УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОЗДУХА И ПОВЕРХНОСТЕЙ Российский патент 1995 года по МПК A61L2/10 A61L9/20 

Изобретение относится к технике обеззараживания и дезинфекции, в частности к устройствам для оперативного обеззараживания воздуха и открытых поверхностей в операционных, перевязочных, поликлиниках, бактериологических лабораториях, в цехах и производственных помещениях предприятий и т.д.

Известно устройство для очистки воздуха в помощью ультрафиолетового (УФ) излучения, содержащее вертикальный корпус с УФ-лампой, размещенной в его верхней части [1]. УФ-лампа создает неизменный во времени бактерицидный поток излучения, убивающий микроорганизмы воздуха. Перемещение воздуха относительно УФ-лампы осуществляется за счет конвекции или активного втягивания.

Недостатками известного устройства являются низкая производительность, обусловленная использованием низкоинтенсивного источника непрерывного УФ-излучения линейчатого спектра (ртутная бактерицидная лампа низкого давления), и наличие нежелательных побочных эффектов, связанных с длительным воздействием на воздух УФ-излучения, а именно наработка высоких концентраций озона и других токсичных газов.

Известно также устройство для обеззараживания воздуха и дезинфекции поверхностей (стерилизатор), наиболее близкое по своей сущности к предлагаемому, содержащее размещенные в подвижном корпусе блок питания и управления, вентилятор и облучатель с источником УФ-излучения, установленным вертикально в держателе и подключенным к блоку питания и управления [2].

Благодаря применению мощных ртутных УФ-лампа непрерывного режима работы производительность известного стерилизатора повышена, однако она остается явно недостаточной для проведения оперативного экспресс-обеззараживания. Так, для стерилизации помещения размерами около 5х7 м необходима работа известного стерилизатора в течение 3 ч при обеспечении циркуляции воздуха. За такое время в помещении нарабатывается значительное количество озона. Кроме того, в известном стерилизаторе для сокращения времени, необходимого для стерилизации, предусмотрено использование дополнительного озонатора воздуха.

Таким образом, известный стерилизатор может быть использован лишь в тех помещениях, в которых отсутствуют люди в течение длительного времени (несколько часов), необходимого для осуществления стерилизации и последующего снижения концентрации озона и других токсичных газов до безопасного уровня. Кроме того, наличие паров ртути в лампах известного стерилизатора создает потенциальную угрозу отравления ртутью в случае какой-либо небрежности или аварии.

Для устранения указанных недостатков в устройстве обеззараживания воздуха и дезинфекции поверхностей, содержащем размещенные в подвижном корпусе блок питания и управления, вентилятор и облучатель с источником УФ-излучения, установленным вертикально в держателе и подключенным к блоку питания и управления, источник УФ-излучения выполнен в виде импульсной газоразрядной лампы, блок питания и управления содержит источник постоянного напряжения, накопительный конденсатор, подключенный к источнику постоянного напряжения, и генератор импульсов поджига, причем импульсная газоразрядная лампа и накопительный конденсатор соединены между собой так, что образуют разрядный контур, генератор импульсов поджига индуктивно связан с разрядным контуром, а параметры разрядного контура связаны между собой соотношением:
≥ 1 где U - напряжение заряда накопительного конденсатора, В;
C - емкость накопительного конденсатора, Ф;
L - индуктивность разрядного контура, Гн;
d - внутренний диаметр газоразрядной лампы, м;
l - расстояние между электродами газоразрядной лампы, м;
А = 10⁹ Вт/м² - постоянный коэффициент.

Источник УФ-излучения может быть снабжен устройством охлаждения в виде коаксиальной трубки из прозрачного для УФ-излучения материала, полость между внутренней стенкой трубки и источником излучения заполнена жидким хладагентом, причем выполняются следующие соотношения:
Δ ˙ χ₁₉₀ > 0,5,
Δ ˙ χ₂₂₀ < 0,2, где Δ - толщина зазора между внутренней стенкой трубки и источником УФ-излучения;
χ₁₉₀ , χ₂₂₀ - натуральный коэффициент поглощения хладагента на длинах волн λ ≅ 190 нм и λ ≥220 нм соответственно.

