RU2738856C1

RU2738856C1 - Surface disinfection device

Info

Publication number: RU2738856C1
Application number: RU2020124440A
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Жуков; Александр Сергеевич Дмитриев
Original assignee: Андрей Александрович Жуков; Александр Сергеевич Дмитриев
Priority date: 2020-07-23
Filing date: 2020-07-23
Publication date: 2020-12-17

Abstract

FIELD: satisfaction of human vital needs.

SUBSTANCE: invention relates to devices for meeting human vital needs, more specifically to devices for disinfecting objects using physical phenomena, and can be used for preventive and focal disinfection of surfaces containing pathogenic biological agents, transmitted by airborne and/or contact mechanisms of infection transmission and threat of agent introduction, and intended primarily for use as support handles in public transport, handles of special ambulances, stationary support devices – rails, handles of stretchers for transportation of patients, handles of transport trolleys, for example, of supermarkets, airports, handles of doors and windows of infectious divisions and hospitals. Device with disinfected outer surface comprises hollow housing made of material transparent for radiation of LEDs arranged inside housing, reflector with cylindrical surface, power supply and control unit. Light-emitting diodes are used with working wavelengths of 315–390 nm, 400–480 nm and 900–3000 nm. Light power of light-emitting diodes and density of their location are selected based on the condition of radiation output from the housing surface of not less than 100 J/cm².

EFFECT: invention is aimed at increasing disinfection efficiency.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам удовлетворения жизненных потребностей человека, точнее к устройствам дезинфекции предметов с использованием физических явлений и может быть использована для профилактической и очаговой дезинфекции поверхностей, содержащих патогенные биологические агенты, передающихся по воздушно-капельному и/или контактному механизмам передачи инфекции и угрозы заноса возбудителя, и предназначенных преимущественно для использования в качестве опорных ручек в общественном транспорте, ручек специальных транспортных средств «Скорой помощи», стационарных опорных устройств - перил, ручек носилок для транспортировки пациентов, ручек транспортных тележек, например, супермаркетов, аэропортов, ручек дверей и окон инфекционных отделений и больниц.The invention relates to devices to meet the vital needs of a person, more precisely to devices for disinfection of objects using physical phenomena and can be used for prophylactic and focal disinfection of surfaces containing pathogenic biological agents transmitted by airborne and / or contact mechanisms of transmission of infection and the threat of introducing the pathogen , and intended primarily for use as support handles in public transport, handles for special vehicles "Ambulance", stationary support devices - handrails, stretcher handles for transporting patients, handles for transport trolleys, for example, supermarkets, airports, door handles and windows for infectious departments and hospitals.

Из уровня техники известно техническое решение (RU 197523 U, 12.05.2020, [1]), относящееся к устройствам дезинфекции, которое может быть использовано для бактериального обеззараживания воздуха в различных помещениях с использованием ультрафиолетового излучения. Согласно известному техническому решению обеззараживатель воздуха, содержит корпус, установленные в его противоположных торцах вентилятор и противопылевый фильтр, а внутри корпуса монтажную плату с закрепленными на ней и электрически связанными с источником питания и между собой ультрафиолетовыми лампами, электронными пускорегулирующими аппаратами и блоком питания вентилятора, при этом монтажная плата выполнена из алюминиевого материала в виде пластины с загнутыми под 90° по ее торцам концами, являющимися светоизолирующими экранами, расположенными один на входе после противопылевого фильтра, а другой на выходе между блоком питания вентилятора и вентилятором.A technical solution is known from the prior art (RU 197523 U, 05/12/2020, [1]) related to disinfection devices, which can be used for bacterial disinfection of air in various rooms using ultraviolet radiation. According to the known technical solution, the air disinfectant contains a case, a fan and a dust filter installed at its opposite ends, and inside the case a circuit board with ultraviolet lamps, electronic ballasts and a fan power supply fixed on it and electrically connected to the power source and among themselves, The circuit board is made of aluminum material in the form of a plate with ends bent at 90 ° at its ends, which are light-insulating screens located one at the inlet after the dust filter, and the other at the outlet between the fan power supply and the fan.

К недостаткам известного технического решения относятся значительные массогабаритные характеристики, низкая технологичность при изготовлении и эксплуатации, и низкая эффективность дезинфекции контактных поверхностей, связанная с отсутствием целенаправленного воздействия на наиболее часто востребованные контактные поверхности, содержащие патогенные биологические агенты.The disadvantages of the known technical solution include significant weight and size characteristics, low manufacturability during manufacture and operation, and low efficiency of disinfection of contact surfaces, associated with the lack of targeted action on the most frequently demanded contact surfaces containing pathogenic biological agents.

