BG113380A

BG113380A - Electrostatic biosafety air filter

Info

Publication number: BG113380A
Application number: BG113380A
Authority: BG
Inventors: Емил Миланов; Стефанов Миланов Емил; Валери Хамер; Тодоров Хамер Валери; Симеон Предов; Рашков Предов Симеон
Original assignee: Емил Миланов; Стефанов Миланов Емил; Симеон Предов; Рашков Предов Симеон; Валери Хамер; Тодоров Хамер Валери
Priority date: 2021-06-02
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2022-12-15

Abstract

The electrostatic biosafety air filter is applied to indoor air purifiers, filters for air conditioning systems, filters for hospital facilities, filters for ground and air transport, specialized filters providing biological disinfection of the air environment, protective filters for face masks. It contains a high degree of protection and is simultaneously automatically disinfected in the process of operation, and can be used in special facilities for eliminating nosocomial infections, one of which is disclosed in the patent. The filter has a flat geometry, it can be multilayered and is highly efficient. The electrostatic biosafety air filter comprises alternating layers of stretchable metal mesh (1a, 1b ...1n), which is composed of thin metal filaments with a diameter of less than 100 microns and a cell size between 0.5 and 1 mm with tensioned layers of electrically conductive silver fabric (2a, 2b ... 2n), which layers are electrically isolated from each other and with the layers spaced apart by a minimum of 0.5 to a maximum of 3 mm. Wherein the metal mesh layers (1a, 1b ...1n) are electrically connected to an electronic module (3) of a high-voltage DC source as the cathode electrodes with a negative electric potential, and the layers of electrically conductive silver fabric (2a, 2b ... 2n) are electrically connected to the same electronic module (3) of the high voltage DC source as the anode electrodes have a positive electric potential.

Description

Електростатичен биозащитен въздушен филтърElectrostatic bioprotective air filter

Област на техникатаField of technique

Изобретението се отнася до електростатичен биозащитен въздушен филтър. Области на приложение са пречистватели на въздуха за помещения, филтри за климатични инсталации, филтри за болнични съоръжения, филтри за всички видове наземен и въздушен транспорт, специализирани филтри, осигуряващи биологична дезинфекция на въздушната среда, защитни филтри за лицеви маски.The invention relates to an electrostatic bioprotective air filter. Fields of application are air purifiers for rooms, filters for air conditioning installations, filters for hospital facilities, filters for all types of ground and air transport, specialized filters providing biological disinfection of the air environment, protective filters for face masks.

Предшестващо състояние на техникатаPrior art

Известни са противопраховите хепа ( НЕРА ) филтри, които чисто механично задържат малки частици във въздуха с микронен и субмикронен размер във филтрови инсталации. Това е по-скоро маркетинговото наименование на широк клас високоефективни механични въздушни филтри, като най- важния им показател е каква част от частиците с размер 0.3 микрометра задържат. Предимство е плоската им геометрична форма на активните повърхности с компактен размер като дебелина, подходящи са за вграждане в множество филтрови инсталации, използвани в бита на хората. Недостатък за биологично пречистване на въздуха от патогени е тяхното замърсяване и натрупване на патогени по филтровите им повърхности и последващото им изпускане, след като се натрупат в достатъчно количество по повърхностите им без да бъдат деактивирани. Недостатък е също така, че в повечето случаи те съдържат стъкловлакна с микронен размер, които може да бъдат изпускани в пречистения въздух, преминаващ през филтрите и тези стъкловлакна са вредни за здравето на човека при попадане в белите му дробове.Anti-dust HEPA (HEPA) filters are known, which purely mechanically retain small particles in the air with micron and submicron size in filter installations. It is rather the marketing name of a wide class of high-efficiency mechanical air filters, the most important indicator of which is how much of the 0.3 micrometer particles they retain. The advantage is their flat geometric shape of the active surfaces with a compact size and thickness, they are suitable for embedding in many filter installations used in people's lives. A disadvantage of biological air purification from pathogens is their contamination and accumulation of pathogens on their filter surfaces and their subsequent release after they accumulate in sufficient quantity on their surfaces without being deactivated. A disadvantage is also that in most cases they contain glass fibers of micron size that can be released into the purified air passing through the filters and these glass fibers are harmful to human health if they get into the lungs.

Известна е и една антивирусна и антибактериална маска /1/, в която се използва електростатичен биозащитен филтър, който е описан в патента като електростатичен модул за стерилизация. Предимство на използваните за това изделие варианти на електростатичния филтър е, че в едно преференциално изпълнение той съдържат биоактивни повърхности с нанесено сребро с относително големи площи спрямо обема на филтъра. Към тези биоактивни повърхности прилепват патогените по тях за сметка на генерираните електростатични полета във филтъра. В последствие патогените се деактивират и унищожават благодарение на свойства на среброто, а съшо така и с приложено ултравиолетово лъчение. Основен недостатък са неудобните форми на описаните конструкции на филтъра, които не могат да станат плоски, като тези на най-често употребяваните настоящем хепа филтри и не могат директно да ги заменят.An antiviral and antibacterial mask /1/ is also known, in which an electrostatic bioprotective filter is used, which is described in the patent as an electrostatic sterilization module. An advantage of the electrostatic filter variants used for this article is that, in a preferred embodiment, they contain silver-coated bioactive surfaces with relatively large areas relative to the volume of the filter. Pathogens adhere to these bioactive surfaces at the expense of the generated electrostatic fields in the filter. Subsequently, the pathogens are deactivated and destroyed thanks to the properties of the silver and also with the applied ultraviolet radiation. A major drawback is the awkward shapes of the described filter constructions, which cannot become flat, like those of the most commonly used HEPA filters at present, and cannot directly replace them.

