Облучатель-рециркулятор воздуха ультрафиолетовый бактерицидный
Владельцы патента RU 2742111:
Мызников Борис Викторович (RU)
Юртаев Владимир Геннадьевич (RU)
Балуев Андрей Валентинович (RU)
Изобретение относится к медцинской технике, а именно к облучателю-рециркулятору воздуха ультрафиолетовому бактерицидному. Изобретение включает в себя корпус, в котором образована камера облучения, внутренняя поверхность которой покрыта материалом, отражающим ультрафиолетовое излучение, вентилятор, фильтр и содержащий входное окно и выходное окно, поглотительные воздуховодные лабиринтные экраны, расположенные около входного окна и выходного окна, расположенные в корпусе источник ультрафиолетового бактерицидного безозонового излучения и съёмный электростатический пылеулавливатель. Внутренняя поверхность корпуса и экранов покрыта материалом, отражающим ультрафиолетовое излучение, а внутри корпуса перед выходным воздуховодным поглотительным экраном на внутренней поверхности корпуса расположен эмиссионный электрод, соединенный с заземлением или выводом в наружную среду через источник напряжения. Эмиссионный электрод и поглотительные воздуховодные лабиринтные экраны выполнены из материала или покрыты материалом, химически инертным по отношению к веществам атмосферного воздуха и имеющего работу выхода электрона менее 4,9 эВ у материала эмиссионного электрода и менее или равно 3,1 эВ у покрытия стенок лабиринтов. Техническим результатом является повышение эффективности обеззараживания и повышения качества обработанного воздуха за счет обогащения воздуха отрицательными аэроионами кислорода воздуха и нейтрализации вредных положительно заряженные аэроионов. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к медицинской технике и технике кондиционирования воздуха, очистки и стерилизации воздуха в целях профилактики и лечения болезней в бытовых, производственных и больничных условиях, а именно к облучателям-рециркуляторам воздуха ультрафиолетовым бактерицидным, включающим в себя корпус, в котором образована камера облучения, внутренняя поверхность которой покрыта материалом, отражающим ультрафиолетовое излучение, вентилятор, фильтр и содержащий входное окно и выходное окно, поглотительные воздуховодные лабиринтные экраны, расположенные около входного окна и выходного окна, расположенные в корпусе источник ультрафиолетового бактерицидного безозонового излучения, съёмный электростатический пылеулавливатель и эмиссионный электрод, размещенный по внутренней поверхности корпуса перед выходным воздуховодным поглотительным лабиринтным экраном. Устройство может эффективно быть использовано для уничтожения микроорганизмов, в том числе коронавирусов.
Уровень техники.
Из уровня техники известно устройство для обеззараживания воздуха, содержащее корпус с входным и выходным окнами, в котором образована камера облучения, покрытая материалом, отражающим ультрафиолетовое излучения с размещенными бактерицидными безозоновыми ультрафиолетовыми лампами, снабженное на входе и выходе лабиринтными экранами, установлены вентилятор, фильтр для очистки воздуха общего назначения и электростатический фильтр (см. описание патента на изобретение РФ №2306150 С1, A61L 9/20, опубликовано в 2006 году). Основным недостатком такого устройства является рассеивание ультрафиолетового излучения вне корпуса, обусловленное конструктивными особенностями лабиринтных экранов, сложность в обслуживании электростатических фильтров и отсутствие ионизатора кислорода воздуха.
Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению и взято за прототип к предлагаемому изобретению.
То есть проблемой, на решение которой направлена настоящее изобретение, является повышение эффективности обеззараживания и повышения качества обработанного воздуха за счет обогащения воздуха отрицательными аэроионами кислорода воздуха и нейтрализации вредных положительно заряженные аэроионов.
Раскрытие изобретения.
Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить облучатель-рециркулятор воздуха ультрафиолетовый бактерицидный, включающий в себя корпус, в котором образована камера облучения, внутренняя поверхность которой покрыта материалом, отражающим ультрафиолетовое излучение, вентилятор, фильтр, и содержащий входное окно и выходное окно, поглотительные воздуховодные лабиринтные экраны, расположенные около входного окна и выходного окна, расположенные в корпусе источник ультрафиолетового бактерицидного безозонового излучения и съёмный электростатический пылеулавливатель, позволяющий как минимум сгладить, по меньшей мере, один из указанных выше недостатков, а именно обеспечить повышение эффективности обеззараживания и повышения качества обработанного воздуха за счет обогащения воздуха отрицательными аэроионами кислорода воздуха и нейтрализации вредных положительно заряженных лёгких и тяжелых аэроионов воздуха и очищение его от пыли и спор, что и является поставленной технической задачей.
Для достижения этой цели внутренняя поверхность корпуса покрыта материалом, отражающим ультрафиолетовое излучение, а внутри корпуса перед выходным лабиринтным экраном, на внутренней поверхности корпуса, расположен эмиссионный электрод, соединенный с заземлением или выводом в наружную среду через источник напряжения, при этом эмиссионный электрод и поглотительные воздуховодные лабиринтные экраны выполнены из материала или покрыты материалом, химически инертным по отношению к веществам атмосферного воздуха и имеющего работу выхода электрона менее 4,9 эВ у материала эмиссионного электрода и менее или равно 3,1 эВ у покрытия стенок лабиринтов.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность повышения эффективности обеззараживания и повышения качества обработанного воздуха за счет обогащения воздуха отрицательными аэроионами кислорода воздуха и нейтрализации вредных, положительно заряженных аэроионов. Это происходит за счет того, что принцип конструирования эффективного бактерицидного рециркулятора воздуха вытекает из известного положения о том, что микроорганизмы относятся к кумулятивным фотобиологическим приемникам, а, следовательно, бактерицидная эффективность обеззараживания воздуха пропорциональна времени облучения и, в конечном счете, определяется дозой облучения. В данном изобретении это достигается за счет многократного отражения ультрафиолетового излучения от внутренних поверхностей камеры и лабиринтных экранов.
Бактерицидные безозоновые ультрафиолетовые лампы выполнены с максимумом коротковолнового ультрафиолетового излучения при 253,7 нм, что соответствует энергии кванта света 4,9 эВ, которые наиболее эффективны в уничтожении микроорганизмов и снабжены колбой, состоящей из стекла, отфильтровывающего спектральную линию в 185 нм, то есть квантов при взаимодействии с которыми образуется озон.
Отличием встроенного ионизатора от аналогов является то, что эмиссия электронов осуществляется в основном за счет фотоэффекта, и отрицательно заряженные электроды ионизатора и электростатического пылеулавливателя подключены к минусу вывода источника постоянного тока, а плюс вывода постоянного источника тока подключен к заземлению или выведен во внешнюю среду, и сам электрод выполнен из материала или поверхность электрода покрыта материалом, у которого значение работы выхода электрона менее 4,9 эВ, например титан, покрытый карбидом титана. Электроды могут быть выполнены в виде игольчатых, проволочных, порошковых и других видов структур, имеющих минимальный радиус кривизны поверхности, что позволяет значительно уменьшить работу выхода электрона. Эмиссионные электроды должны быть химически инертны по отношению к веществам атмосферного воздуха. Использование таких материалов в производстве электродов со значением работы выхода электрона менее 4,9 эВ позволяет использовать фотоэффект и тем самым значительно снизить вольтаж источника постоянного тока, используемого для ионизации кислорода воздуха, а также снизить или исключить озонацию воздуха.
Работа выхода электрона в вакууме при фотоэффекте рассчитывается по формуле:
,
где hν - энергия кванта, 
- кинетическая энергия электрона.
Для нормальных атмосферных условий hν может быть меньше на величину сродства к электрону молекулы кислорода, то есть на 0,45 эВ. Например, карбид гафния может уже ионизироваться при 1,6 эВ в сродстве эмиссионных электронов с молекулой кислорода, образовывая необходимые отрицательные аэроионы кислорода воздуха.
