RU188297U1 - BACTERICIDAL IRRADIATOR - Google Patents
BACTERICIDAL IRRADIATOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU188297U1 RU188297U1 RU2018130341U RU2018130341U RU188297U1 RU 188297 U1 RU188297 U1 RU 188297U1 RU 2018130341 U RU2018130341 U RU 2018130341U RU 2018130341 U RU2018130341 U RU 2018130341U RU 188297 U1 RU188297 U1 RU 188297U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- irradiator
- bactericidal
- lamp
- radiation
- air flow
- Prior art date
Links
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 title claims abstract description 135
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 154
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 70
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 claims abstract description 58
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 28
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229910000497 Amalgam Inorganic materials 0.000 claims description 65
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 30
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 22
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 abstract description 25
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 23
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 abstract description 22
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004887 air purification Methods 0.000 abstract description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 22
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 22
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 22
- 239000011797 cavity material Substances 0.000 description 17
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 13
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 11
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 10
- 241000191967 Staphylococcus aureus Species 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 9
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 6
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 6
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 5
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical compound FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 4
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 230000000249 desinfective effect Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000702670 Rotavirus Species 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Chemical compound BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000645 Hg alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000014040 Melitta Species 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000995 Spectralon Polymers 0.000 description 1
- 241000723873 Tobacco mosaic virus Species 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- -1 halogen ions Chemical class 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 238000006552 photochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000011045 prefiltration Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 239000012925 reference material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
- A61L9/16—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using physical phenomena
- A61L9/18—Radiation
- A61L9/20—Ultraviolet radiation
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Disinfection, Sterilisation Or Deodorisation Of Air (AREA)
- Apparatus For Disinfection Or Sterilisation (AREA)
Abstract
Заявляемое решение относится к средствам стерилизации и очистки и представляет интерес для обеззараживания и очистки воздушных потоков с использованием бактерицидного ультрафиолетового излучения, очистки воздуха в помещениях и системах кондиционирования. Техническим результатом полезной модели является снижение стоимости бактерицидных облучателей и значительное увеличение их эффективности, то есть снижение их энергопотребления. Технический результат достигается тем, что в бактерицидном облучателе, включающем по меньшей мере одну ртутную лампу низкого давления в качестве источника ультрафиолетового излучения бактерицидного диапазона для облучения стерилизуемого воздушного потока, корпус облучателя с входным и выходным сечениями для стерилизуемого воздушного потока, охватывающий облучаемую источником ультрафиолетового излучения область воздушного потока, основная часть внутренней поверхности которого выполнена диффузно отражающей, по меньшей мере один вентилятор для прокачки воздушного потока через облучатель, корпус облучателя выполнен по существу осесимметричной формы с расположенной вблизи его оси ртутной лампой низкого давления и геометрическими параметрами в соответствии со следующими условиями: s/(s+S)<0,1; d/D<0,2, где s - площадь внутренней поверхности облучателя без диффузно отражающего покрытия, S - площадь внутренней поверхности облучателя с диффузно отражающим покрытием, d - диаметр ртутной лампы низкого давления, D - характерный внутренний поперечный размер (диаметр) корпуса облучателя. 8 з.п. ф-лы, 6 фиг. The claimed solution relates to sterilization and cleaning, and is of interest for disinfection and cleaning of air flows using bactericidal ultraviolet radiation, air purification in rooms and air conditioning systems. The technical result of the utility model is to reduce the cost of bactericidal irradiators and a significant increase in their effectiveness, that is, a decrease in their energy consumption. The technical result is achieved in that in a bactericidal irradiator comprising at least one low-pressure mercury lamp as a source of ultraviolet radiation of the bactericidal range for irradiating the sterilized air stream, an irradiator body with inlet and outlet sections for the sterilized air stream, covering the region irradiated by the ultraviolet radiation source air flow, the main part of the inner surface of which is made diffusely reflecting at least one in The fan for pumping the air flow through the irradiator, the irradiator housing is made of a substantially axisymmetric shape with a low-pressure mercury lamp located close to its axis and geometric parameters in accordance with the following conditions: s / (s + S) <0.1; d / D <0.2, where s is the internal surface area of the irradiator without a diffusely reflective coating, S is the internal surface area of the irradiator with a diffusely reflective coating, d is the diameter of the low-pressure mercury lamp, D is the characteristic internal transverse dimension (diameter) of the irradiator body . 8 s.p. crystals, 6 FIG.
Description
Заявляемое техническое решение относится к средствам стерилизации и очистки и представляет интерес для обеззараживания и очистки воздушных потоков с использованием бактерицидного ультрафиолетового излучения, очистки воздуха в помещениях и системах кондиционирования.The claimed technical solution relates to sterilization and cleaning and is of interest for disinfection and cleaning of air flows using bactericidal ultraviolet radiation, air purification in rooms and air conditioning systems.
Бактерицидное действие ультрафиолетового излучения на биологические объекты (клетки, бактерии, вирусы и пр.) хорошо известно. К бактерицидному диапазону прежде всего относят излучение диапазона длин волн, ориентировочно, 200÷300 нм, это излучение за счет фотохимических реакций в клетке приводит к ее необратимым повреждениям, в том числе ДНК и РНК (а также белков и других компонентов клетки). Этим обусловлен универсальный характер действия ультрафиолетового излучения на микроорганизмы, в результате которого они теряют способность к нормальной жизнедеятельности и размножению, то есть к гибели в первом или последующем поколении. Важно однако отметить, что доза ультрафиолетового облучения, обеспечивающая гибель, например, 99,9% микроорганизмов, может изменяться в широких пределах в зависимости от спектра источника излучения и конкретного вида микроорганизма, изменяясь от ~0,4 кДж/м3 для золотистого стафилококка до ~25,7 кДж/м3 для вируса табачной мозаики при использовании излучения ртутной лампы низкого давления с длиной волны 253,7 нм ([1]: Руководство Р 3.5.1904-04 «Использование ультрафиолетового бактерицидного излучения для обеззараживания воздуха в помещениях»).The bactericidal effect of ultraviolet radiation on biological objects (cells, bacteria, viruses, etc.) is well known. The bactericidal range primarily includes radiation of the wavelength range, approximately 200–300 nm, this radiation due to photochemical reactions in the cell leads to irreversible damage, including DNA and RNA (as well as proteins and other components of the cell). This determines the universal nature of the action of ultraviolet radiation on microorganisms, as a result of which they lose the ability to normal life and reproduction, that is, to death in the first or subsequent generation. However, it is important to note that the dose of ultraviolet radiation, which ensures the death of, for example, 99.9% of microorganisms, can vary widely depending on the spectrum of the radiation source and the specific type of microorganism, varying from ~ 0.4 kJ / m 3 for Staphylococcus aureus to ~ 25.7 kJ / m 3 for the tobacco mosaic virus when using radiation from a low-pressure mercury lamp with a wavelength of 253.7 nm ([1]: Guideline P 3.5.1904-04 “Using ultraviolet bactericidal radiation to disinfect indoor air”) .
Бактерицидное действие света позволяет эффективно использовать ультрафиолетовые излучатели соответствующего диапазона для стерилизации воздуха. В качестве таких источников наиболее часто применяются ртутные лампы низкого давления (РЛНД) как в безозоновом варианте (излучаемая длина волны 253,7 нм, соответствующая резонансному переходу атома ртути 63P1-61S0), так и в варианте излучения на обеих длинах волн основных резонансных переходов атома ртути, включая переход 61P1-61S0 с длиной волны 184,9 нм ([1], [2]: сайт компании «ЛИТ» http://www.lit-uv.com/ru/company/). В ряде случаев предпочтительным, прежде всего для подавления репарационных возможностей клеток, является использование широкополосных источников излучения, таких как ртутные лампы высокого давления ([1]), импульсно-периодические ксеноновые лампы ([3]: сайт компании «НПП Мелитта» http://www.melitta-uv.ru/technology/worky), а также эксимерные (эксиплексные) лампы ([4]: патент RU 2440147, длины волны и ширины полос излучения основных эксимерных молекул представлена, например в [5]: Ломаев М.И., Скакун B.C., Соснин Э.А. и др. «Эксилампы - эффективные источники спонтанного УФ- и ВУФ-излучения». УФН, 2003, т. 173, №2, с. 201-217). В качестве источника света бактерицидного диапазона могут использоваться эксимерные лампы на молекулах XeBr* (полоса излучения около 282 нм), XeI* (253 нм), KrCl* (222 нм), а также полосы излучения гомоядерных молекул Cl2* (259 нм) и Br2* (289 нм); в определенных условиях в эксимерной лампе может быть реализовано одновременное излучение на нескольких полосах бактерицидного диапазона, например KrCl* и Cl2*.The bactericidal effect of light allows the efficient use of ultraviolet emitters of the appropriate range for air sterilization. The most commonly used sources of such sources are low-pressure mercury lamps (RLND), both in the ozone-free version (the emitted wavelength of 253.7 nm, corresponding to the resonant transition of the mercury atom 6 3 P 1 -6 1 S 0 ), and in the case of radiation on both the wavelengths of the main resonant transitions of the mercury atom, including the 6 1 P 1 -6 1 S 0 transition with a wavelength of 184.9 nm ([1], [2]: LIT website http://www.lit-uv. com / ru / company /). In some cases, it is preferable, primarily to suppress the repair capabilities of cells, to use broadband radiation sources, such as high-pressure mercury lamps ([1]), repetitively pulsed xenon lamps ([3]: site of NPP Melitta company http: / /www.melitta-uv.ru/technology/worky), as well as excimer (exciplex) lamps ([4]: patent RU 2440147, wavelengths and bandwidths of radiation of the main excimer molecules are presented, for example, in [5]: M. Lomaev I., Skakun BC, Sosnin E.A. et al. “Excilamps are effective sources of spontaneous UV and B UV radiation ”. UFN, 2003, v. 173, No. 2, pp. 201-217). Excimer lamps based on XeBr * molecules (emission band about 282 nm), XeI * (253 nm), KrCl * (222 nm), as well as emission bands of homonuclear molecules Cl2 * (259 nm) and Br2 can be used as a light source of the bactericidal range * (289 nm); Under certain conditions, simultaneous radiation in several bands of the bactericidal range, for example KrCl * and Cl2 *, can be realized in an excimer lamp.
При обеззараживании воздуха источники бактерицидного света могут применяться в открытом виде, в этом случае обработка проводится в отсутствие людей. Однако чаще бактерицидные лампы (бактерицидные источники света) устанавливаются в так называемый закрытый бактерицидный облучатель, включающий помимо самой лампы (ламп) корпус, большая часть внутренней поверхности которого выполнена светоотражающей, а выход бактерицидного излучения из облучателя тем или иным образом блокируется. Как правило, в состав такого облучателя входят источник питания лампы (ламп) и по меньшей мере один вентилятор для прокачки стерилизуемого воздушного потока. Кроме того, закрытый бактерицидный облучатель во многих случаях включает дополнительные (прежде всего противопылевые) фильтры и вспомогательные элементы для крепления облучателя на потолке или стене помещения.When disinfecting air, bactericidal light sources can be used in open form, in this case, processing is carried out in the absence of people. However, more often bactericidal lamps (bactericidal light sources) are installed in the so-called closed bactericidal irradiator, which includes, in addition to the lamp (s) itself, a housing, most of whose inner surface is reflective, and the bactericidal radiation exit from the irradiator is blocked in one way or another. Typically, such an irradiator includes a lamp (s) power source and at least one fan for pumping the sterilized air stream. In addition, a closed bactericidal irradiator in many cases includes additional (primarily dust) filters and auxiliary elements for attaching the irradiator to the ceiling or wall of the room.
Заявляемый бактерицидный облучатель относится к группе закрытых облучателей (рециркуляторов), когда бактерицидный световой поток от лампы (ламп), расположенных в замкнутом пространстве корпуса облучателя, не имеет прямого выхода наружу ([1]). Обеззараживание воздуха в таких установках стерилизации осуществляется путем его облучения в процессе прокачки воздушного потока от входа корпуса к его выходу, а соответствующий воздушный поток создается с помощью вентилятора (вентиляторов). В качестве источника бактерицидного излучения используется ртутная лампа низкого давления, имеющая высокий КПД (до 40%) и длину волны излучения 253,7 нм, которая блика к максимуму бактерицидной эффективности света (265 нм).The inventive bactericidal irradiator belongs to the group of closed irradiators (recirculators) when the bactericidal luminous flux from the lamp (s) located in the enclosed space of the irradiator body does not have a direct exit to the outside ([1]). Air disinfection in such sterilization units is carried out by irradiating it in the process of pumping air flow from the inlet of the housing to its outlet, and the corresponding air flow is created using a fan (fans). A low-pressure mercury lamp is used as a source of bactericidal radiation, having a high efficiency (up to 40%) and a radiation wavelength of 253.7 nm, which is flare to the maximum bactericidal light efficiency (265 nm).
Закрытые бактерицидные облучатели указанного типа широко применяются для обеззараживания воздуха в присутствии людей. В случае использования генерирующих озон ртутных ламп, излучающих длины волн 254 и 185 нм (это дополнительный канал обеззараживания воздушного потока), на выходе облучателя устанавливаются поглощающие озон фильтры.Closed bactericidal irradiators of this type are widely used for air disinfection in the presence of people. In the case of using ozone-generating mercury lamps emitting wavelengths of 254 and 185 nm (this is an additional channel for disinfecting the air flow), ozone-absorbing filters are installed at the output of the irradiator.
Известно большое количество закрытых бактерицидных облучателей для обеззараживания воздуха разных производителей, отличающихся теми или иными деталями конструкции и системы управления, включая, например анализаторы ресурса работы, температуры и/или влажности окружающей среды, и/или напряжения сети, и/или времени работы применяемой в облучателе лампы и даже датчики микроорганизмов, использование тех или иных фильтров на входе, чаще всего противопылевых, и на выходе из корпуса облучателя для удаления, например, озона ([6]: патент RU 2542508, [7]: патент RU 2340360, [8]: патент RU 2521321, [9]: патент RU 2270696) и т.д.A large number of closed bactericidal irradiators for disinfecting air from different manufacturers is known, differing in various design details and a control system, including, for example, analyzers of the operating life, temperature and / or humidity of the environment, and / or voltage of the network, and / or operating time used in lamp irradiator and even microorganism sensors, the use of various filters at the inlet, most often dust, and at the outlet of the irradiator body to remove, for example, ozone ([6]: patent RU 2542508, [7]: patent RU 2340360, [8]: patent RU 2521321, [9]: patent RU 2270696), etc.
Специфика использования бактерицидного излучения для обеззараживания воздуха в закрытых облучателях состоит в том, что лишь ничтожно малая доля излученной мощности реально расходуется на подавление жизнедеятельности микроорганизмов, а основная часть излучения поглощается поверхностью корпуса облучателя. Это обусловлено тем, что длина поглощения бактерицидного излучения в воздухе даже со значительным количеством микроорганизмов (и пыли) составляет десятки и даже сотни метров, что во много раз превосходит габариты корпуса облучателя.The specifics of using bactericidal radiation for air disinfection in closed irradiators is that only a negligible fraction of the radiated power is actually used to suppress the vital activity of microorganisms, and the bulk of the radiation is absorbed by the surface of the irradiator body. This is due to the fact that the absorption length of bactericidal radiation in the air even with a significant number of microorganisms (and dust) is tens or even hundreds of meters, which is many times greater than the dimensions of the irradiator body.
Таким образом, для увеличения эффективности работы бактерицидного облучателя целесообразно максимально увеличить коэффициент использования бактерицидного потока ламп Kф ([1]). Этот результат достигают, выполняя по меньшей мере часть поверхности внутренней поверхности корпуса облучателя светоотражающей, чаще всего используется зеркально отражающие нержавеющая сталь или алюминий. Рост эффективной дозы по данным компании HOWATHERM Klimatechnik GmbH ([10]: http://www.howatherm.de/web/EN/) составляет около 1,3 для отражающей поверхности корпуса облучателя из нержавеющей стали и до двух раз для отражающей поверхности корпуса облучателя из полированного алюминия.Thus, to increase the efficiency of the bactericidal irradiator, it is advisable to maximize the utilization rate of the bactericidal lamp flux K f ([1]). This result is achieved by performing at least part of the surface of the inner surface of the irradiator body with reflective, most often used mirror-reflecting stainless steel or aluminum. The effective dose growth according to the company HOWATHERM Klimatechnik GmbH ([10]: http://www.howatherm.de/web/EN/) is about 1.3 for the reflective surface of the irradiator housing made of stainless steel and up to two times for the reflective surface of the housing polished aluminum irradiator.
Например, полированный нержавеющий корпус применяется в бактерицидном облучателе (рециркуляторе) Аэролит-400 производства компании ЛИТ ([2]) на базе амальгамных ртутных ламп низкого давления. Известное техническое решение позволяет увеличить Kф от стандартной для закрытых рециркуляторов величины 0,3÷0,4 ([1]) до ≈(385*400)/(3600*80)=0,53, здесь Е=385 Дж/м3 - потребная для степени стерилизации золотистого стафилококка 99,9% объемная доза излучения ртутной лампы, 400 м3/час - производительность рециркулятора, 80 Вт × 3600 с - излученная за час энергия бактерицидного излучения в конце срока службы ламп.For example, a polished stainless steel case is used in an aerolit-400 bactericidal irradiator (recirculator) manufactured by LIT ([2]) based on amalgam low-pressure mercury lamps. The known technical solution allows to increase K f from the standard value for closed recirculators of 0.3 ÷ 0.4 ([1]) to ≈ (385 * 400) / (3600 * 80) = 0.53, here E = 385 J / m 3 - 99.9% volumetric dose of mercury lamp radiation required for the degree of sterilization of Staphylococcus aureus, 400 m 3 / h - recirculator capacity, 80 W × 3600 s - bactericidal radiation energy emitted per hour at the end of lamp life.
