УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
ELECTROSTATIC AIR CLEANING DEVICE AND METHOD FOR ITS APPLICATION

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к области очистки воздуха посредством электростатических устройств.
Уровень техники
[0002] Содержащиеся в воздухе мелкие частицы способны проникать в организм человека при дыхании, например в бронхи и легкие, и оказывать пагубные воздействия на дыхательную систему. Для снижения этого негативного воздействия в помещения устанавливают различные типы воздухоочистительных устройств. Одним из таких типов устройств являются электростатические очистители воздуха.
[0003] Принцип электронной очистки воздуха заключается в следующем. Воздух с взвешенными частицами пропускают через межэлектродный промежуток, в котором поддерживается коронный разряд. В результате такого разряда образуются ионы (положительные или отрицательные, в зависимости от знака коронного разряда). Ионы, сталкиваясь с частицами в воздухе, заряжают их (знак определяется зарядом иона). Далее поток воздуха направляется в сторону осадительного электрода (или фильтра-осадителя) посредством вентилятора. При достижении заряженной частицей поверхности осадительного электрода, она задерживается на нем благодаря силе электростатического притяжения, обусловленной наличием заряда на частице.
[0004] Известна технология электростатической очистки воздуха компании ООО НПФ «Поток Интер» (Электронный ресурс. Режим доступа: https://potok.com/ru; Дата обращения: 24.06.2022 г.). Технология предназначена для электростатического обеззараживания воздуха, а именно для дезактивации содержащихся в нем бактерий. Обеззараживание воздуха осуществляется воздействием на микробные клетки и на вторичную и третичную структуры белков вирусов постоянными электрическими полями критической напряженности. Поток воздуха проходит через постоянные электрические поля, создаваемые поперечно расположенными проницаемыми для воздуха электродами из высокопористых электропроводных пластин из пенометалла. Электроды соединены с высоковольтным источником питания так, чтобы иметь чередующуюся полярность. В зарядных камерах происходит многократная перезарядка поверхности и внутриклеточных и молекулярных структур, что приводит к инактивации (нарушению жизнеспособности) микроорганизмов, в т.ч. вирусов, и задержанию разрушенной биомассы электростатическим осадителем. Размещенные между электродами диэлектрические пористые пластины предназначены для осаждения разрушенной биомассы, аэрозолей и предотвращения пробоев при повышенной влажности и запыленности воздушного потока. Первым недостатком этой технологии является то, что устройство включает лишь префильтр, блок электростатической зарядки, фильтр-осадитель для положительно заряженных частиц и фильтр-осадитель для отрицательно заряженных частиц. Отсутствие в конструкции прибора сорбционных фильтров неизбежно приведет к выбросу озона (из-за работы ионизационной камеры) в окружающую среду в концентрациях выше норм ПДК, что потребует установки дополнительных фильтрующих систем. Еще одним недостатком является то, что технология не учитывает важность выполнения корпуса металлическим. При выполнении корпуса из других материалов или при большом количестве в нем элементов из других материалов, корпус может накапливать электростатический заряд, в результате чего может искривляться траектория заряженных частиц.
[0005] Также известно устройство по заявке WO 2015015671 А1 (опубл. 05.02.2015 г.; МПК: A61L 9/16; A61L 9/01; В03С 3/02; В03С 3/40; D06M 11/56; D06M 11/64; D06M 14/26; F24F 7/00), раскрывающее устройство для очистки воздуха. Устройство снабжено разрядным электродом, на который подается напряжение; заземляющим электродом, который расположен напротив разрядного электрода; и фильтра для сбора частиц, который расположен между разрядным электродом и заземляющим электродом, выполнен из волокнистой структуры, обладающей воздухопроницаемостью, и дополнительно содержит дезодорирующие функциональные группы, которые введены в по меньшей мере часть волокнистой структуры, и ионы металлов, которые связаны с частью введенных функциональных групп. Первым недостатком является то, что устройство не учитывает важность выполнения корпуса металлическим. При выполнении корпуса из других материалов или при большом количестве в нем элементов из других материалов, корпус может накапливать электростатический заряд, в результате чего может искривляться траектория заряженных частиц. Также отсутствие в аналоге префильтра или фильтра предварительной очистки влечет за собой чрезмерное засорение единственного (пылеулавливающего) фильтра устройства, что значительно уменьшает время работы устройства. Еще одним недостатком устройства является отсутствие сорбционных фильтров. Это неизбежно приведет к выбросу озона (из-за работы ионизационной камеры) в окружающую среду в концентрациях выше норм ПДК, что потребует установки дополнительных фильтрующих систем. Также в аналоге пылеулавливающий фильтр установлен между двумя электродами, что значительно усложняет изготовление очистителя воздуха.
[0006] Известно устройство электростатической фильтрации по патенту RU 2762132 С1 (опубл. 16.12.2021 г.; МПК: В03С 3/04; B01D 35/06). Устройство электростатической фильтрации включает блок электростатической зарядки, электрофильтр, расположенный после блока электростатической зарядки, блок фильтров, расположенный после электрофильтра и включающий, по крайней мере, один НЕРА-фильтр. Блок электростатической зарядки включает коронирующие электроды и заземленные электроды и, при этом коронирующие электроды выполнены в виде металлической нити, установленной на изолированной основе и натянутой вдоль заземленных электродов. Электрофильтр включает несущую раму, внутри которой установлен набор высоковольтных и заземленных пластин-электродов. Снаружи НЕРА-фильтра дополнительно размещен адсорбционно-каталитический фильтр. В блоке электростатической зарядки расстояние между заземленными и коронирующими электродами 16-17 миллиметров. Первым недостатком является то, что устройство не учитывает важность выполнения корпуса металлическим. При выполнении корпуса из других материалов или при большом количестве в нем элементов из других материалов, корпус может накапливать электростатический заряд, в результате чего может искривляться траектория заряженных частиц. Также в аналоге наряду с электростатическим фильтром также используется НЕРА-фильтр. В исследуемом изобретении НЕРА-фильтр отсутствует, что снижает себестоимость устройства при незначительной потере в эффективности очистки.
