Устройство для обеззараживания воздуха

Полезная модель относится к удовлетворению жизненных потребностей человека, в частности, к устройствам очистки и дезинфекции воздушного пространства рециркуляторного типа, и может быть использована для бактериального обеззараживания воздуха в различных помещениях с использованием ультрафиолетового излучения.
Создание бытовых приборов для УФ-обеззараживания стало возможным с появлением метода рециркуляции. При этом способе излучение не проникает в помещение, поскольку лампа находится в непроницаемом для ультрафиолета кожухе. Обеззараживание воздуха происходит за счет его прохождения внутри кожуха, во время которого УФ-спектр воздействует на микроорганизмы. Обычно для уничтожения большинства микроорганизмов достаточно долей секунды, хотя во многом этот показатель зависит от интенсивности излучения и времени этого излучения. По итогам экспериментальных исследований средняя эффективность обеззараживания воздуха отдельных моделей составляет 96,2%. Соответственно, говорить о стерилизации воздуха было бы неправильно, однако уровень дезинфекции весьма высокий.
В настоящее время широкое распространение получили установки для обеззараживания ультрафиолетовым излучением, в которых используются специальные бактерицидные лампы. Такие установки используются не только в специализированных помещениях, где качество обеззараживания играет ключевую роль, например, операционные, перевязочные и т.д., но и для производственных и бытовых помещений. Важным является осуществление эффективного контроля интенсивности ультрафиолетового излучения, а также индикация любого нештатного режима работы подобной установки. В основном для этих целей используются системы контроля интенсивности ультрафиолетового излучения, выполненные с возможностью установки минимально допустимого значения интенсивности ультрафиолетового излучения, последующего контроля интенсивности ультрафиолетового излучения, а также обеспечения срабатывания сигнализирующих устройств в случае критического снижения интенсивности ультрафиолетового излучения или выхода из строя бактерицидной лампы или какого-либо узла установки. Кроме того, из-за использования ультрафиолетового излучения на такие устройства накладываются требования по их безопасности для людей, находящихся в помещении, где происходит бактерицидная обработка воздуха. Особенно эти требования важны для бытовых обеззараживателей воздуха и устройств постоянно функционирующих, например, в производственных помещениях в присутствии персонала. Эти требования касаются, прежде всего, исключения прямого и отраженного ультрафиолетового излучения на человека. Бактерицидные лампы излучают ультрафиолетовое излучение высокой интенсивности, которое может вызвать солнечный ожог и конъюнктивит. Поэтому кожа и глаза не должны подвергаться воздействию прямого или отраженного нефильтрованного излучения. Самым простым техническим приемом, позволяющим блокировать свечение ультрафиолетовое излучение, является применение светоизолирующих экранов, которые встраиваются в само устройство.
Так, как пример известен обеззараживатель воздуха, содержащий корпус, установленные в его противоположных торцах вентилятор и противопылевый фильтр, а внутри корпуса монтажную плату с закрепленными на ней и электрически связанными с источником питания и между собой ультрафиолетовыми лампами, электронными пускорегулирующими аппаратами и блоком питания вентилятора, при этом монтажная плата выполнена из алюминиевого материала в виде пластины с загнутыми под 90° по ее торцам концами, являющимися светоизолирующими экранами, расположенными один на входе после противопылевого фильтра, а другой на выходе между блоком питания вентилятора и вентилятором (RU 197523, A61L9/20, опубл. 15.05.2020 г.). Данное решение принято в качестве прототипа для заявленного объекта.
Известное устройство функционирует следующим образом. После включения электрического питания электронные пускорегулирующие аппараты осуществляют плавный пуск ультрафиолетовых ламп, а блок питания вентилятора запускает вращение вентилятора. Воздух из помещения вводится в корпус устройства через противопылевый фильтр с одной торцевой стороны корпуса. Далее светоизолирующим экраном ноток воздуха разбивается на два отдельных потока, которые проходят через ультрафиолетовые лампы, расположенные вдоль корпуса, и подвергаются ультрафиолетовому бактерицидному излучению от этих ламп. Под действием вентилятора потоки воздуха протягиваются через корпус, проходят через светоизолирующий экран, расположенный на выходе из корпуса, соединяются в один поток на выходе и выводятся из корпуса в помещение.
