СОЛЯРИЙ ВЕРТИКАЛЬНЫЙ

Полезная модель относится к оборудованию, применяемому в салонах красоты, студиях загара, а также в физиотерапевтических кабинетах медицинских учреждений.
Известен солярий вертикальный для приема ультрафиолетовых ванн стоя - SunVision V180XXL производимый фирмой AUSUN (Нидерланды) (см. приложение: проспект производителя «Новые вертикальные солярии SunVision») состоящий из замкнутого по периметру цилиндрического корпуса с дверью. Внутри корпуса установлены 48 люминесцентных ламп для загара, длиной 2 метра и электрической мощностью по 180 Вт каждая. Лампы расположены с равным угловым шагом вокруг общей оси, являющейся в то же время осью солярия, параллельно с ней и на равном удалении от нее (около 440 мм.). Они снабжены общим зеркальным рефлектором, который установлен на расстоянии 10 мм от поверхности лампы, между лампами и корпусом и представляет собой круговой цилиндр с внутренней зеркальной поверхностью (1). Этот солярий является наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели. Недостатком данного устройства является низкий КПД при большой потребляемой мощности.
Оценка КПД прототипа
Принимая во внимание осевую симметрию вертикального солярия, возможность человека принимать различные положения во время сеанса, и имея в виду, что ширина плеч и таза человека в большинстве случаев близка к 500 мм, справедливо представить
загорающего, как выпуклый абсорбер - круговой цилиндр, диаметром 500 мм, расположенный соосно с солярием.
Сделанные допущения приводят к осесимметричной расчетной модели вертикального солярия, для исследования которой достаточно рассмотреть двумерную задачу (см фиг.1). Ту часть ультрафиолетового излучения лампы 1, которая попадает на абсорбер 2 прямо от лампы или после отражения, будем считать полезной. Ее долю в общем излучении лампы примем за КПД лампы. Он численно равен КПД всего солярия, ввиду симметрии модели (затраты на вентиляцию, декоративную подсветку и т.п. в данной оценке не участвуют). В терминах мощности КПД солярия описывается формулой:
где:
уф.пр.
Ф - прямой поток УФ-излучения падающий на абсорбер без отражения;
уф.отр.
Ф - поток УФ-излучения попадающий на абсорбер после отражения:
уф.
Ф - поток УФ-излучения, создаваемый лампой (отношение энергии переносимой излучением ко времени переноса значительно превышающем период колебаний, Вт):
уф.
фА - спектральная плотность потока (поток, приходящийся на единичный интервал длин волн, Вт/нм ).
Так как лампа излучает одинаково во всех направлениях во всем интересующем нас диапазоне длин волн, уравнение (1) можно записать через угловые величины:
где:
пр.cp
пр,
α. - средняя величина угла α;
пр.
α. - угол, под которым виден абсорбер из точки на поверхности тела свечения лампы;
отр.ср
отр
α. - средняя величина угла α;
отр
а - угол, под которым виден просвет между лампами в рефлекторе 3 из точки на поверхности тела свечения лампы;
отр.
К - коэффициент отражения рефлектора;
пр.ср.
отр.ср
Для люминесцентных ламп, применяемых в соляриях, телом свечения является слой люминофора, повторяющий геометрию стеклянной газоразрядной трубки и углы α и αопределяется соотношениями:
ω
о
о
о
о
пр.
В выражении (3) пределы интегрирования : φ и -φ суть угловые координаты «точек заката» Е и F , т.е. таких точек поверхности лампы которые лежат на общих касательных лампы и абсорбера ЕР и CF. Все точки поверхности лампы с координатой φ больше φ но меньше 2 -φ, непосредственно не облучают абсорбер. Характер зависимости угла α от угловой координаты излучающей точки на поверхности тела свечения лампы проилюстрирован на фиг.2.
отр.ср
отр.
Угловые координаты «точек заката» G и Н для вычисления αтакже определяются из геометрии солярия и здесь не приводятся. Схема траекторий прохождения между лампами лучей, отраженных рефлектором, приведена на фиг.3. Характер зависимости величины угла α от положения точки на поверхности лампы изображен на фиг.4.