Известен е и един американски патент за изобретение /2/, в чиято конструкция на електростатичен филтър се използва един положително зареден електрод от сребро или сребърна сплав с плоска форма на метална мрежа и един друг отрицателно зареден електрод от злато или златна сплав, за предпочитане под формата на определен брой тънки нишки тел, разположени по пътя на въздушния поток. Такава форма на електродите може да допуска плоска и по-компактна форма на електростатичния филтър близка до тази на хепа филтрите, въпреки че в чертежите към патента това не е показано точно така и е предпочетен варианта на ориентация на тънките нишки, като игли, разположени перпендикулярно на металната мрежа . В този патент /2/ се илюстрират и редица полезни процеси, които може да очакваме при такава обща конструкция на филтъра . Първо, емисията на електрони от тънките нищки отрицателни електроди се очаква да бъде с висока концентрация при режим на работа на електростатичния филтър на възникнал коронен разряд, тогава когато тези електрони могат ударно и в режим на умножение да йонизират газовете във въздушната среда в близост до тънките нишки в областите със силен градиент на електричното поле. Тогава се генерират полезни аниони (отрицателни йони) във въздуха, които го дезинфекцират от патогени - бактерии и вируси. Като допълнителен процес - тези йони не могат да останат с некомпенсиран електрически заряд дълго време във въздушна среда. Така се създават допълнителни химически молекули във въздуха - ОЗ(озон) и с по-малка вероятност и някои азотни окиси. Озонът в определени концентрации е допустим и полезен, а азотните окиси по принцип не са полезни за здравето на човека, но също са допустими в определени концентрации. Емисията на електрони от отрицателните електроди също йонизира и патогените - вируси и бактерии, както и праховите частици във въздуха и този заряд увеличава на порядъци вероятността те да прилепват принудително към повърхностите на анода, в случая към мрежата покрита със сребро, където прилепналите патогени се дезактивират за кратък срок от свойствата на среброто и също така са бомбандирани от привлечените към електрода газови аниони, които допълнително спомагат за бързото им разрушаване. Изводът е, че е добре да се влиза в режим на работа на филтъра на контролируем коронен разряд, с контрол на 3 генерирания озон в допустимите и приети граници. Второ, очаква се ефективността на филтър с такава конструкция да нараства с максимална вероятност на захват на патогени и прахови частици във въздуха при по-малки отвори в металната мрежа, която бихме използвали като един положителен електрод за електростатичния филтър. Недостатък на предложената конструкция на електростатичния филтър в патента /2/ освен че не се предлага като изцяло плоска конструкция, също така е това, че не се използва многостепенна схема на електростатичен филтър за увеличаване вероятността на захват на патогените и праховите частици, както и разделяне на част от конструкция на филтъра, където да се извършва йонизацията и на една друга част от филтъра, където да се осъществява захват на частиците. Подобни конструкции масово се прилагат в промишлените електростатични противопрахови филтри и във филтрите за пречистване на газове в индустрията.An American patent for an invention /2/ is also known, in the construction of an electrostatic filter one positively charged electrode of silver or a silver alloy with a flat shape of a metal mesh and another negatively charged electrode of gold or a gold alloy is used, preferably under the shape of a certain number of thin strands of wire located in the path of the air flow. Such a shape of the electrodes may allow a flat and more compact shape of the electrostatic filter close to that of HEPA filters, although in the drawings to the patent this is not exactly shown and the variant of orientation of the thin filaments, like needles, placed perpendicularly is preferred on the metal mesh. This patent /2/ also illustrates a number of useful processes that we might expect with such a general filter design. First, the emission of electrons from the thin filament negative electrodes is expected to be of high concentration in the electrostatic filter mode of operation of a corona discharge, when these electrons can shock and multiply ionize the gases in the air environment near the thin filaments. filaments in regions of strong electric field gradient. Then useful anions (negative ions) are generated in the air, which disinfect it from pathogens - bacteria and viruses. As an additional process - these ions cannot remain with an uncompensated electrical charge for a long time in an air environment. This is how additional chemical molecules are created in the air - OZ (ozone) and, less likely, some nitrogen oxides. Ozone in certain concentrations is permissible and useful, and nitrogen oxides are generally not useful for human health, but they are also permissible in certain concentrations. The emission of electrons from the negative electrodes also ionizes pathogens - viruses and bacteria, as well as dust particles in the air, and this charge increases by orders of magnitude the probability that they will forcibly adhere to the surfaces of the anode, in this case to the silver-coated mesh, where the adhering pathogens are deactivated for a short time from the properties of silver and are also bombarded by the gas anions attracted to the electrode, which further contribute to their rapid destruction. The conclusion is that it is good to enter the mode of operation of the filter of controllable corona discharge, with control of 3 generated ozone within the permissible and accepted limits. Second, the efficiency of a filter with such a design is expected to increase with the maximum probability of capturing airborne pathogens and particulate matter at smaller openings in the metal mesh that we would use as one positive electrode for the electrostatic filter. A disadvantage of the proposed electrostatic filter design in the patent /2/, in addition to not being offered as a completely flat design, is also that it does not use a multi-stage electrostatic filter scheme to increase the likelihood of pathogen and particulate capture as well as separation on a part of the filter construction where the ionization takes place and on another part of the filter where the particle capture takes place. Similar designs are widely used in industrial electrostatic dust filters and in industrial gas purification filters.