Держатель источника УФ-излучения может быть выполнен с возможностью регулируемого наклона.

Облучатель может быть снабжен съемным отражателем.

На фиг. 1 схематично изображена конструкция устройства для обеззараживания и дезинфекции поверхностей; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 в увеличенном масштабе; на фиг.3 - блок-схема блока питания и управления; на фиг.4 - вариант выполнения блока питания и управления.

Устройство содержит подвижный корпус 1, в котором размещены блок питания и управления 2, вентилятор 3 и насос 4. На верхней крышке корпуса 1 с помощью шарнира 5 закреплен облучатель 6, который состоит из держателя 7, источника УФ-излучения 8, коаксиальной трубки 9 из прозрачного для УФ-излучения материала (например, кварца) и съемного отражателя 10. В зазоре толщиной Δ между источником 8 и трубкой 9 находится жидкий хладагент 11 (например, дистиллированная вода).

В качестве источника УФ-излучения 8 используется импульсная газоразрядная лампа, наполненная инертным газом (ксеноном), подключенная к блоку питания и управления 2 (фиг.3 и 4). Полость между источником 8 и трубкой 9 соединена гибкими шлангами (не показаны) с насосом 4.

Блок питания и управления 2 содержит источник постоянного напряжения 12, накопительный конденсатор 13, генератор импульсов поджига 14 и схему управления 15. Накопительный конденсатор 13 подключен к источнику постоянного напряжения 12. Импульсная газоразрядная лампа 8 и накопительный конденсатор 13 образуют разрядный контур, с которым индуктивно связан генератор импульсов поджига 14. Такая связь может осуществляться, например, с помощью импульсного трансформатора 16 или с помощью специального электрода 17 вблизи лампы 8 (фиг.4).

В качестве источника постоянного напряжения 12 применяется высоковольтный выпрямитель с напряжением 2-5 кВ. Генератор импульсов поджига 14 представляет собой формирователь импульсов амплитудой 20-40 кВ, длительностью 0,1-1,0 мкс и частотой повторения 0,5-5 Гц. Схема управления 15 содержит (не показаны) общий сетевой выключатель, переключатель величины напряжения на выходе источника постоянного напряжения 12, индикатор напряжения на накопительном конденсаторе 13, счетчик импульсов, переключатель числа импульсов и дистанционный пульт управления.

Устройство работает следующим образом.

В режиме использования для обеззараживания воздуха съемный отражатель 10 снимается, держатель 7 с лампой 8 устанавливается вертикально. Устройство размещается в помещении, воздух в котором необходимо подвергнуть обеззараживанию. С помощью органов управления схемы управления 15 задается режим работы импульсной газоразрядной лампы 8, который определяется напряжением накопительного конденсатора 13 и числом импульсов, исходя из требуемой для данного помещения суммарной энергетической дозы УФ-излучения. Затем оператор покидает обрабатываемое помещение и с дистанционного пульта управления переводит установку в режим излучения. По этой команде схема управления 15 включает источник постоянного напряжения 12, который заряжает накопительный конденсатор 13. По достижении заданной величины напряжения на накопительном конденсаторе 13 схема управления 15 включает генератор импульсов поджига 14, который вырабатывает высоковольтный импульс поджига. Благодаря индуктивной связи генератора импульсов поджига 14 с разрядным контуром инициируется электрический разряд конденсатора 13 через газоразрядную лампу 8.

Мощный импульсный электрический разряд в инертном газе, заполняющем лампу 8, приводит к его интенсивному разогреву и ионизации. Образующаяся плазма с температурой 10000-15000 К является высокоинтенсивным (плотность мощности УФ-излучения превышает 10^8. Вт/м²) источником широкополосного излучения, значительная доля которого приходится на УФ-область спектра (с длинами волн короче 400 нм). Такие режимы разряда в лампе 8 реализуются, если параметры разрядного контура удовлетворяют расчетному соотношению, приведенному в п.1 формулы изобретения.

