RU197893U1

RU197893U1 - Germicidal UV LED Illuminator

Info

Publication number: RU197893U1
Application number: RU2020109241U
Authority: RU
Inventors: Никита Александрович Ефимов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью «ТВК»
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2020-06-04

Abstract

Полезная модель относится к средствам обеззараживания, стерилизации и очистки помещений в присутствии людей. Бактерицидный ультрафиолетовый светодиодный облучатель включает корпус 1 с отражающей параболической поверхностью, внутри которого расположен источник ультрафиолетового излучения в виде светодиода 3, закрепленный на теплоотводящей пластине 5. Согласно полезной модели, внутри корпуса 1 дополнительно установлена линза 2, а светодиод 3 закреплен в фокусе линзы 2. На светодиоде 3 закреплена сферическая линза 4 для формирования направленности потока УФ-излучения от светодиода 3.Техническим результатом полезной модели является обеспечение возможности использования бактерицидного ультрафиолетового облучателя в присутствии людей в течение длительного времени работы облучателя. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.The utility model relates to disinfecting, sterilizing and cleaning facilities in the presence of people. The bactericidal ultraviolet LED irradiator includes a housing 1 with a reflective parabolic surface, inside of which there is an ultraviolet radiation source in the form of an LED 3 mounted on a heat sink plate 5. According to a utility model, lens 2 is additionally installed inside the housing 1, and LED 3 is fixed in the focus of lens 2. A spherical lens 4 is mounted on the LED 3 to form the directivity of the UV radiation flux from the LED 3. The technical result of the utility model is the possibility of using a bactericidal ultraviolet irradiator in the presence of people for a long time the irradiator operates. 1 s P. f-ly, 3 ill.

Description

Полезная модель относится к средствам обеззараживания, стерилизации и очистки помещений в присутствии людей. The utility model relates to disinfection, sterilization and cleaning facilities in the presence of people.

Бактерицидное действие ультрафиолетового излучения на биологические объекты (клетки, бактерии, вирусы и пр.) хорошо известно. К бактерицидному диапазону обычно относят излучение в диапазоне длин волн, ориентировочно, от 215 до 300 нм (по уровню бактерицидной эффективности 10% от максимального значения при длине волны примерно 265 нм), которое за счет фотохимических реакций в клетке приводит к ее необратимым повреждениям, прежде всего ДНК и РНК, а также белков и других компонентов клетки. Этим обусловлен универсальный характер действия бактерицидного ультрафиолетового излучения на микроорганизмы, в результате которого они теряют способность к нормальной жизнедеятельности и размножению и гибнут в первом или последующем поколении.The bactericidal effect of ultraviolet radiation on biological objects (cells, bacteria, viruses, etc.) is well known. The bactericidal range usually includes radiation in the wavelength range, approximately, from 215 to 300 nm (in terms of bactericidal efficiency 10% of the maximum value at a wavelength of about 265 nm), which due to photochemical reactions in the cell leads to irreversible damage, before total DNA and RNA, as well as proteins and other components of the cell. This determines the universal nature of the action of bactericidal ultraviolet radiation on microorganisms, as a result of which they lose the ability to normal life and reproduction and die in the first or subsequent generation.

