SK9614Y1 - Method for flow sterilization of air and device for sterilization of air - Google Patents
Method for flow sterilization of air and device for sterilization of air Download PDFInfo
- Publication number
- SK9614Y1 SK9614Y1 SK50008-2022U SK500082022U SK9614Y1 SK 9614 Y1 SK9614 Y1 SK 9614Y1 SK 500082022 U SK500082022 U SK 500082022U SK 9614 Y1 SK9614 Y1 SK 9614Y1
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- air
- flow
- temperature
- exchanger
- furnace
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F8/00—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying
- F24F8/20—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by sterilisation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F12/00—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening
- F24F12/001—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air
- F24F12/006—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air using an air-to-air heat exchanger
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Abstract
Description
Oblasť technikyThe field of technology
Technické riešenie sa týka prietokovej sterilizácie vzduchu, najmä veľkoobjemovej prietokovej sterilizácie vzduchu, pri ktorej sa nepoužívajú germicídne žiariče, a ktorá je spôsobilá na dlhodobú, trvalú prevádzku v priestoroch s ľuďmi a/alebo zvieratami. Technické riešenie tiež opisuje sterilizačné zariadenie s prietokovou pecou a s výmenníkom tepla, v ktorom sa vzduch vstupujúci do zariadenia predhrieva teplom získaným pri ochladzovaní vzduchu vystupujúceho z prietokovej pece.The technical solution relates to air flow sterilization, especially large-volume air flow sterilization, which does not use germicidal radiators, and which is suitable for long-term, permanent operation in areas with people and/or animals. The technical solution also describes a sterilization device with a flow furnace and a heat exchanger in which the air entering the device is preheated by the heat obtained during cooling of the air leaving the flow furnace.
Doterajší stav technikyCurrent state of the art
Na inaktiváciu patogénov, najmä vírusov a baktérií vo vzduchu sa bežne používa UV žiarenie s vhodnou vlnovou dĺžkou, vysokoteplotné pôsobenie, pôsobenie ozónom, mechanická filtrácia alebo pôsobenie dezinfekčných, chemických látok alebo kombinácia uvedených metód. UV žiarenie je nebezpečné pre ľudské zdravie a počas ošetrenia otvoreným UV žiarením sa nesmú v priestore nachádzať ľudia alebo zvieratá. Čiastočným riešením je uzavretie UV žiariča do oddelenej komory, cez ktorú preteká vzduch z miestnosti. Lampy generujúce UV svetlo majú relatívne nízku hodinovú životnosť a je tiež náročné zabezpečiť, aby pri vysokom prietoku vzduchu došlo k presvieteniu každej čiastočky vzduchu vnútri zariadenia.In order to inactivate pathogens, especially viruses and bacteria in the air, UV radiation with a suitable wavelength, high temperature treatment, ozone treatment, mechanical filtration or the treatment of disinfectants, chemical agents or a combination of the mentioned methods are commonly used. UV radiation is dangerous for human health, and no people or animals should be in the area during open UV radiation treatment. A partial solution is to enclose the UV emitter in a separate chamber through which air flows from the room. Lamps generating UV light have a relatively short service life and it is also difficult to ensure that every air particle inside the device shines through with high air flow.
Zverejnenie US US5441710A opisuje sterilizáciu vzduchu pomocou zvýšenej teploty, kde vzduch špirálovo prúdi vo valcovej komore s prvkami na podporu turbulentného prúdenia. Zariadenie má veľmi obmedzený objemový výkon a na súčasné požiadavky nie je použiteľné.US publication US5441710A describes the sterilization of air by means of an elevated temperature, where the air flows spirally in a cylindrical chamber with elements to promote turbulent flow. The device has a very limited volumetric capacity and is not usable for current requirements.
Článok „Thermal Disinfection of SARS-CoV-3 within an Airplane autora Austin Hehir z roku 2021 opisuje zariadenie umiestené na palube lietadla, ktoré zahŕňa ventilátor a vykurovaciu špirálu. Objemový výkon zariadenia je malý a veľkosť zariadenia v pomere k jeho objemovému výkonu je relatívne veľká, čo je tiež prekážkou širšieho nasadenia do prevádzky.The 2021 article “Thermal Disinfection of SARS-CoV-3 within an Airplane” by Austin Hehir describes a device placed on board an airplane that includes a fan and a heating coil. The volumetric power of the device is small, and the size of the device in relation to its volumetric power is relatively large, which is also an obstacle to wider deployment.
Súčasné poznatky pri skúmaní kontaminovaného aerosólu viedli k odporučeniam WHO, aby sa v zdravotníckych zariadeniach zabezpečila výmena čistého vzduchu na jedného pacienta až na úrovni 160 l/s, čo vedie k vysokým objemovým nárokom na príslušnú vzduchotechniku. Nasávanie vzduchu z exteriéru je energeticky náročné, keďže okrem filtrácie je potrebné zabezpečiť správnu teplotu vzduchu, kde ohrev alebo chladenie vzduchu na teplotu miestnosti si vyžaduje veľa pridanej alebo odobranej energie. V prípade, že čistý vzduch sa má získať mechanickou filtráciou vzduchu nasávaného v priestore, nastáva problém s rýchlym zanášaním filtračných vložiek, pričom ich výmenu, resp. čistenie komplikuje fakt, že môžu byť nebezpečne kontaminované. Všeobecne sa dá konštatovať, že prenos rôznych nákaz vzduchom je síce vedecky preukázaný, ale nie sú k dispozícii spôsoby a zariadenia, ktoré by mohli túto prenosovú cestu v požadovanom veľkoobjemovom meradle eliminovať.Current knowledge in the investigation of contaminated aerosol led to WHO recommendations to ensure the exchange of clean air per patient at a level of up to 160 l/s in medical facilities, which leads to high volume requirements for the relevant ventilation technology. Inhaling air from the outside is energy-intensive, since in addition to filtration, it is necessary to ensure the correct air temperature, where heating or cooling the air to room temperature requires a lot of added or removed energy. In the event that clean air is to be obtained by mechanical filtration of the air sucked into the room, there is a problem with the rapid clogging of the filter inserts, while their replacement or cleaning is complicated by the fact that they can be dangerously contaminated. In general, it can be stated that the transmission of various diseases through the air is scientifically proven, but there are no available methods and devices that could eliminate this transmission route on the required large-scale scale.
Je preto žiaduce vytvoriť nový spôsob sterilizácie vzduchu a tiež zariadenie na jeho vykonávanie, ktoré umožní jednoducho a spoľahlivo ničiť alebo deaktivovať patogény obsiahnuté vo vzduchu vo veľkom objeme a pritom bez nežiaducich účinkov na prostredie s prítomnosťou ľudí a zvierat.It is therefore desirable to create a new method of sterilizing air and also a device for its implementation, which will allow to easily and reliably destroy or deactivate pathogens contained in the air in large volumes, and at the same time without adverse effects on the environment with the presence of people and animals.
Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution
Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje spôsob prietokovej sterilizácie vzduchu pôsobením zvýšenej teploty, pri ktorom sa vzduch prietokovo zohrieva na teplotu aspoň 80 °C a na tejto teplote ostáva aspoň 3 sekundy podľa tohto technického riešenia, ktorého podstata spočíva v tom, že vzduch nútene preteká prietokovou pecou, kde sa vzduch zohrieva na inaktivačnú teplotu, po výstupe z prietokovej pece vzduch vchádza do protiprúdového výmenníka tepla, kde odovzdáva teplo vzduchu, ktorý vstupuje do prietokovej pece.The aforementioned shortcomings are largely eliminated by the method of flow sterilization of air by the effect of increased temperature, in which the air is heated to a temperature of at least 80 °C and remains at this temperature for at least 3 seconds according to this technical solution, the essence of which is that the air is forced to flow through the furnace, where the air is heated to the inactivation temperature, after exiting the flow furnace, the air enters the countercurrent heat exchanger, where it transfers the heat of the air entering the flow furnace.
Vo výmenníku tepla sa predhrieva vzduch pred vstupom do prietokovej pece, a zároveň sa tým ochladzuje vzduch vystupujúci z prietokovej pece. Vzduch vystupujúci z prietokovej pece a následne vychádzajúci z výmenníka tepla vychádza zo zariadenia už bez aktívnych biologických štruktúr. Pojem sterilizácia v tomto spise všeobecne pomenováva proces eradikácie a/alebo inaktivácie, a/alebo degradácie patogénov vo vzduchu, najmä vírusov a baktérií v aerosólovom nosiči.In the heat exchanger, the air is preheated before entering the flow furnace, and at the same time, the air leaving the flow furnace is cooled. The air coming out of the flow furnace and subsequently coming out of the heat exchanger comes out of the device without active biological structures. The term sterilization in this document generally refers to the process of eradication and/or inactivation and/or degradation of pathogens in the air, especially viruses and bacteria in an aerosol carrier.
