Устройство электростатической фильтрации и блок электростатической зарядки
ELECTROSTATIC FILTRATION APPARATUS AND ELECTROSTATIC CHARGING UNIT

Область применения
[0001]
Изобретение относится к области вентиляции, преимущественно к установкам газоочистки в системах приточно-вытяжной вентиляции, позволяющей одновременно отфильтровывать частицы, инактивировать (уничтожать) все типы микроорганизмов, очищать воздух от запахов и вредных газов.
Уровень техники
[0002]
Обеспечение требуемого качества воздуха с точки зрения его загрязнённости аэрозолями (капли жидкостей, пыль, порошки и т.п.) в т.ч. субмикронного размера является необходимым условием как в промышленности, так и в медицине и быту. Для этого применяют фильтры, основанные на различных физических подходах. Одним из таких подходов является метод электростатической фильтрации. В основе метода электростатической очистки воздуха от аэрозольных частиц лежит способность данных аэрозолей осаждаться на какой-либо поверхности под действием электростатических сил. Для создания электростатических сил необходимо придать аэрозольной частице электрический заряд и поместить её в электрическое поле.
[0003]
Существует множество подходов позволяющих передать аэрозольной частице электрический заряд, однако наибольшее распространение получил метод зарядки в коронном разряде. Для создания коронного разряда используют электроды специальной геометрии, которые позволяют сформировать электрическое поле со значениями его напряженности выше некоторой пороговой величины, необходимой для формирования коронного разряда. Коронный разряд характеризуется генерацией большого количества свободных электронов и ионов в промежутке между электродами при напряжённости электрического поля выше некоторой пороговой величины. При помещении аэрозольной частицы в такое электрическое поле часть электронов или ионов сталкиваются с такой частицей, тем самым придавая ей электрический заряд. По мере накопления частицей электрического заряда, увеличивается электростатическая сила, действующая на неё, что и вызывает дрейф частицы в направлении противоимённо заряженного электрода. При столкновении такой частицы с поверхностью электрода происходит её прилипание к ней, чем и обеспечивается её удаление из воздуха. При продувании воздуха через подобную систему можно обеспечить его очистку от аэрозольных загрязнителей.
[0004]
С практической точки зрения существует большое количество различных реализаций фильтров, основанных на данном подходе. Так, например, в простейшей концепции фильтром является сама система электродов. Фильтрация воздуха на таком фильтре происходит согласно описанному выше принципу. Однако, для обеспечения высокой эффективности фильтрации необходимо чтобы за время протекания воздуха через фильтр, все частицы загрязнителя успели продрейфовать к электродам. Это в свою очередь накладывает ограничения на размеры фильтра, скорость потока воздуха, форму электродов и напряжение необходимое для работы фильтра. Зачастую удовлетворить все эти требования в рамках единой конструкции невозможно, поэтому применяются и альтернативные походы. Например, использование двух секций фильтра, где сначала происходит зарядка аэрозольных частиц в коронном разряде, после чего частицы попадают в область с электродами другой геометрии, обеспечивающих более эффективное осаждение частиц. Как правило подобные участки фильтра изготавливаются в виде набора плоскопараллельных пластин с чередующимся потенциалом, образуя подобие конденсатора. Использование такой схемы позволяет создавать однородное электрическое поле в промежутке между пластинами в большом объеме, что обеспечивает высокую эффективность данной схемы. При этом вся конструкция может быть выполнена как в виде единого блока, где совмещены секции для электростатической зарядки аэрозолей и их осаждения, так и в раздельном виде, когда секция электростатической зарядки и осаждения является отдельными узлами. Основными преимуществами подобных фильтров являются низкое аэродинамическое сопротивление, высокая ёмкость, возможность чистки фильтра без снижения эффективности отчистки, низкое энергопотребление и широкий диапазон рабочих условий. Эффективность фильтрации подобных систем как правило находится в пределах от 90 до 99%.
[0005]
RU179145U1
Из уровня техники известно техническое решение (2018.02.15) «Электростатический фильтр для очистки воздуха».
[0006]
Полезная модель относится к электрическим очистителям воздуха и может быть использована для улавливания пыли, аэрозоли, дымов для приточных вентиляционных систем, для очистки технологических газовоздушных выбросов в атмосферу.