В этом решении пускорегулирующие аппараты расположены в секции размещения ультрафиолетовых ламп и между ними, блок питания размещен в зоне между вторым светоизолирующим экраном и выходным окном из корпуса, противопылевый фильтр смонтирован в пространстве первым светоизолирующим экраном и входным окном из корпуса, а вентилятор установлен на входе в корпус в зоне размещения блока питания.
Таким образом, компоновочно устройство выполнено с расположением вентилятора на выходе корпуса, то есть вентилятор втягивает воздух через фильтра на входе корпуса, протягивает воздух вдоль ультрафиолетовых ламп и вытягивает воздух наружу через выходное окно, в котором он расположен.
Как правило, вентиляторы осевого типа, имеющие возможность работы как в режиме нагнетания воздуха, так и в режиме всасывания воздуха в бытовом исполнении выполняются либо полностью из полимерного материала, либо только часть корпуса и лопатки или только лопатки. Применение полимерных материалов позволяет обеспечить точное литье или формование, малый вес и соответственно низкую стоимость единицы изделия, ко всему прочему, это отражает современный уровень применяемых технологий. Но все полимерные материалы имеют один серьезный недостаток, который заключается в потере исходных физических качеств и изменении структуры материала. Разрушительное влияние УФ-излучения происходит за счет уничтожения связей между атомами в полимерах под воздействием лучей этого спектра. Основной видимый эффект от воздействия УФ-излучения на полимерные материалы - появление т.н. «меловых пятен», изменение цвета на поверхности материала и повышение хрупкости участков поверхности. Отмеченные выше эффекты от воздействия УФ-излучения редко проникают в структуру глубже 0.5 мм. Тем не менее, при жестком и сильном излучении (а в патенте применяется бактерицидная лампа марки HNS 4W G5 с мощностью излучения 200…280 нм (UVC), равной 0,9 Вт) процесс деградации материала на поверхности при наличии нагрузки ускоряется и приводит к разрушению изделия в целом. Деградация обусловлена тем, что наличие в составе полимеров катализаторов и прочих загрязнений, служащих рецепторами, приводит к деградации материала. Причем для начала процесса деградации требуются ничтожные доли загрязнителей, например, миллиардная доля натрия в составе поликарбоната ведет к нестабильности цвета. В присутствии кислорода свободные радикалы формируют гидроперекись кислорода, которая ломает двойные связи в молекулярной цепочке, что делает материал хрупким. Данный процесс часто называют фотоокислением. Даже при отсутствии водорода все равно происходит деградация материала вследствие связанных процессов.
В связи с этим размещение вентилятора на выходе корпуса приводит к его непрямому облучению УФ-излучением за счет обтекания потоком насыщенного этим излучением воздуха.
Кроме того, все компоненты электронной части устройства размещены либо в потоке, подвергшегося УФ-облучению, либо между ультрафиолетовыми лампами в прямой близости и под прямым излучением.
Указанные недостатки приводят к быстрой потере устройством своей функциональности из-за старения материала и приобретения хрупкости.
