УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОЗДУХА В ВАГОНАХ ЭЛЕКТРОПОЕЗДОВ

Полезная модель относится к устройствам для обеззараживания воздуха бактерицидным ультрафиолетовым (УФ) излучением и может быть использована для обеззараживания рециркуляционного воздуха, поступающего в установку вентиляции и кондиционирования (УКВ) железнодорожных пассажирских вагонов, преимущественно в электропоездах.
Оборудование для обеззараживания воздуха бактерицидным УФ излучением на железнодорожном транспорте предназначено для обеспечения и поддержания эпидемиологически безопасной для пассажиров воздушной среды в пути следования поезда. Для этого необходимо, чтобы плотность потока, излучаемой бактерицидными лампами УФ энергии, обеспечивала дозу облучения, достаточную для достижения установленного санитарно-гигиеническими нормами уровня бактерицидной эффективности обеззараживания рециркуляционного воздуха.
Как правило, необходимая доза УФ облучения достигается за счет увеличения количества УФ ламп. Однако в условиях ограниченного пространства и энергоресурсов вагона, их размещение и энергоснабжение является проблематичным. В связи с этим, большое значение приобретает задача увеличения эффективности использования бактерицидного потока, решение которой позволяет добиться нужной дозы УФ облучения с оптимальным, с точки зрения габаритов и энергосбережения, количеством ламп.
Кроме того, обязательными требованиями к конструкции устройства для УФ обеззараживания на железнодорожном транспорте являются исключение возможности вредного воздействия УФ излучения на пассажиров и на конструктивные элементы вагона, а также виброустойчивость и надежность конструкции.
Известна установка для обеззараживания воздуха УФ излучением в вагонах электропоездов, корпус которой имеет ребра жесткости и выполнен с Т-образным поперечным сечением, образованным горизонтальными и вертикальным выступами. На боковых сторонах горизонтальных выступов расположены входные окна, а в верхней части вертикального выступа - выходное окно для прохождения потока обрабатываемого воздуха. Для предотвращения выхода УФ излучения за пределы установки на окнах установлены защитные решетки, образованные профильными элементами, на поверхность которых нанесено фотокаталитическое покрытие на основе диоксида титана, усиливающее эффект обеззараживания и очистки воздуха. Внутри корпуса, посредством виброгасящих элементов, в качестве которых используются кронштейн, одна из плоскостей которого изогнута в виде пропеллера, и герметично уплотненный сильфон, закреплена бактерицидные амальгамные УФ лампы П-образной формы. Продольные оси ламп лежат в горизонтальной плоскости, а направление потока обрабатываемого воздуха перпендикулярно продольным осям ламп. При этом, с целью улучшения однородности распределения бактерицидного УФ излучения по объему камеры обеззараживания, лампы в корпусе установки расположены горизонтально одна над другой таким образом, что цокольная часть одной лампы находится напротив противоположного ему изгиба колбы другой лампы (Патент на полезную модель РФ 143645, A61L 2/10, B61D 27/00, 30.12.2013).
Известна также установка для обеззараживания воздуха ультрафиолетовым излучением, предназначенная для встраивания в системы вентиляции и кондиционирования железнодорожного транспорта и принятая за прототип заявляемой полезной модели. Установка содержит прямоугольный корпус с ребрами жесткости, имеющий входное и выходное окна для потока воздуха. Входное окно закрыто защитной решеткой, смонтированной из профильных элементов, форма которых выбрана таким образом, чтобы не допустить выхода УФ излучения из корпуса модуля и обезопасить другие конструктивные элементы воздуховода от воздействия УФ излучения, снижающего их срок службы. На поверхность профильных элементов нанесен слой фотокатализатора на основе диоксида титана.
Внутри корпуса установлены ультрафиолетовые амальгамные лампы П-образной формы. Продольные оси ламп лежат в горизонтальной плоскости, а направление потока обрабатываемого воздуха перпендикулярно продольным осям ламп. Лампы расположены горизонтально друг над другом, причем продольная ось следующей по потоку лампы смещена по горизонтали относительно продольной оси предыдущей лампы. Внутри корпуса УФ лампы закреплены посредством виброгасящих элементов, причем колбы установлены в кронштейнах, изогнутых в месте сгиба в форме пропеллера, а цоколи ламп - в виброгасящих сильфонах (Патент на полезную модель РФ 78074, A61L 2/10, B61D 27/00, 01.07.2008).