Еще большее значение Kф удается получить за счет отдельного алюминиевого отражателя, как в закрытых облучателях Goodman® серии UVX ([11]: http://goodmanrussia.ru/index.php/produkciya/sterilizator-vozduha/2-sterilizator) или, что предпочтительно за счет нанесения слоя алюминия, например методом вакуумного напыления, на внутреннюю поверхность корпуса облучателя, выполненного цельнолитым из ударопрочного химически стойкого пластика, как в облучателе ДЕЗАР-4 ([12]: http://www.panfundus.ru/dezinfekcia/baktericid/dezar-4.html). В последнем случае, исходя из представленных технических характеристик, удалось реализовать Kф около 0,6. Аналогичный алюминиевый отражатель используется и в продукции компании Sanuvox Technologies Inc. ([13]: https://www. sanuvox.com/en/index. php).An even greater value of K f can be obtained due to a separate aluminum reflector, as in the closed Goodman® UVX series irradiators ([11]: http://goodmanrussia.ru/index.php/produkciya/sterilizator-vozduha/2-sterilizator) or, which is preferable due to the deposition of an aluminum layer, for example, by vacuum deposition, on the inner surface of the irradiator body made of one-piece cast from high-impact chemically resistant plastic, as in the DEZAR-4 irradiator ([12]: http://www.panfundus.ru/dezinfekcia/ baktericid / dezar-4.html). In the latter case, based on the presented technical characteristics, it was possible to realize K f about 0.6. A similar aluminum reflector is also used by Sanuvox Technologies Inc. ([13]: https: // www. Sanuvox.com/en/index. Php).
Однако полученные в известных бактерицидных облучателях с зеркально отражающей бактерицидное излучение поверхностью корпуса значения Kф далеки от потенциально возможных. В частности, эффективное значение Kф снижается в известных облучателях с зеркальным отражением излучения вследствие значительной разницы в дозах облучения вблизи источника света и вблизи корпуса облучателя. С учетом того обстоятельства, что при снижении дозы бактерицидного облучения всего в 2÷2,5 раза доля выживших микроорганизмов увеличивается многократно - например, в 50 раз для золотистого стафилококка при уменьшении дозы с 385 Дж/м3, до 167 Дж/м3, можно сделать вывод, что именно минимальная доза бактерицидного излучения по объему корпуса стерилизатора должна соответствовать требуемой степени стерилизации. Соответственно, средняя по объему доза облучения и, как следствие, полная мощность бактерицидного излучения и потребляемая облучателем мощность возрастают при неоднородном распределении излучения по объему стерилизатора.However, the values of K f obtained in known bactericidal irradiators with mirror-reflecting bactericidal radiation on the surface of the casing are far from potential. In particular, the effective value of K f decreases in known irradiators with specular reflection of radiation due to a significant difference in radiation doses near the light source and near the irradiator body. Given the fact that with a decrease in the dose of bactericidal radiation by only 2 ÷ 2.5 times, the share of surviving microorganisms increases many times - for example, 50 times for Staphylococcus aureus with a dose reduction from 385 J / m 3 to 167 J / m 3 , we can conclude that it is the minimum dose of bactericidal radiation in the volume of the sterilizer body that must correspond to the required degree of sterilization. Accordingly, the average dose of radiation in terms of volume and, as a consequence, the total power of bactericidal radiation and the power consumed by the irradiator increase with an inhomogeneous distribution of radiation over the volume of the sterilizer.
Для современных закрытых бактерицидных облучателей (рециркуляторов) достаточно большой производительности (от ~ 200 м3/час) потребная для степени стерилизации 99,9% по золотистому стафилококку мощность УФ излучения составляет ~ 0,25 Вт/м3, что с учетом КПД амальгамных ртутных ламп ηЛ ~ 33% соответствует потребляемой мощности ~ 0,75 Вт/м3. Кроме этого, часть мощности питания рециркулятора затрачивается на прокачку воздушного потока, причем обычно потребная для прокачки мощность относительно мала и составляет не более 7÷10% мощности источника света в отсутствие дополнительных противопылевых фильтров и до 15% при использовании таких фильтров. В результате потребляемая известными рециркуляторами мощность питания составляет обычно 0,8÷1 Вт на каждый кубометр прокачиваемого за час воздуха, то есть рециркулятор с производительностью 3000 м3/час для обеспечения степени очистки 99,9% по золотистому стафилококку потребляет 2,5÷3 кВт электрической мощности, из которых 85÷90% идет на генерацию бактерицидного излучения.For modern closed bactericidal irradiators (recirculators), a sufficiently large capacity (from ~ 200 m 3 / h), the UV radiation power required for a degree of sterilization of 99.9% for Staphylococcus aureus is ~ 0.25 W / m 3 , which, taking into account the efficiency of amalgam mercury lamps η L ~ 33% corresponds to a power consumption of ~ 0.75 W / m 3 . In addition, part of the recirculator’s power supply is spent on pumping the air flow, and the power usually required for pumping is relatively small and amounts to no more than 7–10% of the power of the light source in the absence of additional dust filters and up to 15% when using such filters. As a result, the power consumption consumed by known recirculators is usually 0.8 ÷ 1 W per cubic meter of air pumped per hour, that is, a recirculator with a capacity of 3000 m 3 / hour to ensure a 99.9% purification rate of Staphylococcus aureus consumes 2.5 ÷ 3 kW of electric power, of which 85 ÷ 90% goes to the generation of bactericidal radiation.
Таким образом, для повышения энергоэффективности бактерицидных облучателей необходимо прежде всего увеличивать эффективность использования бактерицидного излучения. Это особенно важно, если необходимо стерилизовать воздух, содержащий более устойчивые к УФ излучению микроорганизмы, например ротавирусы с необходимой для степени стерилизации 99,9% дозой облучения 1400 Дж/м3 ([1]) и т.д. - в этом случае потребляемая облучателем мощность возрастает кратно (в ~ 4 раза для ротавирусов).Thus, to increase the energy efficiency of bactericidal irradiators, it is necessary, first of all, to increase the efficiency of using bactericidal radiation. This is especially important if it is necessary to sterilize air containing microorganisms that are more resistant to UV radiation, for example, rotaviruses with a dose of 1400 J / m 3 necessary for the degree of sterilization to be sterilized ([1]), etc. - in this case, the power consumed by the irradiator increases by a factor of several (~ 4 times for rotaviruses).
Резкий рост эффективности использования бактерицидного излучения может быть реализован при диффузно отражающей внутренней поверхности корпуса облучателя. Такое техническое решение описано в заявке US 2012/0315184 А1 с приоритетом от 04.05.2012 г. ([14]) и принято за прототип. Согласно указанному техническому решению, внутренняя поверхность корпуса облучателя выполняется из диффузно отражающего материала с эффективным коэффициентом отражения не менее 95%, что позволяет многократно увеличить интенсивность излучения внутри объема рециркулятора, в том числе по сравнению с рециркуляторами с внутренней поверхностью из зеркально отражающих материалов (нержавеющая сталь, алюминий), а также обеспечить более высокую (по сравнению с зеркальным отражением) однородность излучения в объеме облучателя (рециркулятора). В качестве материала с коэффициентом диффузного отражения бактерицидного излучения >95% в прототипе указывается выпускаемый компанией "W.L. Gore and Associates" (США) экспандированный фторопласт (e-PTFE), то есть фторопласт-4 (тефлон) с достаточно равномерно распределенными в нем многочисленными мельчайшими воздушными порами, занимающими обычно ~ 60÷70% объема. Рассеяние света на многочисленных границах фторопласт-воздух при соответствующей толщине материала обеспечивает эффективный коэффициент диффузного отражения от него >95%, здесь принципиально важно то, что чистый фторопласт-4 (тефлон) практически не поглощает УФ излучение бактерицидного диапазона.A sharp increase in the efficiency of using bactericidal radiation can be realized with a diffusely reflecting inner surface of the irradiator body. Such a technical solution is described in application US 2012/0315184 A1 with a priority of 05/04/2012 ([14]) and is taken as a prototype. According to the indicated technical solution, the inner surface of the irradiator body is made of diffusely reflecting material with an effective reflection coefficient of at least 95%, which allows a multiple increase in the radiation intensity inside the volume of the recirculator, including in comparison with recirculators with an internal surface of mirror-reflecting materials (stainless steel , aluminum), as well as to provide a higher (compared to specular reflection) radiation uniformity in the volume of the irradiator (recirculator). As a material with a diffuse reflection coefficient of bactericidal radiation> 95%, the prototype indicates the expanded fluoroplastic (e-PTFE) manufactured by WL Gore and Associates (USA), that is, fluoroplastic-4 (teflon) with numerous evenly distributed evenly distributed in it air pores, usually occupying ~ 60 ÷ 70% of the volume. Light scattering at numerous fluoroplastic-air boundaries at an appropriate material thickness provides an effective diffuse reflection coefficient from it> 95%, it is crucial here that pure fluoroplast-4 (Teflon) practically does not absorb UV radiation of the bactericidal range.
Под диффузно рассеивающей поверхностью здесь и далее в настоящем изобретении мы понимаем по существу диффузно отражающую поверхность - такую, для которой диффузная составляющая рассеянного (отраженного) света существенно превосходит зеркальную составляющую, например такую поверхность, для которой доля диффузной составляющей в отраженном свете превосходит (≥70%). На длине волны излучения РЛНД коэффициент преломления тефлона менее 1,4 и, таким образом, при нормальном падении коэффициент зеркального отражения <3%.Hereinafter, by the present invention, by a diffusely scattering surface we mean a substantially diffusely reflecting surface — one for which the diffuse component of the scattered (reflected) light substantially exceeds the mirror component, for example, such a surface for which the proportion of the diffuse component in the reflected light exceeds (≥70%). At the RLND emission wavelength, the refractive index of Teflon is less than 1.4 and, thus, with a normal incidence, the specular reflection coefficient <3%.
Здесь также важно указать, что по существу диффузным отражение становится и в том случае, если поверхность является шероховатой с достаточно мелкомасштабными неровностями, в частности отражение от шероховатой поверхности алюминия является по существу диффузным. Однако в этом случае эффективный коэффициент диффузного отражения от шероховатой поверхности алюминия не больше коэффициента отражения от гладкой зеркальной поверхности алюминия и, соответственно, использование матированной (шероховатой) алюминиевой поверхности корпуса осветителя не дает существенного преимущества в эффективности бактерицидного облучателя.It is also important here to indicate that reflection becomes essentially diffuse even if the surface is rough with sufficiently small-scale irregularities, in particular, reflection from the rough surface of aluminum is essentially diffuse. However, in this case, the effective coefficient of diffuse reflection from the rough surface of aluminum is not greater than the coefficient of reflection from the smooth mirror surface of aluminum and, accordingly, the use of a frosted (rough) aluminum surface of the illuminator body does not provide a significant advantage in the effectiveness of the bactericidal irradiator.
Если в полости из диффузно рассеивающего материала с высоким коэффициентом отражения R находится источник (источники) света мощностью Q, то в отсутствие поглощения в материале полости интенсивность IП падающего на поверхность полости излучения определяется из закона сохранения энергии:If a light source (sources) of power Q is located in a cavity of a diffusely scattering material with a high reflection coefficient R, then in the absence of absorption in the cavity material, the intensity I P of the radiation incident on the surface of the cavity is determined from the energy conservation law:
здесь S - общая площадь внутренней поверхности полости с диффузно отражающим покрытием, α - доля площади внутренней поверхности полости, которая поглощает излучение или через которую излучение покидает полость (доля так называемых геометрических потерь). Приведенная формула корректна, когда α << 1 и за счет диффузного характера отражения излучение в полости «хорошо перемешано». Отсюдаhere S is the total area of the inner surface of the cavity with a diffusely reflecting coating, α is the fraction of the area of the inner surface of the cavity that absorbs radiation or through which radiation leaves the cavity (the proportion of so-called geometric losses). The above formula is correct when α << 1 and due to the diffuse nature of the reflection, the radiation in the cavity is “well mixed”. From here
то есть интенсивность падающего на поверхность такой полости излучения увеличивается в N=1/[1-R(1-α)] раз по сравнению с IП=(Q/S) для полости, в которой внутренняя поверхность поглощает излучение. Например, для α=0,02 и R=0,99 рост интенсивности падающего на стенки полости излучения составляет N=33,6, для α=0,04 и R=0,98 получим N=16,9. Из приведенных примеров и формулы (2) следует, что для значительного усиления излучения даже при R→1 необходима малая величина α (для α=0,1 даже при R=0,995 величина N≈9,5).that is, the intensity of radiation incident on the surface of such a cavity increases by N = 1 / [1-R (1-α)] times compared to I P = (Q / S) for a cavity in which the inner surface absorbs radiation. For example, for α = 0.02 and R = 0.99, the increase in the intensity of the radiation incident on the walls of the cavity is N = 33.6, for α = 0.04 and R = 0.98 we get N = 16.9. From the above examples and formula (2) it follows that for a significant amplification of radiation, even at R → 1, a small value of α is necessary (for α = 0.1, even at R = 0.995, the value is N≈9.5).
В примере прототипа корпус облучателя имеет форму прямоугольного параллелепипеда длиной 183 см (72'') и поперечным сечением S=61×122 см (24''×48''), через который прокачивается воздух с номинальным расходом ΔV ≈ 1,65 м3/с или почти 6000 м3/час (3500 кубических футов в минуту), скорость прокачки воздуха в зоне облучения ν=Q/S ≈ 2,2 м/с. Прямоугольное сечение воздушного потока используется также в описанных выше закрытых бактерицидных рециркуляторах (облучателях) Аэролит-400 и ДЕЗАР-4.In the prototype example, the irradiator body has the shape of a rectangular parallelepiped with a length of 183 cm (72``) and a cross section S = 61 × 122 cm (24 '' × 48 '') through which air is pumped with a nominal flow rate ΔV ≈ 1.65 m 3 / s or almost 6000 m 3 / h (3500 cubic feet per minute), the air flow rate in the irradiation zone is ν = Q / S ≈ 2.2 m / s. A rectangular cross-section of the air flow is also used in the Aerolit-400 and DEZAR-4 closed bactericidal recirculators (irradiators) described above.
Вблизи четырех вершин прямоугольного сечения облучателя располагаются четыре ртутные лампы низкого давления (фиг. 7А, 7В прототипа [14]), обеспечивающие необходимый бактерицидный поток. Для уменьшения неизбежных геометрических потерь излучения на входе и выходе рециркулятора устанавливаются диафрагмы из того же диффузно рассеивающего материала с выполненным в них набором относительно небольших отверстий для прохода воздуха (фиг. 7В). Потребляемая облучателем мощность составила 3,2 кВт, соответственно удельные затраты мощности составили около 0,5 Вт на каждый кубометр прокачиваемого за час воздуха.Near four vertices of a rectangular cross-section of the irradiator are four mercury low-pressure lamps (Fig. 7A, 7B of the prototype [14]), which provide the necessary bactericidal flow. To reduce the inevitable geometric radiation losses at the inlet and outlet of the recirculator, diaphragms are installed from the same diffusely scattering material with a set of relatively small holes for air passage made in them (Fig. 7B). The power consumed by the irradiator was 3.2 kW, respectively, the specific power consumption was about 0.5 W for each cubic meter of air pumped per hour.
Следует отметить значительные затраты мощности на прокачку воздуха: перепад давления ΔР в прототипе составил 200 Па, что при типичном КПД часто используемых осевых вентиляторов ηВ ~ 30% соответствует потребляемой системой прокачки мощности WПР=ΔV*ΔР/ηВ ~ 1 кВт. Перепад давления в прототипе многократно (в ~ 66 раз, по 33 раза на входе и выходе из облучателя) превосходит динамический напор воздушного потока в зоне облучения ρν2/2≈3 Па и обусловлен потерями на используемом для «запирания» бактерицидного излучения варианте реализации малой величины геометрических потерь α - экранах с отверстиями малой площади. Высокий перепад давления предъявляет серьезные требования к системе прокачки воздуха как по потребляемой мощности, так и по необходимому перепаду давления.It should be noted the significant power consumption for pumping air: the pressure drop ΔР in the prototype was 200 Pa, which with a typical efficiency of frequently used axial fans η В ~ 30% corresponds to the power consumption pump system W PR = ΔV * ΔР / η В ~ 1 kW. The pressure drop in the prototype is many times (~ 66 times, 33 times at the inlet and outlet of the irradiator) exceeds the dynamic pressure of the air flow in the irradiation zone ρν 2 / 2≈3 Pa and is caused by losses in the small version used for “locking” the bactericidal radiation geometric loss values α - screens with openings of small area. The high pressure drop makes serious demands on the air pumping system both in terms of power consumption and the required pressure drop.
Необходимо также отметить, что часть предложенных в прототипе технических решений принципиально не верна. В частности таковым является предложение использовать облучатель с диффузно отражающим покрытием для уменьшения концентрации озона в воздушном потоке за счет его фотодиссоциации, например от 40 ppm до 2 ppm. Фотодиссоциация озонаIt should also be noted that part of the technical solutions proposed in the prototype is fundamentally wrong. In particular, such is the proposal to use an irradiator with a diffusely reflective coating to reduce the concentration of ozone in the air stream due to its photodissociation, for example, from 40 ppm to 2 ppm. Photodissociation of ozone
О3+hν→O2+О,O3 + hν → O 2 + O,
hν - фотон с длиной волны 254 нм (сечение фотодиссоциации σ ~ 1,4*10-17 см2) не приводит к уменьшению его концентрации за счет быстрого обратного трехчастичного процессаhν is a photon with a wavelength of 254 nm (photodissociation cross section σ ~ 1.4 * 10 -17 cm 2 ) does not lead to a decrease in its concentration due to the fast reverse three-particle process
О+O2+М→O3+М,O + O 2 + M → O 3 + M,
М - третье тело. Даже без учета молекулы азота в качестве третьего, уже М - молекулы кислорода константа указанной реакции ~ 6*10-34 см6/с такова, что время конверсии атома кислорода в молекулу озона меньше 1 мс (0,001 с) при времени пролета через облучатель >0,5 с (реально схема процессов после диссоциации озона несколько сложнее, но результат получается именно такой - в воздухе после фотодиссоциации озон восстанавливается). Это означает, что фотодиссоциация озона приводит фактически только к потере фотона с длиной волны 254 нм без уменьшения концентрации озона.M is the third body. Even without taking into account the nitrogen molecule as the third, already M - oxygen molecule, the constant of this reaction ~ 6 * 10 -34 cm 6 / s is such that the conversion time of the oxygen atom to the ozone molecule is less than 1 ms (0.001 s) when the time of flight through the irradiator> 0.5 s (in reality, the scheme of processes after ozone dissociation is somewhat more complicated, but the result is just that - ozone is restored in the air after photodissociation). This means that the photodissociation of ozone actually leads only to the loss of a photon with a wavelength of 254 nm without a decrease in ozone concentration.