Dôležitou črtou predloženého technického riešenia je zapojenie prietokovej pece s výmenníkom tepla do plynotesnej sústavy tak, aby sa zabezpečil predohrev vzduchu, ktorý vstupuje do prietokovej pece, pričom na predohrev sa využije teplo, s ktorým sterilizovaný vzduch vystupuje z prietokovej pece. Výmenník tepla znižuje energetické nároky zariadenia a zároveň sa vzduch po zahriatí na inaktivačnú teplotu ochladí, vďaka čomu môže výstupný vzduch vchádzať do priestoru s ľuďmi.An important feature of the presented technical solution is the connection of the flow furnace with a heat exchanger to the gas-tight system in order to ensure preheating of the air entering the flow furnace, while the heat with which the sterilized air exits the flow furnace is used for preheating. The heat exchanger reduces the energy requirements of the device, and at the same time, the air cools down after heating to the inactivation temperature, thanks to which the output air can enter the space with people.
Čističky vzduchu známe zo stavu techniky, ktoré používajú ohrev vzduchu, pracujú s relatívne malými prietokmi, aby sa dosiahol aspoň minimálny čas zotrvania vzduchu na potrebnej teplote. Pritom nie je podstatné, že vzduch na výstupe má relatívne vysokú teplotu, keďže celkové teplo odovzdané do priestoru je relatívne malé. Cieľom tohto vynálezu je dosiahnuť vysoké prietoky vzduchu, aby sa zabezpečila rýchla výmena vzduchu v danom priestore. V usporiadaní podľa tohto technického riešenia je preto dôležité dosiahnuť na výstupe zariadenia čo najmenší prírastok teploty oproti teplote na vstupe do zariadenia. Pomocou tepelného výmenníka sa nielen dosahuje tento cieľ, ale tiež sa znižuje energetická bilancia zariadenia.Air cleaners known from the state of the art, which use air heating, work with relatively small flow rates in order to achieve at least the minimum residence time of the air at the required temperature. It is not essential that the air at the outlet has a relatively high temperature, since the total heat transferred to the space is relatively small. The aim of this invention is to achieve high air flows in order to ensure rapid air exchange in the given space. In the arrangement according to this technical solution, it is therefore important to achieve the smallest possible increase in temperature at the outlet of the device compared to the temperature at the inlet to the device. With the help of a heat exchanger, this goal is not only achieved, but also the energy balance of the device is reduced.
Pojem prietoková pec v tomto spise pomenováva akékoľvek zariadenie, ktoré zahŕňa kanál na vedenie vzduchu, kde kanál je vybavený prvkami na ohrievanie vzduchu. Ohrievanie vzduchu môže byť zabezpečené rôznymi prostriedkami, napríklad plynovými horákmi alebo výhodne elektricky, čo poskytuje jednoduchú možnosť regulácie teploty. Prietoková pec môže byť tiež pomenovaná ako prietokový ohrievač alebo vyhrievaný kanál a podobne.The term flow furnace in this document refers to any device that includes a channel for conducting air, where the channel is equipped with elements for heating the air. Air heating can be ensured by various means, for example gas burners or preferably electrically, which provides a simple possibility of temperature regulation. A flow furnace may also be named as a flow heater or heated channel and the like.
Inaktivačná teplota je teplota vzduchu, pri ktorej sa vírusy, baktérie alebo iné biologické patogény rozložia, poškodia alebo inak deaktivujú. Vzduch sa v prietokovej peci pri inaktivačnej teplote musí zdržať určitý čas, ktorý je nevyhnutný na dosiahnutie požadovaného procesu deaktivácie. Pritom platí, že čím vyššia je teplota, tým kratší čas je postačujúci na dosiahnutie účinkov sterilizácie, resp. na dosiahnutie účinkov sterilizácie aspoň na úrovni 95 %. Výsledky vykonaného výskumu podľa tabuľky na obrázku 1 preukazujú, že pri vyšších teplotách postačuje krátky zádržný čas, rádovo v sekundách, teda podstatne kratší, ako sa uvádza v stave techniky, kde sa opisujú rádovo minúty.The inactivation temperature is the air temperature at which viruses, bacteria or other biological pathogens are decomposed, damaged or otherwise deactivated. The air must remain in the flow furnace at the inactivation temperature for a certain time, which is necessary to achieve the desired deactivation process. In this case, the higher the temperature, the shorter the time is sufficient to achieve the effects of sterilization, or to achieve sterilization effects of at least 95%. The results of the research carried out according to the table in Figure 1 show that at higher temperatures a short retention time, on the order of seconds, is sufficient, i.e. significantly shorter than stated in the state of the art, where minutes are described.
Vo výhodnom postupe sa vzduch zohrieva na teplotu aspoň 100 °C, obzvlášť výhodne na 150 °C. Pri teplote 150 °C postačuje zádržný čas 3 až 5 sekúnd. Zádržný čas požadovaný pri určitej inaktivačnej teplote určuje rýchlosť prietoku pri danej dĺžke kanálu prietokovej pece. Relatívne krátke zádržné časy umožňujú dosiahnuť vysoké objemové prietoky sterilizácie. Aby sa spoľahlivo dosiahli predpísané parametre teploty a zádržného času, je vhodné, ak postup zahŕňa meranie prietoku vzduchu a meranie skutočnej teploty aspoň v jednom mieste prietokovej pece a podľa nameraných hodnôt sa reguluje prietok vzduchu a/alebo sa riadi napájanie prvkov na ohrievanie vzduchu. Pritom sa môže pri riadení využívať krivka, ktorá definuje vzťah medzi inaktivačnou teplotou a zádržnou teplotou, pre konkrétny nebezpečný patogén, ktorý treba zo vzduchu odstrániť. Pri štarte zariadenia, kedy sa prietoková pec nahrieva, bude riadiaca jednotka nastavovať malý prietok vzduchu, čo zabezpečí dlhší zádržný čas. Otáčky ventilátora môžu byť riadené pomocou frekvenčného meniča. Prietok môže byť meraný snímačmi, výhodne mimo zón s inaktivačnou teplotou alebo môže byť prietok nepriamo hodnotený podľa skutočných otáčok ventilátora s využitím charakteristiky ventilátora pri danej tlakovej strate.In a preferred procedure, the air is heated to a temperature of at least 100°C, particularly preferably to 150°C. At a temperature of 150 °C, a retention time of 3 to 5 seconds is sufficient. The retention time required at a particular inactivation temperature determines the flow rate for a given flow furnace channel length. Relatively short retention times allow high sterilization volume flow rates to be achieved. In order to reliably achieve the prescribed parameters of temperature and retention time, it is convenient if the procedure includes the measurement of the air flow and the measurement of the actual temperature in at least one point of the flow furnace, and according to the measured values, the air flow is regulated and/or the supply of the air heating elements is controlled. A curve that defines the relationship between the inactivation temperature and the retention temperature for a specific dangerous pathogen that needs to be removed from the air can be used for control. At the start of the device, when the flow furnace is heating up, the control unit will set a small air flow, which will ensure a longer retention time. The fan speed can be controlled using a frequency converter. The flow can be measured by sensors, preferably outside the zones with inactivation temperature, or the flow can be indirectly evaluated according to the actual fan speed using the characteristics of the fan at a given pressure loss.
Priebeh postupu je ovládaný riadiacou jednotkou, ktorá má príslušný softvér, hodnotí údaje zo snímačov a okrem iného riadi rýchlosť pohybu vzduchu v prietokovej peci. Riadiaca jednotka je prispôsobená na aktualizáciu, ktorá môže aktualizovať krivku definujúcu vzťah medzi inaktivačnou teplotou a zádržnou teplotou podľa patogénu, ktorý práve prevláda v aktuálnom pandemickom stave. Napríklad po rozpoznaní charakteristík nového variantu vírusu sa môže nahrať aktualizovaná krivka a riadiaca jednotka udržuje príslušný zádržný čas a inaktivačnú teplotu.The course of the procedure is controlled by the control unit, which has the appropriate software, evaluates the data from the sensors and, among other things, controls the speed of air movement in the flow furnace. The control unit is adapted for updating, which can update the curve defining the relationship between the inactivation temperature and the retention temperature according to the pathogen that is currently prevailing in the current pandemic state. For example, after recognizing the characteristics of a new virus variant, an updated curve can be loaded and the control unit maintains the corresponding retention time and inactivation temperature.