През последните 6-7 години възникна един нов промишлен продукт - електропроводим сребърен плат (текстил). Примерно съществуват такива платове на немска фирма, познати под марките Shieldex, или Statex, които се създават на база сребърни нишки с дебелина от порядъка на 100 микрона, представляващи полимер с вградени в обема му наносребърни частици. Наносребърните частици освен това, че създават електропроводимост на нишките в текстила и може да се използват за екранировка от електромагнитно излъчване, имат също така и силно изявен бактерициден ефект, който е по-силно изразен при сребърните наночастици, вградени в полимера в сравнение с един чист метален слой сребро. Така част от тези платове са сертифицирани по европейски стандарти за медицински нужди, примерно те се прилагат за възможно найефективен бинт при изгаряния, предотвратяващ възможни инфекции, също така са подходящи за самодезинфекциращо се бельо и др. В сребърния текстил при нишки с типична дебелина от порядъка на 100 микрона се наблюдават въздушни междини в текстила също от порядъка на сто до няколкостотин микрона и при дебелина на текстилната структура примерно в диапазона на 250 - 500 микрона, каквито са повечето сребърни платове. Тези въздушни междини в сребърния текстил са сравними по размер със ситните метални мрежи/сита използвани за промишлени нужди при значително по-ниска себестойност на материала, а също така притежават биоактивни повърхности с наносребро, каквито не притежават металните мрежи с такъв размер на отвора. Съществуващите сребърни платове имат по-големи въздушни междини и по-големи дебелини на нишките в сравнение с тези при хепа филтрите и от тази гледна точка еднопластния сребърен плат няма да представлява ефективен механичен въздушен филтър за патогени - примерно бактерии и в още по-малка степен за вируси. Такъв обаче един електрод, състоящ се от сребърен текстил очаквано ще покаже много подобри данни за филтрация на патогени и прахови частици при използването му в различни възможни конструкции на електростатични филтри, за което досега не е използван такъв нов технологичен материал. Съществуващите сребърни платове не са граница на тази текстилна технология и е възможно да се произведе примерно нов сребърен конец, или нишки за нова марка (модел) сребърен плат с диаметър примерно само 20 микрона (срещу 100 микрона понастоящем) и да се създаде сребърен текстил специално за електростатични филтри, примерно също с 20 микронни типични междини в сребърния 5 плат, под формата на тъкан (или нетъкан текстил). Това би било значително по-добра структура на електрод за електростатичен филтър в сравнение с най-ситните метални мрежи/сита , които се произвеждат и ползват за промишлени приложения понастоящем.In the last 6-7 years, a new industrial product has emerged - electrically conductive silver cloth (textile). For example, there are such fabrics of a German company, known under the brands Shieldex or Statex, which are created on the basis of silver threads with a thickness of about 100 microns, representing a polymer with nanosilver particles embedded in its volume. Nanosilver particles, in addition to creating electrical conductivity of the threads in textiles and can be used for shielding from electromagnetic radiation, also have a highly pronounced bactericidal effect, which is more pronounced with silver nanoparticles embedded in the polymer compared to a pure metallic layer of silver. Thus, some of these fabrics are certified according to European standards for medical needs, for example, they are used for the most effective bandage for burns, preventing possible infections, they are also suitable for self-disinfecting underwear, etc. In silver textiles, for threads with a typical thickness of the order of 100 microns, air gaps are also observed in the textile of the order of a hundred to several hundred microns, and for a thickness of the textile structure in the range of approximately 250 - 500 microns, as most silver fabrics are. These air spaces in the silver textile are comparable in size to the fine metal meshes/sieves used for industrial purposes at a significantly lower material cost, and also possess bioactive nanosilver surfaces that metal meshes of this mesh size do not. Existing silver cloths have larger air gaps and greater filament thicknesses than those of HEPA filters, and from this point of view a single layer silver cloth will not be an effective mechanical air filter for pathogens such as bacteria and even less so for viruses. However, such an electrode consisting of a silver textile is expected to show much better data for filtration of pathogens and dust particles when used in various possible designs of electrostatic filters, for which such a new technological material has not been used so far. Existing silver fabrics are not the limit of this textile technology, and it is possible to produce, for example, a new silver thread, or threads for a new brand (model) silver fabric with a diameter of, for example, only 20 microns (vs. 100 microns at present) and create a silver textile specifically for electrostatic filters, for example also with 20 micron typical gaps in the silver 5 cloth, in the form of a fabric (or non-woven fabric). This would be a significantly better electrode structure for an electrostatic precipitator than the finest metal meshes/sieves currently produced and used for industrial applications.

Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention

Основният проблем, който решава настоящето изобретение е създаването на един надежден електростатичен биозащитен въздушен филтър с висока степен на защита спрямо патогени (вируси и бактерии), с универсално приложение и е плоска форма, подобна на масово разпространените хепа (НЕРА) филтри.The main problem that the present invention solves is the creation of a reliable electrostatic bioprotective air filter with a high degree of protection against pathogens (viruses and bacteria), with universal application and a flat shape similar to the widely distributed HEPA (HEPA) filters.

Съгласно изобретението един електростатичен биозащитен въздушен филтър се състои от редуващи се слоеве опъната метална мрежа, която е изградена от тънки метални нишки с диаметър по-малък от 100 микрона и размер на клетките между 0,5 и 1 милиметра с разположени между тях слоеве опънат електропроводим сребърен плат, които са взаимно електрически изолирани и с разстояния на разполагане на слоевете от минимум 0.5 до 3 милиметра максимум. При това слоевете метална мрежа са електрически свързани към един електронен модул на високоволтов източник на постоянно напрежение като катодни електроди с отрицателен електрически потенциал, а слоевете опънат електропроводим сребърен плат са електрически свързани към същия електронен модул на високоволтов източник на постоянно напрежение като анодни електроди с положителен електрически потенциал. Предимство на описаната конструкция на биозащитния въздушен филтър е неговата плоска форма, при направление на въздушния поток същия както при хепа 6 филтрите , т.е. перпендикулярно на плоскостта на филтъра. Това прави такъв филтър подходящ за директна замяна на хепа филтрите, като добавя и нови съществени качества — не само противопрахови свойства, но и засилена биологична защита от патогени. Предимство на описания електростатичен биозащитен филтър е също така, че той е многослоен в конструкцията си, като се повтаря едно типово звено на филтъра многократно и може да осигурява различна степен на биологична защита, съобразно изискванията за дадено изделие и приложениеAccording to the invention, an electrostatic bioprotective air filter consists of alternating layers of stretched metal mesh, which is made up of thin metal threads with a diameter of less than 100 microns and a cell size between 0.5 and 1 millimeter with interposed layers of stretched electrically conductive silver fabric, which are mutually electrically insulated and with layer spacings of 0.5 minimum to 3 millimeters maximum. In this, the metal mesh layers are electrically connected to an electronic module of a high-voltage DC voltage source as cathode electrodes with a negative electric potential, and the layers of stretched electrically conductive silver cloth are electrically connected to the same electronic module of a high-voltage DC voltage source as anode electrodes with a positive electric potential electric potential. An advantage of the described construction of the bioprotective air filter is its flat shape, with the direction of the air flow the same as for the HEPA 6 filters, i.e. perpendicular to the plane of the filter. This makes such a filter suitable for direct replacement of HEPA filters, adding new essential qualities — not only anti-dust properties, but also enhanced biological protection against pathogens. An advantage of the described electrostatic bioprotection filter is also that it is multi-layered in its construction, repeating one type of filter unit many times and can provide a different degree of biological protection, according to the requirements of a given product and application

В едно преференциално изпълнение на изобретението високоволтовия източник на постоянно напрежение поддържа електрически постоянно напрежение в диапазона на по-високо с 10%, до по-ниско с 20% от праговото напрежение, което е необходимо за възникване на коронен електрически разряд във въздуха за дадената конкретна геометрия на филтъра . Това означава , че за високоефективната работа на филтъра може да се използва режим на контролируема йонизация на въздушната среда, или така наречения „контролируем коронен разряд“, когато генерацията на озон от филтъра ще се поддържа в рамките на медицински норми и в зависимост от спецификата на даденото приложение на филтъра.In a preferred embodiment of the invention, the high voltage DC voltage source maintains an electrical DC voltage in the range of 10% higher to 20% lower than the threshold voltage required to cause a coronal electric discharge in the air for the given particular filter geometry. This means that for the highly efficient operation of the filter, a mode of controlled ionization of the air environment, or the so-called "controlled corona discharge", can be used, when the generation of ozone from the filter will be maintained within medical norms and depending on the specifics of the given filter application.