[0007] Также известно устройство очистки воздуха по патенту RU 2480244 С2 (опубл. 27.04.2013 г.; МПК A61L 9/00; В82В 3/00). Устройство очистки воздуха включает механический фильтр, источник УФ-облучения, металлические электростатический и фотокаталитический фильтры, осадитель электростатического фильтра из диэлектрического материала, адсорбционно-каталитический фильтр, дополнительно содержит сорбционный фильтр, осадитель электростатического фильтра, электростатический и фотокаталитический фильтры собраны между собой в единый комбинированный многослойный элемент, каждый слой которого изготовлен из высокопористого материала с нанесенным на его поверхность фотокаталитическим наноструктурированным покрытием, при этом электростатический и фотокаталитический фильтры, между которыми размещен осадитель, выполнены из пенометалла, а источник УФ-облучения расположен непосредственно вблизи электростатического фильтра. Первым недостатком является то, что устройство не учитывает важность выполнения корпуса металлическим. При выполнении корпуса из других материалов или при большом количестве в нем элементов из других материалов, корпус может накапливать электростатический заряд, в результате чего может искривляться траектория заряженных частиц. Также в аналоге для очистки воздуха от бактерий применяется УФ-лампа. Она повышает опасность прибора, т.к. некоторые микробы и бактерии мутируют под эффектом света. Более того, при высокой скорости потока воздуха УФ-лампа не успевает обеззараживать воздух, ввиду чего ее применение не эффективно. Также в аналоге отсутствует блок электростатической зарядки аэрозолей, что исключает электростатическую зарядку аэрозолей, вследствие чего снижается качество очистки воздуха. Еще одним недостатком аналога является применение фотокаталитического фильтра, который обладает очень ограниченной эффективностью, в особенности при высоких концентрациях загрязнителя, что в свою очередь приводит нерациональному использованию внутреннего пространства прибора, увеличивая его габарит, и существенно повышает электропотребление прибора.
[0008] Также известен электростатический фильтр для очистки воздуха по патенту RU 179145 U1 (опубл. 24.04.2018 г.; МПК: В03С 3/08; В03С 3/12; В03С 3/41; B01D 35/06; B01D 53/32). Электростатический фильтр содержит заключенные в корпус ионизационную камеру, состоящую из секций, включающих коронирующие и установленные параллельно воздушному потоку некоронирующие электроды, равноудаленные от коронирующих электродов, и осадительную камеру с пластинчатыми фильтрами, отличающийся тем, что коронирующие электроды выполнены из сетки, которая навита на стержень в виде ершика, некоронирующие электроды имеют форму цилиндра, а фильтры осадительной камеры выполнены из волокнистого микропористого диэлектрического материала, размещенного в кассете. Первым недостатком является отсутствие в конструкции прибора сорбционных фильтров неизбежно приведет к выбросу озона (из-за работы ионизационной камеры) в окружающую среду в концентрациях выше норм ПДК, что потребует установки дополнительных фильтрующих систем. Еще одним недостатком является то, что устройство не учитывает важность выполнения корпуса металлическим. При выполнении корпуса из других материалов или при большом количестве в нем элементов из других материалов, корпус может накапливать электростатический заряд, в результате чего может искривляться траектория заряженных частиц.
Сущность изобретения
[0009] Задачей настоящего изобретения является разработка устройства электростатической очистки воздуха, а также способа его применения, обеспечивающих эффективную очистку воздуха от содержащихся в нем посторонних крупных и мелких частиц, таких как пыль и аэрозоли, а также предотвращающие накапливание электростатического заряда в корпусе устройства, что, в свою очередь, увеличивает эффективность осаждения заряженных частиц на фильтре-осадителе.
[0010] Указанная задача достигается благодаря такому техническому результату, как обеспечение эффективной очистки воздуха от содержащихся в нем посторонних крупных и мелких частиц, таких как пыль и аэрозоли, а также предотвращение накапливания электростатического заряда в корпусе устройства, и, как следствие, искажения траектории заряженных частиц в корпусе, что, в свою очередь, увеличивает эффективность осаждения заряженных частиц на фильтре-осадителе. Указанная задача достигается в том числе, но не ограничиваясь, благодаря:
выполнению корпуса устройства металлическим;
сочетанию металлического корпуса и электростатической фильтрации;
сочетанию электростатической фильтрации с адсорбционно-каталитическим фильтром.
[0011] Более полно, технический результат достигается устройством электростатической очистки воздуха, включающим металлический корпус, в котором выполнены по крайней мере одно отверстие для забора воздуха и по крайней мере одно отверстие для вывода воздуха. Внутри корпуса расположены вентилятор, блок электроники, а также фильтр предварительной очистки, электростатический блок, по крайней мере один адсорбционно-каталитический фильтр и по крайней мере один фильтр-осадитель. Адсорбционно-каталитический фильтр и фильтр-осадитель выполнены в виде полых цилиндров, один из торцов которых выполнен закрытым, а фильтр-осадитель при этом расположен внутри адсорбционно-каталитического фильтра. При этом электростатический блок расположен перпендикулярно по отношению к потоку воздуха, а фильтр-осадитель расположен таким образом, что его ось параллельна потоку воздуха.
