УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ И ПОДАЧИ ЧИСТОГО ОТРИЦАТЕЛЬНО ИОНИЗИРОВАННОГО ЛАМИНАРНОГО ВОЗДУШНОГО ПОТОКА
APPARATUS FOR PRODUCING AND FEEDING PURE, NEGATIVELY IONISED, LAMINAR AIR STREAM

Изобретение относится к устройствам для очистки, дезинфекции, стерилизации и активации воздуха с использованием электроочистителей и генераторов отрицательных ионов.
Общеизвестны устройства для стерилизации помещений в медицинских учреждениях с использованием озона и ультрафиолетовых лучей. Недостатком таких устройств является отсутствие у них очистки воздуха от механических примесей, а также их вредное воздействие на больных и обслуживающий персонал.
В последнее время для очистки, дезинфекции и стерилизации воздуха стали использовать устройства с силовыми электрическими полями, в частности - электроочистители. Однако, в основном, электроочистители освобождают воздух от механических примесей, а эффект дезинфекции и стерилизации выражен слабо.
Общеизвестна «люстра Чижевского», в которой происходит образование отрицательных ионов в воздухе. Эти ионы обладают благотоворным влиянием на организм человека, активизируя все жизненные процессы, ускоряя заживление ран и выздоровление больных. Эти же ионы дезинфицируют и стерилизуют воздушную среду. И чем больше этих ионов будет в окружающей человека воздушной среде, тем более благотворное влияние они будут оказывать.
Образование отрицательных ионов в воздухе происходит при определенных условиях [1]. Для образования отрицательного иона атому необходимо присоединять один или несколько электронов. Для этого используются заостренные металлические предметы, например иголки, на которые подается высокое электрическое напряжение постоянного тока отрицательного знака, порядка нескольких киловольт. Заостренность тела обеспечивает концентрацию электронов на этой его части [2], с которой электроны и переходят на нейтральные атомы, делая их отрицательно заряженными ионами. Так происходит и в «люстре Чижевского».
Известен электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов [4], содержащий корпус с патрубками подвода и отвода рабочего агента. В корпусе собраны коаксиально цилиндрические осадительные электроды и диэлектрические перегородки, имеющие сквозные кольцевые прорези в плоскостях, перпендикулярных общей оси устройства.
Недостатками этого устройства являются его слабые дезинфицирующие и стерилизующие свойства.
Также известен электрический очиститель диэлектрических жидкостей [5], который содержит корпус с патрубками подвода и отвода рабочего агента. Внутри корпуса, выполняющего роль электрода, установлены ограничительные пластины. Между ними в плоскости, перпендикулярной оси устройства, соосно друг другу размещены пары, состоящие из диэлектрической перегородки и дискового осадительного электрода, имеющего прорези. Пары установлены с чередованием знака потенциала на дисковых осадительных электродах.
Недостатком этого устройства является его низкая эффективность по дезинфекции и стерилизации рабочего агента.
Известно устройство для стерилизации и тонкой фильтрации газа [6], состоящее из фильтра грубой очистки из разноименно заряженных токопроводящих фильтрующих элементов, между которыми установлен высокопористый диэлектрический фильтрующий элемент; двухсекционного зарядного устройства с разноименными коронами, коронирующие и некоронирующие электроды которого снабжены токопроводящими фильтрующими элементами; осадителя, выполненного с расположенными параллельно друг другу токопроводящими разноименно заряженными фильтрующими элементами, между которыми установлены высокопористые диэлектрические фильтрующие элементы.