[0007]
Технической задачей заявленной полезной модели является упрощение конструкции электростатического фильтра, сохранив высокую степень очистки воздуха, а также снижение энергоемкости и эксплуатационных затрат, повышение эффективности утилизации уловленных частиц.
[0008]
Поставленная задача решается тем, что в электростатическом фильтре, содержащем 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 фильтрами, состоящими из расположенных параллельно друг другу пластин, внесены изменения:
[0009]
- коронирующие электроды выполнены из сетки, которая навита на стержень в виде ершика;
[0010]
- некоронирующие электроды имеют форму цилиндра;
[0011]
- фильтры осадительной камеры выполнены из пластин из волокнистого микропористого диэлектрического материала, размещенного в кассету, причем расстояние между кассетами выбирается в пределах 50-200 мм.
[0012]
К недостаткам описанного технического решения можно отнести то, что в качестве коронирующих электродов применяется сложная конструкция с навитой на стержень сеткой, которая неизбежно будет загрязнятся без возможности её очистки «на месте» и как следствие необходимости её замены. Помимо этого, некоронирующие электроды имеют форму цилиндра, что с одной стороны немного повышает эффективность очистки, но приводит к усиленному загрязнению ионизационной камеры и существенному снижению межсервисного интервала. Кроме того, применение произвольных диэлектрических волокнистых материалов (минеральная вата или дорнит) не позволяет достичь высокой эффективности фильтрации, из-за неоптимального размера волокна, пористости материала и наличия неоднородностей. Помимо этого, отсутствие в конструкции прибора сорбционных фильтров неизбежно приведёт к выбросу озона (из-за работы ионизационной камеры) в окружающую среду в концентрациях выше норм ПДК, что потребует установки дополнительных фильтрующих систем. Таким образом, данное техническое решение имеет сложное конструктивное исполнение, что затрудняет техническое обслуживание прибора. Так же за счёт конструктивных особенностей осадительной камеры данный прибор не не позволит получить класс очистки от аэрозолей более H12.
[0013]
RU2480244
Из уровня техники известно техническое решение (2013.04.27) «Устройство очистки воздуха». Изобретение относится к области очистки и стерилизации воздуха бытовых, хозяйственных и производственных помещений, а именно к устройствам для стерилизации, дезодорации и очистке воздуха от вирусов, бактерий, паров и аэрозолей органических и неорганических соединений, в том числе диоксинов, бензпиренов, фуранов, оксида углерода, аммиака и озона. Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение эффективности стерилизации и фильтрации воздуха или газа, уменьшение образования озона. Заявленный результат достигается тем, что устройство очистки воздуха, включающее 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.
[0014]
Данное техническое решение имеет следующие недостатки:отсутствует блок электростатической зарядки аэрозолей, что исключает электростатическую зарядку аэрозолей и как следствие - снижается качество очистки воздуха; использование фотокаталитического метода очистки 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.
[0015]
WO2019224427
Так же из уровня техники известен электрофильтр (2019.11.28). Изобретение относится к электрофильтру, в котором электрофильтр содержит неметаллический электростатический фильтр и блок зарядки частиц. Блок зарядки частиц содержит одно или несколько коронирующих игольчатых зарядных устройств, расположенных на расстоянии друг от друга, при этом каждое из игольчатых зарядных устройств имеет наконечник; направляющую поверхность для окружения каждой из одной или нескольких игл. зарядные устройства; при этом малая мощность предназначена для использования для формирования широкого электрического поля между концом зарядного устройства коронной иглы и окружающей направляющей поверхностью для ионизации частиц газового потока, проходящего через сформированное широкое электрическое поле. Изобретение также относится к устройству подачи воздуха, содержащему электрофильтр.
[0016]
К недостаткам такого электрофильтра можно отнести: использование игольчатого высоковольтного электрода для электростатической зарядки аэрозолей, позволяющий работать при низкой плотности тока что с одной стороны уменьшает выбросы озона, с другой стороны существенно снижает эффективность очистки, в особенности при высоких концентрациях пыли.
[0017]
US2017341087
Кроме того, из области техники известно техническое решение (2017.11.30) «Электростатический осадитель».