Отличием съёмного электростатического фильтра от аналогов является то, что эмиссия электронов с отрицательного электрода осуществляется в основном за счет фотоэффекта и исполнение отрицательного и осадительного электрода фильтра. Отрицательный электрод выполнен из материала или его поверхность покрыта материалом, у которого значение работы выхода электрона менее 4,9 эВ, например, титан, покрытый карбидом титана, а осадительные положительные электроды выполнены из материала или их поверхность покрыта материалом, у которого значение работы выхода электрона существенно более 4,9 эВ, например, алюминий, покрытый Al2O3, с работой выхода электрона (Ав) = 7,35 эВ. При таких значениях Al2O3 не поглощает, а отражает максимум излучения с энергией квантов 4,9 эВ.
Эмиссионные электроды должны быть химически инертны по отношению к веществам атмосферного воздуха. Использование таких материалов при производстве электродов позволяет использовать фотоэффект и тем самым значительно снизить вольтаж источника постоянного тока, используемого для ионизации и фильтрации воздуха, а также снизить или исключить озонацию воздуха.
Таким условиям удовлетворяют следующие вещества:
1) В таблице 1. представлены материалы, ионизируемые только ультрафиолетовым излучением с работой выхода электрона (Aв) > 3,1 эВ. Благородные металлы и их покрытия, не образующие оксидные плёнки при стандартных условиях, а также графит.
Таблица 1.
| Материал | Aв (эВ) |
| Графит | 4,45-4,81 |
| Золото | 4,8 |
| Осмий | 4,55 |
| Родий | 4,75 |
| Рутений | 4,52 |
| Серебро | 4,7 |
2) В таблице 2. представлены металлы с оксидной плёнкой.
Таблица 2.
| Металлы и их оксиды | Aв (эВ) |
| Молибден (Mo) | 4,2 |
| Оксид молибдена(VI) (MoO3) | 4,25 |
| Бор (B) | 4,6 |
| Оксид бора (B2O3) | 4,3 |
| Вольфрам (W) | 4,54 |
| Оксид вольфрама(IV) (WO2) | 4,9 |
| Кремний (Si) | 3,59-4,15 |
| Оксид кремния (IV) (SiO2) | 4,9 |
| Железо (Fe) | 4,4-4,71 |
| Оксид железа (FeO) | 3,85 |
| Титан (Ti) | 4,14-4,5 |
| Оксид титана (TiO) | 2,96-3,1 |
| Оксид титана (IV) (TiO2) | 4,7 |
3) В таблице 3. представлены другие материалы, удовлетворяющие требованию к материалам, у которых Aв больше 3,1 эВ и меньше 4,9 эВ.
Таблица 3.
| Материал | Aв (эВ) |
| Диборид хрома (CrB2) | 3,36 |
| Диборид молибдена (MoB2) | 3,38 |
| Диборид марганца (MnB2) | 4,14 |
| Борид титана(II) (TiB2) | 3,88-3,95 |
| Диборид ванадия (VB2) | 3,88-3,96 |
| Диборид циркония (ZrB2) | 3,7 |
| Диборид ниобия (NbB2) | 3,65 |
| Карбид титана (TiC) | 2,35-3,35 |
| Карбид циркония (ZrC) | 2.2-3,8 |
| Сульфид титана (TiS) | 3,4 |
| Сульфид серебра(I) (Ag2S) | 3,8 |
| Вольфрам лантанированный (W+2% La2O3) | < 3,7 |
| Сплав оксида цинка с кремнием | ≤ 3,2 |
4) В таблице 4. Представлены инертные химические соединения, удовлетворяющие требование к Aв ≤ 3,1 эВ.
Таблица 4.
| Материал | Aв (эВ) |
| Карбид гафния (HfC) | 2,04 |
| Диборид скандия (ScB2) | 2,3-2,9 |
| Карбид ниобия (NbC) | 2,24 |
| Карбид тантала (TaC) | 3,03-3,1 |
| Карбид титана (TiC) 2,35-3,1 (порошкообразный) | 2,35-3,1 |
| Оксид титана (TiO) | 2,96-3,1 |
| Диборид вольфрама (WB2) | 2,62 |
| Карбид циркония (ZrC) (порошкообразный) | 2,2-3,05 |
Существует также вариант изобретения, в котором поглотительные воздуховодные поглотительные экраны, ионизатор и электростатический пылеулавливатель соединены с корпусом и камерой облучения через изоляторы.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность подавать разное напряжение на эмиссионный электрод и электростатический фильтр, что позволяет осуществлять их независимую регулировку напряжения.
