Способ и устройство дезинфекции воздуха в салонах транспортных средств
METHOD AND DEVICE FOR AIR DISINFECTION IN VEHICLE INTERIORS

Настоящее изобретение относится к области санитарии и гигиены, в том числе, к методам и средствам дезинфекции воздуха в салонах транспортных средств, оборудованных системами отопления и приточно-вытяжной вентиляции. Изобретение может быть использовано для дезинфекции воздуха от воздушно-капельной и воздушно-пылевой инфекции в пассажирских салонах и на водительском месте транспортных средств, оборудованных двигателями внутреннего сгорания с жидкостной системой охлаждения и отопления, в том числе - в салонах автобусов, легковых и грузовых автомобилей.
Поставленная задача касается дезинфекции воздуха в салонах транспортных средств, оборудованных системами отопления, а также - пассивными или активными системами приточно-вытяжной вентиляции. Системы дезинфекции воздуха в транспортных средствах должны обеспечивать эффективное снижение эпидемиологической нагрузки на пассажиров и водителя в соответствии с существующими отечественными и международными санитарными нормами и правилами.
Известно устройство для обеззараживания воздуха ультрафиолетовым излучением, включающее в себя Т-образный в вертикальном поперечном сечении корпус с люком в нижней части корпуса, расположенными по бокам на торцах горизонтальной части корпуса входными окнами для потока воздуха и выходным окном для потока воздуха, расположенным в верхней части на торце вертикальной части корпуса, смонтированный внутри корпуса ламповый узел с одной или несколькими ультрафиолетовыми лампами с виброгасящими элементами. Входные и выходное окно снабжены защитными решетками, ламповый узел выполнен в виде прямоугольного короба, имеющего разъемное соединение и закрепленного на корпусе с помощью виброгасящих элементов. Основным техническим результатом является простота обслуживания и высокая виброустойчивость устройства. (RU 188578 U1, 17.04.2018). Основным недостатком известного устройства для обеззараживания воздуха является его низкая энергетическая эффективность инактивации патогенной микрофлоры, находящейся внутри микрочастиц пыли, микроскопических капель слизи или воды. Указанная проблема может быть решена за счет повышения мощности УФ излучения или за счет увеличения длительности облучения. Однако такие технические решения являются малоэффективными, поскольку существенно увеличиваются размеры и масса устройства, а также снижается энергоэффективность устройства.
Известно также усовершенствованное устройство для обеззараживания воздуха ультрафиолетовым излучением, включающее в себя Т-образный в вертикальном поперечном сечении корпус с люком в нижней части корпуса, расположенными по бокам на торцах горизонтальной части корпуса входными окнами для потока воздуха и выходным окном для потока воздуха, расположенным в верхней части на торце вертикальной части корпуса, смонтированный внутри корпуса ламповый узел с одной или несколькими ультрафиолетовыми лампами с виброгасящими элементами. Отличительной особенностью данного устройства является использование специального отражающего покрытия на внутренней поверхности корпуса. Основным техническим результатом устройства является повышение эффективности обеззараживания воздуха за счет более равномерного распределения УФ излучения внутри корпуса устройства. (RU 189481 U1, 23.05.2019).
Основными недостатками известного устройства для обеззараживания воздуха является сложность получения внутренней поверхности корпуса с высокой отражающей способностью УФ излучения, а также - по-прежнему недостаточная энергетическая эффективность инактивации патогенной микрофлоры, экранированной наночастицами сажи из выхлопных газов, нано- и микрочастицами пыли, микроскопическими каплями слизи или воды.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является авторское свидетельство СССР №323933, опубл. 10.08.1973 г. «Установка для дезинфекции воздуха». В известном техническом решении дезинфекция воздуха, зараженного патогенными микроорганизмами, осуществляется путем его последовательной принудительной прокачки с помощью вентилятора через рабочую камеру дезинфекции и выпускной воздуховод. При этом, в рабочей камере дезинфекции установлен электрический термопреобразователь, обеспечивающий прогрев проходящего в выходной воздуховод потока воздуха до требуемой температуры. В воздуховоде находится блок бактерицидных ультрафиолетовых ламп, с помощью которых осуществляется финишная дезинфекция потока воздуха от патогенной микрофлоры. Наличие блока бактерицидных ламп ограничивает температурный предел нагрева потока воздуха примерно до (50÷60)°С, что, во-первых, препятствует использованию данного устройства совместно с системой отопления автомобиля, во-вторых, снижает возможности надежной инактивации патогенной воздушно-капельной инфекции на этапе прогрева воздуха. Наличие блока УФ ламп при их ограниченных размерах и мощности не позволяет надежно обеззараживать микрофлору, защищенную микрочастицами пыли и капель, а также - наночастицами углеводородных загрязнителей воздуха.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании энергетически эффективного способа и устройства дезинфекции воздуха, обеспечивающих повышение эпидемиологической безопасности водителя и пассажиров, находящихся в салонах различных транспортных средств, в частности, в автомобилях, оборудованных двигателями внутреннего сгорания с жидкостной системой охлаждения и отопления.