Основным недостатком известных технических решений, как аналога, так и прототипа, является ориентация расположения УФ ламп в корпусе устройства, которая не позволяет полностью использовать поток бактерицидного УФ излучения, генерируемого лампами, для обеззараживания проходящего над ними воздуха. Так как продольные оси ламп лежат в горизонтальной плоскости корпуса, то часть полезного УФ излучения теряется из-за экранирования его конструктивными элементами корпуса и самих ламп. Например, при использовании ламп П-образной формы, УФ излучение в продольном направлении поглощается самой УФ лампой, а в поперечном направлении - стенками камеры обеззараживания. По этой причине КПД использования бактерицидного потока ламп известных установок для обеззараживания воздуха УФ облучением, характеризующий эффективность использования облучателем бактерицидного потока установленных в нем ламп, составляет не более 80% (Руководство 3.5.1904-04 «Использование ультрафиолетового излучения для обеззараживания воздуха в помещениях», п. 3.8). При использовании указанных устройств для обработки воздушных потоков с высокой степенью инфицирования и при их больших объемах, для обеспечения требуемой для эффективного обеззараживания дозы УФ, потребуется значительное увеличение количества ламп. Кроме того, при указанном расположении ламп, в случае выхода из строя хотя бы одной бактерицидной лампы, повышается вероятность существенного снижения дозы облучения, «проскока» необлученного УФ воздуха и, как следствие, недостаточный уровень бактерицидной эффективности обеззараживания.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении коэффициента использования бактерицидного потока ламп.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для обеззараживания воздуха УФ излучением в вагонах электропоездов, включающем корпус, имеющий ребра жесткости, а также входное и выходное окно для прохождения потока воздуха, в одном из которых смонтирована защитная решетка, образованная профильными элементами, на поверхность которых нанесено фотокаталитическое покрытие на основе диоксида титана, и, внутри которого, последовательно по направлению потока воздуха, установлены закрепленные посредством виброгасящих элементов УФ лампы, продольные оси которых перпендикулярны направлению потока воздуха, согласно полезной модели продольные оси УФ ламп лежат в вертикальной плоскости, а лампы установлены параллельными вертикальными рядами в шахматном порядке, образованном смещением по вертикали продольных осей ламп последующего ряда относительно продольных осей ламп предыдущего ряда, причем цокольные части ламп предыдущего и последующего рядов направлены в противоположные стороны.
Для достижения наибольшего технического результата целесообразно, чтобы смещение между продольными осями ламп последующего и предыдущего рядов составляло L/n, где L - расстояние между осями цоколей П-образной лампы по поперечной оси, a n - четное число (2, 4, 6…).
Указанный технический результат достигается также тем, что в корпусе устройства могут быть установлены лампы как П-образной, так и цилиндрической формы, или комбинация из двух типов ламп. Кроме того, защитная решетка может быть смонтирована как во входном, так и в выходном окне.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид устройства, а на фиг. 2, 3 - схемы размещения УФ ламп в корпусе устройства.
Устройство для обеззараживания воздуха содержит открытый с одной стороны прямоугольный корпус 1, на котором выполнены ребра 2 жесткости. Корпус имеет входное и выходное окна 3, 4, через которые проходит поток рециркуляционного воздуха. Одно из окон закрыто защитной решеткой 5, смонтированной из профильных элементов 6. Внутри корпуса вертикальными рядами параллельно друг другу по направлению потока воздуха установлены УФ лампы 7. Колба каждой УФ лампы поддерживается кронштейном 8, закрепленным на стенке корпуса, а цоколь лампы вставлен в разъем с электрическими проводами, установленными в сильфоне 9. Продольные оси ламп ориентированы перпендикулярно направлению потока и лежат в вертикальной плоскости. Лампы образуют шахматный порядок за счет последовательного смещения по вертикали между их продольными осями в последующем ряду. Наиболее оптимальным является размер смещения, равный L/n, где L - расстояние между осями цоколей П-образной лампы по ее поперечной оси, а n - четное число. Цокольная часть 10 каждой лампы предыдущего ряда находится напротив противоположного ей конца 11 лампы последующего ряда.
Предложенное устройство работает следующим образом.
Поток инфицированного пассажирами воздуха, поступающего из рециркуляцонного воздуховода, через входное окно 3 попадает в камеру обеззараживания устройства, образованную корпусом 1 с установленными внутри него УФ лампами 7. Обеззараживание воздуха происходит за счет воздействия на содержащиеся в воздухе микроорганизмы бактерицидного УФ излучения с длиной волны 253,7 нм, источником которого служат газоразрядные амальгамные лампы низкого давления. Инактивация микроорганизмов происходит за счет сообщения им достаточной дозы УФ излучения. Обеззараженный воздух через выходное окно 4 поступает в установку вентиляции и кондиционирования (УКВ) вагона и через нее подается обратно в пассажирский салон. В одном из окон смонтирована защитная решетка 5, состоящая из профильных элементов 6, на поверхность которых нанесено фотокаталитическое покрытие на основе диоксида титана в фазе анатаза, дополнительно усиливающее эффект обеззараживания и очистки воздуха за счет процесса фотокатализа.