Tepelný výmenník je zapojený tak, že vzduch vstupujúci do zariadenia je privedený na studený koniec vstupnej vetvy výmenníka. Vzduch postupuje k teplému koncu vstupnej vetvy výmenníka, teplý koniec vstupnej vetvy je pripojený na vstup prietokovej pece. Výstup z prietokovej pece je prepojený k teplému koncu výstupnej vetvy tepelného výmenníka, odkiaľ postupuje k studenému koncu výstupnej vetvy tepelného výmenníka. Vstupná a výstupná vetva tepelného výmenníka sú orientované tak, že vzduch vo vstupnej vetve prúdi oproti smeru prúdenia vzduchu vo výstupnej vetve, čím sa zabezpečuje priaznivý teplotný gradient v jednotlivých zónach tepelného výmenníka.The heat exchanger is connected in such a way that the air entering the device is brought to the cold end of the inlet branch of the exchanger. The air advances to the warm end of the inlet branch of the exchanger, the warm end of the inlet branch is connected to the inlet of the flow furnace. The outlet from the flow furnace is connected to the warm end of the outlet branch of the heat exchanger, from where it proceeds to the cold end of the outlet branch of the heat exchanger. The inlet and outlet branches of the heat exchanger are oriented so that the air in the inlet branch flows against the direction of air flow in the outlet branch, which ensures a favorable temperature gradient in the individual zones of the heat exchanger.
Nedostatky uvedené v stave techniky podstatným spôsobom odstraňuje aj samotné zariadenie na sterilizáciu vzduchu pôsobením zvýšenej teploty, ktoré zahŕňa ventilátor a prietokovú pec prispôsobenú na ohrev vzduchu aspoň na 80 °C, kde ventilátor je zapojený na nútený prietok vzduchu v prietokovej peci, podľa tohto technického riešenia, ktorého podstata spočíva v tom, že má tepelný výmenník, kde vstup vzduchu do prietokovej pece a výstup vzduchu z prietokovej pece sú pripojené k tepelnému výmenníku tak, že vstup do prietokovej pece je prepojený k teplému koncu vstupnej vetvy tepelného výmenníka a výstup vzduchu z prietokovej pece je pripojený k teplému koncu výstupnej vetvy tepelného výmenníka, a medzi vstupnou a výstupnou vetvou vo výmenníku je umiestnený teploprenosný prvok na prestup tepla medzi vetvami. Vo výhodnom usporiadaní je prietoková pec prispôsobená na ohrev vzduchu na aspoň 100 °C, obzvlášť výhodne na 150 °C.The shortcomings mentioned in the state of the art are substantially eliminated by the device itself for sterilizing air by the effect of elevated temperature, which includes a fan and a flow furnace adapted to heat the air to at least 80 °C, where the fan is connected to the forced flow of air in the flow furnace, according to this technical solution , the essence of which is that it has a heat exchanger where the air inlet to the flow furnace and the air outlet from the flow furnace are connected to the heat exchanger in such a way that the inlet to the flow furnace is connected to the warm end of the inlet branch of the heat exchanger and the air outlet from the flow furnace of the furnace is connected to the warm end of the outlet branch of the heat exchanger, and a heat transfer element is placed between the inlet and outlet branches in the exchanger for heat transfer between the branches. In a preferred arrangement, the flow furnace is adapted to heat the air to at least 100°C, particularly preferably to 150°C.
Kanál prietokovej pece má dĺžku, ktorá zodpovedá x-násobku dráhy, ktorú prejde vzduch hnaný ventilátorom za jednu sekundu. Hodnota x vyjadruje zádržný čas. Ak bude zádržný čas 5 sekúnd, je dĺžka kanálu aspoň 5-násobkom dráhy pohybujúceho sa vzduchu za jednu sekundu. Napríklad pri rýchlosti prúdenia 1 m/s a zádržnom čase 5 sekúnd je dĺžka kanálu minimálne 5 metrov.The flow furnace channel has a length that corresponds to x times the distance traveled by the air driven by the fan in one second. The value of x represents the retention time. If the retention time is 5 seconds, the length of the channel is at least 5 times the path of moving air in one second. For example, with a flow speed of 1 m/s and a retention time of 5 seconds, the length of the channel is at least 5 meters.
Prietoková pec je vybavená prvkami na ohrievanie vzduchu. Vo výhodnom usporiadaní má prietoková pec aspoň jeden elektrický vykurovací element, ktorého napájanie je ovládané riadiacou jednotkou. Elektrický vykurovací element môže mať formu komerčne dostupnej vykurovacej špirály, aká je používaná v elektrických peciach alebo kuchynských rúrach. Vykurovacia špirála môže byť umiestnená priamo vnútri kanálu prietokovej pece, kde má priamy styk s pretekajúcim vzduchom. Je tiež možné usporiadanie, kde prvok na ohrievanie vzduchu je vykurovaný odpadovým teplom z technologických zariadení v priemyselných prevádzkach alebo odpadovým teplom z motorov dopravných prostriedkov alebo plynovým horákom, alebo tepelným čerpadlom a podobne.The flow furnace is equipped with air heating elements. In an advantageous arrangement, the flow furnace has at least one electric heating element, the power supply of which is controlled by the control unit. The electric heating element may take the form of a commercially available heating coil such as is used in electric ovens or kitchen ovens. The heating coil can be placed directly inside the flow furnace channel, where it has direct contact with the flowing air. An arrangement is also possible where the air heating element is heated by waste heat from technological equipment in industrial operations or by waste heat from vehicle engines or by a gas burner or heat pump and the like.
Kanál prietokovej pece je prispôsobený na prúdenie vzduchu, pričom teplotné pole v kanáli má byť čo najhomogénnejšie. Po stabilizácii prevádzkového režimu majú byť rozdiely teplôt v 80 % objemu kanálu minimálne, menšie ako ±5 °C. Na dĺžke prvých 20 % od začiatku kanálu sa predpokladá nerovnomerná teplota, nasledujúcich 80 % objemu kanálu má spoľahlivo zabezpečiť dosiahnutie inaktivačnej teploty vzduchu počas zádržného času.The flow furnace channel is adapted to air flow, while the temperature field in the channel should be as homogeneous as possible. After stabilization of the operating mode, the temperature differences in 80% of the channel volume should be minimal, less than ±5 °C. A non-uniform temperature is assumed for the length of the first 20% from the beginning of the channel, the following 80% of the channel volume should reliably ensure that the inactivation temperature of the air is reached during the retention time.
Kanál musí mať nízky odpor prúdenia vzduchu a minimálne tepelné straty cez plášť kanálu. Prietokový prierez v každom mieste kanálu prietokovej pece dosahuje aspoň hodnotu referenčného prierezu. Referenčný prierez zodpovedá minimálnemu prietokovému prierezu celého zariadenia, ktorý môže byť výhodne definovaný prierezom vstupného otvoru zariadenia. Následne všetky prierezy kanálov v zariadení, teda prierezy v prietokovej peci, vo výmenníku a v spojovacích potrubiach, majú prietokovú plochu rovnakú alebo väčšiu, ako je referenčný prierez S. Zariadenie môže byť tiež skonštruované tak, že postupne v smere prietoku vzduchu narastá prierez kanálov, čím sa minimalizujú prietokové odpory a tlakové straty.The duct must have low air flow resistance and minimal heat loss through the duct casing. The flow cross-section in each location of the flow furnace channel reaches at least the value of the reference cross-section. The reference cross-section corresponds to the minimum flow cross-section of the entire device, which can be advantageously defined by the cross-section of the inlet opening of the device. Subsequently, all channel cross-sections in the device, i.e. the cross-sections in the flow furnace, in the exchanger and in the connecting pipes, have a flow area equal to or greater than the reference cross-section S. The device can also be constructed in such a way that the channel cross-section gradually increases in the direction of the air flow, which flow resistances and pressure losses are minimized.
