Устройство ловушки для бактерий и вирусов
TRAP DEVICE FOR BACTERIA AND VIRUSES

Область техники
Изобретение относится к устройствам для удовлетворения жизненно важных потребностей человека, а именно к устройствам для обеззараживания и очистки воздуха от микрочастиц и микроорганизмов бактерицидным ультрафиолетовым излучением в закрытых помещениях, где требуется постоянное поддерживание асептических условий в присутствии людей.
Уровень техники
Известно, что УФ излучение гибельно для множества бактерий и вирусов. Вероятность того, что вирусы и бактерии погибнут от его воздействия, зависит от мощности УФ излучения и длительности его воздействия на них. В настоящем описании предлагается устройство для очистки воздуха, в котором может быть множество микробов и вирусов, оставленных большим количеством людей и раскрыта ловушка для вирусов и бактерий, которые задерживаются в ворсистом материале и подвергаются длительному УФ облучению настолько длительному, что данный материал может быть многократно очищен и использован повторно.
Известны устройства очистки воздуха с помощью УФ излучения, основанные на прохождении загрязненного воздуха через бактерицидную камеру, в которой воздушный поток облучается источником УФ излучения, имеющим длину волны излучения 253 нм или 270 нм. Такие устройства имеют воздуховод с входным и выходным отверстиями, по которому загрязненный воздух проталкивается через облучаемое пространство вентилятором. На входном отверстии обычно устанавливается фильтр, на котором задерживается пыль, вместе с частью бактерий и вирусов.
Недостатком известных устройств является малое время воздействия УФ излучения на проходящий воздух, а также отсутствие облучения входного фильтра, который при редкой чистке сам начинает являться источником заражения (RU 2742111, МПК A61L 9/20, опубликован 02.02.2011; RU 202125, МПК A61L 9/20, опубликован 03.02.2021; RU 204427, A61L 9/20, опубликован 24.05.2021; RU 204805, А61L 9/20, опубликован 11.06.2021; RU 2742273, А61L 9/20, опубликован 04.02.2019; RU 203576, A61L 9/20, опубликован 12.04.2021).
Известен бактерицидный рециркулятор, содержащий продольный корпус с входным и выходным отверстиями; воздуховод, сформированный внутри корпуса рециркулятора в виде лабиринта при помощи направляющих поверхностей, позволяющий увеличить время обеззараживания; всасывающий вентилятор, установленный во входном отверстии корпуса рециркулятора и обеспечивающий движение воздушной среды по лабиринту воздуховода; бактерицидная лампа, размещенная в камере обеззараживания воздуховода (RU 131298, МПК А61L 9/20, опубликован 20.08.2013).
Недостатком аналога является ограниченный срок службы газоразрядной бактерицидной лампы, реально составляющий немного больше 3000 часов, требование вентилятора повышенной мощности, способного преодолеть воздушное сопротивление лабиринта. Другой недостаток известного аналога заключается в свободном выходе продуктов обработки воздуха из бактерицидного рециркулятора, в связи с отсутствием фильтрующих элементов на выходе воздуховода.
Известно устройство для обеззараживания воздуха в помещении, содержащее поперечный по отношению к направлению воздушного потока корпус в виде восьмигранной прямой призмы с входным и выходным окнами в основаниях призмы; всасывающий вентилятор, установленный во входном окне; воздуховод, соединяющий входное и выходное окна, источник бактерицидного излучения, выполненный в виде светодиодов, закрепленных на внутренней стороне восьмигранного корпуса, с возможностью облучения потока воздуха и адсорбирующую фильтрующую светоотражающую прокладку, установленную на выходном окне корпуса и расположенную почти параллельно оси светодиодов (RU 194640, МПК A61L 9/20, опубликован 18.12.2019).
Недостаток описанного аналога заключается в коротком воздуховоде, так как за время движения по нему воздушный поток получает дозу обеззараживающего облучения, пропорциональную лишь времени нахождения в зоне обеззараживания, определяемого в решающей степени длиной пути ламинарного воздушного потока. При этом максимум УФ-излучения от светодиодов направлен поперек воздушного потока, а УФ-облучение поверхности волоконного фильтра составляет не более 50% от максимума, с учетом отраженного излучения.