Недостатками этого устройства являются: быстрое заполнение пор в элементах конструкции загрязнениями, в том числе и микроорганизмами, а удалить из этих пор эти загрязнения будет затруднительно, а чаще - невозможно, что потребует частой замены этих элементов; так как поры в элементах имеют малый поперечный размер, то движению воздуха будет оказываться сопротивление, увеличивающееся по мере загрязнения пор, что потребует поддавливания воздуха для его движения через поры, а это связано с дополнительными энергозатратами; образование отрицательных ионов происходит в коронном разряде электродов, где одновременно образуется озон и окислы азота, которые вредны для человека; расположение осадителя после ионизаторов обеспечивает уменьшение отрицательных ионов в потоке, т.к. они попадают на положительно заряженные пластины осадителя, где нейтрализуются; т.к. это устройство устанавливается в систему вентиляции или кондиционирования и у него нет своего источника для движения воздуха, то оно не может использоваться самостоятельно и автономно.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является устройство для инактивации и тонкой фильтрации вирусов и микроорганизмов в воздушном потоке [7], содержащее высоковольтный источник питания и расположенные последовательно, по ходу потока: средство предварительной обработки воздушного потока, образованное из разноименно заряженных токопроводящих фильтрующих элементов, между которыми установлена пластина из диэлектрического высокопористого проницаемого материала; двухсекционная камера инактивации, каждая секция которой выполнена в виде расположенных соосно игольчатого коронирующего и цилиндрического некоронирующего электродов, каждый из которых электрически связан с соответствующей пластиной из токопроводящего фильтрующего материала; осадитель, выполненный из расположенных параллельно друг другу разноименно заряженных пластин из высокопористого токопроводящего материала, между которыми расположены пластины из высокопористого проницаемого диэлектрического материала.
Недостатками этого устройства являются те же, что и в предыдущем устройстве.
Технической задачей изобретения является создание устройства, обеспечивающего очистку воздуха (газа) от механических примесей с одновременной его дезинфекцией, стерилизацией и активацией.
Технический результат изобретения достигается выполнением устройства так, что оно представляет из себя Т-образную трубчатую конструкцию круглой формы в поперечном сечении, в рукавах которой, последовательно от краев по торцам к плоскости симметрии, располагаются электрические насосы для засасывания воздуха из окружающего пространства, электроочистители этого воздуха от механических примесей и первичной дезинфекции и стерилизации, ионизаторы отрицательных ионов первой ступени, выполненные в виде радиально расположенных по окружности игл ромбовидной формы, являющихся катодом, и кольца - анода, между которыми, в плоскости симметрии и по оси примыкающей трубы, расположен спрямляющий аппарат, изготовленный в виде коаксиально расположенных вставок воронкообразной формы, имеющих в радиальном направлении профили сечений, обеспечивающих плавный поворот воздушного потока на 90 градусов, без срыва потока с обтекаемой поверхности вставок, в примыкающую трубу, в которой после спрямляющего аппарата установлена решетка из перпендикулярно расположенных тонких пластин для ламинаризации воздушного потока, после которой, в канале трубы, располагается ионизатор отрицательных ионов второй ступени, по конструкции идентичный ионизатору первой ступени, причем на ионизаторы подается постоянное напряжение от 4 до 6 кВ, а на электроды электроочистителей - постоянное напряжение от 5 до 25 кВ.
Двухступенчатая ионизация воздуха позволяет на второй ступени получить более сильную ионизацию атомов, ставших ионами на первой ступени и тем самым имеющих большее дезинфицирующее, стерилизующее и активирующее воздействие на воздушный поток.
Ламинаризация воздушного потока уменьшает подсасывающее действие выходящего из устройства потока на окружающий воздух и втягивание из него в поток загрязнений, микроорганизмов, возбудителей болезней, что снижало бы эффективность работы предлагаемого устройства при турбулентном потоке.
Расход воздуха через устройство регулируется изменением электрического тока, протекающего по обмоткам электрических насосов.
Обработанный предлагаемым устройством воздух подается в локальную зону, в частности - место проведения операции в хирургическом отделении, полость рта в зубном или ЛОР кабинетах, на глаза - при операциях на них и т.п. Также этот воздух может подаваться на предметы и материалы, требующие их обеззараживания, например медицинские инструменты, перевязочный материал и т.д. Данное устройство можно устанавливать в больничных палатах, где лежат выздоравливающие, что будет очищать, дезинфицировать и активизировать воздух, ускоряя процесс выздоровления и не вредя присутствующим.
То есть предлагаемое устройство позволяет локально проводить очистку, дезинфекцию, стерилизацию и активацию воздушного потока и направление его в требуемое место.