Na dosiahnutie vysokej účinnosti je potrebné, aby sa každá čiastočka vzduchu spoľahlivo prehriala na inaktivačnú teplotu a zotrvala na inaktivačnej teplote počas zádržného času. Na dosiahnutie tohto cieľa môže mať prietoková pec aspoň jednu mriežku vnútri kanálu s pretekajúcim vzduchom. Mriežka je umiestnená naprieč kanálom, aby vzduch bol nútený pretekať cez otvory v mriežke. Zvyšuje sa tým štatistická pravdepodobnosť, že každá čiastočka vzduchu sa stretne s pevnou horúcou plochou, ktorá jej odovzdá teplo. Mriežka môže byť umiestnená kolmo na smer prietoku vzduchu alebo so sklonom do 60 stupňov. Mriežka zasahuje aspoň do 90 % prierezu kanálu, zvyčajne bude prekrývať celý prietokový prierez kanálu. Otvory v mriežke sú relatívne veľké, aby mriežka podstatne nezvyšovala prietokový odpor a počas prevádzky sa nezanášala prachom, aby ju nebolo nutné čistiť. Zvyčajne budú otvory v mriežke mať plochu jednotlivo aspoň 4 mm2. Sumárny prierez otvorov v mriežke bude zodpovedať aspoň referenčnému prierezu S. Mriežka má inaktivačnú teplotu a materiál mriežky svojou tepelnou vodivosťou homogenizuje teplotné pole.To achieve high efficiency, it is necessary that each air particle is reliably heated to the inactivation temperature and remains at the inactivation temperature during the retention time. To achieve this, the flow furnace may have at least one grid inside the flowing air channel. The grid is placed across the channel to force air to flow through the holes in the grid. This increases the statistical probability that each air particle will encounter a fixed hot surface that will transfer heat to it. The grid can be placed perpendicular to the direction of air flow or with an inclination of up to 60 degrees. The grid extends to at least 90% of the channel cross-section, usually it will cover the entire flow cross-section of the channel. The holes in the grid are relatively large so that the grid does not significantly increase the flow resistance and does not become clogged with dust during operation, so that it does not have to be cleaned. Usually the holes in the grid will have an area of at least 4 mm 2 individually. The total cross-section of the holes in the grid will correspond to at least the reference cross-section S. The grid has an inactivation temperature and the grid material homogenizes the temperature field with its thermal conductivity.
Mriežka môže byť tvorená kovovou sieťovinou, ťahokovom, perforovaným plechom a podobne. Pri vynaliezaní sa ukázalo výhodné, ak je na každý meter dráhy kanálu umiestnená aspoň jedna mriežka, výhodne aspoň 5 mriežok. Tým narastá štatistická pravdepodobnosť, že pri akomkoľvek type prúdenia vzduchu sa každá čiastočka vzduchu dostane do kontaktu s nahriatym povrchom mriežky. Z technologického hľadiska je výhodné, ak sústava mriežok je vytvorená v jednom kuse z pásu perforovaného materiálu, ktorý je plisovito ohýbaný do záhybov, kde každý záhyb pásu predstavuje jednu mriežku sústavy. Pri tomto usporiadaní sa naplisovaný pás jednoducho prichytí vnútri kanálu.The grid can be made of metal mesh, drawn, perforated sheet metal and the like. During the invention, it turned out to be advantageous if at least one grid, preferably at least 5 grids, is placed on each meter of the channel path. This increases the statistical probability that with any type of air flow, every air particle will come into contact with the heated grid surface. From a technological point of view, it is advantageous if the system of grids is made in one piece from a strip of perforated material that is pleated into folds, where each fold of the strip represents one grid of the system. With this arrangement, the pleated strip is simply clamped inside the channel.
Je tiež možné usporiadanie, kedy prvok na ohrev vzduchu má podobu mriežky. V takom prípade je namiesto bežnej vykurovacej špirály použitá napríklad odporová mriežka, ktorá na celej ploche generuje teplo. Okraje vykurovacej mriežky sú pritom prichytené v izolačnom ráme a celková plocha priechodných otvorov vo vykurovacej mriežke je aspoň na úrovni referenčného prierezu S.An arrangement where the air heating element has the form of a grid is also possible. In this case, instead of a normal heating coil, a resistance grid is used, for example, which generates heat over the entire surface. The edges of the heating grid are fixed in the insulating frame and the total area of the through holes in the heating grid is at least at the level of the reference cross-section S.
Ventilátor funguje ako hnacia jednotka a môže byť zaradený na vstupe zariadenia alebo na výstupe zariadenia, kde nie je vystavený zvýšenej teplote, keďže aj na výstupe zariadenia je teplota vystupujúceho vzduchu zvýšená oproti vstupu len o niekoľko stupňov Celzia. Vo všeobecnosti môže byť ventilátor zaradený v ktoromkoľvek mieste zariadenia. Ak je ventilátor umiestnený na vstupe zariadenia, pracuje s kontaminovaným vzduchom, ktorý tlačí do zariadenia. Ak je ventilátor na výstupe zariadenia, nasáva vzduch, ktorý je už sterilizovaný. Na dosiahnutie požadovanej vysokej prietokovej kapacity zariadenia je vhodné, ak ventilátor alebo skupina ventilátorov má prietok minimálne 10 l/s, 36 m3/hod., výhodne aspoň 100 l/s, 360 m3/hod. Spotreba energie na nútený prietok vzduchu v zariadení podľa tohto technického riešenia je menšia ako 2 Wh/m3 prepraveného vzduchu, čo je rádovo menej ako pri mechanickej filtrácii vzduchu cez filtračné vložky schopné zachytiť biologické patogény. Požadovaná hlučnosť ventilátora alebo skupiny ventilátorov je nižšia ako 45 dB, zariadenie môže byť umiestnené priamo v miestnosti, kde sa čistí vzduch za prítomnosti osôb.The fan works as a drive unit and can be included at the device's inlet or at the device's outlet, where it is not exposed to increased temperature, since even at the device's outlet the temperature of the outgoing air is increased compared to the inlet by only a few degrees Celsius. In general, the fan can be included in any location of the device. If the fan is located at the inlet of the device, it works with contaminated air that pushes it into the device. If the fan is at the outlet of the device, it sucks in air that is already sterilized. To achieve the required high flow capacity of the device, it is suitable if the fan or group of fans has a flow rate of at least 10 l/s, 36 m 3 /hour, preferably at least 100 l/s, 360 m 3 /hour. Energy consumption for forced air flow in the device according to this technical solution is less than 2 Wh/m 3 of transported air, which is an order of magnitude less than with mechanical air filtration through filter inserts capable of capturing biological pathogens. The required noise level of the fan or group of fans is lower than 45 dB, the device can be placed directly in the room where the air is cleaned in the presence of people.
Prietoková pec, tepelný výmenník a tiež ich prepojenia sú hermeticky tesné, aby všetok vzduch vstupujúci do zariadenia prešiel bez únikov na výstup zariadenia. Keďže zariadenie nepotrebuje na svoju činnosť používať filtračné prvky, má nízku tlakovú stratu a nútený prietok vzduchu zabezpečí ventilátor s malou spotrebou a nízkou hlučnosťou. Zariadenie môže zahŕňať aj viacero ventilátorov, ktoré sú zapojené paralelne alebo sériovo.The flow furnace, the heat exchanger and also their connections are hermetically sealed, so that all the air entering the device passes without leaks to the output of the device. Since the device does not need to use filter elements for its operation, it has a low pressure loss and the forced air flow is ensured by a fan with low consumption and low noise. The device can also include several fans that are connected in parallel or in series.
Prietoková pec, výhodne aj tepelný výmenník a ich prepojenia sú tepelne izolované od prostredia, aby sa zabezpečila nízka tepelná strata zariadenia. Tým sa tiež zintenzívňuje prechod tepla v tepelnom výmenníku medzi vzduchom vstupujúcim a vystupujúcim z prietokovej pece. Ako tepelná izolácia sa môže využiť bežne dostupná stavebnotechnická tepelná izolácia, výhodne nehorľavá izolácia na báze minerálnej vlny. Už pri použití 50 mm hrubej izolácie sa dosahujú nízke celkové tepelné straty. Tepelné straty sa môžu ešte znížiť tak, že výstupná vetva tepelného výmenníka je zvonka obtekaná vzduchom vstupujúcim do zariadenia. Straty tepla povrchom zariadenia sú zvyčajne menšie ako 500 W/h v závislosti od kvality použitej izolácie. Minimalizácia tepelných strát je žiaduca najmä v letnom období. V prechodnom a zimnom období tepelná strata povrchom zariadenia môže prispievať k vykurovaniu priestoru.The flow furnace, preferably also the heat exchanger and their connections are thermally insulated from the environment to ensure low heat loss of the device. This also intensifies the transfer of heat in the heat exchanger between the air entering and exiting the flow furnace. Commonly available building technical thermal insulation, preferably non-flammable insulation based on mineral wool, can be used as thermal insulation. Even when using 50 mm thick insulation, low overall heat losses are achieved. Heat losses can be further reduced so that the outlet branch of the heat exchanger is surrounded by the air entering the device from the outside. Heat losses through the surface of the device are usually less than 500 W/h depending on the quality of the insulation used. Minimizing heat loss is desirable, especially in the summer. In the transitional and winter season, heat loss through the surface of the device can contribute to the heating of the space.
