УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОЗДУХА С ПОЛЫМ ВОЗДУШНЫМ РАССЕИВАТЕЛЕМ

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-излучение находит 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 350-200 нм 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.
В патентной публикации CN106739969A, 31.05.2017 раскрыто устройство для стерилизации воздуха, впускные и выпускные отверстия которого выполнены соответственно в нижней и верхней частях корпуса с образованием воздушного канала, под которым здесь и далее понимается проточная полость корпуса между впускными и выпускными отверстиями. Источник УФ-излучения (далее также УФ-лампа) расположен вблизи дна корпуса, а вентилятор, также расположенный в нижней части, но выше УФ-лампы, нагнетает воздух через ряд фильтров к выпускным отверстиям, выполненным в верхней части корпуса.
В отношении данного устройства отметим, что его подключение к источнику электроэнергии предусматривает использование порта USB, что ограничивает энергетические возможности устройства по генерации УФ-излучения. Кроме того, данное обстоятельство снижает универсальность использования устройства ввиду необходимости наличия стороннего объекта, являющегося промежуточным звеном между устройством и электросетью.
В патентной публикации CN203628870U, 04.06.2014 раскрыто устройство для очистки воздуха, в котором впускные отверстия выполнены в верхней части корпуса, а выпускные - в средней его части. Сразу за впускными отверстиями в воздушном канале расположен вентилятор, который нагнетает воздух к УФ-лампе, а далее - к выпускным отверстиям. Данное устройство способно подключаться к электросети, при этом блок питания, преобразующий сетевое напряжение так, чтобы оно было пригодно для питания вентилятора и других компонентов устройства, расположен в воздушном канале вблизи выпускных отверстий.
Такое расположение блока питания увеличивает гидравлическое сопротивление воздушного канала, которое не сопровождается соответствующим увеличением эффективности дезинфекции. Тем не менее, с учетом последнего обстоятельства для сохранения требуемого объема прокачиваемого воздуха, т.е. производительности устройства, возникает необходимость использования более мощного вентилятора, что однако, приводит к повышенному потреблению электроэнергии, возникновению дополнительного шума и увеличению габаритов устройства. В качестве еще одного недостатка устройства можно назвать расположение выпускных отверстий на боковой стенке корпуса, поскольку выпуск воздуха через них может создавать направленный поток и вызывать дискомфорт для потребителя при расположении устройства на столе.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, состоит в создании такой модификации устройства для обеззараживания воздуха, которая бы исключала возникновение направленного потока воздуха с одновременным решением вопроса по размещению блока питания вентилятора вне воздушного канала.
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. Над вентилятором установлен воздушный рассеиватель, поперечный размер боковой стенки которого увеличивается с удалением от вентилятора, а проекция воздушного рассеивателя на горизонтальную плоскость, по меньшей мере частично, перекрывает проходное сечение вентиляторного канала. В полости воздушного рассеивателя расположен блок питания, предназначенный для выпрямления и понижения сетевого напряжения и соединенный с вентилятором.
Технический результат состоит в том, что выходящий из вентиляторного канала поток воздуха сразу распределяется в той области помещения, которая находится вблизи пользователя, теряя при этом скорость, а это, в свою очередь, обеспечивает ускоренное обеззараживание воздуха вокруг пользователя и недопущение возникновения беспокоящих направленных потоков. Одновременно с этим оснащение устройства таким воздушным рассеивателем создает пространство для размещения блока питания за пределами корпуса, что не допускает возникновения дополнительного гидравлического сопротивления потоку воздуха и тем самым максимизирует производительность устройства.
Воздушный рассеиватель может быть закреплен в центральной части выпускной решетки, которая установлена на корпусе у его верхнего торца. Данный частный случай полезной модели позволяет объединить воздушный рассеиватель и выпускную решетку, в результате чего упрощается конфигурация крепления воздушного рассеивателя к корпусу по сравнению со случаем, когда указанные элементы устанавливаются на корпусе независимо друг от друга.
Внешняя поверхность боковой стенки может представлять собой поверхность вращения. В качестве образующей поверхности вращения может выступать участок прямой линии или участок кривой линии, например, параболы или гиперболы. В случае, если в качестве образующей будет выступать участок соответствующей кривой линии, можно обеспечить наименьшее сопротивление выходящему воздушному потоку.
Воздушный рассеиватель может содержать крышку, соединенную с боковой стенкой. Боковая стенка, крышка и центральная часть выпускной решетки образуют при этом упомянутую полость воздушного рассеивателя. В этом случае обеспечивается замкнутая полость, а блок питания становится полностью недоступным для случайного контакта со стороны пользователя или для воздействия внешней среды, что повышает электробезопасность устройства.
В последнем случае боковая стенка и крышка воздушного рассеивателя могут быть выполнены из матового светопроводящего материала, а в полости воздушного рассеивателя расположен светодиод. Видимый свет от светодиода, проходящий наружу сквозь боковую стенку и крышку воздушного рассеивателя, информирует пользователя о подключении устройства к электросети.