В преференциално изпълнение на изобретението разстоянието между слоевете опъната метална мрежа и опънат електропроводим сребърен плат варира, като от страната на входа на въздушния поток на филтъра, в конкретната конструкция на устройството където е вграден, то е по-малко и е в диапазона на 0.5 мм - 1.5 мм , а от страна на изхода на въздушния поток от филтъра, то е по-голямо и е в диапазона на 1.5 мм - 3 мм. С промяна на разстоянията между отделните звена във филтъра може да се постигне първите звена на филтъра, поставени в протичащия въздушен поток да предизвикват йонизация на въздуха, а в последващи звена тази йонизация да отсъства и те да не участват в генерацията на озон, като само участват в процеса на събирането на патогени и прахови частици от въздуха, като целия този процес се извършва при едно и също подадено напрежение над различните звена от филтъра. Такова решение на конструкцията на филтъра, съобразно изобретението притежава предимството за обща простота на изпълнението на конкретния филтър и вариативност на възможните конструкции за оптимизация на филтъра, като се въвежда изпитаната ефективна схема от промишлените електростатични филтри и инсталации за пречистване, където се отделят участък за йонизация на прахови частици и газове и участък за събиране на замърсителя. В промишлените филтри , обикновено тези участъци са с различна форма и конструкция и с различни подавани напрежения.In a preferred embodiment of the invention, the distance between the layers of stretched metal mesh and stretched electrically conductive silver fabric varies, such that on the side of the filter air flow inlet, in the particular construction of the device where it is embedded, it is smaller and is in the range of 0.5 mm - 1.5 mm, and on the side of the outlet of the air flow from the filter, it is larger and is in the range of 1.5 mm - 3 mm. By changing the distances between the individual units in the filter, it is possible to achieve that the first units of the filter placed in the flowing air flow cause ionization of the air, and in subsequent units this ionization is absent and they do not participate in the generation of ozone, only participating in the process of collecting pathogens and dust particles from the air, and this whole process is carried out at the same applied voltage over the different units of the filter. Such a solution of the filter design according to the invention has the advantage of general simplicity of the implementation of the specific filter and variability of the possible designs for filter optimization, introducing the proven effective scheme of the industrial electrostatic filters and purification plants, where an ionization section is separated of dust particles and gases and a section to collect the pollutant. In industrial filters, these sections are usually of different shape and construction and with different supply voltages.

Съгласно изобретението един конкретен слой опънат електропроводим сребърен плат от конструкцията на филтъра може да представлява по формата си ушита сменяема калъфка от сребърен плат. Такава конструкция съдържа два последователни пласта сребърен плат, които са разположени на пътя на протичащия въздушен поток през филтъра. От своя страна калъфката обхваща и е опъната над една съответна носеща твърда метална рамка. При това носещата метална рамка е електрически свързана като един аноден електрод към положителния потенциал на високоволтовия източник на постоянно напрежение +V. Такова конструктивно решение на електродите от сребърен плат в изобретението съчетава редица предимства. Предимство е, че електродите се изработват по текстилна технология и не се прилага към тях никаква друга технология - те са от плат и се шият като калъфки. Електродите от плат във филтъра се замърсяват от прилепнали към тях прахови частици. Предимство е, че те може да бъдат лесно сменяеми във филтъра, могат да се почистват (изпират) и са за многократна употреба. Трето предимство е че такава конструкция на електродите увеличава ефективността на захват на патогените в рамките на един слой от филтъра, който става двупластен в даденото звено.According to the invention, a particular layer of stretched electrically conductive silver fabric of the filter construction can be shaped like a sewn replaceable cover of silver fabric. Such a design contains two successive layers of silver cloth, which are placed in the path of the flowing air stream through the filter. In turn, the case covers and is stretched over a corresponding supporting rigid metal frame. In this case, the supporting metal frame is electrically connected as one anode electrode to the positive potential of the high voltage source of constant voltage +V. Such a constructive solution of the silver fabric electrodes in the invention combines a number of advantages. The advantage is that the electrodes are made using textile technology and no other technology is applied to them - they are made of fabric and are sewn like covers. The cloth electrodes in the filter become contaminated by dust particles adhering to them. An advantage is that they can be easily replaced in the filter, can be cleaned (washed) and are reusable. A third advantage is that such a construction of the electrodes increases the efficiency of pathogen capture within one layer of the filter, which becomes two-layered in the given unit.

Един стандартен и високоефективен биозащитен филтър според изобретението създава възможност за ново болнично оборудване като конструкция под формата на кувьоз за възрастни. Съгласно изобретението един кувьоз за възрастни съдържа подвижно болнично легло на колелца с монтиран херметичен прозрачен полимерен похлупак над него. Похлупакът притежава входно отверстие за протичащия през него въздух, в което отверстие е вграден входящ електрически вентилатор. Също така към едно изходно отверстие на похлупака, за протичащия под него въздух са последователно монтирани на пътя на потока въздух електростатичен биозащитен въздушен филтър и изходящ електрически вентилатор. Такова ново изделие за инфекциозните отделения на всяка една болница има предимството да елиминира изцяло вътрешноболничните инфекции, при условие че използва в конструкцията си ефективен електростатичен биозащитен филтър, специализиран за тази цел. Кувьозите за възрастни съгласно изобретението са решение, което има предимството да елиминира източниците на заразяване в болничните заведения, а не просто да пречиства циркулиращия въздух в помещенията.A standard and highly efficient bioprotection filter according to the invention opens up the possibility of new hospital equipment as a construction in the form of an incubator for adults. According to the invention, an adult incubator contains a mobile hospital bed on wheels with an airtight transparent polymer cover mounted over it. The hood has an inlet for the air flowing through it, in which an inlet electric fan is built. Also to one outlet of the hood, for the air flowing under it, an electrostatic bioprotective air filter and an outlet electric fan are sequentially mounted in the air flow path. Such a new device for the infection departments of any hospital has the advantage of completely eliminating nosocomial infections, provided that it uses in its construction an effective electrostatic bioprotection filter specialized for this purpose. The incubators for adults according to the invention are a solution that has the advantage of eliminating the sources of contamination in hospital facilities, rather than simply purifying the circulating air in the premises.