Tepelný výmenník je vo výhodnom usporiadaní zostavený aspoň z troch článkov, ktoré sú samostatné alebo sú vzájomne tepelne oddelené, pričom články sú zapojené za sebou. Články môžu byť pritom zostavené do jedného celku. Pre terminologickú jednotnosť pojmy „tepelný výmenník a „výmenník tepla“ označujú v tomto spise jeden tepelný výmenník, a tiež celok pozostávajúci z viacerých výmenníkových článkov a zostavu viacerých tepelných výmenníkov zoradených do jednej sústavy.In an advantageous arrangement, the heat exchanger is assembled from at least three cells, which are separate or thermally separated from each other, while the cells are connected one behind the other. The articles can be compiled into a single unit. For terminological uniformity, the terms "heat exchanger" and "heat exchanger" refer to one heat exchanger in this document, as well as a unit consisting of several exchanger elements and an assembly of several heat exchangers arranged in a single system.
Teploprenosný prvok, ktorý fyzicky oddeľuje vzduch vstupnej a výstupnej vetvy a ktorý pritom zabezpečuje prenos tepla medzi týmito vetvami, je tepelne oddelený (tepelne izolovaný) od teploprenosného prvku susedného článku. Rozdelením tepelného výmenníka na samostatné články alebo na články, ktorých teploprenosné prvky sú tepelne vzájomne izolované, sa zabezpečí, aby aj pri dlhodobej prevádzke nedošlo k vyrovnávaniu teplôt v zónach tepelného výmenníka dôsledkom prestupu tepla pozdĺž teploprenosného prvku. Je žiaduce, aby teplo v maximálnej miere prechádzalo naprieč teploprenosným prvkom, teda v podstate kolmo na smer prúdenia vzduchu. Teploprenosný prvok je vytvorený z materiálu s vysokou tepelnou vodivosťou, minimálne s tepelnou vodivosťou 100 W/mK, výhodne viac ako 150 W/mK. Vo výhodnom vyhotovení je teploprenosný prvok vyrobený z hliníka (tepelná vodivosť 180 až 226 W/mK), napríklad vo forme extrudovaného hliníkového profilu s rebrami.The heat transfer element, which physically separates the air of the inlet and outlet branches and which ensures heat transfer between these branches, is thermally separated (thermally insulated) from the heat transfer element of the neighboring cell. By dividing the heat exchanger into separate cells or into cells whose heat transfer elements are thermally insulated from each other, it is ensured that, even during long-term operation, there is no equalization of temperatures in the zones of the heat exchanger as a result of heat transfer along the heat transfer element. It is desirable that the heat passes across the heat transfer element to the maximum extent, i.e. essentially perpendicular to the direction of air flow. The heat transfer element is made of a material with high thermal conductivity, at least with a thermal conductivity of 100 W/mK, preferably more than 150 W/mK. In a preferred embodiment, the heat transfer element is made of aluminum (thermal conductivity 180 to 226 W/mK), for example in the form of an extruded aluminum profile with ribs.
Aby sa dosiahla kompaktná konštrukcia tepelného výmenníka, a tým tiež malá vonkajšia plocha, ktorú je potrebné tepelne izolovať, je vhodné, ak sú jednotlivé články tepelného výmenníka zostavené do jedného celku, kde výstup jedného článku priamo nadväzuje na vstup nasledujúceho článku, pričom sú však teploprenosné prvky oddelené doskou s nízkou tepelnou vodivosťou, teda s tepelnou vodivosťou menej ako 1 W/mK. Doska je plynotesná, vytvára priečku medzi článkami a je pritom výhodné, ak materiál dosky má malú tepelnú rozťažnosť (menej ako 2 . 10-6 K-1). Výhodne je doska vyhotovená zo skla. Sklo sa jednoducho čistí a má požadovanú nízku tepelnú vodivosť. Je výhodné, ak sklo je tepelne upravené a odolné proti vzniku trhlín.In order to achieve a compact design of the heat exchanger, and thus also a small external surface that needs to be thermally insulated, it is suitable if the individual cells of the heat exchanger are assembled into a single unit, where the output of one cell directly connects to the input of the next cell, while they are heat transferable elements separated by a plate with low thermal conductivity, i.e. with a thermal conductivity of less than 1 W/mK. The board is gas-tight, creates a partition between the cells, and it is advantageous if the material of the board has a small thermal expansion (less than 2.10 -6 K -1 ). The plate is preferably made of glass. Glass is easy to clean and has the required low thermal conductivity. It is advantageous if the glass is heat-treated and resistant to cracks.
Výmenník je zložený najmenej z troch, výhodne najmenej zo šiestich vzájomne tepelne odizolovaných teplovýmenných článkov usporiadaných sériovo tak, aby mali vzostupne rozdielnu teplotu od primárneho vstupu vzduchu, ktorá sa nevyrovná ani pri nepretržitej prevádzke. Vďaka tomuto usporiadaniu so vzájomnou izoláciou sa dá dosiahnuť veľmi malý teplotný rozdiel vzduchu na vstupe a výstupe, v poslednom článku môže byť teplotný rozdiel menej ako 2 °C. Pri inaktivačnej teplote 150 °C sa ukázal ako plne postačujúci počet 12 článkov.The exchanger is composed of at least three, preferably at least six mutually thermally isolated heat exchange cells arranged in series so that they have an upwardly different temperature from the primary air inlet, which is not equalized even during continuous operation. Thanks to this arrangement with mutual insulation, a very small temperature difference of the air at the inlet and outlet can be achieved, in the last cell the temperature difference can be less than 2 °C. At an inactivation temperature of 150 °C, the number of 12 cells proved to be fully sufficient.
Tepelný výmenník môže zahŕňať bajpasový ventil, ktorým sa vzduch z prietokovej pece vypúšťa na výstup zariadenia ešte pred úplným vychladením v poslednej sekcii tepelného výmenníka. Takéto zapojenie môže plniť vykurovaciu funkciu v zimnom alebo prechodnom období. V takom prípade sa vzduch po výstupe z prietokovej pece ochladzuje len na vykurovaciu teplotu, napríklad na 60 °C alebo na 40 °C a vypúšťa sa do vykurovaného priestoru. Pri tomto postupe sa výstupná teplota môže určiť na základe tepelného výkonu prietokovej pece, aby dostupný tepelný výkon prietokovej pece bol využitý primárne na ohriatie vzduchu pri jeho sterilizácii.The heat exchanger may include a bypass valve that allows the air from the flow furnace to be discharged to the outlet of the equipment before it is completely cooled in the last section of the heat exchanger. Such a connection can perform a heating function in the winter or transitional period. In this case, the air after exiting the flow furnace is cooled down to the heating temperature, for example to 60 °C or 40 °C, and is discharged into the heated space. In this procedure, the outlet temperature can be determined based on the heat output of the flow furnace, so that the available heat output of the flow furnace is used primarily for heating the air during its sterilization.
V zásade však bude platiť požiadavka na čo najmenší rozdiel teplôt vzduchu na vstupe a výstupe zariadenia, čo sa dosiahne pomocou čo najúčinnejšej výmeny tepla medzi zohriatym vzduchom vystupujúcim z prietokovej pece a vzduchom vstupujúcim do zariadenia. Vďaka tejto výmene tepla je vzduch vchádzajúci do prietokovej pece predhriaty a prietoková pec zvyšuje teplotu vzduchu z teploty predhriateho vzduchu na inaktivačnú teplotu. Požiadavka na dosiahnutie čo najmenšieho rozdielu teplôt vzduchu na vstupe a na výstupe zariadenia sleduje cieľ, aby v letnej prevádzke zariadenie nezvyšovalo teplotu v priestore s čisteným vzduchom. Ako ukázala prevádzka zariadenia podľa príkladu v tomto spise, je celkový tepelný prírastok zariadenia (preukázaný z odberu elektrickej energie po ustálení teplotných pomerov) na úrovni do 1 kWh/hod., čo približne zodpovedá tepelnému príkonu 6 ľudí pri veľmi ľahkej telesnej práci. Takýto tepelný prírastok je pritom zanedbateľný v priestoroch, kde sa predpokladá použitie zariadenia, ako sú napríklad telocvične, koncertné sály, verejné priestory, haly staníc a letísk a podobne.In principle, however, the requirement for the smallest possible difference in air temperatures at the inlet and outlet of the device will apply, which is achieved by the most efficient heat exchange between the heated air leaving the flow furnace and the air entering the device. Thanks to this heat exchange, the air entering the flow furnace is preheated and the flow furnace increases the temperature of the air from the temperature of the preheated air to the inactivation temperature. The requirement to achieve the smallest possible difference in air temperatures at the inlet and outlet of the device pursues the goal that during summer operation the device does not increase the temperature in the space with purified air. As shown by the operation of the device according to the example in this document, the total thermal gain of the device (proved from the consumption of electricity after stabilization of temperature conditions) is at the level of up to 1 kWh/hour, which roughly corresponds to the heat input of 6 people during very light physical work. Such heat gain is negligible in areas where the device is expected to be used, such as gymnasiums, concert halls, public spaces, station and airport halls, and the like.
