УСТРОЙСТВО ДЛЯ УФ-ОБЛУЧЕНИЯ КОЖНЫХ ПОКРОВОВ ЧЕЛОВЕКА - СОЛЯРИЙ ВЕРТИКАЛЬНЫЙ Российский патент 2006 года по МПК A61N5/06 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к светооблучающим устройствам терапевтического назначения используемых для лечения кожных заболеваний (таких, как псориаз, красный плоский лишай, витилиго и др.), генерации витамина D₃ и профилактики различных форм остеопороза. Кроме того, устройство может использоваться в салонах красоты и студиях загара в косметических целях.

Известно устройство для ультрафиолетового облучения кожных покровов человека стоя, в диапазоне 320-400 нм, - солярий вертикальный, производимый фирмой SunVision ALISUN, Нидерланды (проспект производителя «Новые вертикальные солярии SunVision»), содержащее корпус с дверью, внутри которого установлены 48 люминесцентных ламп для загара, длиной 2 метра и электрической мощностью по 180 Вт каждая. Лампы расположены с равным угловым шагом вокруг общей оси, являющейся в то же время осью солярия, параллельно с ней и на равном удалении от нее (около 440 мм). Они снабжены общим зеркальным рефлектором, который установлен на расстоянии 10 мм от поверхности лампы между лампами и корпусом и представляет собой круговой цилиндр с внутренней зеркальной поверхностью. Устройство имеет систему воздушного охлаждения ламп и человека. Недостатком данного устройства является низкий КПД и большая потребляемая мощность.

Оценка КПД прототипа.

Принимая во внимание осевую симметрию вертикального солярия, возможность человека принимать различные положения во время сеанса, и имея в виду, что ширина плеч и таза человека в большинстве случаев близка к 500 мм, справедливо представить загорающего, как условный выпуклый абсорбер - круговой цилиндр диаметром 500 мм, расположенный соосно с солярием.

Сделанные допущения приводят к осесимметричной расчетной модели вертикального солярия, для исследования которой достаточно рассмотреть двумерную задачу (см. фиг.1). Ту часть ультрафиолетового излучения лампы 1, которая попадает на абсорбер 2 прямо от лампы или после отражения, будем считать полезной. Ее долю в общем излучении лампы примем за КПД лампы. Он численно равен КПД всего солярия, ввиду симметрии модели (затраты на вентиляцию, декоративную подсветку и т.п. в данной оценке не участвуют). В терминах мощности КПД солярия описывается формулой:

где

Ф_уф.пр - прямой поток УФ-излучения, попадающий на абсорбер без отражения;

Ф_уф.отр- поток УФ-излучения, попадающий на абсорбер после отражения:

Ф_уф - поток УФ-излучения. создаваемый лампой (отношение энергии, переносимой излучением ко времени переноса, значительно превышающем период колебаний, Вт):

Фλ_уф - спектральная плотность потока (поток, приходящийся на единичный интервал длин волн, Вт/нм).

Так как лампа излучает одинаково во всех направлениях (дифузно), во всем интересующем нас диапазоне длин волн, уравнение (1) можно записать через угловые величины:

где

α_np.cp - средняя величина α_пр;

α_np - угол, под которым виден абсорбер из точки на поверхности тела свечения лампы;

α_отр.cp - средняя величина угла α_отр;

α_отр - угол, под которым виден просвет между лампами в рефлекторе 3 из точки на поверхности тела свечения лампы;

К_отр - коэффициент отражения рефлектора.

Для люминесцентных ламп, применяемых в соляриях, телом свечения является слой люминофора, повторяющий геометрию стеклянной газоразрядной трубки, и углы α_пр.ср и α_отр.ср определяются соотношениями:

В выражении (3) пределы интегрирования: ϕ_о и -ϕ_о - суть угловые координаты «точек заката» Е и F, т.е. таких точек поверхности лампы, которые лежат на общих касательных лампы и абсорбера ЕР и CF. Все точки поверхности лампы с координатой ϕ больше ϕ_о, но меньше 2π-ϕ_о, непосредственно не облучают абсорбер. Характер зависимости угла α_пр от угловой координаты излучающей точки на поверхности тела свечения лампы проиллюстрирован на фиг.2.

Угловые координаты «точек заката» G и Н для вычисления α_отр.ср также определяются из геометрии солярия и здесь не приводятся. Схема траекторий прохождения между лампами лучей, отраженных рефлектором, приведена на фиг.3. Характер зависимости величины угла α_отр от положения точки на поверхности лампы изображен на фиг.4.

Применив формулу (2), (3) и (4) для оценки эффективности прототипа с размерами: L=440 мм, R=250 мм, r=20 мм, получим:

α_пр.ср=70,52°(1,23 рад.)

α_отр.ср=8,95°×2=17,89°(0.31 рад.)

К_отр=1 (полагаем зеркало идеальным).

