Бактерицидный облучатель с функцией осветителя

Изобретение относится к области специальной светотехники, а именно к бактерицидным облучателям для обеззараживания воздуха ультрафиолетовым излучением при одновременном освещении замкнутых пространств и объектов. Бактерицидный облучатель с функцией осветителя содержит защищенную оболочку со светопропускающими стенками, заполненную теплопроводным газом или воздухом с собранными внутри ультрафиолетовыми излучателями, образующими объемный модуль на основе светодиодов или комбинации светодиодов и газоразрядных ртутных ламп низкого давления, подключенных к источнику питания, и средства монтажа облучателя на объекте. При этом внутри оболочки облучателя выполнен по крайней мере один трубопровод со стенками прозрачными для УФ излучения, окруженный объемным УФ модулем и герметично соединенный на противоположных концах с патрубками отверстий в стенках оболочки с образованием продольного канала для прохождения воздуха-хладоносителя из окружающей среды, УФ облучения потока воздуха и его бактерицидной обработки и одновременно для внутреннего охлаждения облучателя естественной тягой воздуха при эксплуатации за счет разности температуры и давления внутри канала трубопровода и в окружающей облучатель среде и за счет воздействия гравитационных сил. Причем обращенные наружу в окружающую среду, облучаемые изнутри УФ излучением стенки оболочки облучателя выполнены из светопропускающего материала с интегрированным в стенки или нанесенными на внутреннюю поверхность одним или смесью люминофоров, преобразующих УФ излучение в видимый свет. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей бактерицидного облучателя, повышение его эффективности. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к светодиодной светотехнике, в частности, к ультрафиолетовым /УФ/ облучателям для обеззараживания воздуха замкнутых пространств УФ облучением при одновременном освещении их видимым светом с обеспечением безопасности и защиты человека и животных от вредного воздействия жесткого коротковолнового УФ излучения и продуктов взаимодействия его с воздухом (с озоном, окислами углерода, окислами серы и др.) Бактерицидные облучатели безопасны при эксплуатации в присутствии людей.

Воздействие жесткого УФ излучения на воздушные потоки, содержащие вирусы, бактерии, грибки и другие вредные биологические загрязнения позволяет обеспечить высокую степень очистки воздуха в бактерицидном диапазоне длин волн спектра излучения 200-300 нм, достигающей 99,9%.

Подобные облучатели с воздействием УФ излучения на потоки воздуха для обеззараживания замкнутых пространств в комбинации с эффективными и комфортными осветителями предназначены для эксплуатации в производственных цехах, в помещениях объектов военного назначения с обслуживающим персоналом, на подводных лодках, в самолетах, в бомбоубежищах, в бункерах ракетных шахт и др., наряду с применением в быту для обработки помещения детских учреждений, больниц, школ, квартир, офисов и т.п.

Известны закрытые бактерицидные облучатели для обеззараживания воздуха в присутствии людей в помещениях с излучателями на основе газоразрядных ртутных ламп низкого давления, генерирующих излучение на длинах волн 253,7 нм и 185 нм с установленными в канале обеззараживания воздуха поглощающими озон фильтрами. В облучателях воздушный поток организован вентилятором в замкнутом объеме корпуса (рециркуляторы) /1/.

Известен бактерицидный облучатель /2/, содержащий УФ амальгамную газоразрядную ртутную лампу низкого давления для облучения стерилизуемого воздушного потока, установленную коаксиально в протяженном асимметричном корпусе облучателя с входным и выходным отверстиями для прокачки воздуха электровентилятором. Внутренние стенки корпуса выполнены с диффузно отражающей поверхностью.

Недостатки облучателей обусловлены сравнительно низкой удельной мощностью бактерицидного диапазона УФ излучения (8-12%), связанной как с невысокой эффективностью ламп, так и с выбранным вариантом конструкции, предусматривающим коаксиальное расположение лампы со средствами монтажа и токоподвода в канале воздухопровода.