Vstup vystupujúci z výstupnej vetvy tepelného výmenníka má teplotu vždy o niečo väčšiu ako vzduch vstupujúci do vstupnej vetvy tepelného výmenníka, keďže prenos tepla nastáva pri rozdielnych teplotných potenciáloch a nie je možné v krátkom čase dosiahnuť úplne alebo aspoň limitné vyrovnanie teplôt. Vzduch vystupujúci zo zariadenia bude mať zvyčajne teplotu vyššiu o 4 °C až 10 °C v závislosti od zvolenej teploty inaktivácie a počtu samostatných článkov výmenníka. Táto skutočnosť chráni chladiace zóny tepelného výmenníka pred zrážaním vodnej pary, keďže v celom procese spracovania nemá vzduch v zariadení nižšiu teplotu ako bola teplota vzduchu pri vstupe. To je dôležité na vylúčenie rizika zavodnenia zariadenia. Nie je však pritom vylúčené, že v závere výstupnej vetvy tepelného výmenníka alebo po výstupe vzduchu z výstupnej vetvy je vzduch ešte chladený, napríklad vodným chladičom, peltierovým článkom alebo odoberaním tepla do latentného skupenského tepla vhodného materiálu. Vhodným materiálom môže byť vosk, ktorý má teplotu tavenia nastavenú na úrovni teploty interiéru. Vosk pritom môže byť penetrovaný do bloku hliníkovej peny a bude slúžiť ako akumulátor tepla, z ktorého sa môže následne teplo odobrať napríklad pomocou prietoku úžitkovej vody.The inlet coming out of the outlet branch of the heat exchanger always has a temperature slightly higher than the air entering the inlet branch of the heat exchanger, since the heat transfer occurs at different temperature potentials and it is not possible to achieve a complete or at least limited temperature equalization in a short time. The air leaving the device will usually have a temperature of 4°C to 10°C higher, depending on the selected inactivation temperature and the number of individual exchanger cells. This fact protects the cooling zones of the heat exchanger from condensation of water vapor, since during the entire processing process the air in the device does not have a lower temperature than the temperature of the air at the entrance. This is important to eliminate the risk of flooding the device. However, it is not excluded that at the end of the output branch of the heat exchanger or after the air exits from the output branch, the air is still cooled, for example by a water cooler, a peltier element or by taking heat into the latent heat of a suitable material. A suitable material can be wax, which has a melting temperature set at the level of the interior temperature. At the same time, the wax can be penetrated into the block of aluminum foam and will serve as a heat accumulator, from which the heat can then be removed, for example, by means of the flow of service water.
Vo výhodnom vyhotovení tepelný výmenník zahŕňa šesť protiprúdových článkov. V takom prípade sa teplotný spád na jeden článok môže vyjadriť ako (T v peci - T okolia)/6. Články majú aj pri dlhodobej prevádzke rozdielnu teplotu teploprenosného prvku, kde táto teplota postupne stúpa od studeného konca vstupnej a studeného konca výstupnej vetvy až po teplý koniec vstupnej a výstupnej vetvy. Jednotlivé články sú usporiadané tak, aby nasávaný studenší vzduch prúdil opačnou stranou článku ako vyfukovaný teplejší vzduch, pričom medzi nimi prebieha prenos tepla z vyššej teploty na nižšiu. Teploprenosný prvok má plochu zväčšenú rebrovaním na oboch stranách. Rebrá sú v oboch vetvách priamo obtekané vzduchom. Plocha teploprenosného prvku by mala byť aspoň dvojnásobná, výhodne aspoň 5-násobná v pomere k ostatným plochám prieduchu článku. Je vhodné, ak ostatné steny prieduchu článku, teda steny mimo teploprenosného prvku sú vytvorené z materiálu s nízkou teplotnou vodivosťou, s teplotnou vodivosťou menej ako 1 W/mK. Zároveň by materiál použitý na steny prieduchov mal mať nízku teplotnú rozťažnosť, menej ako 2 . 10-6 K-1, aby sa minimalizovali napätia z dôvodu rozdielnej teploty prieduchu na vstupe a výstupe tepelného výmenníka. Výhodne je stena prieduchu vytvorená zo sklenej dosky, kde sklená doska zároveň tvorí izoláciu medzi teploprenosnými prvkami susedných článkov. Každý prieduch článkov má pritom voľný prietokový prierez na úrovni aspoň referenčného prierezu S.In an advantageous embodiment, the heat exchanger includes six countercurrent cells. In this case, the temperature drop on one cell can be expressed as (T in the furnace - T of the surroundings)/6. Even during long-term operation, the cells have a different temperature of the heat transfer element, where this temperature gradually rises from the cold end of the input and the cold end of the output branch to the warm end of the input and output branch. The individual cells are arranged so that the colder air that is drawn in flows on the opposite side of the cell to the hotter air that is blown out, while the heat transfer takes place between them from a higher temperature to a lower one. The heat transfer element has an area increased by ribbing on both sides. The ribs are directly surrounded by air in both branches. The area of the heat transfer element should be at least double, preferably at least 5 times, in relation to the other areas of the cell vent. It is suitable if the other walls of the cell vent, i.e. the walls outside the heat transfer element, are made of a material with low thermal conductivity, with a thermal conductivity of less than 1 W/mK. At the same time, the material used for the vent walls should have a low temperature expansion, less than 2 . 10 -6 K -1 , in order to minimize the stresses due to the different air temperature at the inlet and outlet of the heat exchanger. Advantageously, the wall of the vent is made of a glass plate, where the glass plate also forms the insulation between the heat transfer elements of the neighboring cells. At the same time, each cell vent has a free flow cross-section at least at the level of the reference cross-section S.
Výhodou technického riešenia je vysoká prietoková kapacita zariadenia s minimálnymi energetickými nárokmi, pričom termické spracovanie vzduchu je neškodné pre ľudí aj zvieratá, neprodukuje škodlivé látky, nevytvára pri prevádzke odpady, ani si nevyžaduje jednorazový spotrebný materiál. Zariadenie môže dosahovať prietoky vzduchu na úrovni 100 l/s, 360 m3/hod., pričom postačuje pripojenie na jednofázovú elektrickú zásuvku. Energetická náročnosť a hlučnosť zariadenia je nízka. Zariadenie podľa predloženého technického riešenia nepotrebuje obsluhu, po zapnutí sa postupne teplotne stabilizuje a môže pracovať autonómne a nepretržite. Zariadenie nie je pre okolie nebezpečné, nevyžaruje škodlivé žiarenie, nevytvára ozón, ani v sebe neuchováva filtračné materiály, v ktorých by sa mohli zachytávať patogény nebezpečné pre servisnú obsluhu. Prevádzka zariadenia navyše výrazne znižuje nároky na pravidelnú údržbu, v zariadení nie sú žiadne filtre ani komponenty s obmedzenou životnosťou, ako je to v prípade čističiek využívajúcich UV žiarenie alebo ozón.The advantage of the technical solution is the high flow capacity of the device with minimal energy requirements, while the thermal treatment of air is harmless to people and animals, does not produce harmful substances, does not create waste during operation, nor does it require disposable consumables. The device can reach air flows at the level of 100 l/s, 360 m 3 /hour, while connection to a single-phase electrical socket is sufficient. The energy consumption and noise level of the device is low. According to the presented technical solution, the device does not need an operator, after switching on, it gradually stabilizes in temperature and can work autonomously and continuously. The device is not dangerous for the environment, does not emit harmful radiation, does not create ozone, nor does it contain filter materials that could trap pathogens dangerous for service personnel. In addition, the operation of the device significantly reduces the demands for regular maintenance, there are no filters or components with a limited lifespan in the device, as is the case with purifiers using UV radiation or ozone.
Dôležitou výhodou predloženého technického riešenia je kompaktná konštrukcia zariadenia vo vzťahu k objemovému výkonu, ktoré je schopné zariadenie zvládať v trvalej prevádzke. Zariadenie s približným vonkajším objemom 2 m3 je schopné sterilizovať 200 m3/hod. pri inaktivačnej teplote 150 °C a zádržnom čase 5 sekúnd. Tento pomer medzi relatívne malým objemom zariadenia a vysokým objemovým výkonom je dôležitý na široké uplatnenie zariadenia. V porovnaní so zariadeniami zo stavu techniky je tento pomer (100 m3/hod. na 1 m3 objemu zariadenia) rádovo - 10- až 50-krát priaznivejší. Vďaka tomu sa zariadenie podľa predloženého technického riešenia môže ľahko umiestniť do rôznych priestorov alebo využiť v dopravnej technike, v lietadlách, lodiach, vo vlakoch, autobusoch a v iných hromadných dopravných prostriedkoch.An important advantage of the presented technical solution is the compact design of the device in relation to the volume output, which the device is able to handle in continuous operation. The device with an approximate external volume of 2 m 3 is capable of sterilizing 200 m 3 /hour. at an inactivation temperature of 150 °C and a retention time of 5 seconds. This ratio between the relatively small volume of the device and the high volume performance is important for the wide application of the device. Compared to state-of-the-art devices, this ratio (100 m 3 /hour per 1 m 3 of device volume) is 10 to 50 times more favorable. Thanks to this, the device according to the presented technical solution can be easily placed in different spaces or used in transport equipment, in planes, ships, trains, buses and other means of mass transport.