[0018]
Описанный электростатический осадитель, позволяющий сделать зарядное устройство тонким, подавляя при этом образование озона. Электростатический осадитель включает в себя зарядное устройство снабженное высоковольтным электродом получающим высокое напряжение от схемы генерирования высокого напряжения и противоположным электродом, обращенного к электроду высокого напряжения и получающий опорное напряжение от схемы высокого напряжения, и сконфигурирован для зарядки взвешенных частиц путем создания разряда между высоковольтным электродом и противоэлектродом; и пылесборник, расположенный на стороне выхода из направления воздушного потока зарядного устройства и сконфигурированный для сбора взвешенных частиц, заряженных зарядным устройством.
[0019]
Его основным недостатком является сложное конструктивное исполнение, обусловленное использованием пилообразных плоских высоковольтных электродов, применение в конструкции вторичных (вспомогательных) высоковольтных электродов и применение покрытий с высоким удельным электрическим сопротивлением на нулевых электродах.
[0020]
US4431434 (A)
Так же известен электрофильтр по патенту (1984.02.14). Усовершенствованный электрофильтр для удаления частиц с высоким удельным сопротивлением из газового потока. Электрофильтр включает в себя зарядную секцию, имеющую множество коронирующих электродов и полые трубчатые коллекторные электроды. Эти электроды расположены параллельно, поочередно в одной плоскости, которая расположена перпендикулярно потоку газа. Электроды подключены к источнику высокого напряжения, при этом создается тонкое сильноточное электрическое поле, которое электрически заряжает присутствующие частицы. Жидкость для регулирования температуры проходит через коллекторные электроды, чтобы контролировать температуру собранных частиц, чтобы поддерживать удельное сопротивление частиц в диапазоне, в котором обратная ионизация не происходит. Благодаря размеру и геометрии секции зарядного устройства и контролю температуры слоя частиц можно поддерживать чрезвычайно высокое напряжение и сильноточное электрическое поле. Коллекторная секция может быть расположена на расстоянии ниже по потоку от зарядной секции. Коллекторная секция имеет ряд расположенных на одинаковом расстоянии параллельных пластин, которые расположены параллельно потоку газа. Чередующиеся пластины подключены к источнику высокого напряжения, который создает поле высокой напряженности между пластинами для притяжения и сбора оставшихся заряженных частиц в потоке газа.
[0021]
Недостатки данного технического решения заключаются в сложном конструктивном исполнении прибора, обусловленным тем, что зарядитель прибора состоит из рамы с высоковольтными электродами и рамы нулевых электродов, а рамы электродов изготовлены из стальных труб, внутри которых пропускается вода с нужной температурой для охлаждения/нагревания. Высоковольтные электроды, прикреплённые к раме, могут быть изготовлены из проволоки, труб либо стержней. В качестве нулевых электродов выступают трубы рамы. Использование труб в конструкции минимизирует количество острых углов и позволяет увеличить рабочее напряжение и токи зарядителя. Так же помимо сложной, громоздкой конструкции данное техническое решение не решает проблему очистки воздуха от аэрозолей и мельчайших частиц субмикронного размера, т.к. пластины фильтра-осадителя изготавливаются из листового метала и имеют установленные по периметру пластин трубы для уменьшения напряжённости электрического поля по краям пластины и повышения рабочего напряжения.
Краткое описание
[0022]
Задачей заявленного изобретения является тонкая отчистка воздуха с эффективностью более 99% при сниженном аэродинамическом сопротивлении и упрощении конструкции.
[0023]
Технический результат заключается в повышении эффективности очистки воздуха с одновременным упрощением конструкции и повышением ее надежности.
[0024]
High Efficiency Particulate Air или High Efficiency Particulate Arrestance
высокоэффективное удержание частиц
Поставленная задача решается, и технический результат достигается в изобретении за счёт системы электростатической фильтрации, включающей: блок электростатической зарядки, электрофильтр, расположенный после блока электростатической зарядки, блок фильтров, который может содержать различные фильтры в зависимости от производственных задач и пожеланий заказчика, расположенный после электрофильтра и включающий, по крайней мере, один HEPA-фильтр (– англ.; – рус.), при этом, блок электростатической зарядки включает, по крайней мере, заземлённые электроды и коронирующие электроды, при этом коронирующие электроды выполнены в виде металлической нити установленной на изолированной основе и натянутой вдоль заземлённых электродов, а электрофильтр включает несущую раму внутри, которой установлен набор высоковольтных и заземленных пластин-электродов.
[0025]
Возможно выполнение устройства электростатической фильтрации содержащей дополнительно префильтр расположенный, перед блоком электростатической зарядки.