Кроме того, в облучателе не предусмотрены средства для освещения обрабатываемых объектов.

Известен бактерицидный облучатель воздуха (рециркулятор) СФЕРА 112/03 /3/ для эксплуатации в присутствии людей, выполненный с блоком для обеззараживания воздуха на основе светодиодной бактерицидной УФ лампы мощностью 15 Вт с длинами волн излучения 275-315 нм, способный очистить воздух от бактерий и вирусов (ОРВИ, COVID-19), грибков и др. УФ излучением без образования озона, работающей в замкнутом пространстве рециркулятора с принудительной прокачкой воздуха из помещения электровентилятором.

Известен бактерицидный облучатель на светодиодах типа LED-CMD 3535-UVC 275 компании AURO (Тайвань) /4/, генерирующий УФ излучение на длине волны 275 нм, не образующий озон, выполненный с прокачкой воздуха и обеззараживанием в рециркуляторе.

Наряду с существенными преимуществами, обусловленной экономией электроэнергии при эксплуатации, увеличенным сроком службы светодиодного излучателя по сравнению с газоразрядной ртутной лампой, исключением образования озона при эксплуатации рассмотренные облучатели обладают невысокой эффективностью и узким диапазоном стерилизации и воздействия на некоторые вирусы, грибки и др. из-за генерации УФ излучения на увеличенных длинах волн 275-315 нм по сравнению с излучением газоразрядных ламп с длиной волны 253,7 нм.

К недостаткам рассмотренных облучателей следует отнести и то, что увеличенные скорости прокачки воздуха электровентиляторами (300 м куб./час) не могут обеспечить в ряде случаев необходимую дозу УФ излучения для обеззараживания, т.е. гибели вирусов, микроорганизмов, бактерий и т.п.для некоторых загрязнений за счет фотохимических реакций в клетках микроорганизмов за относительно короткое время экспозиции облучения объема воздуха в канале облучателя.

При использовании вентилятора в облучателе время бактерицидной обработки воздуха в нем за один цикл существенно сокращается, а значит снижается объемная доза УФ облучения, поступающая в воздушный поток в зоне обработки для выбранного светодиодного или комбинированного с газоразрядной лампой объемного модуля. При снижении облучения, согласно /2/ в 2-2,5 раза доля выживших микроорганизмов увеличивается многократно (в 50 раз), например, для золотистого стафилококка.

Кроме того, рассмотренные облучатели не предусматривают использование их также для освещения обрабатываемых объектов.

Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей бактерицидного облучателя за счет ввода функции осветителя, повышение эффективности, расширение спектрального диапазона УФ излучения для обработки потока воздуха и минимизации габаритов.

Поставленная цель достигается тем, что бактерицидный облучатель с функцией осветителя, содержащий защищенную оболочку со светопропускающими стенками, заполненную теплопроводным газом или воздухом с собранными внутри ультрафиолетовыми излучателями, образующими объемный модуль на основе УФ светодиодов или их комбинации с газоразрядными ртутными лампами низкого давления, подключенными к источнику питания, и средства монтажа облучателя на объекте, внутри оболочки выполнен по крайней мере один трубопровод со стенками прозрачными для УФ излучения, окруженный объемным УФ модулем и герметично соединенный на противоположных концах с патрубками отверстий в стенках оболочки с образованием продольного канала для прохождения воздуха-хладоносителя из окружающей среды, УФ облучения потока воздуха и его обеззараживания (бактерицидной обработки) и одновременно для внутреннего охлаждения облучателя естественной тягой воздуха при эксплуатации за счет разности температуры и давления внутри канала трубопровода и в окружающей облучатель среде, и за счет влияния гравитационных сил, причем, обращенные наружу в окружающую среду стенки оболочки облучателя выполнены из оптически прозрачного материала с интегрированным в них или нанесенными на внутреннюю поверхность одним или смесью люминофоров, преобразующих УФ излучение в видимый свет и рассеивающим его.