Исключение попадания УФ-излучения ламп из корпуса наружу решается за счет применения светоизолирующих экранов на входе и выходе устройства. Но каждое из этих экранов выполнено в виде одной прямой плоской пластины, покрытой алюминиевой фольгой и распложенной поперечно прямому излучению. При этом корпус выполнен, как указано в патенте, из G771A - корпус из высокопрочного ABS пластика UL-94HB с боковыми алюминиевыми панелями. Такое исполнение указывает, что боковые стенки этого корпуса являются так же светоотражающими панелями. При таком исполнении экранов нельзя говорить о том, что имеются лабиринтно расположенные экраны. Плоский экран отражает только часть прямого излучения, другая часть которого проходит через проход между боковой стенкой корпуса и краем плоской пластины и отражаясь от стенки корпуса уходит к выходу из корпуса. Наличие на выходе вентилятора не препятствует выходу свечения наружу. При этом и сам вентилятор попадает в зону облучения УФ-лучами.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационной надежности и безопасности за счет исключения влияния ультрафиолетового излучения на электронные компоненты устройства и исключения попадания отраженного свечения этого излучения в окружающую среду.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для обеззараживания воздуха, содержащем корпус с входным и выходным окнами по торцевым стенкам, светоизолирующие экраны, смонтированные внутри корпуса на расстоянии от торцевых стенок и выполненные в виде поперечно расположенных перегородок, образующих лабиринтной формы каналы, в средней зоне корпуса между указанными экранами образована камера облучения, в которой расположены ультрафиолетовые лампы безозонового типа низкого давления, расположенные вдоль корпуса, а так же вентиляторный блок, установленный со стороны одной торцевой стенки, противопылевый фильтр, и электротехнические компоненты системы питания и управления пуском указанных ламп, корпус выполнен вдоль корпуса с изолированным от полости, в которой образована камера облучения отделением для размещения указанных электротехнических компонентов, противопылевый фильтр смонтирован в корпусе со стороны входного окна, вентиляторный блок в виде поперечно корпусу в ряд установленных вентиляторов расположен между указанным фильтром и первым светоизолирующим экраном, при этом каждый светоизолирующий экран выполнен в виде поперечно расположенной детали, имеющей в поперечном сечении Z-образную форму, одна полка которой в виде плоской пластины обращена в сторону указанных ламп, другая полка которой, выполненная с проемами, обращена в сторону торцевой стенки корпуса, а наклонно расположенная часть детали Z-образную формы в сечении выполнена в виде рамки с центрально расположенным проемом.
Корпус выполнен из алюминиевого сплава и может быть выполнен с элементами его прикрепления на стену.
Электротехнические компоненты могут дополнительно включают в себя WiFi модуль и/или модуль автоматическое включения/выключения с привязкой к календарю на базе счетчика времени и/или модуль автоматического включения/выключения с привязкой к времени суток на базе счетчика времени и/или LCD-дисплей, размещенной на наружной поверхности корпуса и/или счетчик срока службы ультрафиолетовых ламп на базе счетчика времени.
Полезная модель поясняется конкретным примером реализации, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства с приподнятой верхней частью корпуса;
фиг. 2 - представлена вид верхнюю часть корпуса устройства;
фиг. 3 - вид на светоизолирующий экран.
Согласно полезной модели рассматривается устройство для обеззараживания воздуха рециркуляторного типа, выполненное безопасным в эксплуатации обеззараживания воздуха в помещении.
В общем случае это устройство содержит корпус с входным и выходным окнами по торцевым стенкам. Корпус выполнен из высококачественного алюминиевого сплава, что является несомненным преимуществом и гарантирует долгосрочное использование в различных температурных условиях и в широком диапазоне влажности в помещениях. Корпус представляет собой уплощенный параллелепипед, вытянутый по высоте и состоящий из нижней части (фиг. 1 и 2), являющейся основанием 1, и верхней части, являющейся крышкой 2. При соединении основания и крышки в торцевых стенках образуются технологические проемы, один из которых является входным окном, а проем на противоположной торцевой стенке - выходным окном. Проемы закрываются выполненными из полимерного материала решетками 3. Эти решетки конструктивно представляют собой крышки, которыми закрывают торцевые проемы собранного корпуса.
Корпус выполняется как в настенном варианте эксплуатации (для этого на корпусе имеются элементы его прикрепления на стену), так и варианте мобильного перемещения, например на роликах. Главным здесь является обеспечение пространства под нижне размещаемой торцевой стенкой, где имеется входное окно, для забора воздуха из помещения.