В качестве ближайшего аналога выбрано решение, раскрытое в патенте RU194640.
Техническое решение
Техническим результатом устройства является повышение эффективности обеззараживания воздуха, которое достигается путем увеличения объемной дозы энергии облучения, приходящейся на облучаемый объем воздуха, находящийся в камере обеззараживания в единицу времени, за счет создания в ней турбулентного движения воздуха и условий для прямого облучения поверхности волоконного фильтра.
Достижение технического результата основано на том, что загрязненный воздух нагнетается средством создания воздушного потока, например, вентилятором, создающим входящий воздушный поток, направляемый под углом Ф° на поверхность волоконно-фильтрующего листа, выполненного в виде ворсистого коврика, при этом на границе взаимодействия воздушного потока с ворсистой поверхностью возникает турбулентность, вызывающая появление нелинейных волн в воздушном потоке, которые перемещаются в камере обеззараживания между источником УФ-излучения и поверхностью ворсистого коврика, на котором происходит осаждение вирусов и бактерий, которые подвергаются длительному УФ облучению, настолько длительному, что данный ворсистый коврик может считаться пригодным для повторного использования после простого удаления из него пыли. Возможно выполнение источника УФ-излучения в виде УФ- светодиодов или УФ-лампы.
Заявленное решение может быть охарактеризовано следующей совокупностью существенных признаков:
Устройство ловушки для бактерий и вирусов, содержащее полый корпус, с входным и выходным окнами; воздуховод, сформированный стенками полости корпуса и соединяющий входное и выходное окна корпуса, при этом площадь поперечного сечения воздуховода должна превышать площадь входного окна; средство создания потока воздуха, смонтированное во входном окне; камеру обеззараживания, расположенную в воздуховоде и в которой источник бактерицидного излучения и ворсистый коврик расположены друг напротив друга с возможностью прямого облучения всей поверхности ворсистого коврика УФ излучением. Средство создания потока воздуха содержит вентилятор, установленный во входном окне, а созданный вентилятором воздушный поток направляется на поверхность ворсистого коврика под углом Ф°, величина которого выбрана из выражения: 30°<Ф<60°, где: Ф° - угол между направлением воздушного потока и поверхностью ворсистого коврика.
Объем воздуха, находящийся в камере обеззараживания в турбулентном состоянии и поверхность ворсистого коврика подвергаются увеличенному по времени прямому УФ-облучению, что достигается расположением излучателя и волоконного фильтра друг напротив друга в камере обеззараживания. Изменением величины угла направления воздушного потока на ворсистый коврик можно менять характер турбулентности воздушного потока. Очистку коврика допустимо выполнять периодически в зависимости от степени его загрязненности.
Существенные признаки устройства, раскрытые в двух вышеприведенных абзацах, проиллюстрированы двумя вариантами реализации, каждый из которых содержит все общие существенные конструктивные признаки, необходимые и достаточные для достижения заявленного технического результата.
На фиг. 1 показано осевое сечение варианта устройства в дисковом исполнении корпуса и светодиодным источником УФ излучения,
на фиг. 2 - объемное изображение варианта устройства, показанного на фиг. 1 в разборе,
на фиг. 3 - осевой продольный разрез второго варианта устройства, имеющего корпус в виде прямой призмы,
на фиг. 4 - объемное изображение осевого продольного разреза, показанного на фиг. 3.
Существенные признаки устройства, обеспечивающие достижение заявленного технического результата обозначены на чертежах следующими позициями:
1. Полый корпус
2. Воздуховод, сформированный стенками полости корпуса и соединяющий входное и выходное окна
3. Входное окно воздушного потока
4. Выходное окно воздушного потока
5. Камера обеззараживания
6. Плоская часть поверхности стенки воздуховода
7. Средство создания воздушного потока (вентилятор)
8. Источник бактерицидного излучения
9. Ворсистый коврик (волоконно-фильтрующий материал)
Представленные на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3, фиг. 4 варианты устройства имеют отличающиеся друг от друга конструктивные элементы, но одинаковое функциональное назначение, при этом каждый из представленных вариантов содержит всю совокупность существенных признаков, обеспечивающих решение поставленной задачи и достижение заявленного технического результата.