Техническим результатом изобретения является повышение энергетической эффективности дезинфекции воздуха от воздушно-капельной и воздушно-пылевой инфекции, а также - повышение эпидемической безопасности водителя и пассажиров в салонах различных транспортных средств, оборудованных двигателями внутреннего сгорания с жидкостной системой охлаждения и отопления.
1
2
Технический результат достигается тем, что в заявляемом способе дезинфекции воздуха в салонах транспортных средств, включающего в себя забор воздуха из пассажирского салона, его нагнетание в рабочую камеру дезинфекции с регулируемой скоростью воздушного потока, нагрев потока воздуха путем его пропускания через теплообменный преобразователь с последующей подачей нагретого воздуха через систему выпускных воздуховодов в пассажирский салон транспортного средства в зону лица и ног пассажиров и водителя, а также - в зону ветрового стекла автомобиля дополнительно согласно изобретению осуществляют непрерывный контроль температуры t нагретого воздуха на выходе рабочей камеры дезинфекции, при этом, для исключения подачи в пассажирский салон недостаточно нагретого воздуха производят остановку его транспорта в режиме рециркуляции через систему выпускных воздуховодов при температуре t нагретого воздуха ниже t°С с последующим возобновлением подачи воздуха в режиме рециркуляции при достижении температуры t нагретого воздуха величины t°C, кроме этого, согласно изобретению оптимальную температуру в салоне транспортного средства достигают за счет дополнительной вентиляции через приоткрытые стекла форточки и штатные каналы пассивной или активной приточной и вытяжной вентиляции, а также с помощью регулирования скорости воздушного потока, проходящего через теплообменный преобразователь.
Технический результат также достигается тем, что для реализации способа в предлагаемое устройство дезинфекции устройство воздуха в салонах транспортных средств, включающее в себя модуль воздухоприемников, состоящий из наружного и рециркуляционного внутреннего воздухоприемников, заслонки, регулирующей соотношение проходящих через указанные воздухоприемники воздушных потоков, и воздушного фильтра, при этом выход указанного выше модуля с помощью воздуховодов через электрический вентилятор, снабженный блоком управления скоростью вращения электродвигателя, соединен с входом рабочей камеры дезинфекции, внутри которой установлен теплообменный преобразователь, кроме этого, на входе рабочей камеры дезинфекции установлена заслонка регулятора нагрева воздуха, обеспечивающая изменение соотношения воздушных потоков, проходящих через и мимо теплообменного преобразователя, при этом, выход рабочей камеры дезинфекции через выпускной воздуховод соединен с системой воздуховодов, снабженных заслонками распределения воздушных потоков к воздуховодам и дефлекторам панели приборов, к воздуховодам и дефлекторам обогрева ног, к воздуховодам и дефлекторам ветрового стекла, согласно изобретению, дополнительно введен установленный в выпускном воздуховоде датчик температуры, соединенный с индикатором температуры нагретого воздуха, при этом, теплообменный преобразователь выполнен в виде радиатора отопителя, соединенного через входной и выходной патрубки с жидкостной системой охлаждения автомобильного двигателя внутреннего сгорания, кроме этого, устройство содержит элементы дополнительной вентиляции салона в виде открывающихся окон, форточек, воздуховодов приточной и вытяжной вентиляции.
Способ дезинфекции воздуха в салонах транспортных средств осуществляют следующим образом.