Бактерицидное действие света дает возможность: использовать ультрафиолетовые излучатели соответствующего диапазона для стерилизации воздуха. В качестве таких источников наиболее часто применяются ртутные лампы низкого давления как в безозоновом варианте (излучаемая длина волны 253,7 нм, соответствующая резонансному переходу атома ртути 63P1-61S0), так и в варианте излучения на обеих длинах волн основных резонансных переходов атома ртути, включая переход 61Р1-61S0 с длиной волны 184,9 нм (Руководство Р 3.5.1904-04 «Использование ультрафиолетового бактерицидного излучения для обеззараживания воздуха в помещениях». М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2005. - 46 с). В ряде случаев предпочтительным, прежде всего для подавления репарационных возможностей клеток, является использование широкополосных источников излучения, таких как ртутные лампы высокого давления, импульcно - периодические ксеноновые лампы, эксимерные (эксиплексные) лампы. The bactericidal effect of light makes it possible: to use ultraviolet emitters of the appropriate range for air sterilization. The most commonly used sources of such sources are low-pressure mercury lamps both in the ozone-free version (emitted wavelength of 253.7 nm, corresponding to the resonance transition of the mercury atom 63P1-61S0), and in the version of the radiation at both wavelengths of the main resonant transitions of the mercury atom, including transition 61P1-61S0 with a wavelength of 184.9 nm (Guideline P 3.5.1904-04 “Use of ultraviolet bactericidal radiation for air disinfection in rooms.” M: Federal Center for State Sanitary and Epidemiological Supervision of the Ministry of Health of Russia, 2005. - 46 s). In some cases, it is preferable, first of all, to suppress the repair capabilities of cells, the use of broadband radiation sources, such as high-pressure mercury lamps, pulse-periodic xenon lamps, excimer (exciplex) lamps.

Бактерицидные устройства (облучатели) применяются в случае потенциального риска контаминации воздушной среды помещений патогенными, санитарно-показательными и иными микроорганизмами в количествах, влияющих на безопасность пребывания в них людей. По конструктивному исполнению бактерицидные облучатели и установки подразделяются на две группы – открытые и закрытые.Bactericidal devices (irradiators) are used in case of a potential risk of indoor air contamination by pathogenic, sanitary-indicative and other microorganisms in amounts that affect the safety of people staying in them. According to their design, bactericidal irradiators and plants are divided into two groups - open and closed.

В закрытых облучателях (облучатели в системах приточно-вытяжной вентиляции и кондиционирования, рециркуляторы) бактерицидный поток от ламп распределяется в ограниченном замкнутом пространстве и не имеет выхода наружу, при этом обеззараживание воздуха осуществляется в процессе его прокачки через вентиляционные отверстия.In closed irradiators (irradiators in the supply and exhaust ventilation and air conditioning systems, recirculators), the bactericidal flow from the lamps is distributed in a limited enclosed space and does not have an outlet, while air is disinfected during its pumping through the ventilation openings.

У открытых облучателей бактерицидный поток от источников УФ излучения охватывает широкую зону воздушной среды и поверхностей помещения. Открытые облучатели предназначены для процесса обеззараживания в отсутствие людей или при их кратковременном пребывании в помещении при соблюдении норм техники безопасности и охраны труда (с применением средств индивидуальной защиты лица, глаз и кожных покровов).In open irradiators, the bactericidal flow from UV radiation sources covers a wide area of the air environment and room surfaces. Open irradiators are intended for the disinfection process in the absence of people or when they are briefly in the room, observing safety and labor protection standards (using personal protective equipment for the face, eyes and skin).

Однако в практике ультрафиолетового обеззараживания воздуха существует целое направление, когда открытые УФ-облучатели используются в присутствии людей. Это так называемый «upper room» способ применения УФ-излучения для обеззараживания воздуха в помещении в присутствии людей. При достижении средней плотности мощности УФ излучения в помещении 20 мВт/м² воздух очищается так же, как при 3-5-кратной вентиляции .However, in the practice of ultraviolet air disinfection, there is a whole direction when open UV irradiators are used in the presence of people. This is the so-called “upper room" method of applying UV radiation to disinfect indoor air in the presence of people. Upon reaching an average power density of UV radiation in the room of 20 mW / m ^{2, the} air is cleaned in the same way as with 3-5 times ventilation.

При применении таких приборов необходимо следить за интенсивностью УФ-излучения в нижней части помещения, в которой находятся люди. Отраженное, фоновое ультрафиолетовое излучение также может причинить значительный вред здоровью присутствующих людей, а так как не известен коэффициент отражения стен и потолков в помещениях, где размещены открытые облучатели, находящиеся в помещении люди с незащищенными кожными покровами и слизистыми оболочками могут получить дозу облучения, превышающую разрешенный уровень.When using such devices, it is necessary to monitor the intensity of UV radiation in the lower part of the room in which people are located. Reflected, background ultraviolet radiation can also cause significant harm to the health of people present, and since the reflection coefficient of walls and ceilings in rooms where open irradiators are located, people in the room with unprotected skin and mucous membranes can receive a radiation dose that exceeds the allowed level.