Вдоль корпуса расположено изолированное перемычкой 4 от полости корпуса отделение 5 для размещения электротехнических компонентов 6 жизнеобеспечения функциональности устройства. В частности к таким компонентам относятся системы питания и управления пуском бактерицидных ультрафиолетовых ламп 7 (лампы могут быть расположены в ряд в корпусе или, например, в шахматном порядке). Таким образом, это отделение полностью изолировано от камеры облучения и исключает влияние УФ-излучения на эти компоненты и на материалы их корпусов.
Внутри корпуса организована камера облучения, со стороны торцевых стенок ограниченная боковыми стенками полости корпуса и светоизолирующими экранами 8, смонтированные внутри корпуса на расстоянии от торцевых стенок и выполненные в виде поперечно расположенных перегородок, образующих лабиринтной формы каналы для прохождения воздуха. Каждый светоизолирующий экран выполнен в виде поперечно расположенной детали, имеющей в поперечном сечении Z-образную форму, одна полка 9 которой, выполненная в виде сплошной плоской пластины, обращена в сторону указанных ламп 7, другая полка 10 которой, выполненная с проемами, обращена в сторону торцевой стенки корпуса, а наклонно расположенная соединительная часть 11 детали Z-образную формы в сечении выполнена в виде рамки с центрально расположенным проемом.
В этом примере исполнения светоизолирующего экрана полка 9, представляющая собой сплошную, то есть без отверстий и проемов пластину, расположена поперечно в корпусе и перпендикулярно направлению корпусов ламп 7. Эта полка представляет собой отражатель излучения ламп. Вторая полка 10 расположена аналогичным образом у торцевой стенки корпуса и содержит проемы для прохождения воздушного потока. Так же функцией этой полки является гашение остаточного и отраженного свечения, которое может пройти по каналам прохождения воздуха через первую полку. Соединительная часть 11, расположенная наклонно между полками 9 и 10 является каналом для прохождения воздуха.
Поверхности пластин полок 9 и 10 и могут быть выполнены со специальным светоотражающим покрытием, например из фольги. В общем, наличие покрытия типа фольги или аналогичного покрытия с функцией эффективного светоотражения не является обязательным. Пластины экрана могут быть выполнены из алюминия или алюминиевого сплава с высокой степенью чистоты наружных поверхностей, что уже обеспечивает эффект отражения падающего луча. Экран может быть выполнен в виде одной детали, изготовленной методом перегиба частей листовой заготовки.
Вентиляторный блок расположен в зоне входного окна в корпусе (на чертежах не показан). Это позволяет в полости корпуса создать повышенное давление и воздух под давлением нагнетается в сторону выходного окна (область низкого давления). Это создает направленный воздушный поток, проходящий через лабиринтный канал первого светоизолирующего экрана, в котором поток раздваивается на два рукава. На выходе поток попадает из камеры облучения в лабиринтный канал второго светоизолирующего экрана, в котором два рукава потока соединяются, переходят в зону перед выходным окном и выходит наружу. При прохождении как первого, так и второго экранов происходит подтормаживание скорости потока из-за местных сопротивлений (элементы смены вектора движения воздушного потока), функцию которых выполняют пластины полок 9 и 10. Замедление потока приводит к тому, что воздушный поток проходит камеру облучения в заторможенном темпе, что позволяет более эффективно обеззаразить воздух, так как эффект обеззараживания прямо зависит от времени облучения воздуха ультрафиолетом.
Кроме эффекта подтормаживания воздуха в камере облучения экраны решают задачу гашения прямого и отраженного излучения. Световое излучение в камере облучения можно представить в виде трех условных световых потоков. Первый световой поток прямого излучения попадает на полку 9 и отражается от нее, возвращаясь в обратном направлении, то есть в сторону ультрафиолетовых ламп. Два других световых потока проходят от ламп в направлении к боковым стенкам и проходят в проход для воздушного потока между боковыми стенками и полкой 9. Происходит отражение лучей этого потока от боковой стенки корпуса и отраженные лучи попадают в зону между полками 9 и 10. Но в этой зоне лучи отраженного свечения попадают на полку 10 и отражаются в обратном направлении. Таким образом отраженное свечение гарантированно не попадает в зону между экраном и выходным окном корпуса.