К недостаткам прототипа следует также отнести относительно высокие затраты энергии на стерилизацию воздушного потока (>0,5 Вт/(м3/час), а также значительную стоимость корпуса облучателя, поскольку удовлетворяющий требованиям прототипа материал с эффективным коэффициентом диффузного отражения предпочтительно >98÷99% имеет очень высокую цену в расчете на единицу площади поверхности. Кроме того, описанное в прототипе расположение ртутных ламп низкого давления является, как будет показано ниже, существенно неоптимальным и приводит к заметному снижению эффективности использования излучения.The disadvantages of the prototype should also include the relatively high energy costs for sterilization of the air flow (> 0.5 W / (m 3 / h), as well as the significant cost of the irradiator body, since the material satisfying the requirements of the prototype with an effective diffuse reflectance is preferably> 98 ÷ 99 % has a very high price per unit surface area.In addition, the arrangement of low-pressure mercury lamps described in the prototype is, as will be shown below, substantially non-optimal and leads to a noticeable mu reduce the efficiency of the use of radiation.
Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение стоимости бактерицидных облучателей и значительное увеличение их эффективности, то есть снижение их энергопотребления.The technical result of the claimed invention is to reduce the cost of bactericidal irradiators and a significant increase in their effectiveness, that is, a decrease in their energy consumption.
Технический результат достигается тем, что в бактерицидном облучателе, включающем по меньшей мере одну ртутную лампу низкого давления в качестве источника ультрафиолетового излучения бактерицидного диапазона для облучения стерилизуемого воздушного потока, корпус облучателя с входным и выходным сечениями для стерилизуемого воздушного потока, охватывающий облучаемую источником ультрафиолетового излучения область воздушного потока, основная часть внутренней поверхности которого выполнена диффузно отражающей, по меньшей мере один вентилятор для прокачки воздушного потока через облучатель, корпус облучателя выполнен по существу осесимметричной формы с расположенной вблизи его оси ртутной лампой низкого давления и геометрическими параметрами в соответствии со следующими условиями: s/(s+S)<0,1; d/D<0,2, где s - площадь внутренней поверхности облучателя без диффузно отражающего покрытия, включая входное и выходное сечения воздушного потока, S - площадь внутренней поверхности облучателя с диффузно отражающим покрытием, d - диаметр ртутной лампы низкого давления, D - характерный внутренний поперечный размер (диаметр) корпуса облучателя.The technical result is achieved in that in a bactericidal irradiator comprising at least one low-pressure mercury lamp as a source of ultraviolet radiation of the bactericidal range for irradiating the sterilized air stream, an irradiator body with inlet and outlet sections for the sterilized air stream, covering the region irradiated by the ultraviolet radiation source air flow, the main part of the inner surface of which is made diffusely reflecting at least one in The fan for pumping the air flow through the irradiator, the irradiator housing is made of a substantially axisymmetric shape with a low-pressure mercury lamp located close to its axis and geometric parameters in accordance with the following conditions: s / (s + S) <0.1; d / D <0.2, where s is the area of the inner surface of the irradiator without a diffusely reflecting coating, including the inlet and outlet sections of the air flow, S is the area of the inner surface of the irradiator with a diffusely reflecting coating, d is the diameter of the low-pressure mercury lamp, D is characteristic internal transverse dimension (diameter) of the irradiator body.
В рамках настоящего изобретения «корпус» или «корпус бактерицидного облучателя» - это оболочка, охватывающая источник света и стерилизуемый поток, которая выполнена из диффузно отражающего материала или на внутреннюю сторону которой нанесено диффузно-отражающее покрытие. Таким образом определенный корпус облучателя может не быть его несущим (конструкционным) элементом, в качестве которого тогда используется дополнительный конструкционный элемент, охватывающий и фиксирующий описанный в формуле изобретения корпус бактерицидного облучателя с диффузно отражающей внутренней поверхностью.In the framework of the present invention, a “case” or “case of a bactericidal irradiator” is a shell covering a light source and a sterilized stream, which is made of diffusely reflective material or on the inside of which a diffuse-reflective coating is applied. Thus, a certain case of the irradiator may not be its supporting (structural) element, for which then an additional structural element is used, covering and fixing the case of the bactericidal irradiator described in the claims with a diffusely reflecting inner surface.
Использование осесимметричной формы корпуса облучателя с расположением ртутной лампы вблизи его оси позволяет при той же мощности источника света реализовать большую интенсивность (соответственно, дозу) бактерицидного излучения при той же производительности облучателя, то есть большую его эффективность по следующим причинам:The use of an axisymmetric form of the irradiator body with the location of the mercury lamp near its axis allows for the same intensity of the light source to realize a higher intensity (respectively, dose) of bactericidal radiation at the same irradiator performance, that is, its greater efficiency for the following reasons:
1. При одной и той же площади сечения воздушного потока окружность имеет минимальный периметр и, как следствие, исходя из (2), реализуется большая интенсивность излучения в соответствующей полости. Например, при одной и той же площади сечения у окружности и квадрата длина окружности в раза меньше - соответственно, интенсивность излучения и бактерицидная доза может быть на 13% больше. Для примера из прототипа, когда сечение корпуса облучателя является прямоугольником с отношением сторон 1:2, длина окружности той же площади в раза меньше - бактерицидная доза на 20% больше. Таким образом, при одной и той же скорости прокачки воздушного потока и одной и той же производительности облучателя генерируемая ртутной лампой бактерицидная доза больше именно в осесимметричном варианте.1. At the same cross-sectional area of the air flow, the circle has a minimum perimeter and, as a result, based on (2), a large radiation intensity is realized in the corresponding cavity. For example, with the same cross-sectional area of a circle and a square, the circumference in times less - accordingly, the radiation intensity and bactericidal dose can be 13% more. For an example from the prototype, when the cross section of the irradiator body is a rectangle with a 1: 2 aspect ratio, the circumference of the same area in times less - the bactericidal dose is 20% more. Thus, at the same speed of pumping the air flow and the same irradiator performance, the bactericidal dose generated by the mercury lamp is more precisely in the axisymmetric version.
Меньший периметр сечения корпуса облучателя позволяет также снизить площадь и вес необходимого для облучателя диффузно поглощающего материала, то есть снизить стоимость облучателя.The smaller perimeter of the cross section of the case of the irradiator can also reduce the area and weight of the diffusely absorbing material necessary for the irradiator, that is, reduce the cost of the irradiator.
Соотношение между площадью диффузно отражающей внутренней поверхности облучателя и общей площадью его внутренней поверхности s/(s+S)<0,1, то есть, условие, что не менее 90% («основная часть») площади внутренней поверхности, включая площадь входного и выходного сечений воздушного потока, является диффузно отражающей, обусловлено условием получения достаточно большого усиления бактерицидного излучения внутри рециркулятора, см. формулу (2). В то же время, в отличие от прототипа, в настоящем техническом решении оптимальным авторы считают величину геометрических потерь «не слишком малую» - в диапазоне 2÷5%, поскольку при меньшем «живом сечении» на входе в облучаемую бактерицидным светом область и на выходе воздушного потока из этой области резко возрастает потребный для прокачки воздуха перепад давления ΔР и, соответственно, затраты мощности на прокачку воздуха.The ratio between the area of the diffusely reflecting inner surface of the irradiator and the total area of its inner surface s / (s + S) <0.1, that is, the condition that at least 90% (the "main part") of the inner surface area, including the input and of the outlet cross sections of the air flow is diffusely reflecting, due to the condition for obtaining a sufficiently large gain of bactericidal radiation inside the recirculator, see formula (2). At the same time, unlike the prototype, in the present technical solution, the authors consider the geometric loss value to be “not too small” - in the range of 2–5%, since with a smaller “live section” at the entrance to the region irradiated with bactericidal light and at the exit the air flow from this area sharply increases the pressure drop ΔP required for pumping air and, accordingly, the power consumption for pumping air.
2. Авторами настоящей заявки обнаружено, что существенным является следующее обстоятельство: ртутная лампа низкого давления в полости из диффузно рассеивающего материала с высоким эффективным коэффициентом отражения является поглотителем собственного резонансного излучения, снижая его усиление. Для наиболее типичной ситуации, когда длина лампы близка к длине облучателя (точнее, к длине облучаемой бактерицидным излучением области), доля поглощаемого излучения β пропорциональна отношению диаметра лампы d к характерному поперечному размеру облучателя D:β=k(d/D), причем коэффициент пропорциональности, по измерениям авторов, составляет 0,5÷0,7, когда ртутная лампа расположена вблизи оси (на оси) осесимметричной полости из диффузно отражающего материала. Условие d/D<0,2 в этом случае означает, что потери на собственное поглощение в бактерицидном излучателе (ртутной лампе низкого давления) не превышают 10%, предпочтительна меньшая величина таких потерь.2. The authors of this application have found that the following circumstance is significant: a low-pressure mercury lamp in a cavity of diffusely scattering material with a high effective reflection coefficient is an absorber of its own resonant radiation, reducing its amplification. For the most typical situation, when the lamp length is close to the length of the irradiator (more precisely, to the length of the area irradiated with bactericidal radiation), the fraction of absorbed radiation β is proportional to the ratio of the diameter of the lamp d to the characteristic transverse size of the irradiator D: β = k (d / D), and the coefficient according to the measurements of the authors, the proportionality is 0.5 ÷ 0.7 when the mercury lamp is located near the axis (on the axis) of the axisymmetric cavity of diffusely reflecting material. The condition d / D <0.2 in this case means that the self-absorption losses in the bactericidal emitter (low-pressure mercury lamp) do not exceed 10%, a lower value of such losses is preferable.
Для другого расположения лампы (ламп) потери на поглощение больше вследствие, в том числе, и того, что доля поглощенного излучения пропорциональна минимальному расстоянию от оси лампы до поверхности полости. В частности, для расположения ртутных ламп в углах корпуса облучателя прямоугольного сечения значительная часть света, излучаемого «в углы» корпуса облучателя, после диффузного рассеяния (до 20%) снова поглощается лампами. Соответственно, оптимальным с точки зрения минимизации поглощения является осесимметричная геометрия облучателя с расположенной вблизи оси или на оси симметрии ртутной лампой низкого давления.For another arrangement of the lamp (s), the absorption loss is greater due to, inter alia, the fact that the fraction of absorbed radiation is proportional to the minimum distance from the axis of the lamp to the surface of the cavity. In particular, for the location of mercury lamps in the corners of the rectangular irradiator casing, a significant part of the light emitted “into the corners” of the irradiator after diffuse scattering (up to 20%) is again absorbed by the lamps. Accordingly, the axisymmetric geometry of the irradiator with a low-pressure mercury lamp located near the axis or on the axis of symmetry is optimal from the point of view of minimizing absorption.
Потери, связанные с поглощением в ртутной лампе, существенны и, в том числе, в значительной степени определяют минимальный диаметр корпуса облучателя для относительно малых расходов газа. Например, при производительности облучателя 150 м3/час (ΔV=0,042 м3/с) внутренний диаметр корпуса облучателя D=100 мм, казалось бы, является приемлемым и соответствует скорости воздушного потока 5,3 м/с с динамическим напором около 16 Па. При цилиндрической форме облучателя длиной L=150 см при оптимизации газодинамического контура перепад давления может превосходить динамический напор всего в 2÷2,5 раза (см. ниже) и составлять ΔР ~ 40 Па, что соответствует затратам мощности на прокачку воздуха WПР=ΔV*ΔP/ηВ ~ 5 Вт. Геометрические потери для указанной формы облучателя с «открытыми» входом и выходом воздушного потока в первом приближении составляют α ≈ D/(2L+D) ~ 3% и достаточно малы. В то же время потери на самопоглощение в ртутной лампе распространенного диаметра 19 мм составляют β≈0,6(d/D) ~ 11% и существенно превосходят другие типы потерь даже для R=95% и тем более для R>95%. Таким образом, внутренний диаметр облучателя ≤120÷150 мм не целесообразен даже для малых расходов воздуха либо предпочтительно использовать специальные ртутные лампы малого диаметра ~ 10 мм (при этом может снижаться ее ресурс) или лампы с длиной, которая существенно меньше длины корпуса рециркулятора. В последнем случае для потерь, связанных с самопоглощением резонансного излучения в ртутной лампе низкого давления, расположенной в полости облучателя с поверхностью из диффузно рассеивающего материала, появляется дополнительный множитель где - длина разрядного промежутка лампы, L - характерная длина облучаемой области рециркулятора. В последнем случае условие d/D<0,2 модернизируется следующим очевидным образом: (d/D)*()<0,2.The losses associated with absorption in a mercury lamp are significant and, in particular, largely determine the minimum diameter of the irradiator casing for relatively low gas flow rates. For example, with an irradiator capacity of 150 m 3 / h (ΔV = 0.042 m 3 / s), the inner diameter of the irradiator body D = 100 mm would seem to be acceptable and corresponds to an air flow rate of 5.3 m / s with a dynamic pressure of about 16 Pa . With a cylindrical shape of an irradiator with a length L = 150 cm, when optimizing the gas-dynamic circuit, the pressure drop can exceed the dynamic pressure by only 2 ÷ 2.5 times (see below) and be ΔР ~ 40 Pa, which corresponds to the power consumption for pumping air W PR = ΔV * ΔP / η V ~ 5 W. To a first approximation, the geometric losses for the indicated form of the irradiator with the “open” inlet and outlet of the air flow are α ≈ D / (2L + D) ~ 3% and are quite small. At the same time, the self-absorption losses in a mercury lamp with a wide diameter of 19 mm are β≈0.6 (d / D) ~ 11% and significantly exceed other types of losses even for R = 95% and especially for R> 95%. Thus, the inner diameter of the irradiator ≤120 ÷ 150 mm is not advisable even for small air flow rates, or it is preferable to use special mercury lamps with a small diameter of ~ 10 mm (this may reduce its life) or lamps with a length that is significantly less than the length of the recirculator body. In the latter case, an additional factor appears for losses associated with self-absorption of resonant radiation in a low-pressure mercury lamp located in the cavity of the irradiator with a surface of diffusely scattering material Where is the length of the discharge gap of the lamp, L is the characteristic length of the irradiated region of the recirculator. In the latter case, the condition d / D <0.2 is modernized as follows: (d / D) * ( ) <0.2.
При типичном диаметре ртутной лампы низкого давления 15÷35 мм и поперечном размере (диаметре) облучателя на расход воздуха 0,1÷5 тыс.кубических метров в час 150÷600 мм потери, связанные с поглощением в лампе составляют 3÷7(10)% и могут быть сопоставимы с геометрическими потерями. Отметим, что при увеличении диаметра корпуса облучателя связанные с самопоглощением в лампе потери, как правило, уменьшаются, а геометрические потери увеличиваются и, таким образом, не связанные с отражением общие потери в облучателе в практически важных случаях ≥4÷6%. Это, в том числе, означает, что в качестве диффузно отражающей внутренней поверхности облучателя могут эффективно использоваться менее экзотические и дорогие (по сравнению с прототипом) материалы или покрытия, в частности фторопласт-4 и его прозрачные в области 254 нм сополимеры. Как установлено авторами, фторопласт-4 (тефлон, PTFE) уже при толщине 1,5÷2 мм обеспечивает эффективный коэффициент диффузного отражения >88÷90%, а при несколько большей толщине достижима величина R ~ 92÷94%. В результате может быть обеспечен коэффициент усиления падающего на поверхность облучателя излучения N ~ 8÷12 и в целом интенсивность бактерицидного излучения в полости увеличивается в 15÷20 раз за счет дополнительного множителя (1+R) по отношению к IП.With a typical diameter of a low-pressure mercury lamp of 15 ÷ 35 mm and a transverse size (diameter) of the irradiator for an air flow of 0.1 ÷ 5 thousand cubic meters per hour 150 ÷ 600 mm, the losses associated with absorption in the lamp are 3 ÷ 7 (10) % and can be comparable with geometric losses. Note that as the diameter of the irradiator body increases, the losses associated with self-absorption in the lamp tend to decrease, and the geometric losses increase and, therefore, the total losses in the irradiator not related to reflection in practical cases are ≥4 ÷ 6%. This, in particular, means that less exotic and expensive (or in comparison with the prototype) materials or coatings, in particular fluoroplast-4 and its copolymers transparent in the region of 254 nm, can be effectively used as a diffusely reflecting inner surface of the irradiator. As established by the authors, fluoroplast-4 (Teflon, PTFE) already with a thickness of 1.5 ÷ 2 mm provides an effective diffuse reflection coefficient> 88 ÷ 90%, and with a slightly larger thickness, a value of R ~ 92 ÷ 94% is achievable. As a result, the gain of the radiation incident on the surface of the irradiator N ~ 8 ÷ 12 can be ensured and, on the whole, the intensity of bactericidal radiation in the cavity increases by 15 ÷ 20 times due to an additional factor (1 + R) with respect to I P.
Для цилиндрической геометрии облучателя диаметром D и длиной L, когда боковая поверхность цилиндра является диффузно отражающей, а входное и выходное сечения воздушного потока - это круг диаметром D, на котором отражение излучения отсутствует, геометрические потери в первом приближении составляют отношение соответствующих площадей: α=D/(D+2L), здесь учтена малость диаметра ртутной лампы по сравнению с диаметром облучателя. При более точном расчете необходимо вычислять соответствующие телесные углы с учетом диаграммы направленности диффузного отражения и реальной геометрии облучателя, однако в качестве первого приближения приведенное соотношение дает достаточно корректные результаты. Отсюда условие малости соответствующих потерь приобретает вид L/D>(n-1)/2, где 1/n - геометрические потери. Для геометрических потерь 15% отсюда получим условие L/D>3, при L/D>5 геометрические потери <10%, эти критерии приняты авторами настоящего технического решения.For the cylindrical geometry of an irradiator with a diameter D and length L, when the side surface of the cylinder is diffusely reflective, and the inlet and outlet sections of the air flow are a circle of diameter D on which there is no reflection of radiation, the geometric loss in the first approximation is the ratio of the corresponding areas: α = D / (D + 2L), here the smallness of the diameter of the mercury lamp is taken into account in comparison with the diameter of the irradiator. With a more accurate calculation, it is necessary to calculate the corresponding solid angles taking into account the radiation pattern of the diffuse reflection and the actual geometry of the irradiator, however, as a first approximation, the above relation gives fairly correct results. Hence, the condition for the smallness of the corresponding losses takes the form L / D> (n-1) / 2, where 1 / n is the geometric loss. For geometric losses of 15%, from here we get the condition L / D> 3, for L / D> 5 geometric losses <10%, these criteria are accepted by the authors of this technical solution.