КПД=24,59%

Здесь Ф_уф.отр=0,0497 Ф_уф (0,0447Ф_уф для зеркала из чистого алюминия с К_отр=0,9). Вклад отражателя в КПД невелик, так как любой луч, не попавший на абсорбер после первого отражения, уже не будет поглощен абсорбером, ввиду того, что просветы между лампами малы и луч не имеет возможности претерпеть отражение дважды. В этом легко убедиться путем несложных геометрических построений.

Результаты расчетов, проведенных на основе двумерной модели, подтверждаются результатами измерений энергетической освещенности в интересующем диапазоне, проведенными авторами в прототипе.

Таким образом, мы установили, что КПД прототипа не превышает 25%, и что примененный в нем отражатель направляет на абсорбер около 5% излучения ламп.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение КПД устройства.

Поставленная техническая задача решается путем уменьшения количества ламп и замены кругового цилиндрического рефлектора на рефлектор, состоящий из объединенных в единую поверхность 2n чередующихся участков эвольвентных цилиндрических поверхностей двух видов, эволютами которых выступают замкнутые кривые, ограничивающие выпуклые поперечные сечения предполагаемого абсорбера и лампы.

Сущность изобретения поясняется схемой устройства с 12 лампами (фиг.5) и потоком, равным потоку в прототипе с 48 лампами. На фиг.6 поперечное сечение показано увеличенно.

Основными конструктивными элементами солярия являются:

вертикально ориентированный корпус 4 с дверью 5, n люминесцентных ламп 1 для загара, установленных с равным угловым шагом вокруг общей оси, являющейся в то же время осью солярия, параллельно ей и на равном удалении от нее. Между корпусом 4 и лампами 1 находится зеркальный рефлектор 3, представляющий собой цилиндр, соосный с корпусом и состоящий из 2n чередующихся участков эвольвентных цилиндрических поверхностей двух видов.

Участки поверхности первого вида размещены непосредственно за лампами 1 (кривая ВГД, фиг.6), и представляют собой часть эвольвентной цилиндрической поверхности, образованной перемещением прямой параллельно оси солярия вдоль эвольвенты замкнутой кривой, ограничивающей выпуклое поперечное сечение лампы.

Участки поверхности второго вида размещены между лампами (кривая АБВ фиг.6), и являются частью эвольвентной цилиндрической поверхности, образованной перемещением прямой параллельно оси солярия вдоль эвольвенты выпуклой замкнутой кривой, ограничивающей поперечное сечение условного абсорбера.

Участки первого и второго вида плавно сопряжены в точке В. Благодаря тому, что нормаль к эвольвенте, по определению, является касательной к эволюте, предлагаемая форма отражателя, обеспечивает как полный выход излучения, предотвращая отражение обратно на лампу, так и полное отражение на абсорбер всех лучей, не попавших на него непосредственно от лампы.

Предложенный вертикальный солярий имеет КПД, близкий к 100%. Отметим, что КПД солярия зависит от числа ламп, так как часть лучей поглощается, попадая на другие лампы. Так для идеального рефлектора солярий с 6 лампами имеет КПД=98,4%, солярий с 12 лампами - 89,2%, а солярий с 16 лампами - 79,7%.

Для получения энергетического потока, равного потоку в прототипе, достаточно 12 ламп той же мощности, т.е. реализация полезной модели позволяет снизить потребление электроэнергии 3,6 раза по сравнению с прототипом, при сохранении прежней величины потока УФ-излучения.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к светооблучающим устройствам терапевтического назначения, используемых для лечения кожных заболеваний, генерации витамина D₃ и профилактики остеопороза, а также может применяться в косметических целях. Солярий содержит n-ламп и отражатель, состоящий из объединенных в единую поверхность 2n чередующихся участков эвольвентных цилиндрических поверхностей двух видов. Участки первого вида размещены за лампами и представляют собой часть поверхности, образованной перемещением прямой параллельно оси солярия вдоль эвольвенты, ограничивающей поперечное сечение лампы. Участки поверхности второго вида размещены между лампами и являются частью поверхности, образованной перемещением прямой параллельно оси солярия вдоль эвольвенты, ограничивающей поперечное сечение абсорбера. Изобретение позволяет снизить потребляемую электрическую мощность вертикального солярия в несколько раз при сохранении прежней величины потока УФ-излучения. 6 ил.

Солярий вертикальный, содержащий цилиндрический корпус с дверью, n люминесцентных ламп для загара, установленных внутри корпуса с равным угловым шагом вокруг общей оси, являющейся осью солярия, и параллельно ей, и зеркальный рефлектор, размещенный между лампами и корпусом, отличающийся тем, что рефлектор состоит из 2n чередующихся участков поверхностей двух видов, объединенных в единую поверхность, при этом участки первого вида размещены непосредственно за лампами и представляют собой часть поверхности, образованной перемещением прямой параллельно оси солярия вдоль эвольвенты кривой, ограничивающей поперечное сечение лампы, а участки поверхности второго вида размещены между лампами и являются частью поверхности, образованной перемещением прямой параллельно оси солярия вдоль эвольвенты кривой, ограничивающей поперечное сечение абсорбера.