Известно устройство для стерилизации объектов излучением и предназначенное для дезинфекции диффузным ультрафиолетовым облучением дверных ручек больниц, поликлиник, предприятий общественного питания (WO 2019021031 [2]). Устройство выполнено в виде ручки двери, содержит корпус, выполненный в виде световода, УФ-светодиоды, которые установлены на торцевой поверхности световода, оптический отражатель. Светоизлучающая поверхность световода снабжена точками оптической неоднородности, являющимися центрами рассеяния УФ-излучения, с помощью которых формируется диффузное облучение поверхностей корпуса, а схема коммутации обеспечивает включение УФ-светодиодов на определенный промежуток времени с задержкой, исключающее ИЛИ минимизирующее время облучения руки человека, открывающего дверь. Недостатком известного устройства является относительно невысокая эффективность устройства, т.к. излучение распространяется по световоду и является диффузным. Из-за этого и интенсивность излучения невысока.Known is a device for sterilizing objects by radiation and intended for disinfection by diffuse ultraviolet irradiation of door handles of hospitals, clinics, public catering establishments (WO 2019021031 [2]). The device is made in the form of a door handle, contains a body made in the form of a light guide, UV LEDs that are installed on the end surface of the light guide, an optical reflector. The light-emitting surface of the light guide is equipped with points of optical inhomogeneity, which are the centers of scattering of UV radiation, with the help of which a diffuse irradiation of the surfaces of the case is formed, and the switching circuit ensures that the UV LEDs are switched on for a certain period of time with a delay, excluding OR minimizing the time of exposure of the hand of a person opening the door. The disadvantage of the known device is the relatively low efficiency of the device, because radiation propagates along the fiber and is diffuse. Because of this, the radiation intensity is also low.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является техническое решение известное из DE 102011001097 [3]. Устройство содержит полый корпус в виде трубки из материала, прозрачного для излучения, генерируемого размещенным внутри корпуса источником излучения в виде набора светодиодов и отражатель с цилиндрической поверхностью, источник питания и блок управления.The closest in technical essence and the achieved effect is the technical solution known from DE 102011001097 [3]. The device contains a hollow body in the form of a tube made of a material that is transparent for radiation generated by a radiation source located inside the body in the form of a set of LEDs and a reflector with a cylindrical surface, a power source and a control unit.

Недостатком известного устройства является его относительно невысокая эффективность. Это обусловлено тем, что светодиоды расположены только на одном торце корпуса, в узком промежутке между внутренней поверхностью корпуса и поверхностью отражателя и на внешнюю поверхность корпуса попадает только отраженный от отражателя свет. Это приводит и к низкой интенсивности излучения.The disadvantage of the known device is its relatively low efficiency. This is due to the fact that the LEDs are located only at one end of the body, in a narrow gap between the inner surface of the body and the surface of the reflector, and only the light reflected from the reflector enters the outer surface of the body. This also leads to low radiation intensity.

Заявляемое в качестве изобретения устройство дезинфекции поверхностей направлено на повышение эффективности дезинфекции.The claimed surface disinfection device is aimed at increasing the disinfection efficiency.

Указанный результат достигается тем, что устройство дезинфекции поверхностей, содержит полый трубчатый корпус из материала, прозрачного для излучения, генерируемого размещенным внутри корпуса источником излучения в виде набора светодиодов и отражатель с цилиндрической поверхностью, источник питания и блок управления. При этом использованы источники излучения с длиной волны 315-390 нм, с длиной волны 400-480 нм и 900-3000 нм, а световая мощность светодиодов и плотность их расположения выбираются из условия обеспечения выхода облучения из поверхности корпуса не менее 100-200 Дж/см².This result is achieved by the fact that the surface disinfection device comprises a hollow tubular body made of a material transparent to radiation generated by a radiation source located inside the body in the form of a set of LEDs and a reflector with a cylindrical surface, a power source and a control unit. In this case, radiation sources with a wavelength of 315-390 nm, with a wavelength of 400-480 nm and 900-3000 nm were used, and the light power of the LEDs and their density are selected so that the radiation output from the body surface is at least 100-200 J / cm ² .

Указанный результат достигается также тем, что корпус устройства дезинфекции поверхностей выполнен из гидрофобного материала.This result is also achieved by the fact that the body of the surface disinfection device is made of a hydrophobic material.

Указанный результат достигается также тем, что корпус выполнен в виде дверной ручки или ручки транспортной тележки.This result is also achieved in that the body is made in the form of a door handle or a handle of a transport trolley.