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
Способ реализуются на современных автомобилях, оборудованных двигателями внутреннего сгорания с жидкостной системой охлаждения и отопления. С помощью модуля воздухоприемников и штатного вентилятора отопителя осуществляют забор воздуха из внешней среды или из салона автомобиля и его нагнетание в рабочую камеру дезинфекции, роль которой исполняет теплообменная камера отопителя. В указанной камере воздух нагревают до температуры t, путем его пропускания через теплообменный преобразователь. В качестве теплообменного преобразователя используют радиатор отопления автомобиля, который нагревается за счет циркулирования через него охлаждающей жидкости работающего двигателя внутреннего сгорания. На выходе рабочей камеры дезинфекции осуществляют контроль температуры t нагретого воздуха. Если температура t достигает величины t, то нагрев воздуха осуществляют в режиме рециркуляции, а нагретый воздух подают в пассажирский салон в зону лиц и ног пассажиров и водителя через выпускной воздуховод, в качестве которого используют соответствующий воздуховод системы HVAC. Если температура t нагретого воздуха окажется меньше величины t, то нагретый воздух прекращают подавать в режиме рециркуляции в пассажирский салон в зону лица и ног пассажиров и водителя, а также - в зону ветрового стекла. При этом, возобновление подачи в режиме рециркуляции нагретого воздуха в зону лиц пассажиров и водителя, а также - в зону ветрового стекла осуществляют при достижении температуры t величины t. Наличие двух границ температур t<t необходимо для исключения частого беспорядочного срабатывания автоматики, переключающей режим забора воздуха для подогрева. Переключение заслонки в модуле забора воздуха может осуществляться вручную или автоматически. Рекомендуемые границы t и t температуры t нагрева воздуха зависят от вида актуальной на данный момент инфекции. Так, для вирусной инфекции нижняя граница нагрева t может находится в пределах 70÷80°С, а верхняя граница нагрева t может находится в пределах 90÷100°С. Строгий контроль над температурой нагретого воздуха необходим для гарантированной полной дезинфекции воздуха, подаваемого в зону лиц пассажиров и водителя. Такую гарантию обеспечивает нагрев воздуха до температуры выше t градусов. Недостаточный нагрев воздуха может происходить по следующим причинам: 1) двигатель недостаточно прогрет после запуска в работу; 2) температура окружающего воздуха слишком низкая; 3) двигатель долгое время работает на низких оборотах; 4) неисправность в системе охлаждения двигателя. Следует отметить, что в режиме рециркуляции подача недостаточно нагретого воздуха в салон автомобиля в зону лиц водителя и пассажиров может способствовать усиленному распространению инфекции по всему салону автотранспортного средства.
Устройство, реализующее предлагаемый способ дезинфекции воздуха в салонах транспортных средств, представлено на фиг. 1.
Устройство включает в себя модуль воздухоприемников 1, в состав которого входит наружный воздухоприемник 2, рециркуляционный внутренний воздухоприемник 3, заслонка переключения в режим рециркуляции воздуха 4 и воздушный фильтр 5, при этом, выход модуля воздухоприемников 1 через электрический вентилятор 6, снабженный блоком 7 управления скоростью вращения электродвигателя, через камеру для установки испарителя кондиционера 8, впускной воздуховод 9 соединен с входом рабочей камеры дезинфекции 10, функцию которой выполняет теплообменная камера отопления и вентиляции, внутри которой установлен теплообменный преобразователь 12, в качестве которого используется радиатор отопителя, нагрев которого осуществляется за счет подачи в него через входной патрубок 13 охлаждающей двигатель жидкости, при этом, отвод из радиатора охлаждающей жидкости осуществляется через выходной патрубок 14, при этом, выход рабочей камеры дезинфекции 10 через выпускной воздуховод 15 соединен с системой воздуховодов, снабженных заслонками 16 и 18 распределения воздушных потоков, направленных к воздуховодам и дефлекторам 17 обогрева ног, к воздуховодам и дефлекторам 19 ветрового стекла, к воздуховодам и дефлекторам 20 панели приборов. Дополнительно, согласно изобретению устройство включает в себя установленный в выпускном воздуховоде 15 датчик 21 температуры воздуха, соединенный с индикатором 22 температуры нагретого воздуха, при этом, теплообменный преобразователь 12 выполнен в виде радиатора отопителя, соединенного через входной 13 и выходной 14 патрубки с жидкостной системой охлаждения автомобильного двигателя внутреннего сгорания, кроме этого. Кроме этого, устройство содержит элементы дополнительной вентиляции салона в виде открывающихся створок окон 23, форточек 24 и воздуховодов 25 вытяжной вентиляции.