В образованной в средней части корпуса в камере облучения 12 расположены ультрафиолетовые лампы 7 безозонового типа низкого давления, расположенные вдоль корпуса.
Противопылевый воздушный фильтр 13 смонтирован в корпусе со стороны входного окна. Этот фильтр может представлять собой прямоугольной формы часть пористой пластины, например из поролона или аналогичного материала. В принципе возможны любые варианты исполнения воздушного фильтра (например, бумажного типа или сетчатого). Конкретное исполнение воздушного фильтра не является существенным для рассматриваемой полезной модели. Главное, чтобы фильтр не препятствовал всасыванию воздуха и не оказывал сопротивления этому процессу. При этом этот фильтр может крепиться в проеме окна к решетке как снаружи корпуса, так и изнутри корпуса. При наружном креплении облегчается возможность его снятия для чистки или замены на новый без разбора корпуса устройства.
Вентиляторный блок выполняется в виде расположенных поперечно корпусу в ряд вентиляторов и расположен между указанным фильтром 14 или решеткой на входном окне и первым светоизолирующим экраном 8, который расположен к нему ближе всего. В принципе возможно применение одного вентилятора заданной мощности для создания требуемого напора в камере облучения. Но, как правило, вентиляторы с достаточно высокой эффективностью создаваемого напора имеют высокий расход энергии питания и имеют неудовлетворительную шумовую характеристику. От мощности вентилятора зависит скорость процесса обеззараживания и объем воздуха, прокачиваемый через камеру облучения. Это влияет на объем помещения, в котором размещают устройство обеззараживания воздуха. В рамках рассматриваемой полезной модели применяется вентиляторный блок, состоящий из трех малошумящих малогабаритных вентиляторов, которые позволяют не только обеспечить суммарный общий напор на заданном уровне, но и регулировать величину напора от минимума до максимума в зависимости от объема обрабатываемого помещения и времени обеззараживания.
2
Дополнительно эти компоненты могут включать в себя в WiFi модуль и/или модуль автоматического включения/выключения с привязкой к календарю на базе счетчика времени и/или модуль автоматического включения/выключения с привязкой к времени суток на базе счетчика времени и/или счетчик срока службы ультрафиолетовых ламп на базе счетчика времени (что обеспечивает безопасную замену ламп в нужное время). Также WiFi модуль может использоваться для удаленного контроля работы устройства. Устройство может быть выполнено с возможностью подключения датчика СО, датчика температуры t° и датчика влажности.
На наружной поверхности корпуса размещен LCD-дисплей с индикаторной сигнализацией и цифровой графикой визуального отображения режимов работы устройства и/или настройки этих режимов. Выполнение электронной системы управления устройством подробно не рассматривается, так как не является существенным для достижения поставленного технического результата. Но наличие этих элементов позволяет повысить информативность самого прибора, обеспечить гарантированное его обслуживание и позволит в режиме удаленной связи заранее выставить временные интервалы автоматического включения устройства. В реальности электронная система управления устройством может иметь достаточно большое количество вариантов ее выполнения. Именно это обстоятельство не позволяет рассматривать конкретное исполнение этой системы как необходимый для достижения результата признак.
Таким образом, заявляемая полезная модель представляет собой установку для обеззараживания ультрафиолетовым излучением, которая за счет простоты и оптимального подбора элементов конструкции позволяет обеспечить высокую эффективность работы, контроль интенсивности ультрафиолетового излучения, своевременное оповещение о возможности возникновения нештатной ситуации, а также позволяет обеспечить увеличение срока службы используемых бактерицидных ламп и повышение экономической эффективности внедрения установки в целом.