Известен бактерицидный потолочный облучатель, содержащий корпус, в котором установлена по крайней мере одна ультрафиолетовая лампа, и отражатель с щелью и/или отверстиями в нижней части, при этом облучатель также снабжен поглотителем в виде угольного сорбента, закрепленным в щели и/или отверстиях отражателя (RU 2521321, A61L 9/20, 27.06.2014).A bactericidal ceiling irradiator is known, comprising a housing in which at least one ultraviolet lamp is installed, and a reflector with a slit and / or holes in the lower part, while the irradiator is also equipped with an absorber in the form of a carbon sorbent fixed in the slit and / or holes of the reflector ( RU 2521321, A61L 9/20, 06.27.2014).

Недостатком известного устройства является то, что при применении традиционных «щелевых» облучателей с ртутными лампами, даже при относительно низком коэффициенте отражения от стен и потолка помещения (10-20%) плотность мощности в нижней части помещения не позволяет находится в нем людям более 1 часа. Это определяет повторно-кратковременный режим работы таких облучателей, что резко снижает их бактерицидную эффективность.A disadvantage of the known device is that when using traditional “slotted” irradiators with mercury lamps, even with a relatively low reflection coefficient from the walls and ceiling of the room (10-20%), the power density in the lower part of the room does not allow people in it for more than 1 hour . This determines the intermittent operation of such irradiators, which dramatically reduces their bactericidal effectiveness.

Известен ультрафиолетовый (УФ) источник, включающий полупроводниковое устройство, содержащее активный слой, расположенный между областью n-типа и областью p-типа. Активный слой испускает излучение, имеющее пиковую длину волны в УФ-диапазоне. Чаша рефлектора расположена вокруг ультрафиолетового источника. Над чашей отражателя расположена прозрачная крышка. Использование источника УФ-излучения может быть в устройстве для дезинфекции, пригодном для дезинфекции объекта, жидкости, такой как вода или воздух, или любого другого подходящего материала или структуры. (US10046076, A61L2/10; A61L9/20; C02F1/32, 14.08.2018).A known ultraviolet (UV) source, including a semiconductor device containing an active layer located between the n-type region and the p-type region. The active layer emits radiation having a peak wavelength in the UV range. The reflector bowl is located around the ultraviolet source. A transparent cover is located above the reflector bowl. The use of a UV radiation source may be in a disinfection device suitable for disinfecting an object, liquid, such as water or air, or any other suitable material or structure. (US10046076, A61L2 / 10; A61L9 / 20; C02F1 / 32, 08/14/2018).

Недостаткам известного облучателя является то, что ультрафиолетовое излучение выходит за пределы облучателя с довольно широким телесным углом, что недопустимо для его использования в помещениях, где находятся люди. Как прямой, распространяющийся с широким телесным углом, так и отраженный от поверхностей помещения ультрафиолет может причинить значительный вред здоровью присутствующих в помещении людей, где размещены открытые облучатели. Находящиеся в помещении люди с незащищенными кожными покровами и слизистыми оболочками могут получить дозу облучения, превышающую разрешенный уровень The disadvantages of the known irradiator is that ultraviolet radiation goes beyond the irradiator with a fairly wide solid angle, which is unacceptable for its use in rooms where people are located. Both direct, spreading with a wide solid angle, and ultraviolet reflected from the surfaces of the room can cause significant harm to the health of people present in the room, where open irradiators are located. Indoors people with unprotected skin and mucous membranes may receive a radiation dose exceeding the permitted level