Применив формулу (2), (3) и (4) для оценки эффективности прототипа с размерами : L=440 мм, R=250 мм, r=20 мм, получим:
пр.cp
α.=70.52° (1.23 рад.)
отр.ср
α=8.95°×2=17,89° (0.31 рад.)
отр
К=1 (полагаем зеркало идеальным).
КПД=24.59 %
уф.отр.
уф.
уф
отр
Здесь Ф=0.0497 Ф (0.447 Ф для зеркала из чистого алюминия с К = 0,9). Вклад отражателя в КПД невелик так как любой луч не попавший на абсорбер после первого отражения уже не будет поглощен абсорбером, ввиду того, что просветы между лампами малы и луч не может претерпеть отражение дважды. В этом легко убедиться путем несложных геометрических построений.
Результаты расчетов проведенных на основе плоской модели подтверждаются результатами измерений энергетической освещенности в УФ-диапазоне, проведенными авторами в прототипе.
Таким образом, мы установили, что КПД прототипа не превышает 25%, и что примененный в нем отражатель направляет на абсорбер около 5% излучения ламп.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является увеличение КПД вертикального солярия и снижение потребляемой мощности.
Поставленная задача решается путем уменьшения количества ламп и замены кругового цилиндрического рефлектора на рефлектор , состоящий из объединенных в единую поверхность 2n чередующихся участков эвольвентных цилиндрических поверхностей двух видов, эволютами которых выступают окружности, ограничивающие поперечные сечения предполагаемого абсорбера и лампы.
Сущность полезной модели поясняется схемой вертикального солярия с 12 лампами (фиг.5) и потоком равным потоку в прототипе с 48 лампами. На фиг.6 поперечное сечение показано увеличенно.
Основными конструктивными элементами солярия являются: вертикально ориентированный, замкнутый по периметру,
цилиндрический корпус 4 с дверью 5 , n люминесцентных ламп 1 для загара, установленных с равным угловым шагом вокруг общей оси, являющейся в то же время осью солярия, параллельно ей и на равном удалении от нее. Между корпусом 4 и лампами 1 находится зеркальный рефлектор 3, представляющий собой цилиндр соосный с корпусом и состоящий из 2n чередующихся участков эвольвентных цилиндрических поверхностей двух видов.
Участки поверхности первого вида размещены непосредственно за лампами 1 (кривая ВГД фиг.6) и представляют собой часть эвольвентной цилиндрической поверхности, образованной перемещением прямой параллельно оси солярия вдоль эвольвенты окружности, ограничивающей поперечное сечение лампы.
Участки поверхности второго вида размещены между лампами (кривая АБВ фиг.6) и являются частью эвольвентной цилиндрической поверхности, образованной перемещением прямой параллельно оси солярия вдоль эвольвенты окружности, ограничивающей поперечное сечение условного абсорбера - прямого кругового цилиндра радиусом R.
Участки первого и второго вида плавно сопряжены в точке В. Благодаря тому, что нормаль к эвольвенте по определению является касательной к эволюте, предлагаемая форма отражателя обеспечивает как полный выход излучения, предотвращая отражение обратно на лампу, так и полное отражение на абсорбер всех лучей не попавших на него непосредственно от лампы.
Предложенный вертикальный солярий имеет КПД близкий к 100%. Отметим, что КПД солярия зависит от числа ламп, так как часть лучей поглощается попадая на другие лампы . Так для идеального рефлектора солярий с 6 лампами имеет КПД=98,4%,
солярий с 12 лампами - 89.2% , а солярий с 16 лампами - 79.7% и т.д.
Для создания потока излучения, равного потоку в прототипе, содержащем 48 ламп, предлагаемый солярий достаточно оснастить 12 лампами той же мощности (180 Вт), т.е. реализация полезной модели позволяет снизить потребляемую электрическую мощность вертикального солярия в 3,6 раза по сравнению с прототипом, при сохранении прежней величины потока УФ-излучения.