Существует еще один вариант изобретения, в котором внутренняя поверхность камеры облучения и лабиринтных экранов покрыта алюминием.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется альтернативная возможность использовать дешевый и доступный материал с необходимыми характеристиками. Алюминий обладает хорошей способностью отражать ультрафиолетовое излучение, вследствие того, что у Al2O3 Ав = 7,35 эВ, а максимально возможная энергия квантов в камере облучения равна 6,3 эВ.
Существует и такой вариант изобретения, в котором в качестве материала покрытия эмиссионного выбран материал, имеющий работу выхода электрона менее 4,9 эВ и более 3,1 эВ.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность эффективно использовать излучение от максимума 4,9 эВ до минимума 3,1 эВ в зависимости от материала электродов.
Существует также вариант изобретения, в котором в качестве материала покрытия эмиссионного электрода выбран один из следующих материалов: титан, карбид титана, диборид марганца, карбид тантала, диборид ванадия, диборид циркония, диборид хрома, диборид ниобия, сульфид титана, вольфрам, цинк, бор, кремний, тантал, золото, графит, осмий, родий, рутений, серебро, молибден, железо.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность использовать материалы с подходящими характеристиками, химически инертными, у некоторых за счет образования оксидной пленки: бор, кремний, тантал, титан, молибден, железо или покрытий из золота, осмия, родия, рутения, серебра, не образующих оксидных пленок, а также графита, некоторых боридов, сульфидов и карбидов.
Существует еще один вариант изобретения, в котором в качестве материала покрытия эмиссионного электрода и покрытия поверхности стенок лабиринтов выбран материал, имеющий работу выхода электрона менее или равно 3,1 эВ.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется альтернативная возможность максимально использовать для ионизации энергию квантов ультрафиолетового излучения, уменьшающуюся в процессе отражения и частичного поглощения. Например, для карбида гафния от 4,9 эВ до 2,04 эВ, что соответствует оранжевой части спектра видимого света.
Существует, кроме того, и такой вариант изобретения, в котором в качестве материала покрытия эмиссионного электрода и покрытия поверхности стенок лабиринтов выбран один из следующих материалов: диборид скандия, карбид ниобия, карбид титана, окись титана, диборид вольфрама, карбид гафния. Поскольку эти материалы максимально поглощают УФ излучение или переводят его в видимую часть спектра.
Эти материалы - наиболее подходящие для покрытия стенок лабиринтов, поскольку переводят спектр ультрафиолетового излучения в безвредную видимую часть спектра. Благодаря такой выгодной характеристике появляется альтернативная возможность использовать материалы химически инертные, не токсичные, с проверенными характеристиками, некоторые из них относительно дешевые, например, карбид титана и диборид вольфрама.
Существует и такой вариант изобретения, в котором в качестве материала покрытия эмиссионного электрода выбрано серебро с нанесенным на него сульфидом серебра, а покрытие стенок лабиринтов выполнены из карбида гафния.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется альтернативная возможность использовать химически стойкие и доступные материалы, которые можно наносить гальваническим способом на более дешевый метал, например, серебро и на нем образовывать пленку из сульфида серебра с Ав = 3,8 эВ, а карбид гафния покрывает стенки лабиринтов с Ав = 2,04 эВ, что позволяет наиболее эффективно поглощать излучение или переводить его энергию в безвредный видимый свет.
Существует и такой вариант изобретения, в котором в качестве материала покрытия эмиссионного электрода и стенок лабиринтов выбран титан или другой стойкий метал, покрытый карбидом гафния.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется альтернативная возможность наиболее эффективной эмиссии электронов с отрицательных электродов по сравнению с другими материалами. Осуществляется максимальное поглощение излучения на поверхности стенок лабиринтов.