[0012] Выполнение корпуса металлическим необходимо для избежания накапливания электростатического заряда в его стенках, что, в свою очередь, предотвращает искривление траекторий заряженных частиц, содержащихся в воздухе, во время их прохождения внутри корпуса. Отверстие для забора воздуха необходимо для непосредственного забора неочищенного воздуха из помещения или с улицы, а отверстие для вывода воздуха для вывода очищенного воздуха в помещение или на улицу. Вентилятор, размещенный внутри корпуса, необходим для организации потока воздуха таким образом, что воздух попадает в корпус устройства через отверстие для забора воздуха, проходит через фильтры, содержащиеся в корпусе, и, будучи очищенным, выходит через отверстие для вывода воздуха. Блок электроники необходим по крайней мере для контроля работы вентилятора и/или электростатического блока. Фильтр предварительной очистки необходим для очистки воздуха от крупных частиц и пыли. Это позволяет избежать чрезмерного засорения других фильтров. Электростатический блок необходим для зарядки частиц, содержащихся в воздухе. Адсорбционно-каталитический фильтр необходим для очистки воздуха от озона, образовывающегося в ходе зарядки частиц. Важно при этом отметить, что образование озона во время зарядки частиц позволяет дезактивировать озоном содержащиеся в воздухе бактерии и микробы. Фильтр-осадитель, в свою очередь, необходим для улавливания заряженных частиц и, как следствие, очищения воздуха от них. Электростатический блок в сочетании с фильтром-осадителем необходим для очистки воздуха от бактерий, микробов, пыли мелкой (например, пылевые частицы РМ2.5) и крупной (например, пылевые частицы РМ10), частиц аэрозолей (например, пыль, дым, туман) и других вредоносных частиц, содержащихся в воздухе. Сочетание же электростатической очистки воздуха с адсорбционно-каталитическим фильтром позволяет избежать выбросов озона, происходящих в ходе электростатической зарядки, а также очищать воздух от запахов и формальдегидов. Адсорбционно-каталитический фильтр и фильтр-осадитель должны быть выполнены в виде полых цилиндров. Это позволяет увеличить полезную площадь фильтрации при сохранении компактности устройства в целом. Один из торцов фильтров при этом должен быть выполнен закрытым для того, чтобы организовать поток воздуха через фильтровальные стенки фильтров. В свою очередь, то, что фильтр-осадитель размещен внутри адсорбционно-каталитического фильтра, необходимо для того, чтобы сначала очищать воздух от заряженных частиц, содержащихся в воздухе и дать озоновому выбросу время для дезактивации бактерий и микробов, а затем очищать воздух от самого озона и запахов.
[0013] Для того, чтобы разместить фильтр-осадитель внутри адсорбционно-каталитического фильтра возможно выполнить диаметр фильтра-осадителя меньшим, чем диаметр адсорбционно-каталитического фильтра.
[0014] В качестве вентилятора устройства может использоваться вентилятор радиального типа. Во-первых, такой тип вентилятора является менее шумным, чем другие типы. Во-вторых, такие вентиляторы обладают большим сроком эксплуатации в условиях высокой запыленности воздуха. При этом, при его расположении так, что его ось вращения перпендикулярна осям симметрии фильтра-осадителя и адсорбционно-каталитического фильтра, он лучше направляет поток воздуха для организации его прохождения через стенки цилиндрического фильтра.
[0015] Адсорбционно-каталитический фильтр и/или фильтр-осадитель могут быть выполнены многослойными из экструдированного полипропилена. Многослойность фильтра позволяет увеличить его ресурс, т.е. количество частиц, которые он способен на себе вместить до достижения непригодности в использовании.
[0016] Закрытые торцы фильтров могут быть закрыты посредством заливки из полиуретановой системы. Полиуретановая система может состоять из полиэфирного компонента и изоцианитовой композиции. Соотношение полиэфирного компонента и изоцианитовой композиции полиуретановой системы может быть равным 100:40. Это позволяет достичь высокой степени герметичности торцов и, как следствие, дополнительно увеличить эффективность фильтрации, т.к. частицы воздуха не будут проходить в образовавшиеся зазоры.
[0017] В качестве сорбента в адсорбционно-каталитическом фильтре могут использовать активированный уголь. Активированный уголь это адсорбционный тип сорбента. Он позволяет эффективно очищать воздух от запахов, формальдегида, озона и других загрязняющих воздух газов. При этом он также оказывает наименьшее сопротивление потоку воздуха, что также уменьшает нагрузку на вентилятор и, как следствие, снижает потенциальный уровень шума, производимый вентилятором. Активированный уголь при этом может быть размещен между внутренними и внешними слоями экструдированного полипропилена.
[0018] Электрическая цепь устройства может включать по крайней мере один предохранитель. Это позволит защитить электрическую цепь при перегрузках и коротких замыканиях в устройстве. Могут использоваться предохранители, чей номинальный рабочий ток составляет до 3 А, а номинальное напряжение - 250 В.
[0019] Отверстие для забора воздуха и отверстие для вывода воздуха могут быть расположены с разных сторон корпуса. Это позволяет избежать формирования завихрений в потоке воздуха, благодаря чему также снижается уровень шума, производимый воздухом и вентилятором.
[0020] Также технический результат достигается способом электростатической очистки воздуха. Согласно способу, сначала забирают воздух снаружи (снаружи корпуса) через отверстие для забора воздуха при помощи вентилятора. После этого проводят поступивший воздух через фильтр предварительной очистки. Далее заряжают частицы, содержащиеся в поступившем воздухе, при помощи электростатического блока, расположенного перпендикулярно потоку воздуха, причем в процессе зарядки металлический корпус заземляют. После этого проводят поступивший воздух через фильтр-осадитель, чья ось параллельна потоку воздуха, и адсорбционно-каталитический фильтр, а затем выводят очищенный воздух из корпуса устройства через отверстие для вывода воздуха при помощи вентилятора. При этом при помощи блока электроники осуществляют управление вентилятором и электростатическим блоком.
[0021] Этап забора воздуха необходим для непосредственного забора воздуха из помещения или с улицы. Этап прохождения воздуха через фильтр предварительной очистки необходим для очистки воздуха от мелкого мусора и крупной пыли. Это позволяет избежать раннего засорения других фильтров крупными частицами. Этап зарядки частиц, содержащихся в воздухе, необходим для передачи частицами электростатическом заряда. То, что при этом в процессе зарядки металлический корпус заземляют, позволяет избежать накопления заряда в корпусе и, как следствие, искривления траекторий заряженных частиц. Этап прохождения воздуха через фильтр-осадитель и адсорбционно-каталитический фильтр необходим для улавливания заряженных частиц, а также для удаления запахов, формальдегида и летучих органических соединений из воздуха. Этап вывода очищенного воздуха из корпуса устройства необходим для непосредственного вывода воздуха назад в помещение или на улицу. То, что при этом при помощи блока электроники осуществляют управление вентилятором и электростатическим блоком, необходимо для управления скоростями вентилятора, зарядкой электростатического блока, включением или выключением устройства в целом.