Как указывалось выше, диаметр облучателя должен быть не слишком мал и возрастает, в том числе, при росте производительности рециркулятора, поскольку потери давления при прокачке (без противопылевого фильтра) ~ (ΔV)3/D4. В этом случае для цилиндрической геометрии облучателя разумно малые геометрические потери могут быть реализованы при существенном росте длины рециркулятора, то есть при существенном росте его габаритов, веса и, следовательно, стоимости, что не желательно. Отметим, что для реальных параметров облучателя течение воздуха в нем является турбулентным и само по себе увеличение длины корпуса облучателя, внутренняя поверхность которого выполнена из материала типа фторопласта с малыми потерями на трение, незначительно увеличивает потребный для прокачки воздуха перепад давления даже при L/D ~ 10÷15.As mentioned above, the diameter of the irradiator should not be too small and increases, including with increasing productivity of the recirculator, since the pressure loss during pumping (without a dust filter) is ~ (ΔV) 3 / D 4 . In this case, for the cylindrical geometry of the irradiator, reasonably small geometric losses can be realized with a significant increase in the length of the recirculator, that is, with a significant increase in its dimensions, weight and, therefore, cost, which is not desirable. Note that for real parameters of the irradiator, the air flow in it is turbulent and, in itself, an increase in the length of the irradiator body, the inner surface of which is made of a fluoroplastic material with low friction losses, slightly increases the pressure drop required for pumping air even at L / D ~ 10 ÷ 15.
С целью обеспечения достаточно малой величины геометрических потерь при умеренной длине корпуса облучателя в одном из вариантов реализации заявляемого технического решения площадь поперечного сечения (диаметр) корпуса облучателя на входе и/или выходе воздушного потока из облучаемой области выполняется меньше, чем площадь поперечного сечения (диаметр) основной части корпуса облучателя. Такая геометрия облучателя может быть реализована за счет применения системы типа конфузор-диффузор, причем расширяющиеся (сужающиеся) части газодинамического контура также имеют диффузно-отражающее покрытие или выполнены из диффузно отражающего материала. При плавно выполненных переходах с большего диаметра поперечного сечения на меньшее (и наоборот) облучатель остается достаточно компактным, геометрические потери излучения существенно снижаются уже для отношения площадей на входе/выходе облучателя и его основной части 0,5÷0,6 (предпочтительное отношение площадей <0,7), при этом дополнительные потери давления могут быть не велики и сопоставимы с динамическим напором воздушного потока ρν2/2 (в общем случае потери давления обычно выражают через динамический напор: ΔР=ζ*ρν2/2, ζ - численный коэффициент). То есть, для корректно выполненной системы конфузор-диффузор ζ ~ 1 (и даже ζ<1), что при типичной скорости потока в основной области облучателя ~ 5 м/с соответствует ΔР ~ 15 Па. В результате при характерной производительности облучателя 0,03÷1,5 м3/c (100÷5000 м3/час) рассматриваемый вариант применения системы диффузор-конфузор требует дополнительную мощность на прокачку 1,5÷75 Вт. Такая величина дополнительных энергозатрат на прокачку воздуха может быть приемлемой, поскольку потребляемая источником бактерицидного света мощность может при этом быть уменьшена на существенно большую величину.In order to ensure a sufficiently small value of geometric losses with a moderate length of the irradiator body in one embodiment of the claimed technical solution, the cross-sectional area (diameter) of the irradiator body at the inlet and / or outlet of the air flow from the irradiated region is less than the cross-sectional area (diameter) the main body of the irradiator. Such an irradiator geometry can be realized through the use of a confuser-diffuser system, and the expanding (narrowing) parts of the gas-dynamic circuit also have a diffusely reflective coating or are made of diffusely reflective material. With smooth transitions from a larger cross-sectional diameter to a smaller (and vice versa), the irradiator remains compact enough, the geometric radiation loss is significantly reduced already for the ratio of the areas at the input / output of the irradiator and its main part 0.5 ÷ 0.6 (the preferred area ratio < 0.7), the additional pressure loss may be large and comparable to the dynamic pressure of the airflow ρν 2/2 (in the general case, the pressure losses are usually expressed in terms of dynamic pressure: .DELTA.P = ζ * ρν 2/2, ζ - the numerical coefficients customer). That is, for a correctly configured confuser-diffuser system ζ ~ 1 (and even ζ <1), which at a typical flow velocity in the main irradiator region of ~ 5 m / s corresponds to ΔР ~ 15 Pa. As a result, with a typical irradiator performance of 0.03 ÷ 1.5 m 3 / s (100 ÷ 5000 m 3 / h), the considered application of the diffuser-confuser system requires additional power for pumping 1.5 ÷ 75 W. This amount of additional energy consumption for pumping air may be acceptable, since the power consumed by the bactericidal light source can be reduced by a significantly larger amount.
Скорость потока в основной части облучателя 3÷6 м/с является предпочтительной, поскольку затраты мощности на прокачку воздуха при этом могут быть относительно не велики, а габариты облучателя остаются приемлемыми. Например, при производительности облучателя ΔV=3000 м3/час (0,83 м3/c) диаметру основной части облучателя 500 мм соответствует скорость воздушного потока 4,2 м/с и динамический напор ~10 Па. Необходимо специально выделить важность оптимизации газодинамического контура в заявляемом техническом решении, поскольку вследствие многократного снижения затрат мощности на бактерицидное излучение доля затрат мощности на прокачку становится существенной.The flow velocity in the main part of the
Например, в известных аналогах с производительностью 3000 м3/час затраты мощности на излучение составляют >2000 Вт, а на прокачку воздушного потока ~ 150÷200 Вт и в этом смысле изменение затрачиваемой на прокачку мощности в диапазоне 100÷250 Вт не принципиально, поскольку потребляемая в целом мощность изменяется при этом в пределах ±2÷3%. В то же время, при уменьшении потребной мощности бактерицидного излучения всего 8÷10 раз такое же изменение мощности прокачки приведет к изменению потребляемой бактерицидным облучателем мощности в пределах ±15÷20% или до полутора раз. В частности, элементом оптимизации газодинамического контура облучателя может быть реализация плавно сужающегося сечения воздушного потока на входе в облучатель и/или его плавное расширение на выходе из облучателя, что позволяет значительно уменьшить соответствующие потери давления ([15]: Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1992 - 672 с).For example, in well-known analogues with a capacity of 3000 m 3 / h, the power consumption for radiation is> 2000 W, and for pumping the air flow ~ 150 ÷ 200 W, and in this sense, changing the power spent on pumping in the range of 100 ÷ 250 W is not important, since the power consumed as a whole varies in the range of ± 2 ÷ 3%. At the same time, with a decrease in the required bactericidal radiation power of only 8 ÷ 10 times, the same change in pumping power will lead to a change in the power consumed by the bactericidal irradiator within ± 15 ÷ 20% or up to one and a half times. In particular, the optimization element of the gas-dynamic contour of the irradiator can be the implementation of a smoothly narrowing section of the air flow at the inlet of the irradiator and / or its smooth expansion at the exit of the irradiator, which can significantly reduce the corresponding pressure loss ([15]: I. Idelchik hydraulic resistance. M.: Mechanical Engineering, 1992 - 672 s).
Вариант реализации заявляемого изобретения показан на фиг. 1, здесь 1 - источник бактерицидного излучения (ртутная лампа низкого давления), 2 - корпус осветителя с расширяющейся частью 3 и сужающейся частью 4, входом воздушного потока (ВхП на фиг. 1) в область его стерилизации 5 и выходом из нее 6 (ВыхП на фиг. 1). Соответственно, на фиг. 1 внутренняя поверхность облучателя между сечениями 5 и 6 площадью S выполнена диффузно отражающей, а площадь внутренней поверхности облучателя без диффузно отражающего покрытия s - это сумма площадей сечений 5 и 6. Здесь необходимо указать, что общая площадь внутренней поверхности облучателя может существенно превосходить S - например, «выше по воздушному потоку» во входной области облучателя 7 могут быть размещены вентилятор, противопылевые фильтры и пр. Эта область 7 может быть выполнена как с, так и без диффузно отражающего покрытия или не из диффузно отражающего излучение материала, в последнем случае она уже не участвует в бактерицидном облучении воздушного потока.An embodiment of the claimed invention is shown in FIG. 1, here 1 is the source of bactericidal radiation (a low-pressure mercury lamp), 2 is the illuminator body with an expanding
Отметим также, что на фиг. 1 не показаны обычно входящие в состав облучателя (рециркулятора) источник питания ртутной лампы низкого давления, вентилятор, системы фиксации лампы в корпусе облучателя и блокирования выхода бактерицидного излучения за пределы облучателя (см. ниже), используемые в некоторых облучателях дополнительные противопылевые и другие фильтры и т.д. и т.п., поскольку эти компоненты облучателя не являются предметом заявляемого технического решения за исключением описанных ниже вариантов. В то же время элементы облучателя, находящиеся внутри его ограниченной диффузно отражающим покрытием области, в предпочтительном варианте выполняются также диффузно отражающими - например, элементы фиксации лампы в корпусе облучателя в могут быть изготовлены из тефлона или выполнены с диффузно отражающим покрытием. Аналогично, электродные узлы ртутной лампы могут быть выполнены с диффузно отражающим покрытием или «закрыты» тефлоновой трубкой соответствующего диаметра и толщины.Note also that in FIG. Figure 1 does not show the power source of a low-pressure mercury lamp, a fan, systems for fixing the lamp in the body of the irradiator and blocking the exit of bactericidal radiation outside the irradiator (see below), which are usually used as part of the irradiator (recirculator), additional dust filters and other filters used in some irradiators etc. and the like, since these components of the irradiator are not the subject of the claimed technical solution, with the exception of the options described below. At the same time, the irradiator elements located inside its region bounded by the diffusely reflective coating are also preferably diffusely reflective — for example, the lamp fixing elements in the irradiator casing can be made of Teflon or made with a diffusely reflective coating. Similarly, the electrode nodes of a mercury lamp can be made with a diffusely reflective coating or “closed” with a Teflon tube of the corresponding diameter and thickness.
Как указывалось выше, материалом, который обеспечивает высокий коэффициент диффузного отражения в бактерицидном диапазоне спектра при умеренной стоимости и толщине является фторопласт-4 (тефлон, PTFE) и некоторые его сополимеры. Известный и указанный в прототипе экспандированный фторопласт (e-PTFE) обеспечивает несколько больший коэффициент диффузного отражения при меньшей толщине и может использоваться в заявляемом техническом решении, однако стоимость такого материала существенно выше. Кроме того, при реальных потерях света в облучателе, связанных, в том числе, с его геометрией и поглощением в РЛНД, величина коэффициента диффузного отражения R≈98÷99% и выше практически не требуется. Известны также и другие материалы, как правило, на основе фторопласта или его аналогов, например «Spectralon» компании из США LABSPHERE, INC., материал референсного отражателя WS-2 производства нидерландской компании Avantes BV и т.д.As indicated above, a material that provides a high diffuse reflection coefficient in the bactericidal range of the spectrum at a moderate cost and thickness is fluoroplast-4 (Teflon, PTFE) and some of its copolymers. Known and specified in the prototype expanded fluoroplastic (e-PTFE) provides a slightly larger diffuse reflectance with a smaller thickness and can be used in the claimed technical solution, however, the cost of such material is significantly higher. In addition, with real light losses in the irradiator, including, inter alia, its geometry and absorption in the RLND, the value of the diffuse reflection coefficient R≈98 ÷ 99% and higher is practically not required. Other materials are also known, as a rule, on the basis of fluoroplastic or its analogues, for example, Spectralon of a company from the USA LABSPHERE, INC., Reference material WS-2 from the Dutch company Avantes BV, etc.
Высокий коэффициент диффузного отражения может также быть обеспечен за счет соответствующих покрытий, например на основе порошков окиси магния (MgO) или сульфата бария (BaSO4), такого типа покрытие предлагает, например, компания из США LABSPHERE, INC. (https://www.labsphere.com/labsphere-products-solutions/materials-coatings-2/) Здесь корпус облучателя может быть выполнен из стандартного конструкционного материала (от нержавеющей стали, алюминия или алюминиевого сплава до различных пластиков), на внутреннюю поверхность которого нанесено соответствующее диффузно-отражающее покрытие.A high diffuse reflectance can also be achieved by suitable coatings, for example based on powders of magnesium oxide (MgO) or barium sulfate (BaSO 4 ), this type of coating is offered, for example, by a company from the USA LABSPHERE, INC. (https://www.labsphere.com/labsphere-products-solutions/materials-coatings-2/) Here, the irradiator housing can be made of standard structural material (from stainless steel, aluminum or an aluminum alloy to various plastics), to the inner the surface of which is coated with an appropriate diffuse-reflective coating.
Помимо известных диффузно-отражающих покрытий аналогичные свойства поверхности (высокий коэффициент диффузного отражения) возможно реализовать за счет многократного перерассеяния света на вариациях показателя преломления в прозрачной для излучения (то есть, в не поглощающей излучение) среде. Такую среду можно получить в покрытии, представляющем собой прозрачное для излучения бактерицидного диапазона связующее (матрицу) с распределенными в нем также прозрачными для излучения бактерицидного диапазона частицами с показателем преломления, отличающимся от показателя преломления связующего. Указанные частицы могут представлять собой, например, оксиды кремния SiO2 и/или оксиды алюминия Al2O3 и/или оксида магния MgO. В качестве связующего может использоваться, например силицированное жидкое стекло Na2O⋅nSiO2.In addition to the well-known diffuse-reflective coatings, similar surface properties (high diffuse reflection coefficient) can be realized due to multiple light rescattering by variations of the refractive index in a medium transparent to radiation (that is, in non-absorbing radiation). Such a medium can be obtained in a coating, which is a binder (matrix) transparent to radiation of the bactericidal range, with particles distributed in it which are also transparent to radiation of the bactericidal range, with a refractive index different from that of the binder. These particles can be, for example, silicon oxides SiO 2 and / or aluminum oxides Al 2 O 3 and / or magnesium oxide MgO. As a binder, for example, siliconized water glass Na 2 O⋅nSiO 2 can be used.
С целью реализации покрытия разумной (умеренной) толщины по указанному варианту необходимо создать достаточное количество границ раздела сред с разными показателями преломления, для чего целесообразно использовать частицы малого размера, предпочтительно не более 30÷50 мкм. В этом случае покрытие может наноситься, в частности, распылением, как жидкая краска (связующее и микропорошок предварительно перешиваются с водой для уменьшения вязкости, затем после нанесения на поверхность вода испаряется при сушке), и уже при толщине 1 мм такое покрытие обеспечивает коэффициент диффузного отражения 90-95% для λ ~ 250 нм. Дополнительно снизить толщину описанного покрытия и увеличить эффективный коэффициент отражения возможно, если в качестве частиц использовать заполненные воздухом полые микросферы, например алюмосиликатные микросферы, поскольку рассеяние на границе с воздухом соответствует максимальному относительному показателю преломления и эффективность такого рассеяния максимальна.In order to implement a coating of reasonable (moderate) thickness according to this option, it is necessary to create a sufficient number of media interfaces with different refractive indices, for which it is advisable to use small particles, preferably not more than 30 ÷ 50 microns. In this case, the coating can be applied, in particular, by spraying, such as liquid paint (the binder and micropowder are pre-mixed with water to reduce viscosity, then after application to the surface the water evaporates during drying), and even with a thickness of 1 mm this coating provides a diffuse reflection coefficient 90-95% for λ ~ 250 nm. It is possible to additionally reduce the thickness of the described coating and increase the effective reflection coefficient if hollow microspheres, for example aluminosilicate microspheres, are used as particles, since scattering at the interface with air corresponds to the maximum relative refractive index and the efficiency of such scattering is maximum.
Вариант облучателя, когда на внутреннюю поверхность его корпуса нанесено диффузно отражающее покрытие 8, представлен на фиг. 2, остальные обозначения совпадают с фиг. 1.A variant of the irradiator, when a diffusely reflecting
С целью дополнительно улучшить однородность светового поля в объеме облучателя внутренняя поверхность его корпуса может быть выполнена волнообразной в окружном направлении.In order to further improve the uniformity of the light field in the volume of the irradiator, the inner surface of its body can be made wavy in the circumferential direction.
При использовании корпуса облучателя по существу вытянутой цилиндрической формы нанесение диффузно отражающего покрытия на его внутреннюю поверхность представляет значительную трудность. С целью упрощения решения этой задачи авторы предлагают в одном из вариантов реализации заявляемого технического решения выполнить корпус облучателя состоящим из по меньшей мере двух независимо изготовленных частей, которые, например, могут представлять собой половины корпуса, «разрезанные» вдоль его образующей (вдоль оси стерилизуемого потока), один из возможных вариантов такого технического решения с волнообразной в окружном направлении внутренней поверхностью облучателя представлен на фиг. 3 (при изготовлении облучателя из листа или экструзией толщина стенок корпуса может быть и постоянной), обозначения совпадают с предыдущими. Нанесение как известных диффузно-отражающих материалов, так и предложенного выше прозрачного покрытия с рассеивающими микрочастицами на такие «открытые» поверхности не представляет проблемы, а затем части корпуса облучателя соединяют в единое целое, например, с помощью силового зацепления, с помощью хомутов или специальных фланцев с болтовым соединением. Части корпуса (внешние для бактерицидного излучения части корпуса) облучателя могут быть изготовлены, в том числе, из алюминия (алюминиевого сплава) или пластика, например экструзией или литьем.When using an irradiator body of a substantially elongated cylindrical shape, applying a diffusely reflective coating to its inner surface is a significant difficulty. In order to simplify the solution of this problem, the authors propose, in one embodiment of the claimed technical solution, to make the irradiator body consisting of at least two independently manufactured parts, which, for example, can be half of the body “cut” along its generatrix (along the axis of the sterilized flow ), one of the possible variants of such a technical solution with an undulating inner circumference of the irradiator is shown in FIG. 3 (in the manufacture of an irradiator from a sheet or by extrusion, the wall thickness of the casing may be constant), the designations coincide with the previous ones. The application of both known diffuse-reflective materials and the transparent coating proposed above with scattering microparticles on such “open” surfaces is not a problem, and then parts of the irradiator body are connected into a single unit, for example, by means of power engagement, using clamps or special flanges with bolted connection. The body parts (external to the bactericidal radiation parts of the body) of the irradiator can be made, including, of aluminum (aluminum alloy) or plastic, for example by extrusion or casting.