Цель достигается также тем, что стенки трубопровода, пропускающего воздух из окружающей среды для обработки УФ излучением, выполнены из легированного окислами лантаноидов цериевой группы кварцевого стекла или из увиолевого стекла, пропускающих УФ излучение в спектральном интервале бактерицидной эффективности, преимущественно с длинами волн излучения 220-300 нм, соответствующими действию летального эффекта для микроорганизмов, бактерий, вирусов и простейших одноклеточных, но исключающих при этом образование в воздухе озона, создающего опасность для здоровья человека и животных.

Цель достигается и тем, что объемный УФ модуль облучателя выполнен в виде совокупности протяженных УФ светодиодных филаментов или светодиодных линеек из теплопроводного материала, с монтажом УФ светодиодов на одной или на обеих сторонах, излучающими одновременно большую часть потока на стенки трубопровода и на внутренние стенки оболочки с удаленным люминофором.

Цель достигается также тем, что объемный УФ модуль облучателя выполнен в виде комбинации УФ светодиодных излучателей и газоразрядных УФ амальгамных ламп низкого давления трубчатого типа, установленных вблизи стенок трубопровода, прозрачных для излучения, с возможностью облучения потока воздуха при эксплуатации при подключении совместно или раздельно к двухканальному источнику питания, т.е. с переключением режимов работы.

Поставленная задача решается и тем, что наружные светопропускающие стенки оболочки облучателя выполнены из силикатного стекла или оптического поликарбоната с нанесенным на внутреннюю поверхность или интегрированным в стенки люминофором, переизлучающим падающее на них УФ излучение в видимый свет и рассеивающим его.

Цель достигается также тем, что удаленный от УФ светодиодных излучателей люминофор выбран из группы галофосфатных люминофоров или из группы редкоземельных люминофоров, например, на основе иттрий алюминиевого граната, активированного церием.

Достижению цели способствует и то, что УФ светодиодные излучатели и УФ газоразрядные лампы объемного модуля разделены между собой протяженными зеркализованными перегородками, перераспределяющими потоки УФ облучателей модуля на стенки трубопровода и оболочки облучателя, одновременно затеняя излучение соседних излучателей, ограничивая радиационный теплообмен между ними.

Решению поставленной задачи способствует также то, что примыкающий к оболочке трубопровод на входе в облучатель сопряжен с камерой отсека, несущей комбинированный источник питания, подключенный к излучателям объемного модуля, и снабженной средствами для настольного монтажа облучателя на объекте.

Задача решается и тем, что на выходной патрубок оболочки облучателя с трубопроводом установлена заслонка с диффузором или жалюзи, регулирующие размеры отверстия, пропускающего очищенный воздушный поток хладоносителя, изменяющие его скорость и дозирующие степень обеззараживания в облучателе.

Предпочтительные варианты исполнения облучателя согласно изобретению показаны на чертежах.

Фиг. 1. Бактерицидный облучатель с функцией осветителя. Вид сбоку, частично в разрезе с поперечным сечением А₁-А₁.

Фиг. 2. Поперечное сечение объемного УФ модуля облучателя с комбинацией излучателей со светодиодами и с газоразрядными лампами.

Показанный на фиг. 1 бактерицидный облучатель с функцией осветителя содержит защищенную, преимущественно герметичную оболочку 1 со светопропускающими стенками, заполненную газом с приемлемой теплопроводностью (гелий с водородом или воздух).

Оболочка 1 облучателя выполнена разъемной с установленной через уплотнение крышкой 2, но может быть выполнена цельной.

Внутри оболочки коаксиально установлен протяженный объемный светодиодный (СД) модуль 3, образованный ультрафиолетовыми (УФ) излучателями на основе светодиодов-СД филаментов 4 (см. фиг. 1) или СД линеек 5 (см. фиг. 2), или выполненный в виде комбинации СД филаментов 4 или СД линеек 5 с трубчатыми газоразрядными УФ амальгамными лампами 6 низкого давления (см. фиг. 2).