[0022] То, что на этапе зарядки частиц образуется озон, может позволить дезактивировать бактерии и микробы, содержащиеся в воздухе. При этом, озон может быть удален из воздуха при помощи адсорбционно-каталитического фильтра на этапе прохождения воздуха через него. Таким образом, воздух будет обеззаражен, а также будут удалены озоновые выбросы из воздуха.
[0023] Забор и вывода воздуха могут производить с разных сторон устройства электростатической очистки воздуха. Это позволит избежать формирования завихрений в потоке воздуха и, как следствие, снизить потенциальный уровень шума, производимого вентилятором и устройством в целом.
[0024] На этапе прохождения воздуха через фильтр-осадитель и адсорбционно-каталитический фильтр воздух могут подавать через полые цилиндрический фильтры от внутренней поверхности к внешней. Это увеличивает эффективную площадь очистки воздуха, а также позволяет сохранить компактность устройства, сконструированному для работы согласно настоящему способу.
Описание чертежей
[0025] На Фиг. 1 представлен схематичный вид устройства электростатической очистки воздуха согласно настоящему изобретению.
[0026] На Фиг. 2 представлен схематичный вид фильтра предварительной очистки согласно настоящему изобретению.
[0027] На Фиг. 3 представлен схематичный вид конфигурации фильтра-осадителя и адсорбционно-каталитического фильтра согласно настоящему изобретению.
[0028] На Фиг. 4 представлен схематичный вид устройства электростатической очистки воздуха с тремя фильтрами-осадителями и тремя адсорбционно-каталитическими фильтрами согласно настоящему изобретению.
[0029] На Фиг. 5 представлен схематичный вид потока воздуха, проходящего через устройство электростатической очистки воздуха, согласно настоящему изобретению.
[0030] На Фиг. 6 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ электростатической очистки воздуха, согласно настоящему изобретению.
[0031] На Фиг. 7 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ электростатической очистки воздуха, согласно настоящему изобретению с дополнительными пояснениями.
Подробное описание
[0032] В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях, хорошо известные методы, процедуры и компоненты не описаны подробно, чтобы не затруднять излишнее понимание особенностей настоящего изобретения.
[0033] Кроме того, из приведенного изложения ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, очевидны для квалифицированных в предметной области специалистов.
[0034] На Фиг. 1 представлен схематичный вид устройства электростатической очистки воздуха согласно настоящему изобретению. Устройство включает металлический корпус 1, в котором выполнены по крайней мере одно отверстие для забора воздуха 2 и по крайней мере одно отверстие для вывода воздуха 10. Внутри корпуса 1 размещены фильтр предварительной очистки 3, электростатический блок 4, фильтр-осадитель 5, адсорбционно-каталитический фильтр 7, вентилятор 8 и блок электроники 9, причем возможно выполнение устройства с более чем одним фильтром-осадителем 5 и более чем одним адсорбционно-каталитическим фильтром 7. При этом адсорбционно-каталитический фильтр 7 и фильтр-осадитель 5 выполнены в виде полых цилиндров, один из торцов которых выполнен закрытым 11, а фильтр-осадитель 5 при этом расположен внутри адсорбционно-каталитического фильтра 7.
[0035] Металлический корпус 1, в отличие от корпусов из других материалов, обладает более высокой проводимостью. Благодаря этому, электростатический заряд, создаваемый электростатическим блоком 4, не накапливается в стенках корпуса 1. Это, в свою очередь, позволяет избежать искривления траекторий заряженных частиц во время их прохождения внутри корпуса 1 устройства электростатической очистки воздуха. Возможно также выполнение корпуса 1 цельнометаллическим. В таком случае, корпус 1 будет обладать еще большей проводимостью, однако также возникнут трудности при необходимости починить устройство или заменить в нем какой-либо из элементов, например фильтры.
3
i
total
[0036] В корпусе 1 также выполнены по крайней мере одно отверстие для забора воздуха 2 и по крайней мере одно отверстие для вывода воздуха 10. Они могут быть выполнены любой формы (например, круглыми, прямоугольными, квадратными, треугольными, многоугольными и т.д.) и любого размера. Размер при этом должен быть такой, что мелкий мусор и крупная пыль могли проходить через отверстие для забора воздуха 2, т.е. превышать их характерных размер. Также предпочтительно, чтобы устройство могло при этом очищать хотя бы 100 м воздуха в час (мощность, Р). Таким образом, предпочтительный размер отверстий 2, 10:  где S - площадь отверстия 2, 10, a ν - скорость работы вентилятора 8. При выполнении нескольких отверстий для забора воздуха 2 предпочтительно, чтобы их суммарная площадь была:  где n - количество отверстий для забора воздуха 2, S - площадь i-ого отверстия для забора воздуха 2, a S - суммарная площадь отверстий для забора воздуха 2. То же самое применимо и к отверстиям для вывода воздуха 10. Исходя из этой формулы также видно, что при малой площади отверстия 2, 10 необходимо повышать скорость работы вентилятора 8 для обеспечения эффективной очистки воздуха. В таком случае, вентилятор 8 производит более высокий уровень шума за счет собственной высокой скорости работы, а также за счет того, что малый размер отверстия 2, 10 приводит к большему аэродинамическому сопротивлению на пути потока воздуха.