Как указывалось выше, уменьшение геометрических потерь увеличивает световой поток внутри облучателя с диффузно рассеивающей внутренней поверхностью (что является важным преимуществом), но при этом практически всегда в той или иной степени увеличиваются газодинамические потери (увеличивается коэффициент ζ) и возрастают затраты мощности на прокачку воздушного потока (что является значительным недостатком), примером такой ситуации является прототип. Авторы заявляемого технического решения в одном из вариантов его реализации предлагают использовать для уменьшения геометрических потерь тот компонент бактерицидного облучателя, который обязательно присутствует в его газодинамическом контуре - вентилятор. Предлагается по меньшей мере часть поверхности вентилятора (прежде всего его лопастей), обращенную в сторону облучаемой области воздушного потока, выполнить диффузно отражающей бактерицидное излучение ультрафиолетового диапазона. С указанной целью лопасти вентилятора (а также его центральная часть) может быть выполнена из тефлона или его сополимеров либо на соответствующие поверхности может быть нанесено диффузно отражающее покрытие.As mentioned above, a decrease in geometric losses increases the luminous flux inside the irradiator with a diffusely scattering inner surface (which is an important advantage), but at the same time, gas-dynamic losses almost always increase to some extent (the ζ coefficient increases) and the power consumption for pumping the air flow increases (which is a significant drawback), an example of such a situation is the prototype. The authors of the claimed technical solution in one of the options for its implementation propose to use to reduce geometric losses that component of the bactericidal irradiator, which is necessarily present in its gas-dynamic circuit - a fan. It is proposed that at least a part of the surface of the fan (primarily its blades), facing the irradiated region of the air flow, diffusely reflects the bactericidal radiation of the ultraviolet range. For this purpose, the fan blades (as well as its central part) can be made of Teflon or its copolymers, or a diffusely reflective coating can be applied to the corresponding surfaces.
Возможные (но не единственные) варианты реализации предлагаемого технического решения приведены на фиг. 4, на котором 9 - вентилятор, используемый для прокачки воздушного потока, 10 - его диффузно отражающая поверхность, остальные обозначения совпадают с приведенными на фиг. 1-3. Вентилятор с диффузно отражающим покрытием поверхности может быть установлен со стороны входящего воздушного потока (фиг. 4а), со стороны выходящего воздушного потока (фиг. 4b), а также с обеих сторон (фиг. 4 c-d). Габарит (диаметр) лопастей вентилятора может быть близок к диаметру основной части корпуса облучателя (фиг. 4d) и может существенно от него отличаться, если вентилятор расположен в расширяющейся или сужающейся части корпуса облучателя (фиг. 4с).Possible (but not the only) options for implementing the proposed technical solution are shown in FIG. 4, in which 9 is a fan used for pumping air flow, 10 is its diffusely reflecting surface, the rest of the designations coincide with those shown in FIG. 1-3. A fan with a diffusely reflective surface coating can be installed on the side of the incoming air stream (Fig. 4a), on the side of the outgoing air stream (Fig. 4b), as well as on both sides (Fig. 4 c-d). The size (diameter) of the fan blades may be close to the diameter of the main part of the irradiator body (Fig. 4d) and may differ significantly from it if the fan is located in the expanding or tapering part of the irradiator body (Fig. 4c).
В указанном случае без внесения дополнительных газодинамических потерь геометрические потери излучения в соответствующем сечении (входном и/или выходном) могут быть существенно уменьшены: по результатам измерений авторов эффективное поперечное сечение, через которое бактерицидный свет может выходить за пределы облучаемой области, может уменьшиться до трех раз и даже более в зависимости от конкретной геометрии и числа лопастей вентилятора. В результате для цилиндрической геометрии облучателя, как показано на фиг. 4d (без системы конфузор-диффузор, что упрощает конструкцию и технологичность изготовления облучателя), cL=100 см D=15 см при установке на вход и выход облучателя модернизированных вентиляторов согласно предлагаемому варианту, когда эффективное сечение геометрических потерь для излучения снижается втрое, геометрические потери могут существенно снизиться: от α=D/(D+2L)=7,0% до α=D/(D+6L)=2,1%. Как следствие, интенсивность бактерицидного излучения в облучателе может увеличиться в 1,5-2 раза.In this case, without introducing additional gas-dynamic losses, the geometric radiation losses in the corresponding section (input and / or output) can be significantly reduced: according to the results of the authors' measurements, the effective cross section through which bactericidal light can go beyond the irradiated region can be reduced by up to three times and even more depending on the specific geometry and number of fan blades. As a result, for the cylindrical geometry of the irradiator, as shown in FIG. 4d (without a confuser-diffuser system, which simplifies the design and manufacturability of the irradiator), cL = 100 cm D = 15 cm when installing modernized fans in the input and output of the irradiator according to the proposed option, when the effective cross section of geometric losses for radiation is reduced threefold, geometric losses can significantly decrease: from α = D / (D + 2L) = 7.0% to α = D / (D + 6L) = 2.1%. As a result, the intensity of bactericidal radiation in the irradiator can increase by 1.5-2 times.
Для закрытых облучателей (рециркуляторов), которые работают в присутствии людей, принципиально важной и необходимой является блокировка бактерицидного излучения, чтобы оно не выходило в открытое пространство - за пределы рециркулятора. Как правило, такого рода блокировка излучения выполняется за счет наклонных решеток-жалюзи, типичным примером является бактерицидный рециркулятор Аэролит-400 производства компании ЛИТ ([2]). Однако в известном варианте такого рода технические решения приводят к резкому увеличению газодинамических потерь: для наклонных решеток с геометрией, обеспечивающей эффективную блокировку излучения коэффициент ζ>1 (обычно даже ζ>4÷5). Существенно снизить потери давления можно различными способами, например, как предлагают авторы, за счет поворота воздушного потока на входе и выходе облучателя соответствующими воздуховодами, причем внутренняя поверхность воздуховода выполнена из материала, поглощающего ультрафиолетовое излучение бактерицидного диапазона. Целесообразная величина угла поворота воздушного потока Ф составляет не менее 60°, (предпочтительно от 80÷90°), а предпочтительная длина поглощающей излучение области такова, чтобы излучение дважды попадало на поглощающую поверхность - в этом случае бактерицидное излучение гарантированно не выходит за пределы облучателя. Предпочтительный радиус поворота воздушного г потока определяется условием малости дополнительных газодинамических потерь, уже для r=D (D - диаметр воздушного потока на входе в поворот) и достаточно гладких стенок ζ<1 (даже ζ<0,3 для типичного числа Рейнольдса воздушного потока в облучателях ~ 3*104÷3*105, соответствующих турбулентному режиму течения [15]). На фиг. 5 представлен вариант реализации заявляемого решения, здесь 11 - воздуховоды с поворотом воздушного потока на угол Ф=90° с внутренней поверхностью из поглощающего бактерицидное излучение материала, вход воздушного потока выполнен с плавным сужением 12 для дополнительного снижения газодинамических потерь, остальные обозначения совпадают с предыдущими.For closed irradiators (recirculators) that work in the presence of people, it is fundamentally important and necessary to block bactericidal radiation so that it does not go out into the open - beyond the recirculator. As a rule, this kind of radiation blocking is performed due to inclined gratings-blinds, a typical example is the bactericidal recirculator Aerolit-400 manufactured by LIT ([2]). However, in a well-known version of this kind of technical solutions lead to a sharp increase in gas-dynamic losses: for inclined gratings with a geometry that provides effective radiation blocking, the coefficient ζ> 1 (usually even ζ> 4 ÷ 5). Significantly reduce pressure losses can be in various ways, for example, as the authors suggest, by turning the air flow at the inlet and outlet of the irradiator with appropriate ducts, the inner surface of the duct made of a material that absorbs ultraviolet radiation of the bactericidal range. The appropriate angle of rotation of the air flow Φ is at least 60 °, (preferably from 80 ÷ 90 °), and the preferred length of the radiation-absorbing region is such that the radiation hits the absorbing surface twice — in this case, the bactericidal radiation is guaranteed not to go beyond the irradiator. The preferred radius of rotation of the air flow r is determined by the condition of small additional gas-dynamic losses, already for r = D (D is the diameter of the air flow at the entrance to the turn) and sufficiently smooth walls ζ <1 (even ζ <0.3 for a typical Reynolds number of the air flow in irradiators ~ 3 * 10 4 ÷ 3 * 10 5 corresponding to the turbulent flow regime [15]). In FIG. 5 shows an implementation option of the proposed solution, here 11 is the air ducts with an air stream rotation at an angle Ф = 90 ° with the inner surface of a material absorbing bactericidal radiation, the air stream inlet is made with smooth narrowing 12 to further reduce gas-dynamic losses, the rest of the notation coincides with the previous ones.
Важно указать, что в предпочтительном варианте заявляемого технического решения используется безозоновая ртутная лампа низкого давления либо лампа с существенно пониженной мощностью на второй резонансной длине волны атома ртути 185 нм. Это обусловлено тем, что при потенциально значительном усилении светового потока внутри облучателя - в N ~ 10 и более раз - поглощение бактерицидного излучения генерируемым такой лампой озоном значительно увеличивает потери и снижает эффективность использования облучателя с высоким коэффициентом диффузного рассеяния. В самом деле, при габарите (диаметре) облучателя D характерная длина пробега бактерицидного излучения в облучателе ~ ND и условие малости потерь на поглощение озоном имеет вид σ[O3]ND≤0,01÷0,02 (предполагая допустимыми потери на поглощение в облучателе 1÷2%). Отсюда для достаточно производительного бактерицидного облучателя с D=20÷50 см получим следующее ограничение на концентрацию озона: [О3]max<0,015/(σND) ~ 2*1012 см-3 или ~ 0,1 ppm, что близко к ПДК озона.It is important to indicate that in the preferred embodiment of the claimed technical solution, an ozone-free low-pressure mercury lamp or a lamp with substantially reduced power at a second resonant wavelength of a mercury atom of 185 nm is used. This is due to the fact that with a potentially significant increase in the luminous flux inside the irradiator - N ~ 10 times or more - the absorption of bactericidal radiation by the ozone generated by such a lamp significantly increases losses and reduces the efficiency of using an irradiator with a high diffuse scattering coefficient. In fact, with the irradiator’s size (diameter) D, the characteristic path length of the bactericidal radiation in the irradiator is ~ ND and the condition for small losses in ozone absorption has the form σ [O 3 ] ND≤0.01 ÷ 0.02 (assuming allowable absorption losses in
Поскольку поглощение в воздухе одного фотона с длиной волны 185 нм создает две молекулы озона и эти молекулы в облучателе гибнут только за счет взаимодействия с микроорганизмами и химическими примесями в воздухе, то ограничение на допустимую мощность излучения лампы на этой длине волны имеет следующий вид: W185 ≈ [О3]ΔVε/2<[О3]maxΔVε/2 ~ 1 Вт для объемного расхода воздуха 1 м3/c, ε ≈ 10-18 Дж - энергия кванта с длиной волны 185 нм. В то же время для указанного расхода при той же величине усиления бактерицидного излучения N=10 потребная для степени стерилизации 99,9% по золотистому стафилококку мощность света на длине волны 254 нм составляет W254>EΔV/N ~ 40 Вт.Since the absorption in air of one photon with a wavelength of 185 nm creates two ozone molecules and these molecules in the irradiator die only due to interaction with microorganisms and chemical impurities in air, the limitation on the permissible radiation power of a lamp at this wavelength has the following form: W 185 ≈ [О 3 ] ΔVε / 2 <[О 3 ] max ΔVε / 2 ~ 1 W for a volumetric air flow rate of 1 m 3 / s, ε ≈ 10 -18 J is the quantum energy with a wavelength of 185 nm. At the same time, for the indicated flow rate at the same bactericidal radiation amplification value N = 10, the light power at a wavelength of 254 nm, required for a degree of sterilization of Staphylococcus aureus 99.9%, is W 254 > EΔV / N ~ 40 W.
Таким образом, отношение мощности бактерицидного (254 нм) и вакуумного (185 нм) излучения РЛНД в рамках настоящего технического решения должно быть >40 (при необходимости обеспечить стерилизацию более устойчивых к бактерицидному излучению микроорганизмов, то есть при большей величине Е - и больше 100), при этом для «озоновых» РЛНД указанное соотношение обычно ~ 5÷6. Специально подчеркнем, что в заявляемом облучателе безозоновая ртутная лампа используется не потому, что озон вреден сам по себе - эта проблема решается использованием специальных фильтров на выходе из облучателя, а потому, что озон существенно снижает выигрыш по интенсивности бактерицидного излучения в облучателе с высоким коэффициентом его диффузного отражения.Thus, the ratio of the power of bactericidal (254 nm) and vacuum (185 nm) radiation RLND in the framework of this technical solution should be> 40 (if necessary, ensure sterilization of more resistant to bactericidal radiation microorganisms, that is, with a larger value of E - and more than 100) Moreover, for the “ozone” RLND, the indicated ratio is usually ~ 5–6. We emphasize that in the inventive irradiator, the ozone-free mercury lamp is used not because ozone is harmful in itself - this problem is solved by using special filters at the outlet of the irradiator, but because ozone significantly reduces the gain in bactericidal radiation intensity in the irradiator with a high coefficient diffuse reflection.
Заявляемое техническое решение может быть реализовано с любой ртутной лампой низкого давления, однако в предпочтительном варианте используется амальгамная РЛНД, что, как указано выше, дает значительные преимущества с точки зрения экологии и последующей утилизации использованных ламп. В этом случае источником паров ртути во время работы лампы является по меньшей мере один амальгамный источник атомов ртути, размещенный на внутренней поверхности лампы (для ламп значительной длины может применяться несколько амальгамных источников, представляющих собой фольгу из соответствующего сплава ртути диаметром обычно 5÷8 мм). Температура, при которой концентрация паров ртути в лампе является оптимальной ~ (1÷2)*1014 см-3, составляет обычно 100÷130°С в зависимости от конкретного состава амальгамы, а для лампы в нерабочем состоянии (при комнатной температуре) концентрация паров ртути в ней ничтожна и не представляет угрозы при нарушении герметичности лампы. Если лампа теряет герметичность во время работы, то питание разряда автоматически отключается (опция источника питания) и лампа быстро остывает. При этом в объеме работающей лампы находится не более 6*1016 атомов ртути (для объема лампы 300 см3, например для лампы с наружным диаметром 19 мм длиной 150 см), то есть масса «свободной» ртути в лампе не более 20 мкг, что соответствует ПДК в объеме воздуха ~ 60 м3. Как результат, короткое проветривание помещения вполне достаточно даже если амальгамная лампа потеряет герметичность в процессе работы.The claimed technical solution can be implemented with any mercury lamp of low pressure, however, in the preferred embodiment, the amalgam RLND is used, which, as indicated above, provides significant environmental advantages and the subsequent disposal of used lamps. In this case, the source of mercury vapor during operation of the lamp is at least one amalgam source of mercury atoms located on the inner surface of the lamp (for lamps of considerable length, several amalgam sources can be used, which are a foil of the corresponding mercury alloy with a diameter of usually 5 ÷ 8 mm) . The temperature at which the concentration of mercury vapor in the lamp is optimal ~ (1 ÷ 2) * 10 14 cm -3 is usually 100 ÷ 130 ° C depending on the specific composition of the amalgam, and for a lamp inoperative (at room temperature), the concentration mercury vapor in it is negligible and does not pose a threat in case of violation of the tightness of the lamp. If the lamp loses tightness during operation, the discharge power is automatically turned off (power supply option) and the lamp cools quickly. At the same time, the volume of the working lamp contains no more than 6 * 10 16 mercury atoms (for a lamp volume of 300 cm 3 , for example, for a lamp with an outer diameter of 19 mm, length 150 cm), that is, the mass of "free" mercury in the lamp is not more than 20 μg which corresponds to the maximum concentration limit in the air volume of ~ 60 m 3 . As a result, a short ventilation of the room is quite sufficient even if the amalgam lamp loses its tightness during operation.
Амальгамные РЛНД имеют следующую особенность: для них достаточно сложно реализовать малую мощность излучения при высоком КПД, поскольку погонная мощность энерговклада и, соответственно, излучения должна быть достаточно велика, чтобы обеспечить температуру стенок лампы не меньше рабочей температуры амальгамы. В то же время с заявляемым техническим решением для производительности облучателя ΔV=0,08 м3/c (300 м3/час) вполне достаточна мощность бактерицидного излучения до 3÷4 Вт. Тогда для типичной погонной мощности излучения амальгамных ламп от 0,5 Вт/см достаточно длины положительного столба 6÷8 см, однако в этом случае КПД лампы снизится, как минимум, вдвое, поскольку приэлектродное падение напряжения 12÷14 В превысит напряжение положительного столба разряда в лампе. Таким образом, предпочтительная для высокой эффективности длина межэлектродного расстояния в амальгамной РЛНД >30÷40 см. Снижение погонной мощности излучения за счет значительного уменьшения диаметра лампы, как правило, приводит к быстрому падению ее ресурса.Amalgam RLNDs have the following feature: it is rather difficult for them to realize low radiation power at high efficiency, since the linear power input and, accordingly, radiation should be large enough to ensure that the temperature of the lamp walls is not less than the working temperature of the amalgam. At the same time, with the claimed technical solution for the irradiator performance ΔV = 0.08 m 3 / s (300 m 3 / h), bactericidal radiation power up to 3 ÷ 4 W is quite sufficient. Then, for a typical linear output power of amalgam lamps from 0.5 W / cm, the length of the positive column is 6 ÷ 8 cm, but in this case the lamp efficiency will decrease by at least half, since the near-electrode voltage drop of 12-14 V will exceed the voltage of the positive discharge column in the lamp. Thus, the length of the interelectrode distance in the amalgam RLND, which is preferable for high efficiency, is> 30–40 cm. A decrease in the linear radiation power due to a significant decrease in the diameter of the lamp, as a rule, leads to a rapid drop in its life.
