RU200695U1

RU200695U1 - Air and surface disinfection device

Info

Publication number: RU200695U1
Application number: RU2020126524U
Authority: RU
Inventors: Валерий Яковлевич Сушков; Абай Дуйсенбекович Мамбеталиев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью «Специализированное промышленное предприятие СТРИМ»
Priority date: 2020-08-08
Filing date: 2020-08-08
Publication date: 2020-11-05

Abstract

Полезная модель направлена на уменьшение потерь энергии при формировании основного разряда накопительного конденсатора через УФ лампу. Импульс поджига, поступающий на импульсную ксеноновую лампу, промодулирован прямоугольными импульсами, поступающими с функционального генератора на IGBT транзистор, чтобы обеспечить прерывистость тока разрядного контура. Для обеспечения высокой температуры и достаточной оптической плотности излучающей плазмы длительность основного разряда сокращена до 100- 200 нс, сохранив при этом величину накопленной в конденсаторе энергии.The utility model is aimed at reducing energy losses during the formation of the main discharge of the storage capacitor through the UV lamp. The ignition pulse to the xenon flash lamp is modulated by rectangular pulses from the function generator to the IGBT to ensure the discontinuity of the discharge circuit current. To ensure a high temperature and sufficient optical density of the emitting plasma, the duration of the main discharge is reduced to 100-200 ns, while maintaining the value of the energy accumulated in the capacitor.

Description

Полезная модель относится к технике обеззараживания и дезинфекции материалов, и может быть использовано для оперативного обеззараживания воздуха и открытых поверхностей в помещениях без присутствия персонала.The utility model relates to the technique of disinfection and disinfection of materials, and can be used for prompt disinfection of air and open surfaces in rooms without the presence of personnel.

Ультрафиолетовое (УФ) бактерицидное облучение воздушной среды и открытых поверхностей помещений, направленное на снижение количества микроорганизмов–наиболее распространенное санитарно-противоэпидемическое или профилактическое мероприятие.Ultraviolet (UV) bactericidal irradiation of the air environment and open surfaces of premises, aimed at reducing the number of microorganisms, is the most common sanitary-anti-epidemic or preventive measure.

Для обеззараживания воздуха используют ксеноновые импульсные лампы, в которых происходит электрический разряд в парах металлов, при этом в этих лампах генерируется излучение с диапазоном длин волн 205–315 нм (остальная область спектра излучения играет второстепенную роль.For air disinfection, xenon flash lamps are used, in which an electric discharge occurs in metal vapors, while radiation with a wavelength range of 205-315 nm is generated in these lamps (the rest of the radiation spectrum plays a secondary role.

Из уровня техники известна установка для обеззараживания и дезодорации воздуха, патент RU 2092191, содержащая корпус, в котором размещены блок питания и управления, включающий накопительный конденсатор, высоковольтный источник постоянного тока, генератор импульсов поджига, импульсный трансформатор на ферритовом сердечнике и схему управления, и закрепленный на корпусе источник ультрафиолетового излучения в виде импульсной газоразрядной лампы, заключенной в трубчатый кварцевый кожух, охлаждаемый водой, при этом накопительный конденсатор и импульсная газоразрядная лампа образуют разрядный контур, связанный с генератором импульсов поджига посредством импульсного трансформатора на ферритовом сердечнике. From the prior art, an installation for disinfection and deodorization of air is known, patent RU 2092191, containing a housing in which a power and control unit is located, including a storage capacitor, a high-voltage direct current source, an ignition pulse generator, a pulse transformer on a ferrite core and a control circuit, and fixed on the body, a source of ultraviolet radiation in the form of a pulsed gas-discharge lamp enclosed in a tubular quartz casing, cooled by water, while the storage capacitor and the pulsed gas-discharge lamp form a discharge circuit connected to the ignition pulse generator by means of a pulse transformer on a ferrite core.

Недостатками известного устройства являются низкая энергетическая эффективность преобразования разрядного импульса, обусловленная наличием водяного охлаждения импульсной газоразрядной лампы, которая вызывает потери энергии.The disadvantages of the known device are the low energy efficiency of conversion of the discharge pulse, due to the presence of water cooling of the pulsed gas-discharge lamp, which causes energy losses.