Активация воздуха понимается в усилении его заживляющих свойств, активации процессов обмена веществ в организме, стимуляции защитных свойств кожного покрова от болезнетворных бактерий, улучшении дыхания у больных с заболеваниями органов дыхания, регулировании ритмичности сердца, улучшении состояния больных бронхиальной астмой, бронхитом, пневмонией, даже туберкулезом, ишемической болезнью, гипертонической болезнью и другими. Отрицательные ионы разрывают оболочки микроорганизмов, оказывая бактерицидное воздействие на воздушный поток [8].
Сопоставительный анализ позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое устройство отличается от прототипа тем, что в нем используются электрические насосы, обладающие бесшумностью и долговечностью работы и делающие предлагаемое устройство автономным. Кроме того, образование отрицательных ионов осуществляется не в коронном разряде, когда образуются вредные для человека вещества, а стеканием с мест концентрации электронов, что не образует озона и вредных окислов. Также используются электроочистители для очистки воздуха от механических примесей и предварительной дезинфекции и стерилизации газа. Электроочистители, имея в электродах достаточные по размерам отверстия, не создают сопротивления движению воздуха. Их регенерация (восстановление работоспособности) может осуществляться многократно и довольно просто: механической промывкой электродов, ультразвуковой регенерацией и т.п. Да и размещение их в начале канала движения воздуха не нейтрализует образовавшиеся отрицательные ионы, что повышает эффективность работы устройства. Автономность предлагаемого устройства позволяет использовать его в любом требуемом месте. Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию «новизна».
Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом устройстве, и признать его соответствующим критерию «существенные отличия».
Применение всех новых признаков позволяет существенно повысить эффективность очистки воздуха от механических примесей, его дезинфекцию и активацию, в том числе и такое же воздействие этого воздуха на поверхности его попадания.
На чертеже представлен общий вид, в продольном разрезе, устройства для получения и подачи чистого, отрицательно ионизированного, ламинарного воздушного потока.
Устройство состоит из корпуса 1 трубчатой конструкции круглого, в поперечном направлении, сечения, Т-образной формы, т.е. корпус представляет из себя отрезок круглой трубы, к которой, на середине, примыкает другой отрезок круглой трубы одним торцом под углом 90 градусов, а внутренние полости обеих отрезков труб соединяются друг с другом. В результате такого соединения отрезков труб образуется Т-образная форма корпуса, состоящая из двух рукавов, по обе стороны от плоскости симметрии, и примыкающей трубы, ось которой лежит в плоскости симметрии устройства. В рукавах корпуса, симметрично плоскости симметрии устройства (хотя и не обязательно) располагаются электрические насосы 2, электроочистители 3 любой конструкции, ионизаторы 4 первой ступени, представляющие из себя металлические иглы 5, вид А-А, расположенные радиально и закрепленные на токосъемнике 12, изолированном от корпуса. К токосъемнику подсоединена минусовая клемма источника постоянного тока напряжением от 4 до 6 кВ. Чем больше напряжение, тем выше ионизация.
Однако напряжение должно быть таким, чтобы не было коронного разряда, при котором образуется озон, окислы азота и др. вредные для человека вещества.
Иглы 5 выполнены ромбовидной формы, вид «Д-Д», что обеспечивает концентрацию электронов не только на конце игл, но и на боковых заостренных поверхностях, что увеличивает количество стекаемых электронов и количество образуемых отрицательных ионов.
Плюсом является кольцо 14.
В плоскости симметрии устройства, вдоль оси примыкающей трубы и между ионизаторами первой ступени, располагаются коаксиально воронкообразные вставки 6 спрямляющего аппарата, имеющие в радиальном направлении профили сечений, обеспечивающие плавный поворот воздушного потока на 90 градусов, без срыва этого потока с обтекаемой поверхности вставок. Количество вставок выбирается таким, чтобы обеспечить разворот всего воздушного потока, при его максимальном расходе, без возникновения сопротивления движению этого потока. После вставок, внутри примыкающей трубы, установлен ламинатор 7 воздушного потока, представляющий из себя расположенные под прямым углом тонкие пластины 8, вид В-В, соединенные с круглым кольцом. Пластины располагаются по потоку параллельно продольной оси примыкающей трубы.
За ламинатором потока, внутри примыкающей трубы, устанавливается ионизатор 9 второй ступени, представляющий из себя конструкцию, идентичную ионизатору первой ступени, где иглы 10, вид С-С, прикрепляются своими концами к токосъемнику 11. Последний соединен с минусовой клеммой постоянного источника электрического тока, напряжением от 4 до 6 кВ.