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 21 и нижней торцевой стенкой 22, причем вертикальная стенка 21 имеет 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 элемент 5, удерживающий светодиодную УФ-лампу 4 в корпусе 2. Решетчатый элемент 5 содержит решетку, образованную профилями 52, между которыми имеются щели 53. В целом решетчатый элемент 5 лишь 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, не содержащим дополнительного гидравлического сопротивления за пределами действия УФ-излучения, что выгодно отличает устройство 1 от известных решений.
На вертикальной стенке 21 снизу от решетчатого элемента 5 выполнены впускные отверстия 210, а на нижней торцевой стенкой 22 выполнены впускные отверстия 220. Кроме того, нижняя торцевая стенка 22 снабжена ножками 23, которые для поступления достаточного объема воздуха к впускным отверстиям 220 создают 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 4 выполнена в виде множества светодиодов 41, прикрепленных к цилиндрической и торцевой стенкам 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. 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.
Соответственно, светодиодная УФ-лампа 4, 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 4 с 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 к другому, что увеличивает время экспозиции.
Светодиоды 41, 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 диапазоном 250-350 нм. Суммарная мощность УФ-излучения от всех светодиодов 41 составляет, например, 15 Вт. Одновременно с этим светодиоды 41 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. Воздушный рассеиватель 7 закреплен в центральной части 62 выпускной решетки 6 так, что он располагается над вентилятором 3.
Боковая стенка 71 воздушного рассеивателя 7 имеет внешнюю поверхность 72, выполненную так, чтобы отклонять выходящий от вентилятора 3 поток воздуха от вертикального направления. Поперечный размер боковой стенки 71 увеличивается с удалением от вентилятора 3, при этом под поперечным размером боковой стенки 71 здесь понимается диаметр окружности, описанной вокруг внешней поверхности 72.
Кроме того, проекция воздушного рассеивателя 7 на горизонтальную плоскость, по меньшей мере частично, перекрывает проходное сечение вентиляторного канала 32. Под проходным сечением вентиляторного канала 32 здесь понимается доступный для прохождения воздуха проход между внутренней поверхностью вентиляторного канала 32 и обращенной к ней внешней поверхностью центральной части 34 крыльчатки 31.
Выполненный указанным образом воздушный рассеиватель 7 заставляет поток воздуха, выходящий из вентиляторного канала 32, отклоняться от вертикального направления и сразу распределяться в той области помещения, которая находится вблизи пользователя, а это, в свою очередь, обеспечивает ускоренное обеззараживание воздуха вокруг пользователя и недопущение возникновения беспокоящих направленных потоков.
Внешняя поверхность 72 может представлять собой поверхность вращения участка прямой линии (конус) или поверхность вращения участка кривой линии, например, параболы или гиперболы, причем ось поверхности вращения совпадает с осью вращения вентилятора 3. Тем не менее, внешняя поверхность 72 может также иметь вид многогранной пирамиды.
Воздушный рассеиватель 7 содержит крышку 73, соединенную с боковой стенкой 71. Боковая стенка 71, крышка 73 и центральная часть 62 выпускной решетки 6 образуют замкнутую полость 74, в которой размещен блок питания 8 и опционально светодиод 81. Блок питания 8 преобразует переменное сетевое напряжение 220 В, например, в постоянное напряжение 12 В. Данное выходное напряжение является достаточным для питания вентилятора 3, который подключен к блоку питания 8.
Размещение блока питания 8 в воздушном рассеивателе 7 предоставляет возможность не занимать под него пространство воздушного канала и не снижать тем самым производительность устройства 1. Кроме того, выполнение полости 74 замкнутой позволяет сделать блок питания 8 полностью недоступным для случайного контакта со стороны пользователя или для воздействия внешней среды, что повышает электробезопасность устройства 1.
Здесь обратим внимание, что именно увеличение поперечного размера боковой стенки 71 с удалением от вентилятора 3 позволяет образовать замкнутую полость 74 того размера, который является достаточным для размещения блока питания 8, и одновременно выполнить описанную выше функцию по перенаправлению воздуха, вытекающего из вентиляторного канала 32.
Далее, боковая стенка 71 и крышка 73 выполнены из матового светопроводящего материала. В результате этого видимый свет от светодиода 81 проходит наружу сквозь боковую стенку 71 и крышку 73, информируя пользователя о подключении устройства 1 к электросети.
Таким образом, воздушный канал устройства 1, включающий в себя впускные отверстия 210 и 220, щели 53, вентиляторный канал 32 и выпускные проходы 61 является прямоточным и не содержит каких-либо элементов, которые создают препятствия для потока воздуха, не связанные с процессом обеззараживания. Благодаря этому гидравлическое сопротивление воздушного канала устройства 1 на участках выше и ниже по потоку по отношению к решетчатому элементу 5 является существенно меньшим, чем гидравлическое сопротивление на аналогичных участках в известных решениях, что выражается в возможности использования менее мощного вентилятора 3 с соответствующим уменьшением габаритов и энергопотребления устройства 1.
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 212 вертикальной 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 4 устанавливаются 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.