Устройство ловушки для бактерий и вирусов по первому варианту (фиг. 1 и фиг. 2) имеет полый корпус 1, составленный в этом случае из двух частей, формирующих воздуховод 2: чашевидного основания 1.1 с входным окном 7 и выходными окнами 4 по периметру чашевидного основания 1.1, и крышки 1.2, включающей коническую часть 1.2.1, направляющую воздушный поток, создаваемый вентилятором к ворсистому коврику 9 и фланцевую часть 1.2.2, имеющую плоскую поверхность для размещения ворсистого коврика 9. Коническая часть 1.2.1 крышки 1.2 своей вершиной обращена к входному окну 3, при этом угол Х° при вершине конической поверхности выступа выбран из выражения 60°<X<120°, который обеспечивает направление воздушного потока на поверхность ворсистого коврика 9 под углом Ф°, выбранного из выражения 30°<Ф<60°, где Ф-угол между образующей конической поверхности 1.2.1 крышки 1.2 полого корпуса 1 и поверхностью фланцевой части 1.2.2. Камера обеззараживания 5 расположена в воздуховоде 2 и включает источник бактерицидного излучения 8, состоящего из платы с УФ-светодиодами, и расположенного напротив ворсистого коврика 9, закрепленного на плоской поверхности фланцевой части 1.2.2 крышки.
Вариант устройства ловушки для бактерий и вирусов, показанный на фиг. 3 и фиг. 4, имеет полый корпус 1 из полимерного профиля с торцевыми крышками. Воздуховод 2, сформированный в полости корпуса 1 и соединяющий входное окно 3 на профильной стороне корпуса 1, а выходные окна 4 в отводах воздуховода 2 на боковых крышках корпуса 1, при этом камера обеззараживания смонтирована в каждом отводе воздуховода 2, а средство создания потока воздуха включает два вентилятора 7, каждый из которых установлен во входном окне 3 с возможностью формирования потока воздуха под углом Ф к поверхности ворсистого коврика 9. Камера обеззараживания 5 устроена в каждом из отводов воздуховода 2 и имеет свой источник УФ-излучения, установленный напротив ворсистого коврика 9 для прямого облучения его поверхности.
Для иллюстрации второго варианта ловушки для бактерий и вирусов на фиг. 3 и фиг. 4 показано устройство, комбинированное с источником освещения, одна из печатных плат 10 которого использована для крепления вентиляторов 7 на отогнутом фрагменте упомянутой платы, что позволяет легко позиционировать положение вентиляторов 7, относительно поверхности ворсистого коврика 9. На этой же плате 10 светодиодов смонтированы источники УФ излучения - УФ-ламы, которые окружены параболическими отражателями для направления всего УФ потока на поверхность коврика 9.
Устройство ловушки работает следующим образом. Включается вентилятор 7 и УФ лампы 8, воздух закачивается через верхние окно 3 внутрь корпуса 1 и направляется по воздуховоду 2 на ворсистый коврик 9 под углом Ф, при этом на границе взаимодействия воздушного потока с ворсистой поверхностью возникает турбулентность, вызывающая появление нелинейных волн в воздушном потоке, которые перемещаются в камере обеззараживания 5 между источником 8 УФ-излучения и поверхностью ворсистого коврика 9 все время подвергаясь УФ обработке. Осажденные на коврике 9 вирусы и бактерии продолжают подвергаться УФ облучению до окончания работы устройства.
Особенно эффективны такого рода приборы могут быть для автомобилей (такси, маршрутные такси, автобус и т.д.). До посадки пассажиров устройство включается в форсированный режим для интенсивной очистки воздуха, далее устройство переключается на нормальный режим работы, который сохраняется до высадки пассажиров и далее цикл повторяется. Форсированный режим отличается от нормального тем, что вентилятор включается на повышенные обороты и УФ излучатели также включаются в форсированный режим. При ограниченном объеме пространства форсированный режим может длиться от 1 до 5 мин.