[0037] Также отверстия для забора воздуха 2 и/или отверстия для вывода воздуха 10 могут быть дополнительно оснащены воздухораспределительными решетками. Они защищают устройство от попадания в корпус 1 крупного мусора, способного повредить внутренние комплектующие устройства. Также они защищают от попадания влаги. Второе преимущество особенно важно, если устройство применяется для очищения уличного воздуха, или если одно из отверстий 2, 10 соединяет корпус 1 с улицей.
[0038] Предпочтительно при этом не выполнять отверстия для забора воздуха 2 и для вывода воздуха 10 на одной и той же стенке корпуса 1. Это может приводить к формированию завихрений в воздушном потоке. Завихрения не только приводят к большей нагрузке вентилятора 8, но и увеличивают общий уровень шума, производимый как вентилятором 8, так и самим потоком воздуха.
3
[0039] Вентилятор 8, размещенный внутри корпуса 1, необходим для организации потока воздуха таким образом, что воздух попадает в корпус 1 устройства через отверстие для забора воздуха 2, проходит через фильтры (3, 5, 7) и электростатический блок 4, содержащиеся в корпусе 1, и, будучи очищенным, выходит через отверстие для вывода воздуха 10. Вентилятор 8 также должен быть подобран так, чтобы устройство могло при этом очищать хотя бы 100 м воздуха в час (мощность, Р).
[0040] В качестве вентилятора 8 устройства может использоваться вентилятор 8 радиального (центробежного) типа. Радиальный вентилятор имеет подвижный компонент (также называемый крыльчаткой), который состоит из центрального вала, вокруг которого установлены лопасти, образующие спираль или ребра. Радиальные вентиляторы нагнетают воздух под прямым углом к входу вентилятора и раскручивают воздух наружу к выходу (за счет центробежной силы). Крыльчатка вращается, заставляя воздух входить в вентилятор рядом с валом и двигаться перпендикулярно от вала к отверстию в спиральном корпусе вентилятора. В зависимости от типа, назначения и размеров вентилятора, количество лопастей крыльчатки бывает различным, а сами лопасти изготавливают загнутыми вперед или назад (относительно направления вращения). Применение радиальных вентиляторов с лопастями, загнутыми назад, дает экономию электроэнергии примерно на 20%. Также они легко переносят перегрузки по расходу воздуха. Преимуществами радиальных вентиляторов с лопастями крыльчатки, загнутыми вперед, являются меньший диаметр крыльчатки, а соответственно и меньшие размеры самого вентилятора, и более низкая частота вращения, что создает меньший шум. Таким образом, при применении радиального вентилятора 8 с лопастями, загнутыми назад, позволяет снизить энергопотребление, затрачиваемое на вентилятор и, как следствие, сделать устройство в целом более экономичным. В случае применения радиального вентилятора 8 с лопастями, загнутыми вперед, снижается уровень шума, производимый вентилятором 8. Помимо этого, возможно применение аксиального, тангенциального и других типов вентилятора, однако, предпочтительным является применение радиального вентилятора по причинам, описанным выше.
[0041] При этом, радиальный веетилятор 8 может быть расположен так, что его 8 ось вращения перпендикулярна осям симметрии фильтра-осадителя 5 и адсорбционно-каталитического фильтра 7. В этом случае, он лучше направляет поток воздуха для организации его прохождения через стенки цилиндрического фильтра 5, 7. В этом случае возможно расположить отверстия для забора воздуха 2 и вывода воздуха 10 с разных сторон корпус 1, в частности с противоположных сторон корпуса 1. Возможно также установить его 8 таким образом, что его ось вращения будет параллельна осям симметрии фильтра-осадителя 5 и адсорбционно-каталитического фильтра 7. Однако, в этом случае, невозможно разместить отверстие для забора воздуха 2 и отверстие для вывода воздуха 10 на противоположных стенках корпуса 1 устройства, что, в свою очередь, может приводить к формированию завихрений в воздушном потоке. Завихрения не только приводят к большей нагрузке вентилятора 8, но и увеличивают общий уровень шума, производимый как вентилятором 8, так и самим потоком воздуха.
[0042] Блок электроники 9 необходим по крайней мере для контроля работы вентилятора 8 и/или электростатического блока 4. Он является частью электрической цепи в устройстве, в которую включены все электрические компоненты (по крайней мере вентилятор 8 и электростатический блок 4, а также могут быть включены различные панели управления или кнопки управления). В качестве блока электроники 9 может использовать электронная плата управления, логический контроллер, микроконтроллер и другие компоненты, способные подключаться к электрическим приборам и осуществлять управление ими. Таким образом, он служит для включения/выключения устройства, а так же для управления элементами устройства и ее узлами и обеспечивает бесперебойную работу как отдельных ее узлов, так и всего устройства в целом, обеспечивая тем самым бесперебойную фильтрацию воздуха при одновременном упрощением конструкции устройства.
[0043] К блоку электроники 9 (следовательно, к электрической цепи, включающей по крайней мере вентилятор 8, блок электроники 9 и электростатический блок 4) может дополнительно быть подключен по крайней мере один предохранитель. Это позволит защитить электрическую цепь при перегрузках и коротких замыканиях в устройстве. Могут использоваться предохранители, чей номинальный рабочий ток составляет до 3 А, а номинальное напряжение 250 В.
[0044] На Фиг. 2 представлен схематичный вид фильтра предварительной очистки 3 согласно настоящему изобретению. Он 3 задерживает крупную пыль и мелкий мусор, что продлевает ресурс фильтра-осадителя 5. Фильтр предварительной очистки 3 может представлять из себя неразборный кассетный фильтр с фильтрующим материалом из полиэстера класса очистки G1-G4. Фильтры этого класса также именуются фильтрами грубой очистки и предназначены для улавливания частиц, чей характерный размер более 10 мкм (пух, сажа, частицы крупной пыли, насекомые, перья, крупные семена растений и т.д.). Могут использоваться и другие фильтровальные материалы, позволяющие очищать воздух от частиц с размером более 10 мкм.