Устройство дезинфекции воздуха в салонах транспортных средств работает следующим образом.
С помощью модуля воздухоприемников 1 осуществляют забор воздуха из внешней среды за пределами салона автомобиля через наружный воздухоприемник 2 или из салона автомобиля через рециркуляционный внутренний воздухоприемник 3. Регулирование и переключение потоков воздуха, проходящих через воздухоприемники 2 и 3, осуществляют с помощью заслонки 4. Воздушный фильтр 5 необходим для очистки потоков проходящего через модуль 1 воздуха от пыли и насекомых. С выхода модуля водухоприемников 1 с помощью электрического вентилятора 6 через камеру 8 испарителя кондиционера и воздуховод 9 осуществляют нагнетание воздуха в рабочую камеру дезинфекции 10. Регулирование скорости нагнетания воздуха осуществляют с помощью блока управления 7 скоростью вращения электродвигателя электрического вентилятора 6.
В рабочей камере дезинфекции 10 воздух нагревают до температуры t, путем его пропускания через теплообменный преобразователь 12, который подключен к контуру охлаждения двигателя внутреннего сгорания через впускной 13 и выпускной 14 патрубки. В качестве теплообменного преобразователя 12 используют радиатор отопления автомобиля, который нагревается за счет циркуляции через него охлаждающей жидкости работающего двигателя внутреннего сгорания. С помощью заслонки 11 осуществляют регулирование температуры нагретого воздуха на выходе рабочей камеры 10 за счет изменения соотношения потоков воздуха, проходящих через и мимо теплообменного преобразователя 12.
2
1
2
1
2
2
На выходе рабочей камеры дезинфекции осуществляют контроль температуры t нагретого воздуха с помощью установленного в выпускном воздуховоде 15 датчика 21 температуры воздуха, соединенного с индикатором 22 температуры t нагретого воздуха. Если температура t достигает величины t, то путем соответствующей установки заслонки 4 нагрев воздуха осуществляют в режиме рециркуляции, а нагретый воздух подают в пассажирский салон в зону лиц пассажиров и водителя через выпускной воздуховод, в качестве которого используют соответствующий воздуховод системы HVAC (Heaving, Ventilation, Air Condition). Если температура t нагретого воздуха окажется меньше величины t, то путем установки заслонки 4 в соответствующее положение нагретый воздух прекращают подавать в режиме рециркуляции в пассажирский салон в зону лица и ног пассажиров и водителя, а также - в зону ветрового стекла. При этом, возобновление подачи в режиме рециркуляции нагретого воздуха в зону лиц пассажиров и водителя, а также - в зону ветрового стекла осуществляют при достижении температуры t нагретого воздуха величины t. Рекомендуемые границы t и t температуры t нагрева воздуха зависят от вида актуальной на данный момент инфекции. Так, для вирусной инфекции нижняя граница нагрева воздуха ti может находится в пределах 70÷80°С, а верхняя граница нагрева t может находится в пределах 90÷100°С.
Для поддержания оптимальной температуры в салоне автомобиля дополнительно используют элементы вентиляции салона в виде открывающихся створок окон 23, форточек 24 (при их наличии) и воздуховодов 25 приточной (при ее наличии) и вытяжной вентиляции. При повышении температуры в салоне транспортного средства выше желаемых пределов используют следующие регулировки в устройстве: снижение скорости вращения электродвигателя вентилятора 6; усиление вентиляции путем дополнительного большего открывания окон 23, форточек 24 (при их наличии), усиления функционирования приточной (при ее наличии) и вытяжной вентиляции. При понижении температуры в салоне транспортного средства ниже желаемых пределов используют следующие регулировки в устройстве: повышение скорости вращения электродвигателя вентилятора 6; ослабление вентиляции путем дополнительного закрывания окон 23, форточек 24 (при их наличии), уменьшения функционирования приточной и вытяжной вентиляции путем частичного закрытия воздуховодов 25.