Для решения задачи снижения мощности амальгамной РЛНД при сохранении ее высокой эффективности авторы предлагают учесть, что температура 100÷120°С необходима только в области амальгамного пятна, а вся остальная поверхность лампы может иметь температуру 45÷50°С, для которой концентрация насыщенного пара ртути уже превосходит оптимальную для работы лампы величину (концентрация насыщенного пара ртути 1014 см-3 соответствует температуре 31÷32°С, вдвое большая концентрация - температуре около 40°С). Для поддержания указанной температуры стенок достаточна кратно меньшая погонная мощность в положительном столбе разряда, чем у стандартных амальгамных РЛНД, что позволяет в несколько раз увеличить длину положительного столба для лампы той же мощности излучения и значительно увеличить ее эффективность. Однако в этом случае необходим специальный нагрев участка внутренней поверхности лампы с амальгамным «пятном», для чего ртутная лампа низкого давления имеет по меньшей мере один источник дополнительного нагрева по меньшей мере одного амальгамного источника, размещенный на внешней поверхности лампы в области размещения амальгамного источника. Как показали расчеты и эксперименты авторов, при характерном диаметре амальгамного пятна 5÷8 мм и толщине стенки лампы из кварцевого стекла ~1,5 мм мощности тепловыделения ~ 0,3÷0,4 Вт вполне достаточно для обеспечения необходимой температуры то есть энергопотребление дополнительного источника нагрева амальгамы мало и практически не снижает КПД даже маломощной амальгамной лампы.To solve the problem of reducing the power of amalgam RLND while maintaining its high efficiency, the authors propose to take into account that a temperature of 100 ÷ 120 ° C is necessary only in the area of the amalgam spot, and the rest of the lamp surface may have a temperature of 45 ÷ 50 ° C, for which the concentration of saturated mercury vapor already exceeds the optimum value for the lamp (the concentration of saturated
В предпочтительном варианте амальгамная РЛНД с дополнительным нагревом амальгамы включает колбу из прозрачного для излучения ртутной лампы материала, охватывающую лампу и в оптимальном варианте колба выполнена герметичной. В этом случае воздушный поток через облучатель практически не охлаждает лампу, что позволяет дополнительно снизить потребную погонную мощность тепловыделения и дополнительно увеличить эффективность маломощной амальгамной лампы. Для герметичной дополнительной колбы, заполненной газом с низкой теплопроводностью (например, ксеноном) или откачанной до низкого давления, теплоотдача от стенок лампы дополнительно затруднена, что позволяет еще более снизить погонную мощность излучения такой лампы и увеличить ее эффективность.In a preferred embodiment, the amalgam RLND with additional heating of the amalgam includes a flask made of a material that is transparent to the radiation of a mercury lamp, enclosing the lamp, and, in an optimal embodiment, the flask is sealed. In this case, the air flow through the irradiator practically does not cool the lamp, which allows to further reduce the required linear heat dissipation power and further increase the efficiency of the low-power amalgam lamp. For a sealed additional bulb filled with gas with low thermal conductivity (for example, xenon) or evacuated to low pressure, the heat transfer from the walls of the lamp is additionally hampered, which makes it possible to further reduce the linear radiation power of such a lamp and increase its efficiency.
Один из возможных вариантов реализации описан ниже и представлен на фиг. 6. Ртутная лампа (излучатель) выполнена по стандартной технологии и представляет собой цилиндр 13, предпочтительно небольшого диаметра, например 12÷15 мм, из кварцевого стекла с размещенными на концах трубки электродами 14 (реально это электродный узел с электродами сложной формы, например трифилярными и пр.). На внутренней поверхности лампы, например в ее центральной части, располагают амальгамный источник паров ртути 15 с характерным диаметром 5÷8 мм. На внешней стороне лампы напротив амальгамы, отделенный от нее только стенкой, размещен дополнительный к выделяемому разрядом теплу локальный источник нагрева (тепловыделения) 16, например омического нагрева. Коаксиально с трубкой лампы расположена труба («колба») из кварцевого стекла большего диаметра 17, например с внутренним диаметром 22÷25 мм и толщиной стенки -1,5 мм. С помощью фланцев 18-19, расположенных на торцах этой колбы, она герметично охватывает лампу-излучатель. Промежуток между внешней поверхностью лампы и внутренней поверхностью колбы 20 может быть откачан до низкого давления («вакуума»), чтобы минимизировать теплообмен между стенками лампы и колбы, а также заполнен воздухом или газом с меньшей теплопроводностью, например одним из тяжелых инертных газов.One possible implementation is described below and is shown in FIG. 6. The mercury lamp (emitter) is made by standard technology and is a
При включении лампы параллельно с разогревом электродов и/или начальной стадией протекания разряда в буферном газе с помощью дополнительного источника тепловыделения проводится разогрев участка лампы, на котором размещен амальгамный источник атомов ртути. Для этого может использоваться независимый источник питания, а также, в ряде случаев, дополнительный источник тепловыделения может быть включен в цепь основного разряда между электродами лампы, тока которого при сопротивлении дополнительного омического источника тепла ~ 3 Ом уже может быть достаточно.When the lamp is turned on in parallel with the heating of the electrodes and / or the initial stage of the discharge in the buffer gas, an additional heat source is used to heat up the lamp section on which the amalgam source of mercury atoms is located. An independent power source can be used for this, as well as, in some cases, an additional heat source can be included in the main discharge circuit between the lamp electrodes, the current of which can already be enough for an additional ohmic heat source resistance of ~ 3 Ohms.
В итоге, как показывают эксперименты авторов, удается снизить ток разряда в 4÷7 раз, например от ~1,2 А до ~ 0,2 А в амальгамной ртутной лампе диаметром 15 мм, при этом напряженность поля в положительном столбе разряда значительно увеличивается. Аналогично, высокий КПД амальгамной РЛНД был получен при низкой плотности тока и для ламп большего диаметра. В частности, для описанной выше геометрии и заполненном ксеноном атмосферного давления промежутке между лампой (∅15 мм) и колбой (внутренний ∅22 мм, толщина стенок 1,5 мм) была реализована мощность излучения около 8-9 Вт при межэлектродном расстоянии 780 мм и техническом КПД ~ 45%, то есть для потребляемой лампой мощности около 17÷18 Вт.As a result, as shown by the experiments of the authors, it is possible to reduce the discharge current by 4–7 times, for example, from ~ 1.2 A to ~ 0.2 A in an amalgam mercury lamp with a diameter of 15 mm, while the field strength in the positive column of the discharge increases significantly. Similarly, a high efficiency amalgam RLND was obtained at a low current density and for lamps with a larger diameter. In particular, for the geometry described above and the gap between the lamp (∅15 mm) and the bulb (internal ∅22 mm, wall thickness 1.5 mm) filled with xenon of atmospheric pressure, a radiation power of about 8-9 W was realized at an interelectrode distance of 780 mm and technical efficiency ~ 45%, that is, for the power consumed by the lamp about 17 ÷ 18 watts.
Затрачиваемая на нагрев амальгамы мощность составила в описанных условиях около 0,3 Вт - ее легко реализовать за счет омического нагрева и влияние соответствующих энергетических затрат на КПД излучателя минимально. Более того, при токе лампы ~0,3 А сопротивления омического нагревателя ~ 5 Ом в цепи основного разряда оказывается уже достаточно для дополнительного нагрева амальгамы, в то же время сопротивление положительного столба составляет до 500 Ом (при уменьшении тока напряжение разряда возрастает) и потери на нагрев амальгамы составляют <1%.The power spent on heating the amalgam in the conditions described was about 0.3 W — it is easy to realize due to ohmic heating and the influence of the corresponding energy costs on the efficiency of the emitter is minimal. Moreover, with a lamp current of ~ 0.3 A, the resistance of an ohmic heater ~ 5 Ohms in the main discharge circuit is already sufficient for additional heating of the amalgam, at the same time, the resistance of the positive column is up to 500 Ohms (with a decrease in current, the discharge voltage increases) and losses Amalgams on heating are <1%.
В некоторых случаях необходимую температуру амальгамы возможно также получить за счет размещения амальгамного пятна вблизи (на соответствующем расстоянии) от электродов основного разряда, поскольку температура используемых нагревных электродов превышает 650-700°С и, следовательно, на некотором расстоянии от них температура составляет 100-130°С. Это расстояние для конкретной геометрии лампы может быть определено экспериментально.In some cases, the necessary amalgam temperature can also be obtained by placing the amalgam spot near (at an appropriate distance) from the electrodes of the main discharge, since the temperature of the used heating electrodes exceeds 650-700 ° C and, therefore, at a certain distance from them, the temperature is 100-130 ° C. This distance for a specific geometry of the lamp can be determined experimentally.
Уменьшение погонной мощности обеспечивается за счет снижения тока разряда и, соответственно, концентрации электронов и положительных ионов в разряде. Это позволяет повысить как эффективность амальгамной РЛНД (увеличивается температура электронного газа и эффективность возбуждения атомов ртути, снижается влияние электронного тушения), так и ее ресурс за счет снижения частоты ионной бомбардировки стенок лампы, приводящей к снижению ее прозрачности для бактерицидного излучения.The reduction in linear power is provided by reducing the discharge current and, accordingly, the concentration of electrons and positive ions in the discharge. This makes it possible to increase both the efficiency of amalgam RLND (the temperature of the electron gas and the excitation efficiency of mercury atoms increase, the influence of electronic quenching decreases) and its life by reducing the frequency of ion bombardment of the lamp walls, which reduces its transparency for bactericidal radiation.
Рост эффективности и ресурса описанной амальгамной РЛНД приводит, в том числе, к значительному снижению эксплуатационных расходов на заявляемый авторами бактерицидный облучатель, особенно с учетом того обстоятельства, что основные компоненты бактерицидных облучателей умеренной производительности от вентилятора до источника питания излучателя имеют ресурс в несколько раз больший, чем ресурс современных амальгамных ламп ~12 тыс.часов (сменные противопылевые фильтры, конечно, имеют относительно низкий ресурс, но и низкую стоимость при простоте замены).The increase in the efficiency and resource of the described amalgam RLND leads, among other things, to a significant reduction in operating costs for the bactericidal irradiator claimed by the authors, especially taking into account the fact that the main components of bactericidal irradiators of moderate performance from the fan to the radiator power supply have a resource several times longer, than the resource of modern amalgam lamps ~ 12 thousand hours (replaceable dust filters, of course, have a relatively low resource, but also low cost at replacement height).
Для ряда микроорганизмов облучение широкополосным или многочастотным бактерицидным излучением обеспечивает более высокую степень стерилизации при той же суммарной дозе ([3]). С целью реализовать указанную возможность в одном из вариантов заявляемого технического решения наряду с ртутной лампой низкого давления в состав бактерицидного облучателя включают по меньшей мере один источник бактерицидного ультрафиолетового излучения, представляющий собой эксимерную лампу. Предпочтительными вариантами являются лампы на переходах молекул XeBr* (~ 280 нм), KrCl* (~ 222 нм), возможно также использование переходов на близких к 254 нм полосах молекул KrF* (~ 248 нм), XeI* (~ 253 нм) и Cl2* (~ 258 нм).For a number of microorganisms, irradiation with broadband or multi-frequency bactericidal radiation provides a higher degree of sterilization at the same total dose ([3]). In order to realize the indicated possibility, in one of the variants of the claimed technical solution, along with a low-pressure mercury lamp, at least one bactericidal ultraviolet radiation source is an excimer lamp. Preferred options are lamps on transitions of XeBr * molecules (~ 280 nm), KrCl * (~ 222 nm), it is also possible to use transitions on bands of KrF * (~ 248 nm), XeI * (~ 253 nm) and close to 254 nm Cl2 * (~ 258 nm).
Важным свойством сред эксимерных ламп является отсутствие сколько-нибудь заметного поглощения как собственного излучения, так и поглощения излучения ртутной лампы на длине волны 254 нм, аналогично и ртутная лампа не поглощает излучение эксимерных ламп. Как результат, эксимерная лампа не вносит дополнительных потерь в объем бактерицидного облучателя с диффузно отражающей внутренней поверхностью, не снижает эффективность использования РЛНД и, в свою очередь, может быть размещена практически в любой области такого облучателя.An important property of excimer lamp media is the absence of any noticeable absorption of both intrinsic radiation and the absorption of radiation from a mercury lamp at a wavelength of 254 nm; similarly, a mercury lamp does not absorb radiation from excimer lamps. As a result, an excimer lamp does not introduce additional losses into the volume of a bactericidal irradiator with a diffusely reflecting inner surface, does not reduce the efficiency of using RLND, and, in turn, can be placed in almost any area of such an irradiator.
Диффузно отражающие маетриалы и покрытия имеют достаточно стабильный коэффициент отражения в широком диапазоне длин волн, причем во многих случаях коэффициент отражения таких материалов возрастает при увеличении длины волны в области 250÷300 нм, что согласуется с данными авторов. В результате, с учетом отсутствия поглощения в объеме облучателя, для эксимерной лампы на XeBr* эффективный коэффициент усиления излучения в заявляемом облучателе значительно выше, чем для РЛНД, с учетом фактора (1+R) достигаются значения усиления 30÷35 и выше. Фактически это означает существенно большую эффективность использования света указанной эксимерной молекулы по сравнению с излучением резонансной линии ртути 254 нм, что увеличивает синергетической эффект при стерилизации воздушного потока таким многочастотным излучением. Как следствие, мощность излучения эксимерной лампы и потребляемая такой лампой мощность источника питания могут быть значительно снижены. В итоге при сопоставимом энергопотреблении такого бактерицидного облучателя с несколькими различными излучателями степень стерилизации может быть увеличена, что особенно важно для помещений медицинского назначения (больничные палаты, операционные), помещений с детьми (детские сады, школы) и пр.Diffuse reflecting materials and coatings have a fairly stable reflection coefficient in a wide range of wavelengths, and in many cases the reflection coefficient of such materials increases with increasing wavelength in the region of 250–300 nm, which is consistent with the authors' data. As a result, taking into account the absence of absorption in the volume of the irradiator, for the XeBr * excimer lamp, the effective radiation gain in the inventive irradiator is much higher than for RLND, taking into account the factor (1 + R), gain values of 30 ÷ 35 and higher are achieved. In fact, this means a significantly greater efficiency in the use of light of the indicated excimer molecule in comparison with the radiation of the resonance mercury line of 254 nm, which increases the synergistic effect when sterilizing the air stream with such multi-frequency radiation. As a result, the radiation power of an excimer lamp and the power consumption of such a lamp can be significantly reduced. As a result, with comparable energy consumption of such a bactericidal irradiator with several different emitters, the degree of sterilization can be increased, which is especially important for medical facilities (hospital wards, operating rooms), rooms with children (kindergartens, schools), etc.
Охватывающие РЛНД прозрачные колбы известны и широко применяются, например, в системах бактерицидной обработки воды и в качестве защитного футляра предохраняют поверхность лампы от загрязнений, выполняя также функцию теплоизолятора от достаточно холодного водного потока, при этом выделяемая в разряде мощность сама по себе достаточна для нагрева поверхности лампы до требуемой для амальгамы температуры. Дополнительный источник для нагрева амальгамы был предложен в патенте US 2004/0232846 ([16]) прежде всего для обеспечения оптимального температурного режима именно амальгамы при изменении температуры обрабатываемого потока, например в случае изменения температуры облучаемой воды от холодной до горячей. Нужно заметить, что на практике подобные ситуации практически не возникают, поскольку системы очистки весьма специализированы, а при стерилизации воздуха в помещениях его температура вообще изменяется незначительно. В случае [16] мощность тепловыделения в лампе достаточно высока и, соответственно, теплоизолирующие свойства промежутка между двумя стенками (лампы и колбы) никак не регламентированы. КПД и ресурс лампы также не меняются. Кроме того, укажем, что современные амальгамы обеспечивают достаточно стабильную концентрацию паров ртути в широком диапазоне температур, от ~ 100°С до ~140°С, что решает сформулированную в [16] задачу без использования дополнительных источников нагрева амальгамы и что невозможно в заявляемом техническом решении, когда теплоизолирующая колба используется при обработке воздушного потока. То есть, сопровождающее введение дополнительного (к тепловыделению в разряде) нагрева амальгамы и теплоизолирующей колбы резкое, многократное снижение тока разряда является принципиально важным отличием предлагаемого авторами варианта, обеспечивающим рост КПД и ресурса работы амальгамной РЛНД в составе бактерицидного облучателя.Transparent flasks that enclose RLND are known and widely used, for example, in bactericidal water treatment systems and protect the lamp surface from contamination as a protective case, also performing the function of a heat insulator from a sufficiently cold water stream, while the power released in the discharge itself is sufficient to heat the surface lamps to the temperature required for the amalgam. An additional source for heating the amalgam was proposed in US 2004/0232846 ([16]) primarily to ensure the optimal temperature regime of the amalgam specifically when the temperature of the treated stream changes, for example, if the temperature of the irradiated water changes from cold to hot. It should be noted that in practice such situations practically do not arise, since the cleaning systems are very specialized, and when sterilizing air in rooms, its temperature generally changes slightly. In the case of [16], the heat dissipation power in the lamp is quite high and, accordingly, the heat-insulating properties of the gap between two walls (lamps and flasks) are not regulated in any way. Efficiency and lamp life also do not change. In addition, we point out that modern amalgams provide a fairly stable concentration of mercury vapor in a wide temperature range, from ~ 100 ° C to ~ 140 ° C, which solves the problem formulated in [16] without the use of additional sources of heating of the amalgam and which is impossible in the claimed technical the solution when the insulating flask is used in the processing of the air flow. That is, the accompanying introduction of additional (to the heat in the discharge) heating of the amalgam and the heat insulating flask, a sharp, multiple decrease in the discharge current is a fundamentally important difference between the authors proposed option, which increases the efficiency and service life of the amalgam RLND in the composition of the bactericidal irradiator.
Важно указать, что предлагаемый авторами вариант реализации амальгамной РЛНД с малой погонной мощностью представляет практический интерес именно для бактерицидного облучателя, корпус которого выполнен согласно заявляемому техническому решению и обеспечивает резкий рост бактерицидной эффективности, что и позволяет кратно уменьшить мощность источника бактерицидного излучения. Практически во всех других случаях целью производителей амальгамных РЛНД является увеличение погонной мощности этого источника света, в связи с чем предлагаются технические решения по дополнительному охлаждению (а не нагреву) амальгамы.It is important to indicate that the authors proposed option for implementing amalgam RLND with low linear power is of practical interest specifically for the bactericidal irradiator, the casing of which is made according to the claimed technical solution and provides a sharp increase in bactericidal efficiency, which allows a multiple decrease in the power of the bactericidal radiation source. In almost all other cases, the goal of amalgam RLND manufacturers is to increase the linear power of this light source, and therefore technical solutions are proposed for additional cooling (rather than heating) of the amalgam.