[0045] Также важно отметить, что фильтр предварительной очистки 3, показанный на Фиг. 2, может быть выполнен не только прямоугольным, но и любой другой формы. Его форма и размер определяется исключительно геометрическими параметрами корпуса 1. Однако, возможна установка плоского круглого фильтра предварительной очистки 3 в устройство, чей корпус 1 обладает прямоугольным поперечным сечением. В этом случае необходимо установить фильтр первичной очистки 3 в изоляционную стенку, чтобы неочищенный воздух не мог проходить мимо фильтра 3.
[0046] Также, как показано на Фиг. 2, фильтровальный материал фильтра первичной очистки 3 может быть выполнен гофрированным. Это позволяет увеличить эффективную площадь очистки, сохраняя при этом малые габариты фильтра 3 и, следовательно, устройства в целом.
[0047] Электростатический блок 4 предназначен для зарядки частиц, содержащихся в воздухе, в частности механические загрязнители и биоаэрозоли. Электростатический блок 4 может включать по крайней мере один коронирующий электрод и по крайней мере один заземленный электрод. Функционирование электростатического блока 4 происходит следующим образом: к коронирующим электродам подается высокое напряжение (как правило - до 12 кВ), таким образом, коронирующий электрод и заземленный электрод между собой создают электростатическое поле, пролетая через которое частицы (мелкие частицы дисперсной фазы, такие как твердые частицы пыли сажи и мельчайшие жидкие частицы, то есть аэрозоли и биоаэрозоли в т.ч. частицы субмикронного размера) получают заряд.
[0048] Фильтр-осадитель 5 предназначен для осаждения на нем зараженных частиц, содержащихся в воздухе, прошедшем через электростатический блок 4. Он 5 может быть выполнен в виде неразборного фильтра, представляющего собой цилиндр, выполненный из экструдированного полипропилена. Может использоваться полипропилен разных видов, однако, предпочтительным является полипропилен, представляющий собой гомополимер пропилена (гранулированный). Они характеризуются стойкостью к термоокислительному старению, а также обладают высокими антистатическими свойствами. Выполнение фильтра-осадителя 5 в виде цилиндра позволяет увеличить эффективную площадь осаждения, сохраняя при этом компактность фильтровального элемента и устройства в целом.
[0049] Электростатический блок 4 и фильтр-осадитель 5 очищают воздух следующим образом. Проходя через электростатический блок 4, частицы, содержащиеся в воздухе, в том числе механические загрязнители и биоаэрозоли, приобретают электростатический заряд, за счет чего эффективно осаждаются на фильтре-осадителе 5. За счет озона, продуцируемого из кислорода электростатическим блоком 4 в бактерицидных концентрациях, обеспечивается инактивация микроорганизмов во внутреннем объеме 6 фильтра-осадителя 5, а также на поверхности фильтра-осадителя 5. Благодаря инактивации фильтр-осадитель 5 постоянно стерилен при эксплуатации и при замене фильтра-осадителя 5. Таким образом, обеспечивается полная микробиологическая безопасность устройства.
[0050] Адсорбционно-каталитический фильтр 7 может быть выполнен в виде неразборного фильтра, представляющего собой двуслойный полый цилиндр, выполненный из экструдированного полипропилена, аналогичного используемому в фильтре-осадителе 5. Между внутренним и внешним слоями может быть выполнен слой активированного угля. Он 7 предназначен для очистки воздуха от таких веществ, как фенол, бензол, диметилфталат, толуол, стирол, этилбензол, этилацетат, бутилацетат, ксилол 1,2-дихлорэтан бензпирен (бензапирен), ртуть, фтороводород, бораты (соли борной кислоты) и многих других. В том числе адсорбционно-каталитический фильтра 7 очищает воздух от озона, образовавшегося в ходе зарядки частиц, содержащихся в воздухе. Озон полностью разлагается до кислорода, проходя через адсорбционно-каталитический фильтр 7, одновременно ускоряя реакции разрушения молекулярных химических соединений. Адсорбционно-каталитический фильтр 7 осуществляет фильтрацию вредных веществ в газовой фазе и запахов. Концентрации озона на выходе из устройства электростатической очистки воздуха гарантированно не превышают ПДК (предельно допустимая концентрация) весь срок эксплуатации, таким образом, устройство электростатической очистки воздуха может эксплуатироваться круглосуточно.
[0051] При этом геометрия электростатического блока 4 также оказывает влияние на отсутствие накопления электростатического заряда в металлическом корпусе 1 устройства. В частности, высота пластин электродов должна быть больше расстояния между электродами, например в 2-4 раза. В таком случае электрическое поле, возникающее между электродами, будет больше по амплитуде между самими электродами, а за пределами объема, ограниченного пластинами электродов, оно будет пренебрежимо мало. Таким образом, наводимое на стенки корпуса 1 электрическое поле будет малым и, как следствие, потенциально накапливаемый заряд будет малым. При этом также предпочтительно, чтобы расстояние от конца электрода до стенки корпуса 1 было больше, чем расстояние между электродами, т.к. амплитуда электрического поля обратно пропорционально расстоянию. Также то, что корпус 1 выполнен металлическим, ввиду высокой проводимости металла, обеспечивает отсутствие накопления заряда в стенках корпуса 1.
[0052] На Фиг. 3 представлен схематичный вид конфигурации фильтра-осадителя 5 и адсорбционно-каталитического фильтра 7 согласно настоящему изобретению. Для размещения фильтра-осадителя 5 внутри адсорбционно-каталитического фильтра 7 внешний диаметр фильтра-осадителя 5 может быть выполнен меньшим, чем внутренний диаметр адсорбционно-каталитического фильтра 7. Таким образом, во внутреннем объеме 6 фильтра-осадителя 5 и на его 5 внутренней поверхности происходит обеззараживание воздуха озоном, как это описывалось выше.