Прототипом полезной модели является бактерицидный облучатель, включающий корпус с отражающей дугообразной поверхностью. Внутренняя стенка отражающей поверхности выполнена параболической формы, диаметр которой постепенно увеличивается от светового входного конца до светового выходного конца. Свет, выходящий из светоизлучающего конца после его отражения и собирания отражающей полостью, образует угол фокусировки с вертикальной осевой линией, причем угол фокусировки составляет α и 0°. В качестве источника ультрафиолетового излучения используют ультрафиолетовый светодиод, закрепленный на плате с теплоотводящей пластиной. (CN109200323, A61L2/10; A61L2/26; A61L9/20, 15.01.2019).The prototype of the utility model is a bactericidal irradiator, comprising a housing with a reflecting arcuate surface. The inner wall of the reflective surface is made in a parabolic shape, the diameter of which gradually increases from the light input end to the light output end. The light emerging from the light emitting end after being reflected and collected by the reflecting cavity forms a focus angle with a vertical axial line, the focus angle being α and 0 °. An ultraviolet light emitting diode mounted on a board with a heat sink plate is used as a source of ultraviolet radiation. (CN109200323, A61L2 / 10; A61L2 / 26; A61L9 / 20, 01/15/2019).

К недостаткам известного облучателя относится неполное фокусирование ультрафиолетового излучения светодиода. Часть излучения светодиода попадает на отражающую поверхность и формируется в виде высоконаправленного пучка с малым углом расхождения. Другая часть излучения не попадает на отражающую полость и распространяется в помещение с широким телесным углом, что резко повышает вероятность попадания ультрафиолета на людей с незащищенными кожными покровами и слизистыми оболочками.The disadvantages of the known irradiator include incomplete focusing of the ultraviolet radiation of the LED. Part of the LED radiation falls on a reflecting surface and is formed in the form of a highly directional beam with a small angle of divergence. Another part of the radiation does not enter the reflecting cavity and spreads into the room with a wide solid angle, which sharply increases the likelihood of ultraviolet radiation reaching people with unprotected skin and mucous membranes.

Проблемой, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в разработке бактерицидных ультрафиолетовых облучателей с использованием ультрафиолетовых светодиодов. The problem to which the claimed technical solution is directed is to develop bactericidal ultraviolet irradiators using ultraviolet LEDs.

Техническим результатом полезной модели является обеспечение возможности использования бактерицидного ультрафиолетового облучателя в присутствии людей в течение длительного времени работы облучателя.The technical result of the utility model is to enable the use of a bactericidal ultraviolet irradiator in the presence of people for a long time the irradiator operates.

Поставленная проблема и указанный технический результат достигается за счет того, что бактерицидный ультрафиолетовый светодиодный облучатель включает корпус с отражающей параболической поверхностью, внутри которого расположен источник ультрафиолетового излучения в виде светодиода, закрепленный на теплоотводящей пластине. Согласно полезной модели, внутри корпуса дополнительно установлена линза, а светодиод закреплен в фокусе линзы. На светодиоде закреплена сферическая линза для формирования направленности потока УФ-излучения от светодиода. Внутренняя параболическая поверхность корпуса покрыта зеркальным отражающим покрытием.The posed problem and the indicated technical result is achieved due to the fact that the bactericidal ultraviolet LED irradiator includes a housing with a reflective parabolic surface, inside of which there is an ultraviolet radiation source in the form of an LED mounted on a heat sink plate. According to a utility model, an additional lens is mounted inside the housing, and the LED is fixed to the focus of the lens. A spherical lens is mounted on the LED to form the directivity of the UV radiation flux from the LED. The inner parabolic surface of the body is covered with a mirror reflective coating.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен внешний вид бактерицидного облучателя; на фиг. 2 – бактерицидный облучатель, вид спереди; на фиг. 3 - бактерицидный ультрафиолетовый светодиодный облучатель в разрезе. The essence of the claimed technical solution is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the appearance of a bactericidal irradiator; in FIG. 2 - bactericidal irradiator, front view; in FIG. 3 - sectional bactericidal ultraviolet LED irradiator.