Кроме того, авторами обнаружено, что поглощение собственного резонансного излучения ртутной лампой низкого давления в существенной степени влияет на интенсивность излучения в полости с диффузно отражающей внутренней поверхностью, что ограничивает соотношение размеров лампы и облучателя, а также определяет оптимальные геометрию облучателя и расположение РЛНД в нем.In addition, the authors found that the absorption of intrinsic resonance radiation by a low-pressure mercury lamp significantly affects the radiation intensity in a cavity with a diffusely reflecting inner surface, which limits the ratio of the size of the lamp to the irradiator, and also determines the optimal irradiator geometry and the location of the RLND in it.
Вариант применения по существу диффузно-отражающей поверхности корпуса бактерицидного облучателя позволяет, как показано авторами, также резко снизить потребную мощность излучения эксимерной лампы при ее использовании в качестве дополнительного источника бактерицидного ультрафиолетового света. Уменьшение мощности излучения для эксимерных ламп предпочтительно может быть достигнуто за счет уменьшения тока разряда без применения описанных выше технических решений для амальгамной РЛНД (дополнительный источник нагрева, термоизоляция). Это связано с тем, что уже при комнатной температуре давление насыщенных паров типичных галогенсодержащих молекул, вводимых в состав рабочей среды (Br2, I2, IBr, Cl2 и пр.), является достаточным для эффективной работы эксимерной лампы. Как известно и также подтверждено авторами заявки, при уменьшении тока разряда КПД эксимерной лампы увеличивается. Кроме того, при уменьшении мощности энерговклада и тока разряда и, как следствие, уменьшении концентрации реакционно-активных атомов и ионов галогенов, весьма вероятно увеличение ресурса эксимерной лампы. Отметим, что концентрации активных частиц в плазме тлеющего или емкостного разряда для постоянного состава газовой смеси в первом приближении пропорциональна (j - плотность тока разряда), то есть при уменьшении тока в 4 раза концентрация частиц, вызывающих деградацию лампы, падает приблизительно вдвое.The use of the substantially diffuse-reflecting surface of the bactericidal irradiator housing allows, as shown by the authors, also to drastically reduce the required radiation power of an excimer lamp when it is used as an additional source of bactericidal ultraviolet light. Reducing the radiation power for excimer lamps can preferably be achieved by reducing the discharge current without using the technical solutions described above for amalgam RLND (additional heat source, thermal insulation). This is due to the fact that even at room temperature the saturated vapor pressure of typical halogen-containing molecules introduced into the working medium (Br 2 , I 2 , IBr, Cl2, etc.) is sufficient for the efficient operation of an excimer lamp. As is known and also confirmed by the authors of the application, when the discharge current decreases, the excimer lamp efficiency increases. In addition, with a decrease in the power input and discharge current and, as a consequence, a decrease in the concentration of reactive atoms and halogen ions, an increase in the lifetime of an excimer lamp is very likely. Note that the concentration of active particles in a glow or capacitive discharge plasma for a constant composition of the gas mixture is proportional to a first approximation (j is the discharge current density), i.e., when the current is reduced by a factor of 4, the concentration of particles causing lamp degradation drops by about half.
Далее, поскольку напряженность поля в разряде эксимерной лампы слабо зависит от тока (от концентрации электронов) и определяется прежде всего составом газовой смеси, то уменьшение тока разряда означает соответствующий рост сопротивления разрядного промежутка. Это, в частности, позволяет для слаботочных эксимерных ламп эффективно использовать емкостной разряд ([5]), обеспечивающий более высокий ресурс работы эксимерных ламп, по крайней мере на йод и бромсодержащих галогенидах.Further, since the field strength in the discharge of an excimer lamp weakly depends on the current (on the electron concentration) and is determined primarily by the composition of the gas mixture, a decrease in the discharge current means a corresponding increase in the resistance of the discharge gap. This, in particular, makes it possible to efficiently use capacitive discharge for low-current excimer lamps ([5]), which provides a higher service life of excimer lamps, at least for iodine and bromine-containing halides.
Далее техническое решение поясняется с помощью примеров, которыми оно однако не ограничено.Further, the technical solution is illustrated using examples, which however it is not limited.
Использовалась безозоновая амальгамная ртутная лампы низкого давления диаметром 15 мм и межэлектродной длиной 780 мм. На внутренней поверхности лампы вблизи ее середины располагалось амальгамное «пятно» диаметром около 7 мм. В штатном режиме работы, выход на который происходил за ~ 3 минуты, потребляемая от сети мощность ≈140 Вт при мощности бактерицидного излучения на длине волны 253,7 нм около 44 Вт, технический КПД около 31,5%. Ток источника питания лампы можно было видоизменять (уменьшать) с помощью специального пульта управления, что позволяло варьировать мощность ультрафиолетового излучения в пределах 35÷44 Вт, большинство экспериментов проводилось при мощности бактерицидного излучения 40 Вт. Мощность излучения лампы при разной мощности разряда определялась в отсутствие корпуса (в свободном пространстве) с помощью известной формулы Кейтца.A low-pressure mercury-free amalgam mercury lamp with a diameter of 15 mm and an interelectrode length of 780 mm was used. An amalgam "spot" with a diameter of about 7 mm was located on the inner surface of the lamp near its middle. In the normal mode of operation, the output to which took place in ~ 3 minutes, the power consumed from the network was ≈140 W at a bactericidal radiation power at a wavelength of 253.7 nm of about 44 W, and the technical efficiency was about 31.5%. The current of the lamp power supply could be modified (decreased) using a special control panel, which allowed varying the power of ultraviolet radiation within 35 ÷ 44 W; most of the experiments were carried out with a bactericidal radiation power of 40 W. The radiation power of the lamp at different discharge powers was determined in the absence of a housing (in free space) using the well-known Keitz formula.
Эксимерная лампа представляла собой кварцевый цилиндр с внешним диаметром 15 мм и внутренним диаметром 12,6 мм, излучающую на полосе В-Х молекулы XeBr* с максимумом около 280 нм. Лампа возбуждалась слаботочным тлеющим разрядом, межэлектродное расстояние составляло 60 см, за счет изменения тока разряда мощность излучения эксимерной лампы могла изменяться в пределах 0(1)÷20 Вт. Крепление лампы внутри облучателя было выполнено из тефлона, электродные узлы также были закрыты тефлоновыми трубками.The excimer lamp was a quartz cylinder with an external diameter of 15 mm and an internal diameter of 12.6 mm emitting in the BX band of the XeBr * molecule with a maximum of about 280 nm. The lamp was excited by a low-current glow discharge, the interelectrode distance was 60 cm, and due to a change in the discharge current, the radiation power of the excimer lamp could vary within 0 (1) ÷ 20 W. The lamp mount inside the irradiator was made of Teflon, the electrode assemblies were also closed with Teflon tubes.
Корпус облучателя в большинстве экспериментов представлял собой трубу разного диаметра длиной 1000 мм, изготовленную из тефлонового (PTFE) листа толщиной 3 мм; лампа располагалась по оси корпуса симметрично относительно его входа и выхода, крепление лампы было выполнено из тефлона, электродные узлы лампы также были закрыты тефлоновыми трубками.In most experiments, the body of the irradiator was a tube of different diameters 1000 mm long, made of 3 mm thick Teflon (PTFE) sheet; the lamp was located on the axis of the housing symmetrically with respect to its entrance and exit; the lamp was mounted in Teflon; the electrode assemblies of the lamp were also closed with Teflon tubes.
Интенсивность излучения на поверхности корпуса могла отдельно измеряться специальным приемником излучения диаметром 4 мм с косинус-корректором, вставлявшимся в отверстие в корпусе диаметром 6 мм. Такие отверстия были выполнены в различных участках корпуса и без приемника излучения закрывались специальными тефлоновыми пробками, чтобы минимизировать влияние на распределение световых потоков в корпусе облучателя. За счет спектрального разложения в приемнике интенсивность падающего на поверхность корпуса облучателя бактерицидного излучения могла измеряться отдельно на длине волны резонансного излучения атома ртути и в полосе излучения эксимерной молекулы XeBr*, далее полученные значения усреднялись по всем положениям приемника.The radiation intensity on the surface of the housing could be separately measured by a special radiation receiver with a diameter of 4 mm with a cosine corrector inserted into the hole in the housing with a diameter of 6 mm. Such holes were made in various parts of the casing and, without a radiation receiver, were closed with special Teflon plugs to minimize the effect on the distribution of light fluxes in the irradiator casing. Due to spectral decomposition in the receiver, the intensity of the bactericidal radiation incident on the surface of the irradiator casing could be measured separately at the wavelength of the resonance radiation of the mercury atom and in the radiation band of the XeBr * excimer molecule, and then the obtained values were averaged over all positions of the receiver.
Воздушный поток направлялся в облучатель с помощью вентиляторов с различным расходом воздуха. В части экспериментов на вход и выход корпуса облучателя устанавливались соответствующие диффузоры/конфузоры в соответствии с фиг. 2.Air flow was directed into the irradiator using fans with different air flow rates. In part of the experiments, the corresponding diffusers / confusers in accordance with FIG. 2.
1. При внутреннем диаметре цилиндрического корпуса облучателя 152 мм (d/D ≈ 10) и мощности излучения лампы около 40 Вт интенсивность падающего на поверхность облучателя светового потока увеличилась в ~ 7 раз по сравнению со случаем открытой лампы (≈ 9 мВт/см2). Соответственно, интенсивность излучения внутри облучателя увеличилась в ~ 13 раз с учетом фактора (1+R), R ~ 0,9. При этом затраты мощности на прокачку воздушного потока с расходом воздуха 300 м3/час составили около 7 Вт, а общие затраты мощности - до 150 Вт.1. With an inner diameter of the cylindrical case of the irradiator 152 mm (d / D ≈ 10) and a radiation power of the lamp of about 40 W, the intensity of the light flux incident on the surface of the irradiator increased ~ 7 times compared with the case of an open lamp (≈ 9 mW / cm 2 ) . Accordingly, the radiation intensity inside the irradiator increased ~ 13 times taking into account the factor (1 + R), R ~ 0.9. At the same time, the power consumption for pumping the air flow with an air flow of 300 m 3 / h was about 7 W, and the total power consumption was up to 150 W.
Бактерицидная доза при такой производительности составила, ориентировочно (предполагая однородность света по объему облучателя): Q=63 [мВт/см2] * 1,9 * 1500π [см2] * 3600 [с] / 300 [м3] ≈ 6700 Дж/м3, второй сомножитель - это фактор (1+R), третий - площадь внутренней поверхности облучателя. Это во много раз больше бактерицидной дозы, которая была бы создана в стандартном облучателе-рециркуляторе со стенками из алюминия или нержавеющей стали: принимая достаточно высокое для таких закрытых облучателей значение коэффициента использования бактерицидного потока Kф=0,5, получим Q=40 [Вт] * 3600 [с] 0,5 / 300 [м3]=240 Дж/м3, чего не достаточно даже для качественной стерилизации золотистого стафилококка (необходимая для степени стерилизации 99,9% мощность лампы в полтора раза больше - около 60 Вт).The bactericidal dose at this rate was approximately (assuming uniformity of light over the volume of the irradiator): Q = 63 [mW / cm 2 ] * 1.9 * 1500π [cm 2 ] * 3600 [s] / 300 [m 3 ] ≈ 6700 J / m 3 , the second factor is the factor (1 + R), the third is the area of the inner surface of the irradiator. This is many times more than the bactericidal dose that would be created in a standard irradiator-recirculator with aluminum or stainless steel walls: assuming a bactericidal flux utilization coefficient K f = 0.5 high enough for such closed irradiators, we get Q = 40 [W ] * 3600 [s] 0.5 / 300 [m 3 ] = 240 J / m 3 , which is not enough even for high-quality sterilization of Staphylococcus aureus (the lamp power required for the degree of sterilization of 99.9% is one and a half times greater - about 60 W )
При изготовлении аналогичного по геометрии облучателя из тефлона толщиной 1 мм выигрыш в интенсивности падающего на поверхность облучателя светового потока составил ~ 3,5 раза раза по сравнению со случаем открытой лампы. Существенно меньший выигрыш обусловлен тем обстоятельством, что диффузное отражение в тефлоне и его сополимерах (включая экспандированный тефлон) имеет объемный характер и, таким образом, для обеспечения достаточно высокого эффективного коэффициента отражения необходим слой такого материала достаточной толщины. Согласно нашим измерениям, для экспандированного фторопласта (тефлона) толщина слоя 1 мм является уже достаточной, для «обычного» тефлона предпочтительна толщина слоя ≥2 мм. Отметим, что при одинаковых механических и электрофизических свойствах фторопластов, изготовленных по разным технологиям, потребная для целей заявляемого технического решения толщина слоя тефлона может существенно отличаться, для конкретной технологии изготовления потребная толщина слоя определяется экспериментально. Здесь также полезно дополнительно указать важность контроля чистоты используемого тефлона, поскольку при наличии поглощающих в бактерицидной области спектра примесей («грязи» и поглощающих сополимеров, а также других поглощаюших примесей) именно поглощение излучения ограничивает возможную толщину материала корпуса облучателя. Например, при коэффициенте поглощения излучения на 254 нм δ=10 см-1 (коэффициент поглощения может быть и на порядки больше) использование слоя такого материала с толщиной >1 мм уже не имеет смысла. Такое же замечание относится к чистоте и технологии нанесения диффузно отражающих покрытий.In the manufacture of a 1 mm-thick Teflon-type irradiator similar in geometry, the gain in the intensity of the light flux incident on the irradiator surface was ~ 3.5 times compared with the case of an open lamp. A much smaller gain is due to the fact that the diffuse reflection in Teflon and its copolymers (including expanded Teflon) is three-dimensional in nature and, therefore, to ensure a sufficiently high effective reflection coefficient, a layer of such material of sufficient thickness is required. According to our measurements, for an expanded fluoroplastic (Teflon), a layer thickness of 1 mm is already sufficient; for "ordinary" Teflon, a layer thickness of ≥2 mm is preferred. Note that with the same mechanical and electrophysical properties of fluoroplastics made using different technologies, the teflon layer thickness required for the purposes of the claimed technical solution can vary significantly, for a specific manufacturing technology the required layer thickness is determined experimentally. It is also useful to additionally indicate the importance of controlling the purity of the used Teflon, since in the presence of impurities absorbing in the bactericidal region of the spectrum (“dirt” and absorbing copolymers, as well as other absorbing impurities), it is radiation absorption that limits the possible thickness of the material of the irradiator body. For example, with a radiation absorption coefficient at 254 nm δ = 10 cm -1 (the absorption coefficient can be several orders of magnitude higher), the use of a layer of such a material with a thickness> 1 mm no longer makes sense. The same remark applies to the cleanliness and technology of applying diffusely reflective coatings.
При внутреннем диаметре цилиндрического корпуса облучателя 90 мм (d/D ≈ 6) интенсивность падающего на поверхность облучателя светового потока дополнительно увеличилась до ≈ 95 мВт/см2 - в ~ 1,5 раз по по сравнению с интенсивностью на поверхности облучателя с внутренним диаметром 152 мм. Однако при этом радиус облучателя снизился в ≈1,7 раза (площадь сечения облучателя уменьшилась в 2,8 раза) и, таким образом, фактическая эффективность использования излучения РЛНД снизилась несмотря на уменьшение геометрических потерь излучения на входе и выходе из зоны облучателя с диффузно отражающей внутренней поверхностью. Кроме того, затраты мощности на прокачку воздуха с той же производительностью 300 м3/час увеличились до ~ 65 Вт. При последующем уменьшении внутреннего диаметра облучателя до 60 мм (d/D ≈ 4) эффективность использования излучения РЛНД уменьшилась еще на 30%.When the inner diameter of the cylindrical body of the irradiator is 90 mm (d / D ≈ 6), the intensity of the light flux incident on the surface of the irradiator additionally increased to ≈ 95 mW / cm 2 - by ~ 1.5 times in comparison with the intensity on the surface of the irradiator with an internal diameter of 152 mm However, in this case, the radius of the irradiator decreased by ≈1.7 times (the cross-sectional area of the irradiator decreased by 2.8 times) and, thus, the actual efficiency of the use of RLND radiation decreased despite a decrease in geometric radiation losses at the entrance and exit of the diffuser-reflecting irradiator zone inner surface. In addition, the power consumption for pumping air with the same capacity of 300 m 3 / h increased to ~ 65 watts. With a subsequent decrease in the internal diameter of the irradiator to 60 mm (d / D ≈ 4), the efficiency of the use of RLND radiation decreased by another 30%.
При сдвиге оси РЛНД на 25 мм от оси цилиндрического облучателя диаметром 90 мм средняя по поверхности облучателя интенсивность падающего бактерицидного излучения составила 80 мВт/см2, то есть уменьшилась более чем на 15%. Кроме того, увеличилась неоднородность распределения света по поверхности (и, следовательно, объему, облучателя). Аналогично, интенсивность падающего на внутреннюю поверхность облучателя излучения снизилась на 10-12% в случае, когда сечение облучателя было близким к квадратному со стороной 80 мм (площадь такого квадрата близка к площади круга диаметром 90 мм).When the RLND axis was shifted by 25 mm from the axis of a cylindrical irradiator with a diameter of 90 mm, the average incident bactericidal intensity over the irradiator surface was 80 mW / cm 2 , i.e., decreased by more than 15%. In addition, the heterogeneity of the distribution of light over the surface (and, consequently, the volume of the irradiator) increased. Similarly, the intensity of radiation incident on the inner surface of the irradiator decreased by 10-12% when the irradiator cross section was close to square with a side of 80 mm (the area of such a square is close to the area of a circle with a diameter of 90 mm).