Spôsob sterilizácie vzduchu podľa predloženého technického riešenia nepredstavuje žiadne riziko pre človeka alebo domáce zvieratá a môže byť preto nasadený v plnej prevádzke najmä tam, kde sa pohybuje viac ľudí a veľké množstvá vzduchu je potrebné čistiť v krátkych intervaloch. Sterilizovaný vzduch si zachováva pôvodnú vlhkosť aj zloženie a približne aj rovnakú teplotu. Spôsob a zariadenie je vhodné na dekontamináciu priestorov od ľudských koronavírusov, ako je SARS-CoV-2, ale spôsob a zariadenie má oveľa širšie využitie, pretože vysokou teplotou je možné likvidovať prakticky všetky nebezpečné mikroorganizmy prenášané vzduchom, ako sú napríklad ďalšie vírusy chrípky, opäť sa vyskytujúce vírusy osýpok, mumpsu, ovčích kiahní, alebo skupiny rinovírusov spôsobujúcich rôzne nádchy a prechladnutia. Okrem toho je sterilizácia vzduchu schopná ničiť aj baktérie prenášané vzduchom, ako sú bacillus tuberculosis, mycoplasma pneumoniae, niektoré kmene streptokokov alebo coxiella burnetii, ktorá spôsobuje vysoko nákazlivú Q horúčku.The method of air sterilization according to the presented technical solution does not pose any risk to humans or pets and can therefore be deployed in full operation, especially where more people move and large amounts of air need to be cleaned at short intervals. Sterilized air retains its original humidity and composition and approximately the same temperature. The method and device is suitable for the decontamination of premises from human coronaviruses such as SARS-CoV-2, but the method and device has a much wider application, because the high temperature can eliminate virtually all dangerous airborne microorganisms, such as other influenza viruses, again occurring viruses of measles, mumps, chicken pox, or groups of rhinoviruses causing various colds and flus. In addition, air sterilization is able to destroy airborne bacteria such as bacillus tuberculosis, mycoplasma pneumoniae, some strains of streptococci or coxiella burnetii, which causes the highly contagious Q fever.
Prehľad obrázkov na výkresochOverview of images on drawings
Technické riešenie je bližšie vysvetlené pomocou obrázkov 1 až 6. Vyobrazená mierka jednotlivých prvkov, tvar a prierez kanálov a prieduchov, ako aj zobrazená skriňa telesa zariadenia a počet zobrazených článkov sú len príkladmi a nemajú byť vysvetľované ako znaky obmedzujúce rozsah ochrany.The technical solution is explained in more detail with the help of figures 1 to 6. The depicted scale of individual elements, the shape and cross-section of the channels and vents, as well as the displayed casing of the device body and the number of displayed cells are only examples and should not be interpreted as signs limiting the scope of protection.
Na obrázku 1 je graf s výsledkami výskumu, ktorý zistil vzťah medzi inaktivačnou teplotou a príslušným zádržným časom dostatočným na deaktiváciu vírusu SARS-CoV-2.Figure 1 is a graph showing the results of research that found a relationship between the inactivation temperature and the corresponding retention time sufficient to inactivate the SARS-CoV-2 virus.
Na obrázku 2 je schematický rez prietokovou pecou a výmenníkom tepla. Šípky znázorňujú smer prúdenia vzduchu. Bodkovaná línia na vonkajšej strane prietokovej pece znázorňuje tepelnú izoláciu.Figure 2 shows a schematic cross-section of the flow furnace and the heat exchanger. The arrows show the direction of air flow. The dotted line on the outside of the flow furnace shows thermal insulation.
Obrázok 3 je schematický rez výmenníkom tepla so šiestimi článkami.Figure 3 is a schematic cross-section of a heat exchanger with six cells.
Na obrázku 4 je prierez prieduchu s teploprenosným prvkom s rebrovaním.Figure 4 shows a cross-section of a vent with a heat transfer element with fins.
Príklady uskutočneniaImplementation examples
Príklad 1Example 1
V tomto príklade má zariadenie vonkajšie teleso s tvarom skrine, ktorá sa môže umiestniť priamo do priestoru, v ktorom sa nachádzajú ľudia a/alebo zvieratá, alebo sa tiež môže umiestniť do miestnosti so vzduchotechnickými zariadeniami, kde sa pripojí do rozvodu vzduchu, pričom vzduch sa nasáva a následne vyfukuje do priestoru s prípadným trvalým pobytom ľudí a/alebo zvierat.In this example, the device has an outer body in the shape of a cabinet, which can be placed directly in the space where people and/or animals are located, or it can also be placed in a room with air handling equipment, where it is connected to the air distribution, the air being sucks in and then blows out into a space with possible permanent residence of people and/or animals.
Na vonkajšom plášti skrine je vstup vzduchu, výstup vzduchu, ovládacie prvky a displej riadiacej jednotky. Zariadenie v tomto príklade je usporiadané v skrini, aká sa používa na eletrorozvodné účely.On the outer shell of the cabinet there is an air inlet, an air outlet, control elements and a display of the control unit. The device in this example is arranged in a cabinet, such as is used for electrical distribution purposes.
Teleso prietokovej pece 1 je vytvorené krabicou z antikorového plechu s vertikálnymi priečkami. Priečky ohraničujú v tomto príklade štyri komory kanálu, kde priečky striedavo priliehajú k hornej a dolnej stene krabice a pritom na protiľahlej strane tvoria medzeru na prechod vzduchu do susednej komory kanálu. Týmto usporiadaním sa môže na malom priestore v skrini vytvoriť dostatočná dĺžka dráhy vzduchu, v tomto príklade približne 5 m.The body of flow furnace 1 is made of a box made of stainless steel with vertical partitions. In this example, the partitions demarcate four channel chambers, where the partitions alternately adjoin the upper and lower walls of the box, and at the same time, on the opposite side, form a gap for the passage of air into the adjacent channel chamber. With this arrangement, a sufficient length of the air path can be created in a small space in the cabinet, in this example approximately 5 m.
V každej komore sú umiestnené prvky 4 na ohrev vzduchu, v tomto príklade sú to elektrické vykurovacie telesá, ktorých vonkajší povrch je určený na priamy styk so vzduchom. Prvky 4 na ohrev sú votknuté dovnútra kanálu, z vonkajšej strany majú pripojené elektrické napájacie vedenia. Prvky 4 sú ovládané z riadiacej jednotky. V každej komore je sústava mriežok 6, ktorá pozostáva z pásu ťahokovovej sieťoviny. Pás je naplisovaný do záhybov, ktoré priliehajú k stenám kanálu. Pás je zavesený k hornému a dolnému prvku 4 na ohrev. Na viacerých miestach je prietoková pec vybavená snímačmi teploty, ktoré sú prepojené s riadiacou jednotkou.Elements 4 for air heating are placed in each chamber, in this example they are electric heating elements, the outer surface of which is intended for direct contact with air. The heating elements 4 are woven into the channel, with electrical power lines connected to the outside. Elements 4 are controlled from the control unit. In each chamber there is a system of grids 6, which consists of a strip of expanded metal mesh. The belt is pleated into folds that adhere to the walls of the channel. The belt is suspended to the upper and lower element 4 for heating. In several places, the flow furnace is equipped with temperature sensors that are connected to the control unit.
Výmenník 2 tepla v tomto príklade zahŕňa dvanásť protiprúdových článkov 7. Na obrázkoch je pre prehľadnosť znázornených len šesť článkov 7. Jednotlivé články 7 sú usporiadané tak, aby nasávaný studenší vzduch prúdil opačnou stranou článku ako vyfukovaný teplejší vzduch. Teploprenosný prvok 5 z extrudovaného hliníka má rebrovanie, ktoré je v oboch vetvách priamo obtekané vzduchom. Ostatné steny prieduchu článku sú ohraničené sklenou doskou 8 s tepelnou vodivosťou menej ako 1 W/mK. Sklená doska 8 oddeľuje teploprenosné prvky 5 susedných článkov 7.The heat exchanger 2 in this example includes twelve countercurrent cells 7. In the figures, only six cells 7 are shown for clarity. The individual cells 7 are arranged so that the colder air drawn in flows on the opposite side of the cell as the blown warmer air. The heat transfer element 5 made of extruded aluminum has ribs that are directly surrounded by air in both branches. The other walls of the cell vent are bounded by a glass plate 8 with a thermal conductivity of less than 1 W/mK. The glass plate 8 separates the heat transfer elements 5 of the adjacent cells 7.