Существует и такой вариант изобретения, в котором в качестве материала покрытия эмиссионного электрода и стенок лабиринтов выбран титан или другой стойкий метал, покрытый карбидом титана.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется альтернативная возможность использовать относительно дешевые материалы, удовлетворяющие всем требованиям.
Совокупность существенных признаков предлагаемой изобретения неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.
Краткое описание чертежей.
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:
- фигура 1 изображает устройство облучателя-рециркулятора воздуха ультрафиолетового бактерицидного, согласно изобретению,
- фигура 2 изображает схему подключения устройства через электрическую сеть общего назначения, согласно изобретению,
- фигура 3 изображает схему подключения устройства через автономные источники питания, согласно изобретению,
- фигура 4 изображает схему подключения электростатического пылеуловителя, согласно изобретению.
На фигурах обозначено:
1 - корпус
2 - камера облучения
3 - входное окно
4 - выходное окно
5.1 - поглотительные воздуховодные лабиринтные экраны входа
5.2 - поглотительные воздуховодные лабиринтные экраны выхода
6 - источник ультрафиолетового бактерицидного безозонового излучения
7 - вентилятор
8 - фильтр
9 - съёмный электростатический пылеулавливатель
10 - эмиссионный электрод
11 - изоляторы
12 - винты
13 - регулятор напряжения
14 - устройство ионизатора целиком
15 - осадительный электрод,
16 - блок питания.
Согласно фигуре 1 облучатель-рециркулятор воздуха ультрафиолетовый бактерицидный включает в себя корпус 1, в котором образована камера облучения 2, внутренняя поверхность которой покрыта материалом, отражающим ультрафиолетовое излучение и содержащий входное окно 3 и выходное окно 4, поглотительные воздуховодные лабиринтные экраны 5.1 и 5.2, расположенные около входного окна 3 и выходного окна 4, расположенные в корпусе источник ультрафиолетового бактерицидного безозонового излучения 6, вентилятор 7, фильтр 8, съёмный электростатический пылеулавливатель 9.
Внутренняя поверхность корпуса 1 покрыта материалом, отражающим ультрафиолетовое излучение, а внутри корпуса 1 в районе выходного окна 4 по внутренней поверхности корпуса расположен эмиссионный электрод 10, соединенный с заземлением или выводом в наружную среду через источник напряжения, при этом эмиссионный электрод и поглотительные воздуховодные лабиринтные экраны выполнены из материала или покрыты материалом, химически инертным по отношению к веществам атмосферного воздуха и имеющего работу выхода электрона менее 4,9 эВ у покрытия эмиссионных электродов, а у покрытия стенок лабиринтов меньше или равно 3, 1 эВ.
Эмиссионный электрод 10 и поглотительные воздуховодные лабиринтные экраны 5.1 и 5.2 могут быть соединены с корпусом 1 и камерой облучения 2 через изоляторы 11.
Внутренняя поверхность камеры облучения может быть покрыта алюминием.
В качестве материала покрытия эмиссионного электрода 10 преимущественно выбран материал, имеющий работу выхода электрона менее 4,9 эВ и более 3,1 эВ, а материал покрытия стенок лабиринтов 5.1 и 5.2 имеет работу выхода менее или равно 3,1 эВ.
В качестве материала покрытия эмиссионного электрода 10 может быть выбран один из следующих материалов: титан, карбид титана, диборид марганца, карбид тантала, диборид ванадия, диборид циркония, диборид хрома, диборид ниобия, сульфид титана, вольфрам, цинк, бор, кремний, тантал, золото, графит, осмий, родий, рутений, молибден, железо.
В качестве материала покрытия эмиссионного электрода 10 и материала покрытия стенок лабиринтов 5.1 и 5.2 может быть выбран материал, имеющий работу выхода электрона менее или равно 3,1 эВ.
В качестве материала покрытия эмиссионного электрода 10 и стенок лабиринтов может быть выбран один из следующих материалов: диборид скандия, карбид ниобия, карбид титана, окись титана, диборид вольфрама, карбид гафния.
Для регулярного обслуживания корпус 1 устройства разбирается с помощью винтов. На фигуре 1 показаны как 12.
На фигурах 2-4 показаны электрические схемы подключения.
Осуществление изобретения.