Пример технической реализации изобретения
Для испытания способа и устройства использовался автомобиль модели Лада Гранта Lada Granta 2014 года выпуска с восьмиклапанным бензиновым двигателем внутреннего сгорания. Основные испытания проводились при температуре наружного воздуха минус 10°С.
Органы управления элементами, соответствующим ограничительной части устройства, изображены на фигуре 2 согласно техническому описанию автомобиля Lada Granta [1]. Управление заслонкой 4 (фигура 1), осуществляется с помощью рукоятки 3 управления режимом рециркуляции (фигура 2). Управление скоростью работы электродвигателя вентилятора 6 (фигура 1) осуществляется с помощью рукоятки 1 (фигура 2). Управление заслонкой 11 (фигура 1) осуществляется с помощью рукоятки 2 задатчика температурного режима отопительно-вентиляционной установки (фигура 2). С помощью рукоятки 4 управления распределителем воздушных потоков, (фигура 2) осуществляется управление заслонками 16 и 18 (фигура 1). В качестве изображенных на фигуре 1 элементов 21 (датчик температуры воздуха в выпускном воздуховоде) и 22 (индикатор температуры нагретого воздуха) использовались датчик и индикатор температуры пирометра модели GM320.
В результате проведения основных испытаний были установлены следующие режимы работы устройства:
Рукоятка 1 в положении первой риски (первая или минимальная скорость работы электровентилятора);
Рукоятка 2 в красной зоне рисок (положение максимального нагрева воздуха);
Рукоятка 3 в среднем положении (частичный режим рециркуляции);
Рукоятка 4 была установлена в режим подачи горячего воздуха к дефлекторам панели приборов.
1
2
На хорошо прогретом двигателе при его работе в режиме 1500 об/мин температура воздуха на выходе дефлекторов панели приборов достигала величины 102±5°С. С помощью рукоятки 2 (фигура 2) температура воздуха на выходе дефлекторов панели приборов регулировалась в пределах (15÷102) ±5°С. Таким образом, испытания показали техническую реализуемость устройства на автомобиле LADA GRANTA и полную достижимость рекомендуемых в описании изобретения значений температурных границ t и t. Кроме этого, пределы регулирования температуры на выходе дефлекторов обеспечивают возможность выполнения рекомендации пункта 5.3.5 по ГОСТ Р 50993-96 [2].
С помощью анемометра модели GM8908 были измерены скорости воздушных потоков на выходе дефлекторов панели приборов. В зависимости от положения рукоятки 1 (фигура 2) эти скорости потоков воздуха устанавливались в пределах от 3 м/с до 9 м/с, что укладывается в рекомендации пункта 5.2.2 по ГОСТ Р 50993-96 [2].
1
2
Согласно литературным источникам [3, 4] достигнутые во время испытаний температурные границы нагретого воздуха на выходе рабочей камеры дезинфекции обеспечивают практически мгновенную гибель вирусной инфекции в каналах вентиляции отопления и вентиляции при выполнении рекомендаций температурных границ t и t согласно данному изобретению.
Таким образом, в ходе испытаний была показана достижимость технического результата изобретения: "повышение энергетической эффективности дезинфекции воздуха от воздушно-капельной и воздушно-пылевой инфекции, а также - повышение эпидемической безопасности водителя и пассажиров в салонах различных транспортных средств, оборудованных двигателями внутреннего сгорания с жидкостной системой охлаждения и отопления".
Литература
1. LADA GRANTA. Руководство по эксплуатации автомобиля и его модификаций. ПАО "АВТОВАЗ", 2017, 204 с.
2. ГОСТ Р 50993-96 Автотранспортные средства. Системы вентиляции и кондиционирования. Требования к эффективности и безопасности. Дата введения 1997-07-01.
3. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология. Под ред. В.П. Широбокова. Винница, Нова Книга, 2015, 853 с.
4. Позднее O.K. Медицинская микробиология. Под ред. В.И. Покровского. Москва, ГЭОТАР-МЕД, 2001, 776 с.