Со свободного торца примыкающей трубы вытекает обработанный поток воздуха и направляется в нужное место, например на хирургический стол 13.
Электрические насосы 2 работают бесшумно, т.к. нет вращающихся элементов, что важно для людей, и обладают долговечностью эксплуатации.
Устройство для получения и подачи чистого, отрицательно ионизированного, ламинарного воздушного потока работает следующим образом.
При включении электрических насосов 2 из окружающего пространства начинает засасываться воздух и подаваться на вход электроочистителей 3, на которые питание предварительно подано. Проходя через элекроочистители, воздух освобождается от механических примесей, которые оседают на электродах. Предварительно здесь осуществляются дезинфекция и стерилизация. С выходов электроочистителей очищенный воздух поступает на вход ионизаторов 4 первой ступени, высокое напряжение на которые предварительно подано. На иголках 5 ионизатора скапливаются электроны, которые стекают с них в воздушный поток (аналогично с обшивки самолетов стекают в пространство накопившиеся на ней электрические заряды в виде электронов). Часть из этих электронов присоединяется к нейтральным атомам воздуха, делая их отрицательно заряженными ионами. Кольцевой анод 14 обеспечивает такое стекание.
Другие атомы, при движении воздуха, касаются поверхности иголок 5, и на них перетекают электроны, превращая их в отрицательно заряженные ионы. Воздух, проходя через электроочистители, частично дезинфицируется и стерилизуется. Образовавшиеся отрицательные ионы продолжают этот процесс и дополнительно активизируют атомы и молекулы воздуха, которые благотворно влияют на весь организм человека. Далее поток воздуха, проходя через вставки 6, плавно разворачивается на 90 градусов. Однако, двигаясь по узким каналам, с подпором от электрических насосов, поток воздуха имеет завихрения.
Проходя же через ламинатор 7, поток воздуха становится ламинарным, т.е. движение воздушного потока становится слоистым, без перемешивания соседних слоев. Пластины 8 ламинатора делят воздушный поток на части, разделяя и успокаивая вихри.
Далее ламинарный поток проходит через ионизатор 9 второй ступени, высокое напряжение на токосъемник 11 предварительно подано. Так как иглы 10 ионизатора 9 тонкие, то завихрения воздуха не происходит. На иглах 10 скапливаются электроны и стекают с них, присоединяясь и к нейтральным атомам, делая их ионами, и к ионам, заряжая их еще сильнее. Такой же процесс происходит при касании игл атомами и ионами воздушного потока. При этом усиливается дезинфицирующее, стерилизующее и активизирующее действие отрицательных ионов.
На выходе из устройства воздушный поток, дезинфицированный, стерилизованный и активизированный, имеющий отрицательные ионы, направляется на какую-то поверхность, например на хирургический стол 13, обеспечивая дезинфицирующий, стерилизующий и активизирующий эффект при соприкосновении с человеком, инструментом, материалами и т.п.
Проведенные предварительные исследования работы ионизаторов дали положительный результат.
Таким образом, использование ионизаторов совместно с электроочистителями, позволяет получить чистый, дезинфицированный, стерильный и активный воздух.
Источники информации
1. Новая иллюстрированная энциклопедия. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2001. - т.7, с.217.
2. Яворский Б.М., Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. - М.: Наука, 1989. - с.203.
3. Ж. «Радио», №6, 1997. - с.33.
4. Патент на изобретение №2108869 «Электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов», РФ. Приоритет от 10.01.1996.
5. Патент на изобретение №2145524 «Электрический очиститель диэлектрических жидкостей» РФ. Приоритет от 10.01.1996.
6. Патент РФ №2026751 «Устройство для стерилизации и тонкой фильтрации газа». Опубликован 20.01.1995.
7. Устройство для инактивации и тонкой фильтрации вирусов и микроорганизмов в воздушном потоке. Международная заявка, опубликованная под номером WO 2010/03 3048 А1, 25 марта 2010 года. PCT/RU 2008/000603.
8. Военно-медицинская академия имени Кирова, г.Санкт-Петербург.: кафедра курортологии и физиотерапии.