[0026]
Возможно выполнение устройства электростатической фильтрации содержащей дополнительно блок автоматики, обеспечивающий включение/выключение, управление элементами электростатической фильтрации и её узлами.
[0027]
Возможен вариант выполнения устройства электростатической фильтрации, в которой высоковольтные и заземленные пластины-электроды электрофильтра распложены поочередно.
[0028]
Возможен вариант выполнения устройства электростатической фильтрации, в которой HEPA-фильтр выполнен в виде полого цилиндра из полимерного волокнистого материала с хаотичным расположением волокон.
[0029]
Возможен вариант выполнения устройства электростатической фильтрации, в которой снаружи HEPA-фильтра размещен дополнительный адсорбционно-каталитический фильтр, при этом адсорбционно-каталитический фильтр может быть выполнен в виде двух полых цилиндров из полимерного волокнистого материала с хаотичным расположением волокон, между цилиндрами (обкладками) помещен сорбент.
[0030]
Технический результат достигается в изобретении за счет блока электростатической зарядки, являющегося частью вышеописанного устройства, включающего, по крайней мере, заземлённые электроды и коронирующие электроды, при этом коронирующие электроды выполнены в виде металлической нити установленной на изолированной основе и натянутой вдоль заземлённых электродов.
[0031]
При этом, возможен вариант выполнения блока электростатической зарядки, в котором качестве металлической нити (коронирующий электрод) используется вольфрамовая нить.
[0032]
Возможен вариант выполнения блока электростатической зарядки, в котором заземлённые электроды выполнены в виде набора параллельно расположенных пластин.
[0033]
Возможен вариант выполнения блока электростатической зарядки, в котором высота заземлённых электродов составляет 45-55 миллиметров.
[0034]
Возможен вариант выполнения блока электростатической зарядки, в котором расстояние между заземлёнными и коронирующими электродами 16 -17 миллиметров.
Описание рисунков
[0035]
Объект притязаний по настоящей заявке описан по пунктам и чётко заявлен (описан) в формуле изобретения. Упомянутые выше задачи, признаки и преимущества изобретения очевидны из нижеследующего подробного описания, в сочетании с прилагаемыми чертежами. Заявленное изобретение поясняется следующими фигурами:
[0036]
на фигуре 1 изображена устройство электростатической фильтрации;
[0037]
на фигуре 2 изображен блок электростатической зарядки;
[0038]
на фигуре 3 изображен общий вид электрофильтра.
[0039]
Позиция 100 – устройство электростатической фильтрации;
[0040]
Позиция 110 – блок электростатической зарядки;
[0041]
Позиция 111 – коронирующие электроды;
[0042]
Позиция 112 – заземлённые электроды;
[0043]
Позиция 113 – рама блока электростатической зарядки;
[0044]
Позиция 120 – электрофильтр;
[0045]
Позиция 121 – высоковольтные пластины-электроды электрофильтра;
[0046]
Позиция 122 – заземленные пластины-электроды электрофильтра;
[0047]
Позиция 123 – несущая рама электрофильтра;
[0048]
Позиция 130 – блок фильтров;
[0049]
Позиция 131 – адсорбционно-каталитический фильтр
[0050]
Позиция 132 –HEPA-фильтр
[0051]
Позиция 140 – префильтр;
[0052]
Позиция 150 – блок автоматики;
Подробное описание изобретения
[0053]
В приведенном ниже подробном описании 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.