Поток излучения от лампы 8 проходит через жидкий хладагент 11, кварцевую трубку 9 и распространяется во все стороны, осуществляя бактерицидное воздействие.

Затем процесс повторяется столько раз, сколько импульсов будет выработано схемой управления 15.

Жидкий хладагент 11, находящийся в зазорe толщиной Δ (фиг.2) между импульсной лампой 8 и кварцевой трубкой 9, осуществляет одновременно две функции: собственно охлаждение лампы 8 для обеспечения неизменности параметров разряда в лампе и спектральную селекцию широкополосного УФ-излучения для уменьшения остаточных нежелательных побочных эффектов (образование озона). Для осуществления охлаждения полость трубки 9 может быть соединена гибкими шлангами с насосом 4, который осуществляет прокачку хладагента. Для осуществления спектральной селекции оптические параметры хладагента (натуральный показатель поглощения χ и толщина зазора Δ ), выбираются в соответствии с расчетными соотношениями, приведенными в п.2 формулы изобретения.

Такой выбор параметров обеспечивает подавление озонообразующей части спектра УФ-излучения (длина волны короче 210 нм) и достаточно высокое пропускание в пределах бактерицидной части (участок спектра 220-320 нм).

Вентилятор 3 способствует охлаждению лампы 8 и осуществляет циркуляцию воздуха в помещении, перемещая новые порции воздуха ближе к лампе 8, где интенсивность УФ-облучения выше.

В режиме использования устройства для сухой (без применения каких-либо химических веществ и растворов) дезинфекции поверхностей в облучателе 6 устанавливается отражатель 10, который создает преимущественно направления распространения УФ-излучения в сторону обрабатываемой поверхности. Для этого же весь облучатель 6 наклоняется в любом направлении на шарнире 5. В остальном работа устройства в этом режиме не отличается от работы в режиме дезинфекции воздуха.

Техническая эффективность предлагаемого устройства заключается в существенном сокращении времени обработка (несколько минут), что позволяет использовать установку для экспресс-дезинфекции, а также в устранении нежелательных побочных эффектов, связанных с образованием токсичных газов, в повышении безопасности (отсутствует ртуть) и удобства в работе.

Эти преимущества по отношению ко всем известным устройствам того же назначения обусловлены существенным снижением суммарной энергетической дозы, необходимой для достижения полной стерилизации или допустимого уровня бактериальной загрязненности воздуха в обрабатываемых помещениях или на облучаемых поверхностях.

Снижение суммарной энергетической дозы при использовании высокоинтенсивного импульсного УФ-излучения сплошного спектра вместо низкоинтенсивного непрерывного УФ-излучения линейчатого спектра, характерного для известных устройств, связано с рядом факторов.

1) При высокоинтенсивном УФ-воздействии скорость подавления патогенной микрофлоры в воздухе или на поверхности значительно превышает скорость ее роста за счет собственного размножения и внешнего обсеменения. При низкоинтенсивном УФ-воздействии возможна обратная реакция и полезный эффект может отсутствовать даже при очень большом времени (или энергетических дозах) облучения.

2) При длительном низкоинтенсивном облучении имеет место адаптация микроорганизмов к УФ-излучению и снижение в результате этого их чувствительности к действию УФ-излучения. Более того, известно, что в ряде случаев низкоинтенсивное УФ-излучение стимулирует рост и размножение микроорганизмов.

3) При широкополосном облучении (сплошной спектр) по сравнению с воздействием моноэнергетического излучения (т.е. излучения с линейчатым спектром) значительно снижаются возможности адаптации живой материи к УФ-излучению, что связано с многоканальным деструктивным воздействием на биомолекулы фотонов с широким энергетическим спектром.

4) Разные виды микроорганизмов имеют различные спектральные характеристики бактерицидной эффективности и оптического пропускания, поэтому широкополосное УФ-излучение в случае сильного бактериального загрязнения воздуха или поверхностей в среднем будет характеризоваться большой глубиной проникновения и меньшими пороговыми энергетическими дозами, необходимыми для стерилизации.