Известна также установка для обеззараживания воздуха, являющаяся наиболее близким аналогом, RU 2396092, содержащая корпус, в котором размещены блок питания и управления, включающий накопительный конденсатор, высоковольтный источник постоянного тока, генератор импульсов поджига, импульсный трансформатор на ферритовом сердечнике и блок программного управления, и закрепленный на корпусе источник ультрафиолетового излучения в виде импульсной газоразрядной лампы, заключенной в трубчатый прозрачный для бактерицидного излучения охлаждаемый кожух, при этом накопительный конденсатор и импульсная газоразрядная лампа образуют разрядный контур, связанный с генератором импульсов поджига посредством импульсного трансформатора на ферритовом сердечнике, согласно изобретению, импульсная газоразрядная лампа размещена в прозрачном для бактерицидного излучения кожухе с возможностью конвективного охлаждения воздухом за счет создания естественной тяги внутри кожуха.Also known is an installation for air disinfection, which is the closest analogue, RU 2396092, containing a housing in which a power and control unit is located, including a storage capacitor, a high-voltage direct current source, an ignition pulse generator, a pulse transformer on a ferrite core and a program control unit, and a source of ultraviolet radiation fixed on the body in the form of a pulsed gas-discharge lamp enclosed in a tubular cooled casing transparent for bactericidal radiation, while the storage capacitor and the pulsed gas-discharge lamp form a discharge circuit connected to the ignition pulse generator by means of a pulse transformer on a ferrite core, according to the invention, pulse The gas-discharge lamp is housed in a casing transparent for bactericidal radiation with the possibility of convective cooling by air due to the creation of a natural draft inside the casing.

Известная установка имеет недостаточно высокую энергетическую эффективность и ресурс работы газоразрядной лампы, для использования в больших по объёму помещениях.The known installation has insufficiently high energy efficiency and service life of a gas-discharge lamp for use in large-volume rooms.

Энергетическая эффективность установки, предназначенной для обеззараживания воздуха и поверхностей зависит от соотношения потребляемой мощности и количеством ее использования непосредственно для процесса обеззараживания.The energy efficiency of an installation designed for disinfection of air and surfaces depends on the ratio of power consumption and the amount of its use directly for the disinfection process.

Задачей полезной модели является создание устройства для обеззараживания с повышенной энергетической эффективностью процесса преобразования энергии электрической сети в энергию бактерицидного УФ излучения, и повышение ресурса его работы.The task of the utility model is to create a device for disinfection with increased energy efficiency of the process of converting the energy of the electrical network into the energy of bactericidal UV radiation, and to increase the resource of its operation.

Задача с достижением технического результата решается за счет того, что в устройстве для обеззараживания воздуха и поверхностей, в корпусе которого размещены накопительный конденсатор, высоковольтный источник постоянного тока, генератор импульсов поджига, импульсный трансформатор на ферритовом сердечнике и контроллер управления, соединенный с высоковольтным источником постоянного тока и генератором импульсов поджига, а также закрепленный на корпусе источник ультрафиолетового излучения в виде импульсной газоразрядной ксеноновой лампы, заключенной в прозрачную для бактерицидного излучения охлаждаемою колбу, при этом, согласно полезной модели, в газоразрядный контур, образованный накопительным конденсатором и импульсной газоразрядной лампой, связанный с генератором импульсов поджига посредством импульсного трансформатора на ферритовом сердечнике, дополнительно включен транзистор IGBT, связанный с функциональным генератором, соединенным с контроллером управления.The task of achieving the technical result is solved due to the fact that a storage capacitor, a high-voltage DC source, an ignition pulse generator, a pulse transformer on a ferrite core and a control controller connected to a high-voltage DC source are located in a device for disinfecting air and surfaces. and a generator of ignition pulses, as well as a source of ultraviolet radiation fixed on the body in the form of a pulsed gas-discharge xenon lamp enclosed in a refrigerated flask transparent for bactericidal radiation, while, according to the utility model, in a gas-discharge circuit formed by a storage capacitor and a pulsed gas-discharge lamp connected to an ignition pulse generator by means of a pulse transformer on a ferrite core, an IGBT transistor is additionally included, connected to a function generator connected to the control controller.