Бактерицидный ультрафиолетовый облучатель состоит из корпуса 1. Внутренняя поверхность корпуса 1 выполнена параболической, и покрыта зеркальным отражающим покрытием, например, анодированным полированным алюминием. Параболическая форма внутренней поверхности корпуса 1 выполняет отражающую функцию. Внутри корпуса 1 расположена линза 2. В фокусе линзы 2 закреплен источник ультрафиолетового излучения в виде светодиода 3, на котором смонтирована сферическая линза 4. Светодиод 3 закреплен на теплоотводящей пластине 5, в качестве которой могут использоваться металлические пластины с развитой поверхностью, элементы Пельтье и тому подобное.The bactericidal ultraviolet irradiator consists of a housing 1. The inner surface of the housing 1 is made parabolic, and is coated with a mirror reflective coating, for example, anodized polished aluminum. The parabolic shape of the inner surface of the housing 1 performs a reflective function. A lens 2 is located inside the housing 1. At the focus of the lens 2, an ultraviolet radiation source is fixed in the form of an LED 3, on which a spherical lens 4 is mounted. LED 3 is mounted on a heat-removing plate 5, which can be used metal plates with a developed surface, Peltier elements and so on. like that.

Расположение светодиода 3 в фокусе линзы 2 позволяет части излучения, область А на фиг. 3, попадающему на линзу 2, формироваться в узконаправленный пучок. Часть излучения светодиода 3, область Б на рис. 3, колимируется в узкий параллельный пучок за счет отражения от параболических стенок корпуса 1.The location of the LED 3 at the focus of the lens 2 allows part of the radiation, region A in FIG. 3, falling on the lens 2, to form in a narrow beam. Part of the radiation of LED 3, region B in Fig. 3, is collimated into a narrow parallel beam due to reflection from the parabolic walls of the housing 1.

Необходимость наличия в облучателе светодиодной линзы 4 обусловлено тем, что, в случае ее отсутствия часть излучения светодиода, область В на рис. 3, одновременно попадает и на отражающую поверхность корпуса 1, и на линзу 2. При этом такое излучение распространяется в помещение с широким телесным углом, что недопустимо. The need for an LED lens 4 in the irradiator is due to the fact that, in the absence of it, part of the LED radiation, region B in Fig. 3, simultaneously falls on the reflective surface of the housing 1 and on the lens 2. Moreover, such radiation propagates into the room with a wide solid angle, which is unacceptable.

Сферическая линза 4 позволяет получить пучок ультрафиолетового излучения с расходимостью в пределах 30-90°. В результате исключается наличие УФ излучения в области В на рис. 3, и весь поток излучения от источника светодиода 3 колимируется в узкий параллельный пучок.Spherical lens 4 allows you to get a beam of ultraviolet radiation with a divergence in the range of 30-90 °. As a result, the presence of UV radiation in region B in Fig. 3, and the entire radiation flux from the source of LED 3 is collimated into a narrow parallel beam.

Использование в бактерицидном ультрафиолетовом облучателе открытого типа линз 2 и 4, а также отражающего покрытия внутренней параболической поверхности корпуса 1 создает условия для направленного луча с малым углом раскрытия (не более 2 градусов). Это позволяет располагать облучатели в верхней части помещения, где производят обеззараживание с помощью бактерицидных облучателей. Такое решение обеспечивает снижение облученности в нижней части помещения в несколько раз по сравнению с традиционными «щелевыми» облучателями, для безопасного присутствия людей в течение длительного времени работы бактерицидного ультрафиолетового облучателя.The use of open type lenses 2 and 4 in a bactericidal ultraviolet irradiator, as well as a reflective coating on the inner parabolic surface of the housing 1, creates conditions for a directed beam with a small opening angle (not more than 2 degrees). This allows you to place the irradiators in the upper part of the room, where they are disinfected with bactericidal irradiators. This solution provides a reduction in irradiation in the lower part of the room several times in comparison with traditional “slotted” irradiators, for the safe presence of people for a long time of operation of the bactericidal ultraviolet irradiator.

Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения на светодиод 3 он становится точечным источником УФ-излучения. В качестве светодиодов 3 можно использовать, например, светодиоды NCSU334A (Япония) или светодиоды Innotek серии 6060 (Юж.Корея). Эти светодиоды исполнены по технологии SMD и уже имеют в своем составе сферическую линзу 4. Светодиоды 3 имеют мощность бактерицидного излучения в пределах 50-100 мВт на длине волны 280 Нм. В качестве линзы 2 можно использовать, например, линзы ООО «Завод оптических изделий» (Россия) или линзы LBX Castech (Великобритания). Эти линзы прозрачны для УФ излучения, имеют небольшой (10 мм и менее) диаметр и фокусное расстояние.The device operates as follows. When voltage is applied to LED 3, it becomes a point source of UV radiation. As LEDs 3, for example, NCSU334A LEDs (Japan) or Innotek LEDs of the 6060 series (South Korea) can be used. These LEDs are made using SMD technology and already have a spherical lens 4. LEDs 3 have a bactericidal radiation power in the range of 50-100 mW at a wavelength of 280 Nm. As lens 2, for example, lenses of Optical Products Plant LLC (Russia) or LBX Castech lenses (Great Britain) can be used. These lenses are transparent to UV radiation, have a small (10 mm or less) diameter and focal length.

В случае применения таких облучателей для обеззараживания воздуха в помещении габаритами 8 м ×6 м ×3 м при длительном пребывании большого количества людей, необходимая мощность облучателей определяется произведением требуемой для режима «upper room» плотности мощности излучения 20 мВт/м² на площадь минимального сечения помещения 6 м × 3 м = 18 м² и составляет 0,36 Вт. При использовании светодиодных источников направленного УФ излучения с углом раскрытия луча, не превышающего 2 градуса, размещенных на одной из стен помещения, диаметр «светового пятна» на противоположной стене не превысит 30 см. Это позволяет без ущерба интерьеру помещения разместить в области «светового пятна» светопоглощающие экраны. Коэффициент отражения УФ излучения светопоглощающими экранами не превышает 2%. In the case of using such irradiators for air disinfection in a room with dimensions of 8 m × 6 m × 3 m for a long stay of a large number of people, the required power of the irradiators is determined by the product of the required radiation power density of 20 mW / m ² for the minimum cross-sectional area premises 6 m × 3 m = 18 m ² and is 0.36 watts. When using LED sources of directional UV radiation with an opening angle of a beam not exceeding 2 degrees, placed on one of the walls of the room, the diameter of the “light spot” on the opposite wall will not exceed 30 cm. This allows you to place the interior of the room without damage to the area of the “light spot” light-absorbing screens. The reflection coefficient of UV radiation by light-absorbing screens does not exceed 2%.

Для предложенного примера, достаточно будет применение четырех светодиодных облучателей единичной мощности 100 мВт и четырех светопоглащающих экранов диаметром 30 см.For the proposed example, it will be sufficient to use four LED irradiators with a unit power of 100 mW and four light-absorbing screens with a diameter of 30 cm.

Применение светодиодных облучателей не ограничивается предложенным примером. В частности, они могут применяться для обеззараживания поверхностей и для обеззараживания воздушной среды в закрытых бактерицидных установках.The use of LED illuminators is not limited to the proposed example. In particular, they can be used for disinfecting surfaces and for disinfecting the air in closed bactericidal plants.

Claims

A bactericidal ultraviolet LED irradiator, comprising a housing with a reflective parabolic surface, inside of which there is an ultraviolet radiation source in the form of an LED mounted on a heat sink plate, characterized in that the lens is additionally mounted inside the housing, the LED is fixed to the lens focus, and a spherical lens is attached to the LED to form the directivity of the flux of UV radiation from the LED, and the inner parabolic surface of the housing is coated with a reflective coating.