Облучатель-рециркулятор воздуха ультрафиолетовый бактерицидный работает следующим образом. (Приводится не ограничивающий применения изобретения пример работы устройства).
Этап 1. Забираемый из помещения через входное окно 3 обеззараживаемый воздух очищается от пыли в фильтре очистки воздуха общего назначения 8.
Этап 2. Далее он проходит через лабиринты-воздуховоды 5.1.
Этап 3. Проходит через съёмный электростатический фильтр 9, в котором происходит дополнительная очистка.
Этап 4. Воздух поступает в камеру облучения 2, где под действием ультрафиолетового бактерицидного потока излучения, генерируемого бактерицидными безозоновыми ультрафиолетовыми лампами 6, обеззараживается.
Этап 5. Обработанный воздух проходит через ионизатор, образованный эмиссионным электродом 10, где он обогащается отрицательными аэроионами кислорода воздуха
Этап 6. Очищенный воздух проходит через лабиринты-воздуховоды 5.2 и под действием вентилятора 7 направляется в помещение.
Лабиринты-воздуховоды входного 5.1 и выходного 5.2 экранов препятствуют попаданию ультрафиолетового излучения в помещение, что позволяет во время обеззараживания воздуха находиться в помещении людям.
В режиме работы можно увеличить количество отрицательных аэроионов кислорода воздуха, подключив выходной экран с лабиринтами-воздуховодами к отрицательному электроду источника тока ионизатора, что позволит работать покрытие воздуховодов-лабиринтов по примеру ионизатора.
Регулировка ионизатора осуществляется посредством изменения напряжения блок питания (постоянного источника тока) 16. См. фиг. 2-4.
Для более эффективной эмиссии электронов с отрицательных электродов, предпочтительнее использовать материалы с работой выхода электрона менее 3,1 эВ, потому что спектр квантов ультрафиолетового излучения в результате многократного отражения и частичного поглощения, смещается в сторону видимого света, а материалы с такой работой выхода электрона позволяют максимально использовать ионизирующую способность света. К примеру, карбид гафния ионизируется при 2,04 эВ, что соответствует оранжевому спектру видимого света. Условие работы выхода электрона меньше или равно 4,9 эВ не строгое, потому что 4,9 эВ - это максимум, а часть квантов имеют энергию и больше 4,9 эВ.
Приведенные варианты осуществления изобретения являются примерными и позволяют добавлять новые варианты или модифицировать описанные.
Промышленная применимость.
Облучатель-рециркулятор воздуха ультрафиолетовый бактерицидный может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения. Возможность осуществления специалистом на практике следует из того, что для каждого признака, включённого в формулу изобретения на основании описания, известен материальный эквивалент, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения, а также критерию «полнота раскрытия» для изобретения.
В соответствии с предложенным изобретением заявителями был изготовлена опытный образец, который включал корпус 1 с входным 3 и выходным 4 окнами, в котором образована камера облучения 2, внутренняя поверхность которой была покрыта материалом, отражающим ультрафиолетовое излучение с размещенными в ней бактерицидными безозоновыми ультрафиолетовыми лампами, снабженная на входе и выходе лабиринтными экранами 5.1 и 5.2, расположенной на внутренней поверхности камеры облучения эмиссионный электрод 10 перед выходным лабиринтным экраном 5.2 и были установлены вентилятор 7 и фильтр 8, согласно компоновке.
Фильтр 8 был размещен во входном, а вентилятор, соответственно, в выходном окнах на торцевых поверхностях корпуса. Лабиринтные экраны 5.1 и 5.2 состояли из двух симметрично расположенных перегородок, в которых были выполнены множество отверстий для воздуха в виде лабиринтов, причем поверхность перегородок, обращенная во внутрь камеры, была покрыта материалом, отражающим ультрафиолетовое излучение, а внутренняя поверхность воздуховодов покрыта материалом, поглощающим ультрафиолетовое излучение, а именно титаном, покрытым карбидом титана.