[0053] В случае, если корпус 1 устройства не выполнен в форме цилиндра, корпус 1 должен также включать внутреннюю стенку, в которую будет внедрена цилиндрическая конструкция из фильтра-осадителя 5 и адсорбционно-каталитического фильтра 7, как это показано на Фиг. 1. Это необходимо для того, чтобы воздух не мог пройти мимо фильтров 5 и 7. На стыках между этой внутренней стенкой и стенками корпуса 1 может быть выполнена герметизация для избежания утечек воздуха и повышения эффективности очистки. Это может быть выполнено посредством заполнения стыков герметиком или клеем-герметиком, а также посредством специальных изоляционных лент (например, клейких лент).
[0054] Один из торцов фильтра-осадителя 5 и адсорбционно-каталитического фильтра 7 выполнены закрытыми 11. Это необходимо для того, чтобы воздух не мог пройти сквозь цилиндрическую конструкцию, не пройдя через фильтровальный материал. Закрыть их с одной стороны можно различными способами. Например, возможно изготовить крышку, например, пластиковую или металлическую, диаметр которой будет равен или приблизительно равен внешнему диаметру адсорбционно-каталитического фильтра 7. Такая крышка может быть приклеена или механически закреплена посредством шурупов на торцах фильтров 5, 7. При этом, важно, чтобы крепление такой крышки было выполнено герметичным, для избежания утечки неочищенного воздуха. В этих целях, например, можно залить герметик по периметру такой крышки. Предпочтительно закрывать торцы 11 цилиндрических фильтров посредством заливки из полиуретановой системы. Она может состоять из полиэфирного компонента и изоцианитовой композиции. Соотношение полиэфирного компонента и изоцианитовой композиции полиуретановой системы может быть равным 100:40. Полиэфирный компонент может представлять собой смесь простых полиэфиров, катализаторов и/или стабилизаторов, а изоцианитовая композиция может быть выполнена на основе 4,4/дифенилметандиизоцианата. Такая система позволяет достичь высокой степени герметизации.
[0055] Как показано на Фиг. 4, устройство электростатической очистки воздуха может включать более одного цилиндрического адсорбционно-каталитического фильтра 7, внутри которого размещен цилиндрический фильтр-осадитель 5. На Фиг. 4 показан вариант конфигурации устройства электростатической очистки воздуха с тремя цилиндрическими фильтровальными конструкциями, однако их может быть и две, и более трех, в зависимости от конкретного выполнения. Каждая из них сконфигурирована в соответствии с цилиндрической конструкцией, показанной на Фиг. 3. При этом один из торцов каждой конструкции выполнен закрытым 11.
[0056] На Фиг. 5 представлен схематичный вид потока воздуха, проходящего через устройство электростатической очистки воздуха, согласно настоящему изобретению. Устройство электростатической очистки воздуха работает следующим образом. Воздух из помещения или с улицы поступает в корпус 1 устройства через отверстие для забора воздуха 2 под действием вентилятора 8. Также вентилятор 8 направляет поступивший поток воздуха через фильтр представительной очистки 3, где он очищается от крупной пыли и мелкого мусора. Далее воздух достигает электростатического блока 4, проходя через который частицы, содержащиеся в воздухе, заряжаются. В результате этого частицы, содержащиеся в воздухе, получают электростатический заряд, а кислород, содержащийся в воздухе, частично или полностью преобразуется в озон. После этого поток воздуха с заряженными частицами и озоном направляется к фильтру-осадителю 5. Во внутреннем объеме 6 фильтра-осадителя 5 и/или на внутренней поверхности фильтра-осадителя 5 все бактерии и микробы, содержащиеся в воздухе, дезактивируются озоном. После этого обеззараженный воздух проходит через фильтр-осадитель 5 от его внутренней поверхности к внешней. На фильтре 5 при этом осаждаются заряженные частицы, содержащиеся в воздухе. Таким образом, воздух очищается. Далее очищенный воздух с озоном проходит через адсорбционно-каталитический фильтр 7, в результате чего озон, содержащийся в воздухе, полностью или в большей части разлагается до кислорода. Также адсорбционно-каталитический фильтр 7 удаляет из воздуха вредные вещества в газовой фазе и запахи. После этого очищенный воздух под действием вентилятора 8 выводится из корпуса 1 в помещение или на улицу через отверстие для вывода воздуха 10.
[0057] Показанная на Фиг. 5 траектория воздуха также оказывает положительное влияние на эффективность очистки. Такая траектория достигается благодаря тому, что электростатический блок 4 расположен перпендикулярно по отношению к потоку воздуха, а фильтр-осадитель 5 выполнен в форме цилиндра, чья ось параллельна потоку воздуха. Также это достигается благодаря применению радиального вентилятора 8, чья ось вращения перпендикулярна оси фильтра-осадителя 5. Благодаря сочетанию этих признаков, воздух с заряженными частицами, прошедшими через электростатический блок 4, продолжает направляться перпендикулярно плоскости электростатического блока 4, что уменьшает силу электростатического притяжения заряженных частиц к потенциально заряженным стенкам корпуса 1, т.к. амплитуда электрического поля обратно пропорциональна расстоянию. При этом, только после осаждения заряженных частиц на фильтре-осадителе 5 траектория потока воздуха становится направленной в сторону стенок корпуса 1, т.к. после осаждения заряженных частиц, потенциально оставшиеся в воздухе частицы уже не будут оседать на внутренних стенках корпуса 1 ввиду отсутствия их заряда. Таким образом, благодаря тому что до осаждения частиц на фильтре-осадителе 5 направление потока воздуха параллельно стенкам корпуса 1 (а именно верхней стенке, нижней стенке и двум боковым стенкам, на которых нет отверстий для забора 2 и вывода воздуха 10) даже в случае, если в стенках корпуса 1 есть накопленный заряд, искривление траектории будет незначительным и не приведет к осаждению частиц на стенках корпуса 1.