[0054]
На фигуре 1 изображено устройство электростатической фильтрации 100, которое включает:
[0055]
блок электростатической зарядки 110, представляющий из себя раму 113 с установленными на нее заземлёнными электродами 112 и коронирующими электродами 111, выполненные в виде металлической нити установленной на изолированной основе и натянутой вдоль заземлённых электродов 112. Рама блока электростатической зарядки 113 выполнена металлической, наиболее предпочтительный вариант - выполнение рамы из алюминия. Заземлённые электроды 112 могут быть выполнены в виде набора (ряда) металлических заземленных пластин, как правило используется алюминий (т.к. этот материал наиболее технологичен в производстве и устойчив в коррозии) (см.фиг.2). Коронирующие электроды 111 выполнены в виде металлических нитей из любого металла с высокими значениями пределов текучести и прочности, а так же высокой устойчивости к коррозии, например титан, ниобий, молибден, тантал, вольфрам и рений, наиболее предпочтительный вариант, используемый в заявленном изобретении – это вольфрам, толщина нити, как правило, составляет 0,2 мм, но в зависимости от применяемого материала и решаемых производственных задач толщина может меняться. Высота заземлённых электродов 112 (металлических пластин) зависит от масштабов устройства, в стандартных бытовых или промышленных приборах, используемых в помещениях, может составлять 45-55 миллиметров, такие параметры высоты обусловлены тем, что если пластины меньше 45 миллиметров, то частицы недостаточно долго находятся в поле и следовательно, не получают заряд, а значит будет плохая эффективность фильтрации (осаждение заряженных частиц на фильтрах (электрофильтр 120 и блок-фильтров 130). Если высота заземлённых электродов 112 (металлических пластин) больше 55 миллиметров, то поле будет недостаточно плотным, что так же уменьшит эффективность фильтрации. Таким образом, экспериментально была подобрана высота пластин 112 сорок пять – пятьдесят пять (45-55) миллиметров. Следует отметить, что наиболее часто используемый вариант высоты пластин 112: пятьдесят (50) миллиметров и именно такая высота является оптимальной и эффективной с точки зрения достижения заявленного технического результата, но следует отметить, что в зависимости от условий эксплуатации и пожеланий заказчика, а так же от решения конкретных производственных задач высота пластин 112 может меняться и выходить за пределы заявленного диапазона (45-55 мм). Расстояние между заземлёнными (металлические пластины) 112 и коронирующими (металлические (вольфрамовые) нити) 111 электродами составляет 16-17 миллиметров, именно такой диапазон расстояния обеспечивает наиболее высокую плотность поля, что приводит к достаточно эффективной зарядке частиц. Если расстояние увеличивать, что эффективность будет уменьшаться. Если расстояние уменьшать, то блок электростатической зарядки 110 будет пробивать (будет искра, дуга между коронирующими 111 и заземлёнными 112 электродами). При этом, наиболее часто используемый вариант расстояния составляет 16,5 миллиметров именно такое расстояние способствует максимально эффективному достижению заявленного технического результата.
[0056]
Функционирование блока электростатической зарядки 110 происходит следующим образом: к коронирующим электродам 111 подается высокое напряжение (как правило - до 12 кВ), таким образом, коронирующий электрод 111 и заземленный электрод 112 между собой создают электростатическое поле, пролетая через которое частицы (мелкие частицы дисперсной фазы, такие как твёрдые частицы пыли сажи и мельчайшие жидкие частицы, то есть аэрозоли и биоаэрозоли в т.ч. частицы субмикронного размера) получают заряд, кроме того, блок электростатической зарядки 110 продуцирует озон из, поступающего в него вместе с воздушным потоком, кислорода, таким образом, за счет озона, продуцируемого из кислорода блоком 110 в бактерицидных концентрациях, обеспечивается инактивация вирусов, бактерий, а также спор плесневых грибов. Описанное конструктивное исполнение блока электростатической зарядки 110 позволяет обеспечить минимальный перепад давления в блоке 110, минимальный габарит и модульность конструкция позволяет легко масштабировать устройство, увеличивать длину и ширину блока электростатической зарядки 110. Можно использовать несколько блоков электростатической зарядки 110 в ряд и подряд. Можно из большого количества собирать различные системы/устройства для приборов разной производительности (конструкция имеет длину 50 или 100 мм.) так же подобное конструктивное исполнение обеспечивает минимизацию количества деталей, простоту сборки (нити легко натягиваются, плоские пластины легки в производстве), при сервисном обслуживании есть свободный доступ ко всей поверхности пластин и нитям, до них легко дотянутся и протереть. Таким образом, обеспечивается технический результат заключающийся в повышении эффективности очистки воздуха с одновременным упрощением конструкции и решается задача, заключающаяся в тонкой отчистки воздуха с эффективностью более 99% при сниженном аэродинамическом сопротивлении и упрощении конструкции;
[0057]
Электрофильтр 120, располагается сразу после блока электростатической зарядки 110. Общий вид электрофильтра 120 представлен на фигуре 3. Электрофильтр 120 состоит из несущей рамы 123, в которую установлен набор высоковольтных 121 и заземленных 122 пластин-электродов. Конструкция электрофильтра сделана таким образом чтобы, высоковольтные и заземленные пластины-электроды чередовались друг с другом, обеспечивая однородное электрическое поле внутри фильтра 120 без промежутков, что обеспечивает осаждение электрически заряженных частиц (частицы дисперсной фазы, такие как твёрдые частицы пыли сажи и мельчайшие жидкие частицы, то есть аэрозоли и биоаэрозоли в т.ч. частицы субмикронного размера). Несущая рама 123 электрофильтра 120 выполнена металлической, наиболее предпочтительный вариант - выполнение рамы из алюминия. Высоковольтные 121 и заземленные 122 пластины-электроды выполнены из металла, преимущественно используется алюминий.
