РЕЦИРКУЛЯТОР ДИОДНЫЙ ОБЕЗЗАРАЖИВАЮЩИЙ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ОБЛУЧЕНИЯ
DISINFECTING DIODE ULTRAVIOLET IRRADIATION RECIRCULATOR

Изобретение относится к бытовой и медицинской технике, в частности, к рециркуляторам воздушного потока для обеззараживания воздуха ультрафиолетовым облучением. Рециркулятор содержит не менее двух исполнительных органов, состоящих из набора полупроводниковых диодов ультрафиолетового излучения, расположенных на плоской диэлектрической пластине, узла включения источников излучения, а также узла термостабилизации исполнительного органа, блока управления и блока включения устройства. Исполнительные органы располагаются внутри замкнутого объема, через который проходит воздушный поток, формируемый вентиляторами. При этом диоды ультрафиолетового (УФ) излучения располагаются равномерно вдоль диэлектрической пластины исполнительного органа с шагом, определяющим уровень плотности мощности УФ излучения. Длина внутреннего замкнутого объема и мощность вентилятора определяет время экспонирования воздушного потока УФ излучением.
Изобретение предназначено для обеззараживания воздуха помещений ультрафиолетовым облучением с целью уничтожения микроогранизмов, бактерий и вирусов различных заболеваний в бытовых и медицинских помещениях, а также в целях профилактики распространения ОРВИ, гриппа и других вирусных инфекций в условиях сложной эпидемиологической обстановки.
Применение рециркулятора показано для использования в личном и общественном автомобильном транспорте, авиации, морском, железнодорожном транспорте и других устройствах, разрушение элементов которых не должно вызывать дополнительного загрязнения воздуха вредными веществами, в частности парами ртути.
В основу принципа работы рециркулятора заложен эффект генерации УФ излучения с длинами волн 250÷280 нм, возникающего в диодных структурах на основе нитрида галлия и его твердых растворов.
Особенностью исполнения является эффект достижения максимальной плотности облучения потока воздуха УФ излучением диодов, обеспечиваемой минимизацией шага расположения УФ диодов, в том числе с использованием многокристальных структур и применением нескольких исполнительных органов, располагающихся вдоль воздушного потока, а также исключение вредных воздействий, возникающих при загрязнении воздуха вредными веществами в частности парами ртути, которое происходит в УФ рециркуляторах, использующих УФ газоразрядные лампы, при разгерметизации баллона УФ лампы.
Наиболее эффективным для уничтожения всех микроорганизмов, включая и вирусы, является коротковолновый УФ свет, что связано с его способностью приводить к структурным изменениям в ДНК и РНК живых организмов. Именно поэтому под воздействием больших доз такого ультрафиолета вирусы, с одной стороны, теряют способность к размножению, а с другой, утрачивают многие свои функции.
При воздействии коротковолнового ультрафиолетового света происходит фотолиз двойной связи ДНК, в результате чего возникают одно- и двунитевые разрывы в молекуле ДНК, следовательно, биологический эффект от применения устройства определяется УФ излучением.
Для уничтожения микроорганизмов наиболее эффективным, согласно исследованиям, является излучение с длинами волн 250÷280 нм [Фиг. 6, Вассерман, А.Л., Шандала, М.Г., Юзбашев, В.Г. Применение ультрафиолетового излучения для обеззараживания воздуха в лечебных палатах в ряду мероприятий по профилактике внутрибольничных инфекций // Поликлиника. - 2013 - №6 - С. 74-76] обеспечивающим уничтожение микроогранизмов, бактерий и вирусов различных заболеваний.
Известны рециркуляторы, в основу которых заложены принципы облучения УФ излучением воздушных потоков, использующие ртутные газоразрядные лампы с длинами волн излучения 250÷260 нм., например, бактерицидный рециркулятор ОРБИОН-РЭТ ОБНР-01 [URL: https://restoll.com/p455477531-bakteritsidnyj-retsirkulyator-perenosnoj.html], рециркулятор АРМЕД Safe Air [URL: https://restoll.com/p456600119-retsirkulyator-armed-safe.html], рециркулятор-облучатель Кронт Дезар-5 [URL: https://restoll.com/p450946431-retsirkulyator-obluchatel-bakteritsidnyj.html]. Являясь функциональными аналогами изобретения, бактерицидные излучатели на основе газоразрядных ламп используются ограниченно, поскольку их разгерметизация может привести к загрязнению воздуха ядовитыми парами ртути.
Наиболее близким по технической сущности является рециркулятор ультрафиолетового обеззараживания воздуха, патент на изобретение № US 8900519 B2 от 02.12.2014, содержащий модуль электроники и управления, средство подачи воздуха в помещение, камеру управления воздухом с одной или несколькими реакционными трубками, матрицу высокопроизводительных УФ-светодиодов и корпус, в котором, они сконфигурированы следующим образом: модуль электроники и управления расположен предпочтительно не на пути воздушного потока; средство всасывания воздуха из помещения в устройство расположено на входе в устройство и нагнетает воздух во входное отверстие камеры управления воздухом и одну или несколько реакционных трубок; массив ультрафиолетовых светодиодов расположен внутри камеры управления воздухом, соединен с реакционными трубками таким образом, чтобы максимизировать контакт с воздушным потоком; и корпус покрывает весь аппарат.