Указанный результат достигается также тем, что на внутренней поверхности корпуса размещены фокусирующие линзы, установленные соосно светодиодам, при этом фокусные расстояния линз, мощность и плотность размещения светодиодов определяются исходя из задаваемой эффективности уничтожения патогенных микроорганизмов на внешней поверхности корпуса.This result is also achieved by the fact that focusing lenses are placed on the inner surface of the housing, installed coaxially with the LEDs, while the focal lengths of the lenses, the power and density of the LEDs are determined based on the specified efficiency of destruction of pathogenic microorganisms on the outer surface of the housing.

Отличительными признаками заявляемого устройства являются:Distinctive features of the claimed device are:

- использованы источники излучения с длиной волны 315-390 нм, с длиной волны 400-480 нм и 900-3000 нм;- radiation sources with a wavelength of 315-390 nm, with a wavelength of 400-480 nm and 900-3000 nm were used;

- световая мощность светодиодов и плотность их расположения выбираются из условия обеспечения выхода облучения из поверхности корпуса не менее 100-200 Дж/см²;- the light power of LEDs and their density are selected from the condition of ensuring the radiation output from the surface of the body is not less than 100-200 J / cm ² ;

- корпус выполнен из гидрофобного материала;- the body is made of a hydrophobic material;

- корпус выполнен в виде дверной ручки или ручки транспортной тележки;- the body is made in the form of a door handle or a handle of a transport trolley;

- на внутренней поверхности корпуса размещены фокусирующие линзы, установленные соосно светодиодам, при этом фокусные расстояния линз, мощность и плотность размещения светодиодов определяются исходя из задаваемой эффективности уничтожения патогенных микроорганизмов на внешней поверхности корпуса.- focusing lenses are placed on the inner surface of the housing, installed coaxially with the LEDs, while the focal lengths of the lenses, the power and density of the LEDs are determined based on the specified efficiency of killing pathogenic microorganisms on the outer surface of the housing.

Использование источников излучения с длиной волны 315-390 нм, с длиной волны 400-480 нм и 900-3000 нм позволяет существенно повысить эффективность дезинфекции, поскольку не все виды микроорганизмов восприимчивы к ультрафиолетовому излучению, а использование излучения с различными длинами волн, как показывают эксперименты, расширяет спектр патогенных бактерий, для которых излучение является губительным. Экспериментально установлено, что наиболее эффективно дезинфекция происходит при достижении облучения из поверхности корпуса не менее 100-200 Дж/см². Выполнение корпуса из гидрофобного материала предотвращает задержку влаги на всей поверхности корпуса, а значит и сокращает благоприятные условия для размножения микроорганизмов. Предлагаемое устройство можно использовать в качестве стационарного или переносного прибора для дезинфекции излучением оборудования, постелей, одежды, обуви, стен помещений, салонов транспортных средств и т.п. Наиболее целесообразно, исходя из конструктивных особенностей устройства, использовать в виде дверной ручки или ручки транспортной тележки. При таком варианте использования целесообразно оптимизировать энергопотребление устройства с сохранением эффективности. Одним из путей решения может быть размещение фокусирующих линз соосно светодиодам. Линзы позволяют достичь в сфокусированных пятнах повышение плотности излучения, а это позволяет снизить мощность светодиодов. Поскольку установлено, что даже за границами световых пятен происходит уничтожение патогенной микрофлоры, но не с 100% эффективностью, то задавшись желаемым показателем эффективности, можно создать соответствующее распределение световых пятен с требуемой плотностью излучения. А для этого подобрать топологию размещения светодиодов и параметры фокусного расстояния линз. Сущность заявляемого устройства поясняется примерами реализации и графическими материалами.The use of radiation sources with a wavelength of 315-390 nm, with a wavelength of 400-480 nm and 900-3000 nm can significantly increase the efficiency of disinfection, since not all types of microorganisms are susceptible to ultraviolet radiation, but the use of radiation with different wavelengths, as experiments show , expands the spectrum of pathogenic bacteria for which radiation is harmful. It has been experimentally established that disinfection is most effective when the irradiation from the body surface reaches at least 100-200 J / cm ² . The design of the case from a hydrophobic material prevents moisture retention on the entire surface of the case, and therefore reduces favorable conditions for the reproduction of microorganisms. The proposed device can be used as a stationary or portable device for radiation disinfection of equipment, beds, clothes, shoes, walls of premises, interiors of vehicles, etc. It is most expedient, based on the design features of the device, to use it in the form of a door handle or handle of a transport trolley. In this use case, it is advisable to optimize the power consumption of the device while maintaining efficiency. One of the solutions could be the placement of the focusing lenses coaxially with the LEDs. Lenses make it possible to achieve an increase in radiation density in focused spots, and this allows to reduce the power of LEDs. Since it has been established that even beyond the boundaries of light spots, the destruction of pathogenic microflora occurs, but not with 100% efficiency, then by setting the desired efficiency indicator, it is possible to create an appropriate distribution of light spots with the required radiation density. To do this, select the topology of the LED placement and the parameters of the focal length of the lenses. The essence of the proposed device is illustrated by examples of implementation and graphic materials.