В качестве светодиодов могут быть использованы УФ светодиоды серии UVC, генерирующие излучение на длинах волн 200-280 нм (УФ-С) или серии UVB с 280-320 нм (УФ-В) компании AURO (Тайвань), реализуемых на рынке с торговой маркой AURO-LED- SMD-3535-UVC 275 нм в катушках для SMD монтажа на платы.

Могут быть использованы также УФ светодиоды серии XLamp ХТ-Е компании CREE для монтажа на алюминиевых линейках с двух сторон, или светодиоды серии BLD- SMD 6060UV-3265 серии 5730W2C-A серии BLD- CMD 5050UV-J265 компании SMD-BEELED, реализуемые в России.

В качестве УФ трубчатых газоразрядных амальгамных ламп низкого давления могут быть использованы лампы серии ALC-170, в том числе применяемые в рециркуляторах /1/, генерирующие УФ излучение с длиной волны 253,7 нм.

В оболочке 1 облучателя коаксиально установлен трубопровод 7, выполненный из прозрачного для УФ излучения материала, окруженный объемным УФ модулем 3, образованным совокупностью УФ излучателей, перечисленных выше, располагаемых вблизи стенок трубопровода, который открытыми концами цельно или через уплотнения герметично соединен с патрубками отверстий 8а и 8б в стенках оболочки и крышки 2 облучателя с образованием продольного канала 9 для прохождения воздуха-хладоносителя, подверженного УФ облучению и обеззараживанию (бактерицидной обработке), одновременно обеспечивая внутреннее охлаждение стенок трубопровода облучателя естественной тягой воздуха (сквозняком) при эксплуатации облучателя за счет разности температуры и давления внутри канала трубопровода и в окружающей облучатель среде, а также за счет воздействия гравитационных сил из-за отличающихся плотностей воздуха в канале при близкой к вертикальной ориентации облучателя при эксплуатации.

Патрубок 8а оболочки, сопряженный с конфузором 10 облучателя на входе в трубопровод 7 может быть установлен, например, на нижней части оболочки через уплотнение, если оболочка 1 облучателя выполнена разъемной с возможностью обеспечения замены элементов излучателя (газоразрядной лампы, СД линейки) при выходе из строя при эксплуатации.

Патрубок 8б, установленный через уплотнение на горловине 11 трубопровода, являющейся выходным отверстием канала 9, перекрыт регулятором 12 скорости пропускания обрабатываемого потока воздуха, выполненного в виде подвижной заслонки с отверстиями различного диаметра или в виде жалюзи с функциями диффузора, пропускающими дозируемые объемы обрабатываемого потока воздуха из облучателя, т.е. регулирующим время экспозиции воздействия УФ излучения на поток воздуха, а значит устанавливающим дозу УФ облучения потока.

Выходное отверстие канала трубопровода облучателя перекрыто также рассекателем 13 потока воздуха, экранирующим при этом диффузор.

Обращенные наружу в окружающую среду стенки оболочки 1 выполнены из оптически прозрачного материала, в частности из силикатного стекла или из оптического поликарбоната с интегрированным в них или нанесенным на внутреннюю поверхность слоем 14 одного или смеси люминофоров, преобразующих УФ излучение, включая рассеянное и отраженные потоки излучения модуля в видимый свет, используемый для освещения обеззараживаемых пространств (помещений, объектов).

Используемый люминофор 14 в виде порошка размешан в оптически прозрачном силиконе или в прозрачной смоле и выбран из группы галофосфатных люминофоров или группы редкоземельных люминофоров, например, на основе иттрий-алюминиевого граната, активированного церием (YAG:Ce⁺³) в исполнении, предложенном в изобретении /5/, получившем широкое применение в мировой практике /6 и 7/.