Prvý ventilátor 3 je umiestnený na vstupe zariadenia, druhý ventilátor je na výstupe zariadenia. Oba ventilátory 3 sú ovládané frekvenčným meničom podľa pokynov z riadiacej jednotky.The first fan 3 is located at the input of the device, the second fan is at the output of the device. Both fans 3 are controlled by a frequency converter according to instructions from the control unit.
Vzduch nútene preteká prietokovou pecou 1, kde sa vzduch zohrieva na inaktivačnú teplotu 150 °C, na ktorej zotrváva cca 5 sekúnd, následne vystupuje z prietokovej pece 1 a vchádza do protiprúdového výmenníka 2 tepla, kde teplo odovzdáva vzduchu, ktorý vstupuje do prietokovej pece 1.The air is forced to flow through the flow furnace 1, where the air is heated to an inactivation temperature of 150 °C, where it remains for about 5 seconds, then exits the flow furnace 1 and enters the countercurrent heat exchanger 2, where it transfers the heat to the air that enters the flow furnace 1 .
Prietoková pec 1, výmenník 2 a ich prepojenia sú tepelne izolované od okolitého prostredia nehorľavou izoláciou s hrúbkou min. 50 mm.Flow furnace 1, exchanger 2 and their connections are thermally insulated from the surrounding environment by non-combustible insulation with a thickness of min. 50 mm.
Zariadenie podľa tohto príkladu je napájané z jednofázovej zásuvky, dosahuje výkon 100 m3/hod., pričom po teplotnom ustálení má príkon do 1 kW. Vzduch vychádzajúci zo zariadenia má teplotu vyššiu cca o 6 °C až 8 °C oproti teplote vstupného vzduchu.The device according to this example is powered from a single-phase socket, has a capacity of 100 m 3 /hour, and after temperature stabilization has an input of up to 1 kW. The air coming out of the device has a temperature higher by approx. 6 °C to 8 °C compared to the temperature of the incoming air.
Príklad 2Example 2
Zariadenie je umiestnené v hromadnom dopravnom prostriedku, kde sa na ohrev vzduchu najskôr blízko k teplote 100 °C využíva odpadové teplo zo spaľovacieho motora, následne je vzduch prehrievaný na teplotu 150 °C elektrickou špirálou.The device is placed in a mass transport vehicle, where waste heat from the combustion engine is first used to heat the air to a temperature close to 100 °C, then the air is reheated to a temperature of 150 °C by an electric coil.
Príklad 3Example 3
V tomto príklade je zariadenie skombinované s tepelným čerpadlom, kde je vytvorený režim na sterilizovanie vzduchu a tiež na sterilizovanie a súčasne vykurovanie priestoru. Zároveň je tepelné čerpadlo využité na schladzovanie vzduchu na výstupe až na teplotu vstupného vzduchu.In this example, the device is combined with a heat pump, where a mode is created for sterilizing the air and also for sterilizing and heating the space at the same time. At the same time, the heat pump is used to cool the air at the outlet down to the temperature of the inlet air.
Priemyselná využiteľnosťIndustrial applicability
Priemyselná využiteľnosť je zrejmá. Podľa tohto technického riešenia je možné priemyselne a opakovane 15 sterilizovať veľké objemy vzduchu, a tým predchádzať aerosólovej nákaze, napríklad v nemocniciach, školách, kinách a divadlách, telocvičniach, kongresových sálach, reštauráciách, ale aj v uzatvorených výrobných priestoroch s veľkým pohybom personálu alebo v dopravných prostriedkoch, vo vlakoch, lietadlách, autobusoch a podobne.The industrial applicability is obvious. According to this technical solution, it is possible to industrially and repeatedly sterilize large volumes of air, thereby preventing aerosol infection, for example in hospitals, schools, cinemas and theaters, gymnasiums, congress halls, restaurants, but also in closed production areas with a large movement of personnel or in means of transport, in trains, planes, buses and the like.
Zoznam vzťahových značiekList of relationship tags
- prietoková pec- flow furnace
- tepelný výmenník- heat exchanger
- ventilátor- ventilator
- prvok na ohrev- heating element
- teploprenosný prvok- heat transfer element
- mriežka- hashtag
- článok- article
- doska- board
Claims (23)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK50008-2022U SK9614Y1 (en) | 2022-01-31 | 2022-01-31 | Method for flow sterilization of air and device for sterilization of air |
| PCT/IB2023/050800 WO2023144795A1 (en) | 2022-01-31 | 2023-01-30 | Air flow sterlization method and air sterlization device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK50008-2022U SK9614Y1 (en) | 2022-01-31 | 2022-01-31 | Method for flow sterilization of air and device for sterilization of air |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SK500082022U1 SK500082022U1 (en) | 2022-06-15 |
| SK9614Y1 true SK9614Y1 (en) | 2022-10-26 |
Family
ID=81974932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK50008-2022U SK9614Y1 (en) | 2022-01-31 | 2022-01-31 | Method for flow sterilization of air and device for sterilization of air |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| SK (1) | SK9614Y1 (en) |
| WO (1) | WO2023144795A1 (en) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4325785B2 (en) * | 2003-02-07 | 2009-09-02 | 有限会社アドック神戸 | Apparatus and method for indoor air heating sterilization in hospitals, etc. |
| CN1327902C (en) * | 2005-12-21 | 2007-07-25 | 浙江大学 | Temperature controllable high temperature sterilization system for air-tight room |
| CN202724307U (en) * | 2012-06-07 | 2013-02-13 | 上海伯涵热能科技有限公司 | Large friction temperature difference and small heat transfer temperature difference heat regeneration type air sterilizer guided by high-enthalpy heat island |
| CN113616840B (en) * | 2020-05-08 | 2023-03-31 | 欧佩德伺服电机节能系统有限公司 | Air sterilizer |
-
2022
- 2022-01-31 SK SK50008-2022U patent/SK9614Y1/en unknown
-
2023
- 2023-01-30 WO PCT/IB2023/050800 patent/WO2023144795A1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023144795A1 (en) | 2023-08-03 |
| SK500082022U1 (en) | 2022-06-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7270691B2 (en) | Integrated air processing devices and isolation containment systems using such devices | |
| US7251953B2 (en) | Environmental control unit for hospital room | |
| JP2023525761A (en) | Systems, devices and methods for purifying air | |
| CN112325423B (en) | Purification device with heated filter for killing biological species including COVID-19 | |
| US20210220506A1 (en) | Medical air handling system with laminar flow and energy-based air decontamination | |
| US11193679B2 (en) | Technique for denaturing of small organic items in premises | |
| JP7170193B2 (en) | Purifier with heated filter to kill biological species including COVID-19 | |
| JP4325785B2 (en) | Apparatus and method for indoor air heating sterilization in hospitals, etc. | |
| SK9614Y1 (en) | Method for flow sterilization of air and device for sterilization of air | |
| CN104940976A (en) | Automatic sterilization poison removal equipment and using method | |
| JP2020526733A (en) | Air treatment system | |
| CN112944504A (en) | Stable ventilation air conditioner and disinfection system thereof | |
| JP2021171621A5 (en) | ||
| CN204910209U (en) | Automatic sterilization removes poison device | |
| US11766503B1 (en) | Disinfecting HVAC system and methods of making and using the same | |
| KR102445311B1 (en) | Anti-Virus Heat Recovery Ventilator | |
| US20240024529A1 (en) | Air sterilisation apparatus | |
| CN112325431B (en) | Removable decontamination device comprising a heated filter to kill biological species including covd-19 | |
| KR20240048767A (en) | Antivirus air conditioning module system to prevent the spread of infectious disease at indoor facilities | |
| CN213219603U (en) | Disinfection processor for waste mask | |
| WO2022239778A1 (en) | Air conditioner | |
| CN116635675A (en) | Air sterilizing device | |
| TR202015868T (en) | PURIFICATION DEVICE WITH HEATED FILTER TO KILL BIOLOGICAL SPECIES INCLUDING COVID-19 | |
| WO2022164305A1 (en) | Portable uv tunnel microbiological sterilizer | |
| JP2005003338A (en) | Radiation heat combustion air cleaner |