Внутри корпуса 1, между входным лабиринтным экраном и бактерицидными безозоновыми ультрафиолетовыми лампами был установлен съёмный электростатический фильтр 8 для очистки воздуха от частиц, размер которых не превышает 0,01 мкм, а съёмный ионизатор кислорода воздуха был расположен между выходным лабиринтным экраном и бактерицидными безозоновыми ультрафиолетовыми лампами. Внутренне покрытие камеры облучения 2 выполняется из материалов с работой выхода электронов существенно более 4,9 эВ, а именно был использован алюминий с оксидной плёнкой Al2O3 и работой выхода электрона 7,35 эВ.
Опытная эксплуатация такого устройства показала, что он не только обеззараживает воздух, но и дополнительно его ионизирует.
Предлагаемое устройство имеет также дополнительные преимущество, выраженное в том, что:
1. Необходимое поглощение энергии квантов ультрафиолетового излучения идет в основном на эмиссию электронов и на образование отрицательных аэроионов кислорода воздуха, а не бесполезно в тепловую энергию, как у прототипа и аналогов.
2. В изобретении положительный электрод контактирует с внешней средой: поверхность земли, поверхность воды, атмосферой, что облегчает эмиссию электронов с отрицательного электрода, поскольку поверхность воды и земли заряжена отрицательно и затрудняет рекомбинацию образованных устройством отрицательных аэроионов с положительными зарядами, поскольку между ними существует барьер в виде стен или других препятствий, изолирующих ионизируемый объем. В прототипе и в аналогах это отсутствует вообще.
3. В устройстве за счет фотоэффекта генерируется дополнительная Э.Д.С. К примеру, если в электростатическом пылеулавливателе эмиссионный электрод покрыт карбидом гафния, а осадительный электрод выполнен из алюминия с пленкой Al2O3, то добавочная Э.Д.С. между электродами будет 7,35 В - 2,04 В = 5,31 В, которое остается при отключённом источнике напряжении на электродах, но при включенных ультрафиолетовых лампах.
Потребляемая мощность устройства зависит от мощности и количества бактерицидных безозоновых ультрафиолетовых ламп и мощности вентиляторов.
Параметры встроенного ионизатора составили: мощность не более 5 Вт, при напряжении тока от 36 В до 220 В и зависит от скорости и объёма обрабатываемого воздуха, проходящего через устройство. У встроенного электростатического пылеулавливателя напряжение тока от 36 В до 220 В, в зависимости от вариантов компоновки. В качестве заземления, в помещениях, можно использовать заземление электрической сети общего назначения, если оно присутствует.
Электрический ток эмиссионных электронов, генерируемых ионизатором, составляет от 1 мкА до 7 мкА, в зависимости от регулировки. Источником постоянного напряжения могут служить как автономные источники - первичные источники тока, аккумуляторные батареи, так и электрическая сеть общего назначения. Материал положительного электрода, контактирующего с внешней средой, выбирается из соображения инертности и максимального сродства к электрону, в частности, алюминий с оксидной пленкой Al2O3 с Ав = 7,35 эВ для атмосферы и медь или платина для контакта с поверхностью земли или воды.
Спектральный коэффициент отражения Al с оксидной пленкой Al2O3 ближнего УФ излучения с энергией квантов от 3,10 до 4,9 электронвольт и видимого света находится в пределах от 0,80 до 0,93. Кроме того, коэффициент отражения в видимой и ближней УФ областях велик и лишь малая часть поглощается материалом.
Квантовым выходом (Ɣ) называется число эмитированных электронов в расчете на один фотон, падающих на поверхность тела.
В видимой и ближней УФ областях Ɣ меньше или равно 0,001 электрон/фотон. С учетом многократного отражения в данной установке квантовый выход Ɣ значительно увеличивается, а принимая во внимание подачу отрицательного потенциала на электроды, Ɣ повышается еще больше, в зависимости от величины напряжения.