Снижение пороговых энергетических доз воздействия при импульсном облучении воздуха или поверхностей излучением сплошного спектра и высокоинтенсивный характер облучения приводят к тому, что длительность обработки, необходимая для стерилизации или достижения допустимого уровня бактериальной загрязненности воздуха или поверхностей, значительно сокращается (до нескольких минут). Одновременно с этим уменьшается и проявление отрицательных побочных эффектов (наработка озона и др.). Дополнительное уменьшение отрицательных побочных эффектов обеспечивается при выполнении устройства по п.2 формулы изобретения.

В конкретном примере выполнения установка имеет массу 40 кг, габариты передвижного корпуса 400х500х600 мм, габариты облучателя 100х200х1000 мм. При потребляемой электрической мощности не более 2 кВт установка создает плотность мощности импульсного УФ-излучения на расстоянии 1 м от облучателя более 100 кВт/м², что позволяет обеспечить обеззараживание воздуха в помещении объемом 100 м³ в течение 5 мин. Для обеззараживания поверхности площадью 1 м² на расстоянии 1 м от облучателя требуется около 40 с.

Такие возможности предлагаемого устройства позволяют с успехом использовать его для экспресс-обеззараживания воздуха в различных помещениях и для сухой экспресс-дезинфекции поверхностей объектов.

Использование: экспресс-обеззараживание воздуха помещений лечебных учреждений и открытых поверхностей без применения дезинфицирующих растворов и химических препаратов. Сущность изобретения: в держателе 7 облучателя 6 установлена импульсная газоразрядная лампа 8, подключенная к блоку питания и управления 2. Мощный импульс ультрафиолетового (УФ) излучения формируется лампой 8 при разряде через нее накопительного конденсатора, заряд которого осуществляет источник постоянного напряжения, а разряд инициируется генератором высоковольтных импульсов поджига, индуктивно связанным с разрядным контуром. Параметры разрядного контура связаны между собой расчетным соотношением. Для уменьшения наработки озона и охлаждения лампа 8 заключена в коаксиальную трубку 9 из прозрачного для УФ-излучения материала, заполненную жидким хладагентом 11. Толщина зазора между трубкой 9 и лампой 8 и показатель поглощения хладагента 11 связаны между собой расчетными соотношениями. Держатель 7 выполнен с возможностью регулируемого наклона благодаря шарниру 5. Съемный отражатель 10 создает преимущественное направление распространения УФ-излучения на стерилизуемую поверхность. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОЗДУХА И ПОВЕРХНОСТЕЙ, содержащее корпус, блок питания и управления с системой зажигания, вентилятор, установленные в корпусе, облучатель с источником ультрафиолетового излучения, установленный вертикально в держателе и подключенный к блоку питания и управления, отличающееся тем, что источник ультрафиолетового излучения выполнен в виде импульсной газоразрядной лампы, блок питания и управления снабжен вторичным источником постоянного напряжения и накопительным конденсатором, система зажигания выполнена в виде генератора импульсов поджига, при этом накопительный конденсатор и газоразрядная лампа подключены к вторичному источнику постоянного напряжения так, что образуют разрядный контур, генератор импульса поджига индуктивно связан с разрядным контуром, а параметры контура определяются соотношением

где U - напряжение накопительного конденсатора, В;
C - емкость накопительного конденсатора, Ф;
L - индуктивность разрядного контура, Гн;
d - внутренний диаметр газоразрядной лампы, м;
l - расстояние между электродами газоразрядной лампы;
A-10⁹Вт/м² - постоянный коэффициент. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник ультрафиолетового излучения снабжен системой охлаждения, выполненной в виде трубки из прозрачного для ультрафиолетового излучения материала, в котором коаксиально расположен источник излучения, при этом полость между стенками трубки и источником заполнена жидким хладагентом, причем вещество хладагента отвечает следующим соотношениям:

где Δ - толщина зазора между внутренней стенкой трубки и источником излучения, м;
c₁₉₀, χ₂₂₀ - натуральный показатель поглощения хладагента ультрафиолетового излучения на длине волн λ ≅ 190 нм и l ≥ 220 нм соответственно, м. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что держатель выполнен с возможностью изменения угла наклона. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что излучатель снабжен съемным отражателем.