Повышение энергетической эффективности установки может быть достигнуто за счет уменьшения потребляемой мощности от сети при сохранении бактерицидной эффективности. Эффективность преобразование энергии электрической сети в энергию бактерицидного УФ излучения зависит от формы импульса тока импульсной газоразрядной лампы.The increase in the energy efficiency of the installation can be achieved by reducing the power consumption from the network while maintaining the bactericidal efficiency. The efficiency of converting the energy of the electrical network into the energy of bactericidal UV radiation depends on the shape of the current pulse of a pulsed gas-discharge lamp.

Реализация устройства поясняется чертежами.The implementation of the device is illustrated by drawings.

Фиг.1 – Функциональная схема устройстваFig. 1 - Functional diagram of the device

Фиг.2 – Форма разрядного тока Fig. 2 - The shape of the discharge current

Устройство для обеззараживания воздуха и поверхностей содержит корпус 1, на котором закреплен источник ультрафиолетового излучения в виде импульсной газоразрядной ксеноновой лампы 4 с токоподводами 2 и 3. Для защиты от механических повреждений лампа 4 помещена в охлаждаемую кварцевую колбу, не показана. The device for disinfection of air and surfaces contains a housing 1, on which a source of ultraviolet radiation is fixed in the form of a pulsed gas-discharge xenon lamp 4 with current leads 2 and 3. To protect against mechanical damage, the lamp 4 is placed in a cooled quartz flask, not shown.

В корпусе 1 размещены накопительный конденсатор 7, подключенный к высоковольтному источнику 8 постоянного тока, генератор 6 импульсов поджига, к которому подключен импульсный трансформатор 5 на ферритовом сердечнике, транзистор IGBT 9, соединенный с функциональным генератором 10, и контроллер управления 11 , подключенный к генератору 6 импульсов поджига, к высоковольтному источнику 8 постоянного тока и функциональному генератору 10. Газоразрядная лампа 4 образует замкнутый разрядный контур с последовательно соединенными между токоподводами 2 и 3 накопительным конденсатором 9, вторичной обмоткой импульсного трансформатора 5 на ферритовом сердечнике и транзистором IGBT 9.The housing 1 contains a storage capacitor 7 connected to a high-voltage DC source 8, an ignition pulse generator 6 to which a pulse transformer 5 on a ferrite core is connected, an IGBT transistor 9 connected to a functional generator 10, and a control controller 11 connected to a generator 6 ignition pulses, to a high-voltage DC source 8 and a functional generator 10. The gas-discharge lamp 4 forms a closed discharge circuit with a storage capacitor 9 connected in series between current leads 2 and 3, a secondary winding of a pulse transformer 5 on a ferrite core and an IGBT transistor 9.

При поступлении на вход блока управления 11 команды на включение устройства, включается зарядное устройство – высоковольтный источник постоянного тока 8, который обеспечивает заряд накопительного конденсатора 7. По достижении заданного значения напряжения, контроллер управления 11 останавливает работу зарядного устройства 8 и запускает схему инициирования разряда – генератор импульсного поджига 6, и функциональный генератор 10, который открывает транзистор 9. Высоковольтный импульс напряжения на вторичной повышающей обмотке трансформатора 5 обеспечивает пробой межэлектродного промежутка лампы 4 и инициирует разряд накопительного конденсатора 7 через импульсную ксеноновую лампу 4 которая формирует мощный импульс излучения.When a command to turn on the device is received at the input of the control unit 11, the charger is turned on - a high-voltage direct current source 8, which provides charging the storage capacitor 7. Upon reaching the set voltage value, the control controller 11 stops the operation of the charger 8 and starts the discharge initiation circuit - the generator pulse ignition 6, and a functional generator 10, which opens the transistor 9. A high-voltage voltage pulse on the secondary step-up winding of the transformer 5 provides a breakdown of the interelectrode gap of the lamp 4 and initiates the discharge of the storage capacitor 7 through the xenon flash lamp 4, which forms a powerful radiation pulse.