Обобщено главните предимства на един електростатичен биозащитен въздушен филтър съобразно изобретението може да се изброят в едно изречение. Това е специализиран филтър за пречистване от патогени на въздушна среда, с формфактор е като на разпространените хепа механични филтри, този филтър е прост по конструкция, многослоен е, състои се от еднотипни компоненти, прилага високоефективни процеси за елиминиране на патогени в конструкцията си за разлика от чисто механичните хепа филтри, които са създадени основно като противопрахови филтри, подлежи на оптимизация за минимален брой компоненти и за постигане на определена степен на биозащита, може да влезе и е лесен за масово производство .In summary, the main advantages of an electrostatic bioprotective air filter according to the invention can be listed in one sentence. This is a specialized filter for air purification from pathogens, with a form factor similar to common HEPA mechanical filters, this filter is simple in construction, multi-layered, consists of the same type of components, applies highly effective pathogen elimination processes in its construction unlike of the purely mechanical HEPA filters, which are mainly created as dust filters, is subject to optimization for a minimum number of components and to achieve a certain degree of bioprotection, can enter and is easy to mass produce.

Обяснение на приложените фигуриExplanation of the attached figures

Фигура 1 представлява сборен чертеж на един електростатичен биозащитен въздушен филтърFigure 1 is an assembly drawing of an electrostatic bioprotective air filter

Фигура 2 представлява сборен чертеж на един слой със сребърен електропроводим плат от конструкцията па електростатичен биозащитен въздушен филтърFigure 2 is an assembly drawing of a single layer of silver conductive fabric of the electrostatic bioprotective air filter construction.

Фигура 3 представлява сборен чертеж на кувьоз за възрастни, съдържащ електростатичен биозащитен въздушен филтър.Figure 3 is an assembly drawing of an adult incubator containing an electrostatic bioprotective air filter.

Примери за изпълнениеImplementation examples

Един електростатичен биозащитен въздушен филтър (фиг.1) се състои от редуващи се слоеве опъната метална мрежа la,lb,...In, която е изградена от тънки метални нишки с диаметър по-малък от 100 микрона и размер на клетките между 0,5 и 1 милиметра с разположени между тях слоеве опънат електропроводим сребърен плат 2а,2Ь,...2п, които са взаимно електрически изолирани и с разстояния на разполагане на слоевете от минимум 0.5 до 3 милиметра максимум. При това слоевете метална мрежа la,lb,...In са електрически свързани към един електронен модул 3 на високоволтов източник на постоянно напрежение като катодни електроди с отрицателен електрически потенциал, а слоевете опънат електропроводим сребърен плат 2а,2Ь,...2п са електрически свързани към същия електронен модул 3 на високоволтовия източник на постоянно напрежение като анодни електроди с положителен електрически потенциал. Диаметъраът на нишките на металните мрежи 1а,1Ь,...1п, бихме искали да бъде по-малък от 100 микрона, защото в съшествуващите понастоящем електропроводими сребърни платове се използват сребърни нишки с типичен диаметър 100 микрона, които формират конци и текстура на плата, а ние бихме искали йонизацията на въздуха, патогени и прахови частици преимуществено да се осъществява на металните мрежи 1а,1Ь,...1п , до като на слоевете електропроводим сребърен плат 2а,2Ь,...2п бихме искали да става захват на патогени и прахови частици. По съшата причина избираме и размер на клетките между 0.5 и 1мм на мрежите 1а,1Ь,...1п, докато типичните въздушни междини в слоевете сребърен плат са в диапозона на 0.1 до 0.3 мм за различни видове такъв плат. Изборът на разстоянията между слоевете да бъде между 0.5 и 3 мм е избор първо на компактност на конструкцията и второ на оставена възможност за изпълнение на различна функции от отделните слоеве на филтъра при едно и също зададено напрежение от 11 модула 3.An electrostatic bioprotective air filter (Fig.1) consists of alternating layers of stretched metal mesh la,lb,...In, which is made of thin metal threads with a diameter of less than 100 microns and a cell size between 0, 5 and 1 millimeters with layers of stretched electrically conductive silver fabric 2a, 2b,...2p located between them, which are mutually electrically isolated and with spacings of the layers from a minimum of 0.5 to a maximum of 3 millimeters. In this case, the metal mesh layers 1a, 1b, ... In are electrically connected to an electronic module 3 of a high-voltage constant voltage source as cathode electrodes with a negative electric potential, and the stretched electrically conductive silver fabric layers 2a, 2b, ... 2n are electrically connected to the same electronic module 3 of the high-voltage constant voltage source as anode electrodes with a positive electrical potential. The thread diameter of the metal meshes 1a,1b,...1n, we would like to be less than 100 microns, because the current current conductive silver fabrics use silver threads with a typical diameter of 100 microns, which form threads and fabric texture , and we would like the ionization of the air, pathogens and dust particles to take place predominantly on the metal meshes 1a, 1b,...1p, until, on the layers, electrically conducting silver fabric 2a, 2b,...2p, we would like the capture of pathogens and dust particles. For the same reason, we also choose a cell size between 0.5 and 1 mm on the meshes 1a, 1b,...1n, while the typical air gaps in the layers of silver fabric are in the range of 0.1 to 0.3 mm for different types of such fabric. The choice of the distances between the layers to be between 0.5 and 3 mm is a choice first of compactness of the construction and second of the left possibility to perform different functions of the individual layers of the filter at the same set voltage of 11 modules 3.