На фиг. 1 схематично представлен разрез устройства дезинфекции. На фиг. 2 схематично представлено поперечное сечение устройства дезинфекции. На фиг. 3 схематично представлено устройство дезинфекции, выполненное в виде дверной ручки. На фиг. 4 схематично представлено устройство дезинфекции в корпусе, выполненным в виде ручки транспортной тележки.FIG. 1 is a schematic sectional view of a disinfection device. FIG. 2 is a schematic cross-section of the disinfection device. FIG. 3 schematically shows a disinfection device in the form of a door handle. FIG. 4 schematically shows a disinfection device in a housing made in the form of a handle of a transport trolley.

Пример 1. Примером использования предлагаемого устройства послужило устройство дезинфекции контактных поверхностей размещенное в корпусе, выполненным в виде прозрачной для излучения дверной ручки, поскольку мировые исследования показывают, что максимально патогенная среда (патогенные биологические агенты) находится на контактных поверхностях дверных ручек входных групп различных помещений, когда осуществляется многочисленные контактные взаимодействия человеческих рук и потенциально загрязненных патогенными биологическими агентами поверхностей.Example 1. An example of using the proposed device was a device for disinfection of contact surfaces located in a housing made in the form of a door handle transparent for radiation, since world studies show that the most pathogenic environment (pathogenic biological agents) is located on the contact surfaces of door handles of entrance groups of different rooms, when there are numerous contact interactions between human hands and surfaces potentially contaminated with pathogenic biological agents.

В одном из предпочтительных вариантов реализации, устройство выполненное в виде дверной ручки содержит трубчатый корпус 1, выполненный из материала, прозрачного для излучения, генерируемого размещенным внутри корпуса источником излучения в виде набора светодиодов 2, излучающих в указанных диапазонах длин волн и отражатель 3 с цилиндрической поверхностью. Соосно светодиодам установлены линзы 4. Устройство снабжено блоком питания 5 и блоком управления 6, размещенными на торцах ручек. В частных случаях блоки систем управления размещались вне дверных ручек. Для использования в качестве ручки двери устройство снабжено кронштейнами 7.In one of the preferred embodiments, the device made in the form of a door handle comprises a tubular body 1 made of a material that is transparent for radiation generated by a radiation source located inside the body in the form of a set of LEDs 2 emitting in the indicated wavelength ranges and a reflector 3 with a cylindrical surface ... Lenses 4 are installed coaxially with the LEDs. The device is equipped with a power supply unit 5 and a control unit 6 located at the ends of the handles. In special cases, the control system blocks were located outside the door handles. For use as a door handle, the device is equipped with brackets 7.

Реализация указанного устройства включало в себя стандартные прозрачные дверные ручки, внутрь которых помещался светодиодные источники синего (400-480 нм) излучения LH351H 450 nm Blue (Samsung Electronics) (мощность - около 1 Вт, эффективность - 2,8 мкмол/сек, угол расхождения излучения - около 130°), светодиодные источники с длиной волны 365-390 нм (типа UV High Power LED 365-385 nm 3 Вт, TAOYUAN ELECTRON (HK) LIMITED) и светодиодные источники с длиной волны 900 - 3000 нм (типа 1W IR 940 nm SMD3535 High Power LED и 1W Infrared 1050 nm High Power LED, Weili Optical Ltd).The implementation of this device included standard transparent door handles, inside of which were placed LED sources of blue (400-480 nm) light LH351H 450 nm Blue (Samsung Electronics) (power - about 1 W, efficiency - 2.8 μmol / sec, divergence angle radiation - about 130 °), LED sources with a wavelength of 365-390 nm (type UV High Power LED 365-385 nm 3 W, TAOYUAN ELECTRON (HK) LIMITED) and LED sources with a wavelength of 900 - 3000 nm (type 1W IR 940 nm SMD3535 High Power LED and 1W Infrared 1050 nm High Power LED, Weili Optical Ltd).