Энергия сродства к электрону положительна у молекулы кислорода и равна 0,45 эВ, а у молекулы воды равна 0,8 эВ и отсутствует или отрицательна у аргона и азота, поэтому устойчивые отрицательные аэроионы могут быть только у молекул кислорода и воды при присоединении эмиссионных электронов, что и используется в данном изобретении для обогащения воздуха отрицательными аэроионами
Таким образом, за счет указанных выше признаков и достигается заявленный технический результат - повышение эффективности обеззараживания и повышения качества обработанного воздуха за счет обогащения воздуха отрицательными аэроионами кислорода воздуха и нейтрализации вредных положительно заряженные лёгких и тяжелых аэроионов воздуха и очищение его от пыли и спор. Это достигается, в частности, вследствие того, что в установке для увеличения эмиссии электронов с отрицательного электрода кроме разности потенциалов, подаваемые на электроды, используется также внешний фотоэффект и подбираются химически инертные материалы с минимальной работой выхода электрона, что позволяет значительно понижать рабочее напряжение у электродов ионизатора и электростатического пылеулавливателя.
1. Облучатель-рециркулятор воздуха ультрафиолетовый бактерицидный, включающий в себя корпус, в котором образована камера облучения, внутренняя поверхность которой покрыта материалом, отражающим ультрафиолетовое излучение, вентилятор, фильтр и содержащий входное окно и выходное окно, поглотительные воздуховодные лабиринтные экраны, расположенные около входного окна и выходного окна, расположенные в корпусе источник ультрафиолетового бактерицидного безозонового излучения и съёмный электростатический пылеулавливатель, отличающийся тем, что внутренняя поверхность корпуса и экранов покрыта материалом, отражающим ультрафиолетовое излучение, а внутри корпуса перед выходным воздуховодным поглотительным экраном на внутренней поверхности корпуса расположен эмиссионный электрод, соединенный с заземлением или выводом в наружную среду через источник напряжения, при этом эмиссионный электрод и поглотительные воздуховодные лабиринтные экраны выполнены из материала или покрыты материалом, химически инертным по отношению к веществам атмосферного воздуха и имеющего работу выхода электрона менее 4,9 эВ у материала эмиссионного электрода и менее или равно 3,1 эВ у покрытия стенок лабиринтов.
2. Облучатель-рециркулятор воздуха по п.1, отличающийся тем, что эмиссионный электрод, воздуховодные поглотительные лабиринтные экраны и электростатический пылеулавливатель соединены с корпусом и камерой облучения через изоляторы.
3. Облучатель-рециркулятор воздуха по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность камеры и экранов облучения покрыта алюминием.
4. Облучатель-рециркулятор воздуха по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала покрытия эмиссионного электрода выбран материал, имеющий работу выхода электрона менее 4,9 эВ и более 3,1 эВ.
5. Облучатель-рециркулятор воздуха по п.4, отличающийся тем, что в качестве материала покрытия эмиссионного электрода выбран один из следующих материалов: титан, диборид марганца, диборид ванадия, диборид циркония, диборид хрома, диборид ниобия, сульфид титана, вольфрам, цинк, бор, кремний, тантал, золото, серебро, графит, осмий, родий, рутений, молибден и железо.
6. Облучатель-рециркулятор воздуха по п.4, отличающийся тем, что в качестве покрытия эмиссионного электрода выбрано серебро с нанесенным на него сульфидом серебра, а материал покрытия стенок лабиринтов выполнен из карбида гафния.
7. Облучатель-рециркулятор воздуха по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала покрытия эмиссионного электрода и покрытия стенок лабиринтов выбран материал, имеющий работу выхода электрона менее или равно 3,1 эВ.
8. Облучатель-рециркулятор воздуха по п.7, отличающийся тем, что в качестве материала покрытия эмиссионного электрода и покрытия стенок лабиринтов выбран один из следующих материалов: диборид скандия, карбид ниобия, карбид титана, окись титана, диборид вольфрама, карбид гафния, карбид тантала, карбид циркония.
9. Облучатель-рециркулятор воздуха по п.7, отличающийся тем, что в качестве материала эмиссионного электрода выбран титан с нанесенным на него карбидом титана, а покрытие стенок лабиринтов выполнено из карбида титана.
10. Облучатель-рециркулятор воздуха по п.7, отличающийся тем, что в качестве материала эмиссионного электрода выбран титан с нанесенным на него карбидом гафния, а покрытие стенок лабиринтов выполнено из карбида гафния.