При использовании на входе и выходе из цилиндрического облучателя диаметром 152 мм достаточно коротких диффузора и конфузора (в соответствии с фиг. 2, длина конфузора и диффузора по потоку около 80 мм каждый) с проходным диаметром 100 мм из того же тефлона толщиной 3 мм интенсивность падающего на поверхность облучателя светового потока увеличилась в ~ 7,5 раз по сравнению со случаем открытой лампы (до ≈ 68 мВт/см2) плюс на ~ 20% увеличилась площадь диффузно отражающей внутренней поверхности облучателя (увеличился и его объем), то есть дополнительный выигрыш в бактерицидной дозе составил около 25% по сравнению с цилиндрической геометрией, на такую же величину потенциально может быть уменьшена потребляемая лампой мощность (на ~ 35 Вт) при той же степени (дозе) стерилизации. При этом затраты мощности на прокачку воздушного потока с расходом воздуха 300 м3/час составили около 11 Вт, увеличившись только на ~ 4 Вт.When using rather short diffuser and confuser (in accordance with Fig. 2, the length of the confuser and diffuser in the flow is about 80 mm each) with a passage diameter of 100 mm from the same Teflon with a thickness of 3 mm, the incident intensity the light flux to the surface of the irradiator increased ~ 7.5 times compared with the case of an open lamp (up to ≈ 68 mW / cm 2 ) plus the area of the diffusely reflecting inner surface of the irradiator increased by ~ 20% (its volume also increased), i.e. the gain in the bactericidal dose was about 25% compared with the cylindrical geometry; the power consumed by the lamp could potentially be reduced by the same amount (by ~ 35 W) at the same degree (dose) of sterilization. At the same time, the power consumption for pumping the air flow with an air flow of 300 m 3 / h amounted to about 11 W, increasing only by ~ 4 W.
2. В облучателе в виде цилиндра с внутренним диаметром 152 мм располагались как амальгамная РЛНД, так и эксимерная лампа на XeBr*, причем РЛНД размещалась на оси облучателя, а эксимерная лампа в 45 мм от оси облучателя.2. In the irradiator in the form of a cylinder with an internal diameter of 152 mm, both the amalgam RLND and the XeBr * excimer lamp were located, with the RLND placed on the axis of the irradiator and the excimer lamp 45 mm from the axis of the irradiator.
Измерения показали, что включение эксимерной лампы при работающей РЛНД не влияет на интенсивность падающего на поверхность облучателя света с длиной волны 254 нм (излучения ртутной лампы). Аналогично, включение РЛНД при работающей эксимерной лампе не влияет на интенсивность падающего на поверхность облучателя света с длиной волны около 280 нм (излучения эксимерной лампы).The measurements showed that the inclusion of an excimer lamp with the RLND operating does not affect the intensity of the light incident on the surface of the irradiator with a wavelength of 254 nm (radiation from a mercury lamp). Similarly, the inclusion of RLND when the excimer lamp is operating does not affect the intensity of light incident on the surface of the irradiator with a wavelength of about 280 nm (excimer lamp radiation).
3. Как указано в примере 1, уже для цилиндрического корпуса облучателя диаметром 152 мм при мощности излучения РЛНД 40 Вт и производительности 300 м3/час генерируемая бактерицидная доза в ~ 15 раз превышает достаточную для степени стерилизации золотистого стафилококка 99,9%, при этом затраты мощности на бактерицидное излучение составляют около 140 Вт, а на прокачку воздуха - 7 Вт. Существенное, например, в 5÷10 раз, увеличение производительности такого облучателя, исходя из значения бактерицидной дозы, потребовало бы резкого роста затрат на прокачку (в первом приближении пропорционально ΔV3), кроме того для помещений объемом ~ 200 (до 500) м3 такой производительности просто не требуется.3. As indicated in example 1, already for a cylindrical case of an irradiator with a diameter of 152 mm with an RLND radiation power of 40 W and a productivity of 300 m 3 / h, the generated bactericidal dose is ~ 15 times higher than 99.9% sufficient for the degree of sterilization of Staphylococcus aureus, while power consumption for bactericidal radiation is about 140 watts, and for pumping air - 7 watts. A significant, for example, 5–10 times increase in the productivity of such an irradiator, based on the value of the bactericidal dose, would require a sharp increase in pumping costs (in the first approximation, proportional to ΔV 3 ), in addition, for rooms with a volume of ~ 200 (up to 500) m 3 such performance is simply not required.
Таким образом, для облучателей указанной производительности согласно заявляемому техническому решению актуальной является задача резкого снижения мощности излучения амальгамной РЛНД при сохранении и даже увеличении ее КПД. Эта задача может быть решена в предложенном авторами варианте выполнения амальгамной РЛНД с дополнительным нагревом амальгамы.Thus, for irradiators of the indicated capacity according to the claimed technical solution, the urgent task is to drastically reduce the radiation power of the amalgam RLND while maintaining and even increasing its efficiency. This problem can be solved in the embodiment of the amalgam RLND proposed by the authors with additional heating of the amalgam.
Для описанной выше РЛНД применялся дополнительный нагрев амальгамы расположенным на внешней поверхности лампы «напротив» амальгамного пятна источником тепловыделения мощностью около 0,3 Вт. Лампу герметично охватывала цилиндрическая кварцевая трубка (колба) с внутренним диаметром 25 мм и наружным диаметром 28 мм, промежуток между лампой и внешней кварцевой колбой был заполнен ксеноном атмосферного давления или мог быть откачан. При токе разряда ~ 0,15 А потребление мощности лампой составило ≈18 Вт, а мощность ультрафиолетового излучения - 8÷8,5 Вт. Таким образом, технический КПД лампы составил ~ 45%, что для производительности облучателя 300 м3/с обеспечило бактерицидную дозу ~ 1300 Дж/м3 и очень высокую степень стерилизации при общей потребляемой мощности около 25 Вт вместо 150 Вт - затраты мощности на стерилизацию (со степенью стерилизации выше 99,9% по золотистому стафилококку) 1 кубометра воздуха в час составляют менее 0,1 Вт по сравнению с ~ 1 Вт/(м3/час) у коммерческих закрытых рециркуляторов и ~ 0,5 Вт/(м3/час) в прототипе.For the RLND described above, additional heating of the amalgam was used, located on the outer surface of the lamp "opposite" to the amalgam spot, a heat source with a power of about 0.3 watts. The lamp was sealed by a cylindrical quartz tube (bulb) with an inner diameter of 25 mm and an outer diameter of 28 mm, the gap between the lamp and the outer quartz bulb was filled with atmospheric pressure xenon or could be pumped out. At a discharge current of ~ 0.15 A, the lamp power consumption was ≈18 W, and the ultraviolet radiation power was 8 ÷ 8.5 W. Thus, the technical efficiency of the lamp was ~ 45%, which ensured a bactericidal dose of ~ 1300 J / m 3 and a very high degree of sterilization with a total power consumption of about 25 W instead of 150 W for the irradiator productivity of 300 m 3 / s ( with a degree of sterilization above 99.9% for Staphylococcus aureus) 1 cubic meter of air per hour is less than 0.1 W compared to ~ 1 W / (m 3 / h) for commercial indoor recirculators and ~ 0.5 W / (m 3 / hour) in the prototype.
Таким образом, техническим результатом, обеспечиваемым приведенной в заявляемой полезной модели совокупностью признаков, является оптимизация закрытых бактерицидных облучателей, а именно значительное увеличение их эффективности при уменьшении энергопотребления, а также снижение стоимости таких облучателей. Кроме того, использование амальгамных ртутных ламп с дополнительным источником нагрева амальгамы в облучателях умеренной производительности обеспечивает рост ресурса таких ламп и, следовательно, значительный рост ресурса бактерицидного облучателя, как целого.Thus, the technical result provided by the combination of features provided in the claimed utility model is the optimization of closed bactericidal irradiators, namely, a significant increase in their effectiveness while reducing energy consumption, as well as reducing the cost of such irradiators. In addition, the use of amalgam mercury lamps with an additional source of amalgam heating in moderate irradiators provides an increase in the life of such lamps and, therefore, a significant increase in the life of a bactericidal irradiator as a whole.
Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели и известных аналогов выявляет наличие отличительных признаков по сравнению с наиболее близким аналогом, что обеспечивает ей соответствие критерию «новизна».A comparative analysis of the claimed utility model and known analogues reveals the presence of distinctive features in comparison with the closest analogue, which ensures that it meets the criterion of "novelty."
Возможность создания заявляемого бактерицидного облучателя на базе известных комплектующих и технологий (например, листов или труб из тефлона необходимой толщины и чистоты, технологии формирования диффузно отражающего покрытия с коэффициентом отражения 90÷95% в бактерицидном диапазоне спектра, амальгамных РЛНД и эксимерных ламп и пр.), как и возможность изготовления описанного в заявке варианта амальгамной лампы с дополнительным источником нагрева амальгамы и герметичным теплоизолирующим прозрачным для излучения колпаком обеспечивает заявляемому техническому решению соответствие критерию «промышленная применимость», некоторые конкретные варианты его реализации были описаны выше.The ability to create the inventive bactericidal irradiator based on well-known components and technologies (for example, Teflon sheets or pipes of the required thickness and purity, technology for forming a diffusely reflecting coating with a reflection coefficient of 90 ÷ 95% in the bactericidal range of the spectrum, amalgam RLND and excimer lamps, etc.) , as well as the possibility of manufacturing the variant of the amalgam lamp described in the application with an additional amalgam heating source and a sealed heat-insulating cap transparent for radiation, providing so the claimed technical solution complies with the criterion of "industrial applicability", some specific embodiments thereof have been described above.
Для удовлетворения каких-либо возможных конкретных требований могут быть выполнены очевидные для квалифицированных специалистов в этой отрасли изменения описанных выше вариантов выполнения закрытого бактерицидного облучателя, а также его переделка без отклонения от защищаемых формулой изобретения положений. В частности, на входе в корпус облучателя могут располагаться фильтр (фильтры) предварительной очистки и различные турбулизаторы и вращатели потока (которые также могут быть размещены в объеме корпуса облучателя), могут быть использованы различные системы управления и контроля параметров бактерицидного облучателя и окружающей среды (стерилизуемого потока), могут применяться дополнительные фильтры на выходе корпуса облучателя, а также различные варианты исключения выхода ультрафиолетового излучения за пределы корпуса облучателя и т.д. Нагрев амальгамы в слаботочной РЛНД может проводиться током разряда за счет соответствующей модификации разрядной цепи или независимым источником питания, в последнем случае указанный источник может включать элемент обратной связи для поддержания оптимальной температуры амальгамы, газовый промежуток между лампой и герметично охватывающей ее прозрачной колбой может быть заполнен различным составом газа или быть откачан (вакуумирован) и т.д., некоторые возможные модификации заявляемого бактерицидного стерилизатора также были указаны в описании.In order to meet any possible specific requirements, changes to the above described embodiments of the closed bactericidal irradiator as well as its alteration without deviating from the provisions protected by the claims can be made obvious to those skilled in the art. In particular, at the entrance to the irradiator case, pre-filter (s) and various turbulators and flow rotators (which can also be placed in the volume of the irradiator case) can be located, various control and monitoring systems for the parameters of the bactericidal irradiator and the environment (sterilized flow), additional filters can be applied at the output of the irradiator housing, as well as various options for eliminating the output of ultraviolet radiation outside the irradiator housing, etc. . Amalgam heating in a low-current RLND can be carried out by a discharge current due to an appropriate modification of the discharge circuit or an independent power source, in the latter case, the specified source may include a feedback element to maintain the amalgam's optimal temperature, the gas gap between the lamp and the transparent bulb tightly enclosing it can be filled with various gas composition or be evacuated (evacuated), etc., some possible modifications of the inventive bactericidal sterilizer were also indicated in the description.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018130341U RU188297U1 (en) | 2018-08-21 | 2018-08-21 | BACTERICIDAL IRRADIATOR |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018130341U RU188297U1 (en) | 2018-08-21 | 2018-08-21 | BACTERICIDAL IRRADIATOR |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU188297U1 true RU188297U1 (en) | 2019-04-05 |
Family
ID=66087896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018130341U RU188297U1 (en) | 2018-08-21 | 2018-08-21 | BACTERICIDAL IRRADIATOR |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU188297U1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU199325U1 (en) * | 2020-05-01 | 2020-08-26 | Дмитрий Валерьевич Казаков | BACTERICIDAL UNIT FOR AIR DISINFECTION |
| RU200740U1 (en) * | 2020-08-07 | 2020-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт источников света имени А. Н. Лодыгина" | AIR DISINFECTION DEVICE |
| RU2746384C1 (en) * | 2020-03-26 | 2021-04-12 | Игорь Георгиевич Рудой | Bactericidal irradiator |
| RU205197U1 (en) * | 2020-07-06 | 2021-07-01 | Петр Александрович Кулясов | IRRADIATION CHAMBER OF A BACTERICIDE IRRADIATOR |
| RU2755078C1 (en) * | 2021-03-01 | 2021-09-13 | Виктор Викторович Сысун | Bactericidal irradiator with illuminator function |
| RU2766301C1 (en) * | 2021-02-25 | 2022-03-14 | Виктор Васильевич Бармин | Bactericidal recirculator for air disinfection |
| RU2771223C1 (en) * | 2021-07-21 | 2022-04-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук, (ИСЭ СО РАН) | Iodine lamp excited by a capacitive discharge |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU38610U1 (en) * | 2004-01-08 | 2004-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "СибЭСТ" | BACTERICIDAL IRRADIATOR |
| US7005111B2 (en) * | 2000-11-28 | 2006-02-28 | Air Blue S.R.L. | Ultraviolet sterilization apparatus |
| CN101480500A (en) * | 2009-01-14 | 2009-07-15 | 亿特机电实业(深圳)有限公司 | Intensified safety air machine for disinfection with omnidirectional reflexion of ultraviolet ray |
| US20120315184A1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-12-13 | Novatron, Inc. | Methods and apparatus for diffuse reflective uv cavity air treatment |
| RU124566U1 (en) * | 2012-09-07 | 2013-02-10 | Владимир Петрович Сизиков | BACTERICIDAL IRRADIATOR |
| RU176278U1 (en) * | 2017-12-01 | 2018-01-15 | Владимир Петрович Сизиков | UV BATTERICIDAL IRRADIATOR-RECIRCULATOR |
| RU182391U1 (en) * | 2018-03-23 | 2018-08-15 | Общество с ограниченной ответственностью "ТВК" | Air disinfection unit |
-
2018
- 2018-08-21 RU RU2018130341U patent/RU188297U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7005111B2 (en) * | 2000-11-28 | 2006-02-28 | Air Blue S.R.L. | Ultraviolet sterilization apparatus |
| RU38610U1 (en) * | 2004-01-08 | 2004-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "СибЭСТ" | BACTERICIDAL IRRADIATOR |
| CN101480500A (en) * | 2009-01-14 | 2009-07-15 | 亿特机电实业(深圳)有限公司 | Intensified safety air machine for disinfection with omnidirectional reflexion of ultraviolet ray |
| US20120315184A1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-12-13 | Novatron, Inc. | Methods and apparatus for diffuse reflective uv cavity air treatment |
| RU124566U1 (en) * | 2012-09-07 | 2013-02-10 | Владимир Петрович Сизиков | BACTERICIDAL IRRADIATOR |
| RU176278U1 (en) * | 2017-12-01 | 2018-01-15 | Владимир Петрович Сизиков | UV BATTERICIDAL IRRADIATOR-RECIRCULATOR |
| RU182391U1 (en) * | 2018-03-23 | 2018-08-15 | Общество с ограниченной ответственностью "ТВК" | Air disinfection unit |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2746384C1 (en) * | 2020-03-26 | 2021-04-12 | Игорь Георгиевич Рудой | Bactericidal irradiator |
| WO2021194393A1 (en) * | 2020-03-26 | 2021-09-30 | Игорь Георгиевич РУДОЙ | Bactericidal irradiator |
| RU199325U1 (en) * | 2020-05-01 | 2020-08-26 | Дмитрий Валерьевич Казаков | BACTERICIDAL UNIT FOR AIR DISINFECTION |
| RU205197U1 (en) * | 2020-07-06 | 2021-07-01 | Петр Александрович Кулясов | IRRADIATION CHAMBER OF A BACTERICIDE IRRADIATOR |
| RU200740U1 (en) * | 2020-08-07 | 2020-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт источников света имени А. Н. Лодыгина" | AIR DISINFECTION DEVICE |
| RU2766301C1 (en) * | 2021-02-25 | 2022-03-14 | Виктор Васильевич Бармин | Bactericidal recirculator for air disinfection |
| RU2766301C9 (en) * | 2021-02-25 | 2022-04-04 | Виктор Васильевич Бармин | Bactericidal recirculator for air disinfection |
| RU2755078C1 (en) * | 2021-03-01 | 2021-09-13 | Виктор Викторович Сысун | Bactericidal irradiator with illuminator function |
| RU2771223C1 (en) * | 2021-07-21 | 2022-04-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук, (ИСЭ СО РАН) | Iodine lamp excited by a capacitive discharge |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU188297U1 (en) | BACTERICIDAL IRRADIATOR | |
| Bergman | Germicidal UV sources and systems | |
| JP5890285B2 (en) | Device for sterilizing gases and / or liquids | |
| US9999696B2 (en) | Compact system with high homogeneity of the radiation field | |
| JP5863061B2 (en) | Device for sterilizing a fluid by exposing the fluid to ultraviolet light | |
| RU194040U1 (en) | BACTERICIDAL IRRADIATOR | |
| US6221314B1 (en) | Air actinism chamber apparatus and method | |
| EP3957924B1 (en) | Disinfecting device for central air conditioner | |
| US20120315184A1 (en) | Methods and apparatus for diffuse reflective uv cavity air treatment | |
| JP6564663B2 (en) | Excimer lamp device | |
| KR102191577B1 (en) | Sterilization apparatus and home appliance including the same | |
| US9782510B1 (en) | Photocatalytic device with multi-metallic catalysts | |
| US9636432B2 (en) | Air purification unit | |
| RU202441U1 (en) | Bactericidal irradiator | |
| CN113827749A (en) | A deep ultraviolet LED sterilization device | |
| RU2738770C1 (en) | Optical shutter for a bactericidal irradiator | |
| RU183709U1 (en) | Air disinfection unit | |
| RU201411U1 (en) | Closed-type germicidal irradiator | |
| EP1975976A1 (en) | Low-pressure mercury vapour discharge lamp for disinfecting a medium | |
| JP2001052653A (en) | UV generator | |
| CN216061374U (en) | Deep ultraviolet LED sterilizing device | |
| JP3032144B2 (en) | Electrodeless UV lamp device and its usage. | |
| RU231441U1 (en) | BACTERICIDAL IRRADIATION DEVICE | |
| CN114279038A (en) | Sterilization and disinfection mechanism for large flow fresh air system and preparation method thereof | |
| WO2023063307A1 (en) | Reflector and electromagnetic wave amplification device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200822 |