Стенки трубопровода 7, охлаждаемые потоком воздуха-хладоносителя, облучаемые УФ излучением, выполнены из легированного окислами лантаноидов цериевой группы кварцевого стекла или из увиолевого стекла, пропускающих УФ излучение объемного модуля 3 в спектральном интервале бактерицидной эффективности, 220-300 нм, соответствующем действию летального эффекта для опасных микроорганизмов, бактерий, вирусов, грибков и простейших одноклеточных, при этом исключая пропускание излучения с более короткими длинами волн 184,8 нм (спектральная линия ртути) при которой образуется в воздухе озон, создающий опасность для здоровья человека и животных.

Выполнение трубопровода 7 из вышеуказанных материалов, не пропускающих опасное излучение, позволяет исключить из применения в облучателе специальные фильтры на основе угольного сорбента для поглощения озона, применяемые в известных рециркуляторах, эффективность и защита которых менее надежна и, кроме того, затрудняет циркуляцию воздуха в канале трубопровода.

Важным обстоятельством, способствующим улучшению теплового режима облучателя, а как следствие, повышению долговечности излучателей, является то, что УФ филаменты, УФ светодиодные линейки, и УФ газоразрядные лампы объемного модуля 3 облучателя разделены между собой протяженными зеркализованными перегородками 15, перераспределяющими потоки ультрафиолетового и радиационного излучения модуля на стенки трубопровода 7 и оболочки облучателя, одновременно затеняя соседние излучатели, исключая радиационный теплообмен между ними и ограничивая конвективный теплообмен.

Входной патрубок 8а трубопровода, сопряженный с камерой конфузора 10, примыкает к отсеку 16 со средствами монтажа облучателя на плоскости. В отсеке 16 установлен двухканальный комбинированный источник питания 17 объемного модуля 3 для одновременного или раздельного подключения светодиодных излучателей (филаментов или СД линеек) и газоразрядных ламп к питающей сети.

В камере 10 может быть установлен электровентилятор (на фиг. не показан), усиливающий напор естественной тяги воздуха, в экстремальных ситуациях, связанных, например, с пожарами.

Предложенные варианты бактерицидного облучателя с функцией осветителя и с внутренним охлаждением излучателей обеспечивают, наряду с расширением функциональных возможностей, бактерицидную обработку воздуха УФ излучением одновременно или раздельно на длинах волн 275-315 нм, УФ излучением светодиодов и на длине волны 253,7 нм излучением газоразрядных УФ амальгамных ламп низкого давления с повышением выходной мощности излучения в 1,5-2 раза в диапазоне бактерицидной эффективности с обеспечением освещения помещений световым потоком не менее 3000 лм и защиты человека и животных от вредного воздействия озона.

Литература.

1. Справочная книга по светотехнике. Под редакцией Ю.Б. Айзенберга Изд. Москва, Москва, Знак, 2006 г., с. 754-757.

2. И.Г. Рудой и др. Патент на ПМ РФ 188297. Приоритет от 21.08.2018 г.

3. Рециркулятор СФЕРА-112/03. https: light-christmas.ru

4. СД бактерицидный облучатель LED-3535UVC 275, компании AURO /Тайвань/

5. Сарычев Г.С., Сысун В.В. Пат. на ИЗ РФ 2408816, приор. 27.01.2009 г.

6. https://yandex.ru. 16.11.2018.

7. Каталог продукции компании «Uniel» №21/2018 «Свет новых технологий» Москва, 2018 г.

СД лампы серии LED-MP200 PROFI. стр. 30 (КНР).