Недостатками известного технического решения являются последовательное расположение реакционных трубок, затрудняющее их ремонт, их исполнение в цилиндрической форме, ограничивающее уровень плотности мощности УФ излучения в центральной части цилиндра реакционной трубки, и отсутствие вытяжной вентиляции, что загрязняет объем реакционных трубок и может являться причиной усиления процесса деградации аппаратуры.
Задачей настоящего изобретения является устранение перечисленных недостатков.
Технический результат состоит в повышении надежности, исключении возможности распыления ядовитых паров ртути и повышении плотности мощности УФ излучения воздействующей на микроорганизмы в потоке воздуха.
Технический результат обеспечивается тем, что устройство - рециркулятор - содержит не менее двух исполнительных органов, состоящих из набора полупроводниковых диодов ультрафиолетового излучения, расположенных на плоской диэлектрической пластине, блока питания, блока термостабилизации исполнительного органа и блока управления. Исполнительные органы располагаются внутри замкнутого объема, через который проходит воздушный поток, формируемый вентиляторами. При этом диоды ультрафиолетового (УФ) излучения располагаются равномерно вдоль диэлектрической пластины исполнительного органа с шагом, определяющим уровень плотности мощности УФ излучения. Длина внутреннего замкнутого объема и мощность вентилятора определяет время экспонирования воздушного потока УФ излучением.
Высокий уровень плотности УФ излучения в изобретении обеспечивается тем, что исполнительные органы реализованы с возможностью двухстороннего излучения.
В одном из вариантов исполнения возможна регулировка плотности УФ излучения за счет изменения расстояния между диэлектрическими пластинами исполнительных органов.
В одном из вариантов исполнения возможна регулировка времени экспонирования воздушного потока посредством устройства, изменяющего скорость вращения вентилятора.
Конструкция, особенности, принцип работы изобретения наилучшим образом раскрываются в иллюстрациях.
На Фиг. 1 схематично изображен предлагаемый рециркулятор. На схеме указаны узел 1, содержащий не менее двух исполнительных органов, являющихся источниками ультрафиолетового излучения, узла 2, содержащего входной и выходной вентиляторы, блока питания 3, блока термостабилизации исполнительного органа 4 и блока управления 5, расположенных в едином корпусе 6. Узел 4 термостабилизации предназначен одновременно для обеспечения тепловых режимов исполнительного органа 1, и обеспечения заданной температуры потока теплого воздуха от исполнительного органа, что создает дополнительный эффект обеззараживания в воздушном потоке. Управление включением, работой источников излучения и узлом термостабилизации обеспечивает блоком управления 5.
На Фиг. 2 представлена диаграмма, отображающая плотность воздушного потока, нагнетаемого вентиляторами внутрь корпуса рециркулятора и проходящего между исполнительными элементами. Диаграмма демонстрирует распределение скоростей воздушного потока внутри замкнутого объема.
Воздушный поток, проходящий между исполнительными элементами, подвергается воздействию ультрафиолетового излучения. На Фиг. 3 демонстрируется распределение плотности ультрафиолетового излучения внутри замкнутого объема рециркулятора между исполнительными органами, создаваемого УФ светодиодами 7, располагающимися на диэлектрических пластинах исполнительных органов 8 (вид сбоку).
Расстояние между исполнительными органами не может превышать шаг расположения диодов на диэлектрической пластине, а максимальное количество диодов, располагаемых на одной диэлектрической пластине равно n=L/(a+b), где L - вертикальное сечение воздушного потока в корпусе рециркулятора, а - зазор между ультрафиолетовыми диодами, равный шагу расположения диодов, b - ширина ультрафиолетового диода.
На Фиг. 4 демонстрируется распределение плотности ультрафиолетового излучения вдоль плоскости исполнительного элемента рециркулятора, создаваемого УФ светодиодами 7, располагающимися на диэлектрических пластинах исполнительного элемента рециркулятора 8.
Для увеличения плотности потока УФ излучения исполнительные органы выполнены в виде плоских диэлектрических пластин, на которых располагаются ультрафиолетовые диоды, расположенные по обе стороны излучающих поверхностей относительно каждой диэлектрической пластины (Фиг. 5).
На Фиг. 6 изображен график относительной бактерицидной эффективности коротковолнового ультрафиолетового излучения в зависимости от длины волны, демонстрирующий, что наиболее сильный бактерицидный эффект наблюдается у излучения с длиной волны от 265 до 285 нм.
2
На Фиг. 7 изображены графики зависимости уровня бактерицидной эффективности облучения в процентах от плотности мощности энергии ультрафиолетового облучения в мкВт/см и времени экспозиции в мин. для различных видов микроорганизмов: зависимость 1 - 99% гибель устойчивых грибов; зависимость 2 - 99% гибель некоторых грибов Е. coli в воде, спорообразующих бактерий В. subtilis; зависимость 3 - 99,99% гибель Е. coli (в сухом виде), вирусов.