[0058]
Использование алюминия обеспечивает технологичность производства и устойчивость к коррозии, а следовательно увеличивается, срок службы и качество работы (в т.ч. фильтрации), а так же снижается вес электрофильтра, что упрощает проведение сервисного обслуживания. т.к. этот материал обладает технологичностью при производстве и устойчив к коррозии, кроме того позволяет уменьшить вес конструкции обеспечивая тем самым мобильность всей установки. Однако достижение заявленного технического результата возможно при применении иного металла с низкокорозийными свойствами.
[0059]
Расположение электрофильтра 120 после блока электростатической зарядки 110 и при этом, перед блоком фильтров 130 обеспечивает своеобразную предварительную фильтрацию забирая на себя часть загрязнений в виде заряженных в блоке электростатической зарядки 110 частиц и тем самым снижая нагрузку на блок фильтров 130 и увеличивая их срок службы и увеличивая качество фильтрации, а следовательно повышается и эффективность очистки воздуха с одновременным упрощением конструкции;
[0060]
блок фильтров 130 располагается после электрофильтра 120 и включает, по крайней мере, один HEPA-фильтр 132, при этом, HEPA-фильтр 132 может быть выполнен в виде полого цилиндра из полимерного волокнистого материала с хаотичным расположением волокон, кроме того блок фильтров может содержать адсорбционно-каталитический фильтр 131,который может быть выполнен в виде двух полых цилиндров (обкладок) из полимерного волокнистого материала с хаотичным расположением волокон разного диаметра расположенных коаксиально друг другу с пространством между ними, заполненным сорбентом (не показано на рисунке). HEPA-фильтр может быть изготовлен методом экструзии из полипропиленового волокна, которое наматывается на цилиндрическую оснастку. Такая технология позволяет обеспечить максимальную площадь фильтра 132, таким образом, уменьшая воздушную нагрузку (скорость воздуха) на фильтр, и как следствие этого повышая эффективность фильтрации и существенно снижая аэродинамическое сопротивление фильтра (перепад давления). В качестве материала изготовления возможно использование любого полимерного волокнистого материала, например из полипропилена, полиэтилена или полиуретана, таким образом обеспечивается высокая устойчивость по отношению к внешним агрессивным факторам, к биологическому воздействию (плесень, грибок и пр.), так же, такой материал токсически безопасный – не выделяет вредных веществ, кроме того, такой материал обладает низкой гидроскопичностью (поглащает мало влаги), что так же способствует повышению эффективности фильтрации воздуха в установке обеззараживателя-очистителя воздуха. Выполнение HEPA-фильтра 132 в виде полого цилиндра является наиболее предпочтительным вариантом исполнения, так как приводит к дополнительному уменьшению воздушной нагрузки на фильтр, и как следствие этого повышает эффективность фильтрации и существенно снижет аэродинамическое сопротивление фильтра (перепад давления). Однако, технический результат может достигаться и фильтрами другой формы и конструкции, например конусной или в форме параллелепипеда. Снаружи HEPA-фильтра 132 может быть расположен адсорбционно-каталитический фильтр 131, который может быть выполнен в виде двух полых цилиндров (обкладок) из полимерного волокнистого материала с хаотичным расположением волокон разного диаметра расположенных коаксиально друг другу с пространством между ними заполненным сорбентом. В качестве которого может использоваться активированный уголь или любой другой сорбент, образуя с внутренним HEPA-фильтром конструкцию «матрёшка». Таким образом, конструкция адсорбционно-каталитического фильтра является наиболее рациональной, т.к. позволяет увеличить объём сорбента в фильтре без увеличения габарита установки, что увеличивает ёмкость фильтров к газообразным загрязнителям. Помимо этого, используемая конструкция обеспечивает низкие трудозатраты на проведение сервисного обслуживания (в т.ч. замена фильтров).