В преференциално изпълнение на изобретението високоволтовият източник на постоянно напрежение 3 поддържа електрически постоянно напрежение в диапазона на по-високо с 10%, до по-ниско с 20% от праговото напрежение, което е необходимо за възникване на коронен електрически разряд във въздуха за дадената конкретна геометрия на филтъра . В рамките на допуска за напрежението подадено между слоевете 1а,1Ь,...1п и 2а,2Ь,...2п на електростатичния биозащитен въздушен филтър (фиг.1) има два основни режима на работа за отделните негови звена. В първият режим , когато напрежението е по-ниско от праговото за възникване на коронен разряд в конкретно взето отделно звено на филтъра 1 i,2i не се наблюдава ударна йонизация на молекулите на въздушната среда и не се генерира забележимо количество въздушни аниони и озон. В този режим , когато напрежението е близко, но по-малко от праговото за възникване на коронен разряд все пак е възможна йонизацията па по-големи обекти - вируси, бактерии и прахови частици с емитиране на електрони от металната мрежа И към тях, но този процес не е така ефективен, както ако в даденото звено на филтъра 1 i,2i имаме коронен разряд. В слоя сребърен електропроводим плат 2i се осъществява захват на патогените и прах със смесен механизъм на работа - на такива йонизирани частици с голяма вероятност и на нейонизирани частици с механизъм на диелектрична поляризация и с по-малка вероятност. Когато подаденото напрежение над дадено звено на филтъра 1 i,2i превишава праговото напрежение за възниване на коронен разряд в практически създадени устройства може да се влезе във втори режим на работа на „контролируем коронен разряд“, когато се следи концентрацията на озон при дадено подадено напрежение и се избират подходящи работни напрежения или пък се поддържат автоматично със сензор на озона и обратна връзка в рамките на приетите норми за допустима концентрация на озон във въздуха. На практика , ако всички звена на филтъра работят в първия режим на работа ефективни филтри може да се изградят с пет и повече звена, а ако всичките звена са настроени за работа в режим на „контролируем коронен разряд“, то ефективни филтри може да се изграждат само с две до три звена.In a preferential embodiment of the invention, the high-voltage constant voltage source 3 maintains an electrical constant voltage in the range of 10% higher, to 20% lower than the threshold voltage, which is necessary for the occurrence of a coronal electric discharge in the air for the given particular filter geometry. Within the tolerance for the voltage supplied between the layers 1a, 1b,...1n and 2a,2b,...2n of the electrostatic bioprotective air filter (fig. 1) there are two main modes of operation for its individual units. In the first mode, when the voltage is lower than the threshold for the occurrence of a corona discharge in a specific unit of the filter 1 i, 2i, no impact ionization of the molecules of the air environment is observed and no noticeable amount of air anions and ozone is generated. In this mode, when the voltage is close to, but less than, the threshold for the occurrence of a corona discharge, it is still possible to ionize larger objects - viruses, bacteria and dust particles with the emission of electrons from the metal network AND to them, but this process is not as efficient as if we have a corona discharge in the given filter unit 1 i,2i. In the layer of silver electrically conductive fabric 2i, pathogens and dust are captured with a mixed mechanism of operation - of such ionized particles with a high probability and of non-ionized particles with a mechanism of dielectric polarization and with a lower probability. When the input voltage across a given filter element 1 i,2i exceeds the threshold voltage for the initiation of corona discharge in practically created devices, a second mode of operation of "controlled corona discharge" can be entered, when the concentration of ozone is monitored at a given input voltage and appropriate operating voltages are selected or automatically maintained with an ozone sensor and feedback within accepted norms for permissible ozone concentration in the air. In practice, if all filter units operate in the first mode of operation, efficient filters can be constructed with five or more units, and if all units are set to operate in the "controlled corona discharge" mode, efficient filters can be constructed with only two to three units.

В друго преференциално изпълнение на изобретението разстоянието между слоевете опъната метална мрежа la,lb...In и опънат електропроводим сребърен плат 2а,2Ь...2п варира. От страната на входа 4 на въздушния поток на филтъра, в конкретната конструкция на устройството където е вграден, то е по-малко и е в диапазона на 0.5 мм - 1.5 мм , а от страна па изхода 5 на въздушния поток от филтъра то е по-голямо и е в диапазона на 1.5 мм - 3 мм. Това създава възможност в практически значимите случаи първите едно до три звена от страна на входа 4 на филтъра да работят във вече разяснения режим на „контролируем коронен разряд“, а последващите едно до пет звена откъм страна на изхода 5 на филтъра да работят в режим на захват на патогени и прахови частици без генерация на забележимо количество озон и всичко това при едно и също подадено напрежение над всички звена на филтъра.In another preferential embodiment of the invention, the distance between the layers of the stretched metal mesh 1a, 1b...In and the stretched electroconductive silver fabric 2a, 2b... 2n varies. On the side of the inlet 4 of the air flow of the filter, in the specific design of the device where it is built, it is smaller and is in the range of 0.5 mm - 1.5 mm, and on the side of the outlet 5 of the air flow from the filter it is more -large and is in the range of 1.5 mm - 3 mm. This makes it possible, in the practically significant cases, for the first one to three units on the side of the filter inlet 4 to operate in the already explained "controllable corona discharge" mode, and the subsequent one to five units on the side of the filter outlet 5 to operate in the mode of capture of pathogens and dust particles without the generation of a noticeable amount of ozone and all this with the same applied voltage across all filter units.