При включении IGBT-транзистора 9 происходит разряд накопительного конденсатора 7, заряженного до напряжения, равного электродвижущей силе (ЭДС) высоковольтного источника постоянного тока 8. При этом формируется импульс тока импульсной ксеноновой лампой (ИКЛ) 4, модулируемый IGBT-транзистором 9. Напряжение между электродами импульсной ксеноновой лампы 4 равно напряжению на накопительном конденсаторе 7 и в процессе формирования импульса тока остается практически постоянным, так как при выбранной емкости накопительного конденсатора 15-20 мФ его разряд за время импульса тока пренебрежимо мал. При этом электрическая энергия, поступившая в импульсную ксеноновую лампу 4, может регулироваться либо за счет изменения величины ЭДС высоковольтного источника постоянного тока 8, либо за счет изменения длительности импульса тока. When the IGBT-transistor 9 is turned on, the storage capacitor 7 is discharged, charged to a voltage equal to the electromotive force (EMF) of the high-voltage direct current source 8. In this case, a current pulse is formed by a pulsed xenon lamp (ICL) 4, modulated by the IGBT-transistor 9. Voltage between the electrodes pulse xenon lamp 4 is equal to the voltage on the storage capacitor 7 and during the formation of the current pulse remains almost constant, since with the selected capacity of the storage capacitor 15-20 mF, its discharge during the current pulse is negligible. In this case, the electrical energy supplied to the xenon flash lamp 4 can be controlled either by changing the EMF value of the high-voltage direct current source 8, or by changing the duration of the current pulse.

Процессы формирования плазменного канала в лампе включают в себя следующие стадии развития плазменного дугового разряда: стадию увеличения ионной температуры неравновесного плазменного канала (в состав которой входит стадия расширения плазменного канала), стадию увеличения температуры равновесного плазменного канала вплоть до максимальной величины и стадию поддержания температуры равновесного плазменного канала. На первых двух стадиях формируется фронт импульса тока в ИКЛ, на третьей – плоская часть импульса. Важно подчеркнуть, что на всех трех стадиях поведение тока в ИКЛ определяется процессом формирования плазменного канала и величиной ЭДС высоковольтного источника постоянного тока 8.The processes of formation of a plasma channel in a lamp include the following stages in the development of a plasma arc discharge: the stage of increasing the ion temperature of the nonequilibrium plasma channel (which includes the stage of expansion of the plasma channel), the stage of increasing the temperature of the equilibrium plasma channel up to the maximum value, and the stage of maintaining the temperature of the equilibrium plasma channel. channel. At the first two stages, the front of the current pulse is formed in the PCL, at the third, the flat part of the pulse. It is important to emphasize that at all three stages the behavior of the current in the ICL is determined by the process of formation of the plasma channel and the magnitude of the EMF of the high-voltage direct current source 8.

Для уменьшения потерь энергии при формировании основного разряда накопительного конденсатора через лампу, импульс поджига, поступающего на импульсную ксеноновую лампу, модулируется прямоугольными импульсами поступающими с функционального генератора 10 на транзистор 9, чтобы обеспечить прерывистость тока разрядного контура, Фиг.2. Для обеспечения высокой температуры и достаточной оптической плотности излучающей плазмы длительность основного разряда сокращается до 100 - 200 нс, сохраняя при этом величину накопленной в конденсаторе энергии. To reduce energy losses during the formation of the main discharge of the storage capacitor through the lamp, the ignition pulse supplied to the pulsed xenon lamp is modulated by rectangular pulses coming from the functional generator 10 to the transistor 9 in order to ensure the discontinuity of the discharge circuit current, Fig. 2. To ensure a high temperature and sufficient optical density of the emitting plasma, the duration of the main discharge is reduced to 100 - 200 ns, while maintaining the value of the energy accumulated in the capacitor.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Для обеззараживания воздуха и открытых поверхностей обрабатываемого помещения устройство располагается непосредственно на территории помещения. В зависимости от объема помещения котроллером управления 11 задается режим работы устройства, который определяется формой импульсов питания и временем работы установки. Затем оператор устанавливает выбранный режим и покидает помещение.For disinfection of air and open surfaces of the treated room, the device is located directly on the territory of the room. Depending on the volume of the room, the control controller 11 sets the operating mode of the device, which is determined by the shape of the power pulses and the operating time of the installation. Then the operator sets the selected mode and leaves the room.