3
3
[0058] Для еще большего уменьшения вероятности осаждения частиц на стенках корпуса 1 предпочтительно, чтобы расстояние от электростатического блока 4 до ближнего по потоку торца фильтра-осадителя 5 было меньше, чем половина высоты и половина ширины корпуса 1 в этом участке. Также возможно установить высокую скорость работы вентилятора 8. В таком случае, заряженные частицы будут достигать фильтра-осадителя 5 быстрее, чем будет происходить значительно искривление их траектории. Однако, слишком высокая скорость работы вентилятора 8 может привести к тому, что частицы не будут успевать заряжаться во время прохождения через электростатический блок 4. Предпочтительно, чтобы скорость работы вентилятора 8 была подобрана таким образом, что производительность устройства в целом лежала в диапазоне от 100 до 500 м/ч, т.е. чтобы устройство очищало за один час 100-500 м воздуха. Конкретная скорость зависит в том числе от перепада давления на фильтрах и других внутренних элементах устройства, находящихся на пути потока воздуха.
[0059] На Фиг. 6 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ электростатической очистки воздуха, согласно настоящему изобретению. Согласно способу, сначала забирают воздух снаружи (снаружи корпуса 1) через отверстие для забора воздуха 2 при помощи вентилятора 8. После этого проводят поступивший воздух через фильтр предварительной очистки 3. Далее заряжают частицы, содержащиеся в поступившем воздухе, при помощи электростатического блока 4, причем в процессе зарядки металлический корпус 1 заземляют. После этого проводят поступивший воздух через фильтр-осадитель 5 и адсорбционно-каталитический фильтр 7, а затем выводят очищенный воздух из корпуса 1 устройства через отверстие для вывода воздуха 10 при помощи вентилятора 8. При этом при помощи блока электроники 9 осуществляют управление вентилятором 8 и электростатическим блоком 4.
[0060] При включении устройства при помощи вентилятора 8 формируют поток воздуха так, что он попадает в корпус 1 устройства через отверстие для забора воздуха 2. Он может поступать из помещения или с улицы.
[0061] При помощи того же вентилятора 8 поступивший воздух проводят через фильтр первичной очистки 3. Проходя через него воздух очищается от крупной пыли и мелкого мусора, как это было описано выше. Благодаря этому, на дальнейших этапах очистки воздуха другие фильтра 5, 7 не будут чрезмерно засорятся, т.е. их ресурс не будет исчерпываться слишком быстро.
[0062] Далее воздух, очищенный от крупной пыли и мелкого мусора, проводят через электростатический блок 4. Проходя через него, частицы, содержащиеся в воздухе, заряжаются электростатическим зарядом. При этом могут наводится паразитные токи в стенки корпуса 1 устройства. Однако, благодаря применению металлического корпуса 1, а именно благодаря высокой проводимости металла, электростатический заряд не будет накапливаться в стенках металлического корпуса 1, т.е. таким образом, корпус 1 заземляется самостоятельно.
[0063] После этого воздух, включающий заряженный частицы, проводят через фильтр-осадитель 5 и адсорбционно-каталитический фильтр 7. На этапе прохождения фильтра-осадителя 5 заряженные частицы оседают на нем, благодаря чему воздух очищается от негазовых частиц. После этого при прохождении воздуха, включающего газовые загрязнители, через адсорбционно-каталитический фильтр 7 воздух очищается от всех или от части газовых загрязнителей, в частности от запахов.
[0064] Затем под действием вентилятора 8 очищенный воздух выводят из корпуса 1 устройства через отверстие для вывода воздуха 10. Выводить его могут как в помещение, так и на улицу, в зависимости от целей и места применения устройства.
[0065] При этом на каждом из этапов, на отдельных этапах, периодически или без определенной периодичности управляют вентилятором 8 и электростатическим блоком 4 посредством блока электроники 9. При помощи него 9 могут изменять скорость работы вентилятора 8, а также включать и включать его 8, изменять амплитуду электрического поля электростатического блока 4, в том числе выключать электрическое поле и т.д.
[0066] На Фиг. 7 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ электростатической очистки воздуха, согласно настоящему изобретению с дополнительными пояснениями. Согласно способу, сначала забирают воздух снаружи (снаружи корпуса 1) через отверстие для забора воздуха 2 при помощи вентилятора 8. После этого проводят поступивший воздух через фильтр предварительной очистки 3. Далее заряжают частицы, содержащиеся в поступившем воздухе, при помощи электростатического блока 4, причем в процессе зарядки металлический корпус 1 заземляют. В процессе зарядки частиц кислород преобразуется в озон под действием разряда. После этого проводят поступивший воздух через фильтр-осадитель 5 и адсорбционно-каталитический фильтр 7, причем проходя через последний воздух очищается в том числе от озона, а затем выводят очищенный воздух из корпуса 1 устройства через отверстие для вывода воздуха 10 с другой стороны корпуса 1, относительно стороны забора воздуха, при помощи вентилятора 8. При этом при помощи блока электроники 9 осуществляют управление вентилятором 8 и электростатическим блоком 4.
[0067] Перед тем, как воздух проходит через фильтр-осадитель 5, благодаря образованию озона на этапе зарядки, озон дезактивирует бактерии и микробы, содержащиеся в воздухе, во внутреннем объеме 6 фильтра-осадителя 5 и/или на его 5 внутренней поверхности.
[0068] То, что забор и вывода воздуха могут производить с разных сторон корпуса 1 устройства электростатической очистки воздуха, позволяет избежать формирования завихрений в потоке воздуха и, как следствие, снизить потенциальный уровень шума, производимого вентилятором и устройством в целом. При этом забор и вывод воздуха предпочтительнее всего производить с противоположных сторон корпуса 1. Таким образом, поток воздуха через корпус 1 будет наиболее равномерным.
[0069] На этапе прохождения воздуха через фильтр-осадитель 5 и адсорбционно-каталитический фильтр 7 воздух могут подавать через полые цилиндрический фильтры от внутренней поверхности к внешней. Это увеличивает эффективную площадь очистки воздуха, а также позволяет сохранить компактность устройства, сконструированному для работы согласно настоящему способу.
[0070] В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки запрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.