Един конкретен слой опънат електропроводим сребърен плат 2i от конструкцията на филтъра може да представлява по формата си ушита сменяема калъфка 6i от сребърен плат. Такава конструкция съдържа два последователни пласта сребърен плат, които са разположени на пътя на протичащия въздушен поток през филтъра. От своя страна калъфката обхваща и е опъната над една съответна носеща твърда метална рамка 7i. При това носещата метална рамка 7i е електрически свързана като един аноден електрод към положителния потенциал +V на високоволтовия източник на постоянно напрежение 3 .A particular layer of stretched electrically conductive silver fabric 2i of the filter structure may be shaped like a stitched replaceable silver fabric sheath 6i. Such a design contains two successive layers of silver cloth, which are placed in the path of the flowing air stream through the filter. In turn, the sheath covers and is stretched over a corresponding supporting rigid metal frame 7i. In this case, the supporting metal frame 7i is electrically connected as one anode electrode to the positive potential +V of the high-voltage DC source 3 .

Един стандартен и високоефективен биозащитен филтър според изобретението създава възможност и за едно ново болнично оборудване като конструкция под формата на кувьоз за възрастни. Съгласно изобретението един кувьоз за възрастни съдържа подвижно болнично легло 8 на колелца с монтиран херметичен прозрачен полимерен похлупак 9 над него. Похлупакът 9 притежава входно отверстие 10 за протичащия през него въздух, в което отверстие 10 е разположен входящ електрически вентилатор 11. Също така към едно изходно отверстие 12 на похлупака 9 за протичащия под него въздух са последователно монтирани на пътя на потока въздух електростатичен биозащитен въздушен филтър 13 и изходящ електрически вентилатор 14.A standard and highly efficient bioprotection filter according to the invention also creates a possibility for a new hospital equipment as a structure in the form of an incubator for adults. According to the invention, an incubator for adults contains a mobile hospital bed 8 on wheels with a hermetic transparent polymer cover 9 mounted over it. The cover 9 has an inlet opening 10 for the air flowing through it, in which opening 10 an incoming electric fan 11 is located. Also to an outlet opening 12 of the cover 9 for the air flowing under it, an electrostatic bioprotective air filter is sequentially mounted on the path of the air flow 13 and outlet electric fan 14.

Claims

Patent claims

1. An electrostatic bioprotective air filter, characterized in that it consists of alternating layers of stretched metal mesh (1a), (1b)...(1p), made of thin metal threads with a diameter of less than 100 microns and cell size between 0.5 and 1 millimeter, with layers of stretched electrically conductive silver fabric (2a), (2b)...(2p) located between them, which layers are mutually electrically isolated and have layer spacings of at least 0.5 up to 3 millimeters maximum between them, as the metal mesh layers (1a), (1b)...(1n) are electrically connected to one electronic module of a high-voltage constant voltage source (3) as cathode electrodes with a negative electric potential - V, and the layers of stretched electrically conductive silver cloth (2a), (2b)...(2p) are electrically connected to the same electronic module of the high-voltage constant voltage source (3) as anode electrodes with a positive electric potential + V .

2. An electrostatic bioprotective air filter according to patent claim 1, characterized in that the high-voltage DC voltage source (3) maintains an electrical DC voltage in the range of 10% higher to 20% lower than the threshold voltage , which is necessary for the occurrence of corona electric discharge in the air for the given particular filter geometry.

3. An electrostatic bioprotective air filter, according to patent claim 1 and 2, characterized in that the distance between the layers of stretched metal mesh (1a), (1b)...(1p) and stretched electrically conductive silver fabric (2a), (2b) )...(2n) varies, as on the side of the inlet (4) of the air flow of the filter, in the specific design of the device where it is built in, it is smaller and is in the range of 0.5 mm - 1.5 mm, and on the side the outlet (5) of the air flow from the filter, it is larger and is in the range of 1.5 mm - 3 mm.

4. An electrostatic bioprotective air filter, according to patent claim 1, characterized in that one particular layer of stretched electrically conductive silver fabric (2i) of the filter structure is in the form of a stitched replaceable cover of silver fabric (6i), actually containing two consecutive layers of silver cloth which are located in the path of the air flow through the filter, which cover (6i) covers and is stretched over a corresponding supporting rigid metal frame (7i), and in turn the supporting metal frame (7i) is electrically connected as one anode electrode to the positive potential +V of the high voltage DC source (3).

5. An adult incubator containing an electrostatic bioprotective air filter according to patent claims 1, 2, 3 and 4, characterized in that it consists of a movable hospital bed (8) on wheels with an airtight transparent polymer cover (9) mounted over it, which cover (9) has an inlet opening (10) for the air flowing through it, in which opening (10) an incoming electric fan (11) is located, and to an outlet opening (12) of the cover (9) for the air flowing under it an electrostatic bioprotective air filter (13) and an outlet electric fan (14) are sequentially located in the air flow path.