1. Бактерицидный облучатель с функцией осветителя, содержащий защищенную оболочку со светопропускающими стенками, заполненную теплопроводным газом или воздухом с собранными внутри ультрафиолетовыми (УФ) излучателями, образующими объемный модуль на основе светодиодов (СД) или комбинации светодиодов и газоразрядных ртутных ламп низкого давления, подключенных к источнику питания, и средства монтажа облучателя на объекте, отличающийся тем, что внутри оболочки облучателя выполнен по крайней мере один трубопровод со стенками, прозрачными для УФ излучения, окруженный объемным УФ модулем и герметично соединенный на противоположных концах с патрубками отверстий в стенках оболочки с образованием продольного канала для прохождения воздуха-хладоносителя из окружающей среды, УФ облучения потока воздуха и его бактерицидной обработки и одновременно для внутреннего охлаждения облучателя естественной тягой воздуха при эксплуатации за счет разности температуры и давления внутри канала трубопровода и в окружающей облучатель среде и за счет воздействия гравитационных сил, причем обращенные наружу в окружающую среду, облучаемые изнутри УФ излучением стенки оболочки облучателя выполнены из светопропускающего материала с интегрированным в стенки или нанесенными на внутреннюю поверхность одним или смесью люминофоров, преобразующих УФ излучение в видимый свет.

2. Бактерицидный облучатель по п. 1, отличающийся тем, что стенки трубопровода, охлаждаемые потоком воздуха из окружающей среды, обрабатываемого УФ излучением, выполнены из легированного окислами лантаноидов цериевой группы кварцевого стекла или увиолевого стекла, пропускающих УФ излучение в спектральном диапазоне бактерицидной эффективности, преимущественно с длинами волн излучения 220-300 нм, соответствующими действию летального эффекта для микроорганизмов, бактерий, вирусов, грибков и простейших одноклеточных, но исключающими при этом образование озона в воздухе, создающего опасность для здоровья человека и животных.

3. Бактерицидный облучатель по п. 1, отличающийся тем, что объемный УФ модуль облучателя выполнен в виде совокупности протяженных УФ светодиодных филаментов или СД линеек из теплопроводного материала с монтажом УФ светодиодов на одной или на обеих сторонах, излучающих одновременно большую часть потока на стенки трубопровода и на внутренние стенки оболочки с удаленным люминофором.

4. Бактерицидный облучатель по п. 1, отличающийся тем, что объемный УФ модуль облучателя выполнен в виде комбинации УФ светодиодных излучателей и газоразрядных УФ амальгамных ртутных ламп низкого давления, установленных вблизи стенок трубопровода, прозрачных для излучения, пропускающего поток облучаемого воздуха при эксплуатации.

5. Бактерицидный облучатель по п. 1, отличающийся тем, что наружные светопропускающие стенки оболочки облучателя выполнены из силикатного стекла или из оптического поликарбоната с нанесенным на внутреннюю поверхность или интегрированным в стенки люминофором, переизлучающим падающее на них УФ излучение излучателей в видимый свет и рассеивающим его.

6. Бактерицидный облучатель по п. 1, отличающийся тем, что удаленный от УФ светодиодных излучателей люминофор выбран из группы галофосфатных люминофоров или из редкоземельных люминофоров, например, на основе иттрий алюминиевого граната, активированного церием.

7. Бактерицидный облучатель по п. 1, отличающийся тем, что УФ светодиодные излучатели и УФ газоразрядные ртутные лампы объемного модуля разделены между собой протяженными зеркализованными перегородками, перераспределяющими потоки УФ излучателей модуля на стенки трубопровода и оболочки облучателя, одновременно затеняя излучение соседних излучателей, ограничивая радиационный теплообмен между ними.

8. Бактерицидный облучатель по п. 1, отличающийся тем, что примыкающий к оболочке трубопровод на входе в облучатель сопряжен с камерой отсека, несущей комбинированный источник питания, подключенный к излучателям объемного модуля, и снабжен средствами для настольного монтажа облучателя на объекте.

9. Бактерицидный облучатель по п. 1, отличающийся тем, что на выходной патрубок оболочки с трубопроводом установлена заслонка или жалюзи, регулирующие размеры отверстия, пропускающего очищенный воздушный поток хладоносителя, изменяющие его скорость и дозирующие степень обеззараживания.