Блоки систем управления размещались либо вне дверных ручек (внешние системы управления), либо располагаются внутри непрозрачных креплений ручек или их торцов. На контактных поверхностях снижается общая концентрация патогенных биологических агентов, в зависимости от дозы облучения и использованной светимости светодиодов: на 10% - при времени воздействия 3 минуты, 28-31% - при времени воздействия 10 минут и 41-58% - при времени воздействия 30 минут.The control system units were located either outside the door handles (external control systems), or located inside the opaque mountings of the handles or their ends. On contact surfaces, the total concentration of pathogenic biological agents decreases, depending on the radiation dose and the luminosity of the LEDs used: by 10% - with an exposure time of 3 minutes, 28-31% - with an exposure time of 10 minutes and 41-58% - with an exposure time of 30 minutes.

Пример 2. Другим примером использования предлагаемого устройства является его применение для ручек транспортных тележек в магазинах или супермаркетах, а также аэропортах и т.п. с целью радикального снижения числа патогенных биологических агентов, возможностью безопасного использования тележек в результате постоянной дезинфекционной обработки источниками излучения различной длины волны. Реализация указанного устройства включало в себя прозрачные ручки, изготовленные из акрила, внутрь которых помещался светодиодный источник синего (430-460 нм) излучения - матрица из 32 светодиодов LH351H 450 nm Blue (Samsung Electronics) (мощность - около 1 Вт, эффективность - 2,8 мкмол/с, угол расхождения излучения - около 130°),), светодиодные источники с длиной волны 365-390 нм (типа UV High Power LED 365-385 nm 3 Вт, TAOYUAN ELECTRON (HK) LIMITED) и светодиодные источники с длиной волны 900-3000 нм (типа 1W IR 940 nm SMD3535 High Power LED и 1W Infrared 1050 nm High Power LED, Weili Optical Ltd).Example 2. Another example of the use of the proposed device is its use for handles of transport trolleys in shops or supermarkets, as well as airports, etc. in order to radically reduce the number of pathogenic biological agents, the possibility of safe use of carts as a result of constant disinfection treatment with radiation sources of different wavelengths. The implementation of this device included transparent handles made of acrylic, inside which was placed an LED source of blue (430-460 nm) radiation - a matrix of 32 LEDs LH351H 450 nm Blue (Samsung Electronics) (power - about 1 W, efficiency - 2, 8 μmol / s, radiation divergence angle - about 130 °),), LED sources with a wavelength of 365-390 nm (UV High Power LED 365-385 nm 3 W type, TAOYUAN ELECTRON (HK) LIMITED) and LED sources with a length wavelength 900-3000 nm (type 1W IR 940 nm SMD3535 High Power LED and 1W Infrared 1050 nm High Power LED, Weili Optical Ltd).

В корпусе размещались линзы, установленные соосно светодиодам на внутренней поверхности корпуса, что позволяло изменять дозу излучения для более эффективного воздействия на патогенную биологическую среду. На торцах ручек, изготовленных из металла, располагался автономный источник питания и блоки систем управления. На контактных поверхностях снижается общая концентрация патогенных патологических агентов, в зависимости от дозы облучения и использованной светимости светодиодов: на 10-12% - при времени воздействия 3 минуты, 29-37% - при времени воздействия 10 минут и 44-62% - при времени воздействия 30 минут. Указанное время соответствует временам использования транспортных тележек отдельными покупателями или пассажирами, что позволяет практически всегда иметь непатогенную среду на контактных поверхностях.The housing housed lenses installed coaxially with the LEDs on the inner surface of the housing, which made it possible to change the radiation dose for a more effective effect on the pathogenic biological environment. At the ends of the handles made of metal, there was an autonomous power source and control system units. On the contact surfaces, the total concentration of pathogenic pathological agents decreases, depending on the radiation dose and the luminosity of the LEDs used: by 10-12% - with an exposure time of 3 minutes, 29-37% - with an exposure time of 10 minutes and 44-62% - with a time exposure for 30 minutes. The indicated time corresponds to the times of use of transport carts by individual customers or passengers, which allows almost always to have a non-pathogenic environment on the contact surfaces.

Claims

1. A device with a disinfectable outer surface, containing a hollow body made of a material transparent for the radiation of LEDs placed inside the body, a reflector with a cylindrical surface, a power source and a control unit, characterized in that LEDs with working wavelengths of 315-390 nm, 400- 480 nm and 900-3000 nm, while the light power of the LEDs and the density of their arrangement are selected from the condition of ensuring that the radiation output from the body surface is at least 100 J / cm ² .

2. The device according to claim 1, characterized in that the body is made of a hydrophobic material.

3. The device according to claim 1, characterized in that the body is made in the form of a door handle or a handle of a transport trolley.

4. The device according to claim 3, characterized in that focusing lenses are placed on the inner surface of the housing, installed coaxially with the LEDs.