Посредством пульта дистанционного управления, производится включение устройства. Через некоторое время контроллер управления 11 включает высоковольтный блок питания 8 и начинается заряд накопительного конденсатора 7. При достижении заданного напряжения на накопительном конденсаторе 7 заданной величины (1- 2 кВ) контроллер управления 11 отключает высоковольтный источника 8 постоянного тока и подает сигнал управления на функциональный генератор 10, который формирует прямоугольные импульсы для управления транзистором 9. В соответствии с прямоугольными импульсами управления транзистор 9 открывается и формирует импульс разряда, который поступает на импульсную ксеноновую лампу 4. Импульсное напряжение разряжает накопительный конденсатор 7, через электроды импульсной ксеноновой лампы 4. В лампе возникает электрический пробой между электродами, при этом импульс разрядного тока вызывает интенсивный разогрев и ионизацию газа. Образующаяся плазма интенсивно излучает в широкой области спектра, в том числе и в УФ. Это излучение через кварцевую колбу лампы 4 распространяется по объему обрабатываемого помещения, осуществляя дезактивацию бактерий и патогенной микрофлоры воздуха а также открытых поверхностей.Using the remote control, the device is turned on. After a while, the control controller 11 turns on the high-voltage power supply 8 and starts charging the storage capacitor 7. When the specified voltage across the storage capacitor 7 reaches the specified value (1-2 kV), the control controller 11 turns off the high-voltage DC source 8 and sends a control signal to the functional generator 10, which generates square-wave pulses to control the transistor 9. In accordance with the square-wave control pulses, the transistor 9 opens and forms a discharge pulse, which is fed to the xenon pulse lamp 4. The pulse voltage discharges the storage capacitor 7 through the electrodes of the xenon pulsed lamp 4. The lamp arises electrical breakdown between the electrodes, while the discharge current pulse causes intense heating and ionization of the gas. The resulting plasma radiates intensely in a wide spectral range, including UV. This radiation through the quartz bulb of the lamp 4 spreads through the volume of the treated room, decontaminating bacteria and pathogenic microflora of the air as well as open surfaces.

При окончании разряда накопительного конденсатора 7, ксеноновая плазма в импульсной ксеноновой лампе 4 остывает, газ переходит в атомарное состояние и излучение прекращается. Устройство приходит в исходное состояние.At the end of the discharge of the storage capacitor 7, the xenon plasma in the xenon flash lamp 4 cools down, the gas passes into the atomic state and the radiation stops. The device returns to its original state.

Процесс повторяется до тех пор, пока таймер контроллера управления 11 не отключит питание от высоковольтного источника постоянного тока 8. Интенсивность воздействия УФ излучения на окружающий воздух в радиусе 10-15 метров от лампы составляет пиковой плотностью УФ-излучения 33 кВт/см². После отработки заданного оператором времени контроллер управления 11 отключает устройство, после чего обработанное помещение пригодно для использования по основному назначению.The process is repeated until the timer of the control controller 11 disconnects the power from the high-voltage direct current source 8. The intensity of UV radiation exposure to the ambient air within a radius of 10-15 meters from the lamp is the peak UV radiation density of 33 kW / cm ² . After working out the time set by the operator, the control controller 11 turns off the device, after which the treated room is suitable for use for its main purpose.

Таким образом, как это видно из примера реализации полезной модели, происходит сокращение потерь энергии на всех циклах работы устройства: при заряде накопительного конденсатора, при формировании основного разрядного импульса и при формировании высокотемпературной эффективно излучающей в УФ области спектра плазмы. Предложенное устрйство характеризуется более высокой энергетической эффективностью при том же потреблении электрической энергии и более высоким ресурсом работы за счет того что при питании импульсной ксеноновой лампы используется схема с частичной модуляцией разряда. Thus, as can be seen from the example of the implementation of the utility model, there is a reduction in energy losses in all operation cycles of the device: when charging the storage capacitor, when the main discharge pulse is formed, and when a high-temperature plasma effectively emitting in the UV region of the spectrum is formed. The proposed device is characterized by a higher energy efficiency with the same consumption of electrical energy and a higher service life due to the fact that when a pulsed xenon lamp is powered, a circuit with partial discharge modulation is used.

Claims

A device for disinfecting air and surfaces, in the case of which there is a storage capacitor, a high-voltage direct current source, an ignition pulse generator connected to the control controller, and a pulse transformer on a ferrite core, as well as a source of ultraviolet radiation fixed on the case in the form of a pulsed gas-discharge xenon lamp, enclosed in a refrigerated flask transparent for bactericidal radiation, characterized in that an IGBT transistor is additionally connected to the gas-discharge circuit formed by a storage capacitor and a pulsed gas-discharge xenon lamp connected to an ignition pulse generator by means of a pulse transformer on a ferrite core, between the gas-discharge lamp and the storage capacitor, connected to a function generator connected to a control controller.