиолетовым излучением // Патент RU №78074 (МПК A61L 2/10, B61D 27/00). Опубл. 20.11.2008. Приорит. дата: 01.07.2008.
8. Dionisio J.L. Air disinfecting system and cartridge device containing ultraviolet light // Патент US №7175814 (МПК A61L 9/00). Опубл. 13.02.2007. Приорит. дата: 16.06.2003.
9. Gazzano M. Device for sterilizing a forced air flow by means of ultraviolet radiations // Патент US №5112370 (МПК B03C 3/38). Опубл. 12.05.1992. Приорит. дата: 31.07.1992.
10. Ross H. Air purification system utilizing ultraviolet radiation // // Патент US №4017736 (МПК B03C 3/38). Опубл. 12.04.1977. Приорит. дата: 24.03.1976.
11. Sauska Ch., Pirovic A. Germicidal lamp and purification system having turbulent flow // Патент US №6875988 (МПК H01J 5/05, C02F 1/32). Опубл. 05.04.2005. Приорит. дата: 17.01.2002.
12. Юферов Л.Ю., Прокопенко А.А., Алферова Л.К. Ультрафиолетовый облучатель-рециркулятор повышенной эффективности // Патент RU №67863 (МПК A61L 9/20, А01К 1/00, А01М 1/22). Опубл. 10.11.2007. Приорит. дата: 15.05.2007.
13. Борисов А.Н. Лаптев Н.И., Морозов А.П. Бактерицидный облучатель // Патент RU№25413 (МПК A61L 9/20). Опубл. 10.10.2002. Приорит. дата: 25.06.2002.
14. Horton III I.B. Air UV disinfection device and method // Патент US №6730265 (МПК A61L 2/00). Опубл. 04.05.2004. Приорит. дата: 02.11.2001.
15. Wolsey R. The Lamp Disposal Controversy // Lighting Futures. - 1998. - V.3. - №2. - P.1-4.
16. All changes in the lighting market // www.osram.com/incandescent 199R104GB OSRAM CRM CC.
17. Авдеев С.М., Величевская К.Ю., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Лаврентьева Л.В. Анализ бактерицидного действия ультрафиолетового излучения эксимерных и эксиплексных ламп // Светотехника. - 2008. - №4. - С.410-45.
18. Sajo G., Toth К. Germicidal UV reactor and UV lamp // Патент US №7391041 (МПК G61J 3/10). Опубл. 21.10.2005. Приорит. дата: 24.06.2008.