Пример реализации полезной модели.
Устройство для обеззараживания рециркуляционного воздуха УФ излучением с габаритами 1000×500 мм встраивается в рециркуляционный воздуховод перед установкой вентиляции и кондиционирования (УКВ) вагона электропоезда. Корпус 1 устройства изготовлен из нержавеющей стали и имеет ребра 2 жесткости, повышающие стойкость конструкции к вибрационным нагрузкам. Внутри корпуса установлены мощные безозоновые газоразрядные амальгамные УФ лампы 7 низкого давления типа АНЦ 270/133-П3, имеющие П-образную форму, мощностью 270 Вт, которые являются источниками бактерицидного УФ излучения. Размер П-образной лампы по продольной оси составляет Н=695 мм и по поперечной оси В=132 мм. Расстояние между осями цоколей лампы составляет L=100 мм. Лампы расположены двумя параллельными вертикальными рядами по направлению потока воздуха по две лампы в ряду. Продольные оси ламп ориентированы в вертикальной плоскости и перпендикулярны направлению потока проходящего воздуха. Лампы расположены в шахматном порядке по направлению потока воздуха. Шахматный порядок расстановки ламп образуется за счет того, что продольная ось второй лампы смещена по вертикали на величину L/2=50 мм относительно оси первой, и т.д.
Лампы развернуты таким образом, что цокольная часть 10 предыдущей лампы находится напротив противоположного ей конца 11 последующей лампы, то есть цокольные части ламп предыдущего и последующего ряда направлены в противоположные стороны. Для П-образных ламп напротив цоколя лампы предыдущего ряда находится изгиб колбы лампы последующего ряда.
Наряду с П-образными лампами в установке могут быть использованы менее мощные цилиндрические лампы (например, типа АНЦ 170/70), что позволяет подобрать оптимальную мощность УФ излучения под требуемую производительность обработки воздуха. При применении прямых ламп, одна П-образная лампа заменяется на две прямых лампы, установленных в ряду с шагом L=100 мм между лампами, равным расстоянию между осями цоколей П-образной лампы. Цилиндрические лампы типа АНЦ 170/70 имеют мощность 170 Вт, диаметр колбы лампы D=19 мм, а ее длина по продольной оси Н=853 мм. Лампы установлены в корпусе двумя вертикальными рядами по четыре лампы в ряду и также образуют шахматный порядок за счет вертикального смещения их продольных осей на L/2=50 мм, равного половине расстояния между осями цоколей П-образной лампы. Для цилиндрических ламп напротив цоколя лампы предыдущего ряда находится глухой конец колбы лампы последующего ряда.
Внутри корпуса лампы закреплены посредством виброгасящих элементов, причем колбы ламп установлены в кронштейнах 8, изогнутых в месте сгиба в форме пропеллера, а цоколи ламп - в виброгасящих сильфонах 9, что значительно снижает уровень вибрации за счет ослабления и гашения колебаний, передающихся на лампу. Корпус 1 и размещенные в нем УФ лампы 7 образуют камеру обеззараживания. Для предотвращения выхода УФ излучения за пределы камеры обеззараживания и предохранения конструктивных элементов воздуховода от разрушающего воздействия УФ излучения предусмотрена защитная решетка 5, которую можно установить как до, так и после камеры обеззараживания в зависимости от типа вагона. Защитная решетка образована элементами 6 специального профиля, на поверхность которых нанесено фотокаталитическое покрытие на основе диоксида титана в фазе анатаза, дополнительно усиливающее эффект обеззараживания и очистки воздуха за счет процесса фотокатализа.
Зажигание и поддержание горения УФ ламп осуществляется при помощи блоков электронной пускорегулирующей аппаратуры (ЭПРА), электрически соединенных с устройством. Управление и питание устройства осуществляется от системы обеспечения микроклимата вагона. Устройство снабжено датчиком контроля (отказа) каждой УФ лампы.
3
Производительность устройства составляет 5000 м/ч. Мощность потока излучения каждой бактерицидной лампы на длине волны 254 нм составляет не менее 80 Вт. При этом КПД использования бактерицидного потока составляет не менее 90%, что на 25% больше, чем при горизонтальном расположении ламп.
Кроме того, благодаря высокому КПД, полученному за счет ориентировки ламп в вертикальной плоскости, предложенная полезная модель позволяет повысить надежность обеспечения дозы УФ излучения, требуемой для эффективного обеззараживания воздушной среды вагона даже в случае выхода из строя одной из ламп. Например, при выходе из строя одной УФ лампы эффективность обеззараживания снижается всего на 12%, против 25% при расположении осей ламп в горизонтальной плоскости.
Эффективность обеззараживание воздуха при помощи заявленного устройства составляет не менее 99,99%.