[0061]
В устройстве для сильно загрязненных помещений может применяться префильтр 140, который задерживает крупную пыль и препятствует попаданию внутрь прибора грязи, пуха, шерсти с поступающим из вне потоком воздуха. В качестве префильтра, как правило используется фильтр грубой очистки класса G3 G4, что увеличивает срок службы блока электростатической зарядки 110. А так же уменьшает нагрузку на электрофильтр 120 и блок фильтров 130 и повышает эффективность фильтрации с одновременным упрощением конструкции. Такой фильтр не является обязательным, поскольку очистка от крупной пыли и загрязнений может осуществляться самостоятельно другим устройством.
[0062]
Блок автоматики 150 служит для включения/выключения устройства электростатической фильтрации 100, а так же для управления элементами устройства и её узлами и обеспечивает бесперебойную работу как отдельных её узлов, так и всего устройства в целом, обеспечивая тем самым бесперебойную фильтрацию воздуха при одновременном упрощением конструкции устройства.
[0063]
Устройство электростатической фильтрации 100 функционирует следующим образом: загрязнённый воздух, содержащий в себе различные загрязнители (крупную пыль, грязь, пух, шерсть, а так же мелкие частицы дисперсной фазы, такие как твёрдые частицы пыли сажи и мельчайшие жидкие частицы, то есть аэрозоли и биоаэрозоли), поступая в устройство электростатической фильтрации 100 проходит через префильтр 140, следует отметить, что это не является обязательным этапом и имеет необходимость только в случае сильно загрязненного воздуха, содержащего крупные загрязнители. Префильтр150 задерживает крупную пыль и препятствует попаданию внутрь прибора грязи, пуха, шерсти и т.п., кроме того префильтр 150 упорядочивает поток воздуха. Далее, пройдя через префильтр 150, либо сразу без данного этапа, поток воздуха очищенный от крупных загрязнителей и упорядоченный поступает в блок электростатической зарядки 110. Подается высокое напряжение к коронирующим электродам 111 (как правило - до 12 кВ), например это может быть выполнено при помощи блока автоматики 150, который подаёт команду на подачу напряжения электродам 111, таким образом, коронирующий электрод 111 и заземленный электрод 112 между собой создают электростатическое поле, пролетая через которое частицы (мелкие частицы дисперсной фазы, такие как твёрдые частицы пыли сажи и мельчайшие жидкие частицы, то есть аэрозоли и биоаэрозоли в т.ч. частицы субмикронного размера) получают заряд, кроме того, блок электростатической зарядки 110 продуцирует озон из, поступающего в него вместе с воздушным потоком, кислорода, таким образом, за счет озона, продуцируемого из кислорода блоком 110 в бактерицидных концентрациях, обеспечивается инактивация вирусов, бактерий, а также спор плесневых грибов.
[0064]
Конструктивные особенности блока электростатической зарядки 110, заключающиеся в том, что блок электростатической зарядки 110 содержит, по крайней мере, коронирующие электроды 111 и заземлённые электроды 112, где коронирующие электроды 111 выполнены в виде металлической нити, установленной на изолированной основе и натянутой вдоль заземлённых электродов 112 позволяет достичь заявленный технический результат, заключающийся в повышении эффективности очистки воздуха с одновременным упрощением конструкции. Кроме того, благодаря оптимально подобранному расположению, размеру и материалов заземлённых и коронирующих электродов обеспечивает минимальное аэродинамическое сопротивление, то есть значительно уменьшается перепад давления при достаточно эффективной зарядке частиц, что способствует еще большему повышению эффективности очистки воздуха с одновременным упрощением конструкции и решает задачу по отчистке воздуха с эффективностью более 99% при сниженном аэродинамическом сопротивлении и упрощении конструкции. После прохождения блока электростатической зарядки 110 поток воздуха несущий в себе заряженные частицы (мелкие частицы дисперсной фазы, такие как твёрдые частицы пыли сажи и мельчайшие жидкие частицы, то есть аэрозоли и биоаэрозоли в т.ч. частицы субмикронного размера) проходит через электрофильтр 120, на пластинах электрофильтра осаживается крупнодисперсная фракция частиц, таким образом электрофильтр снижает нагрузку на блок фильтров 130 и увеличивая их срок службы и увеличивая качество фильтрации, а следовательно повышается и эффективность очистки воздуха с одновременным упрощением конструкции. Далее воздух значительно очищенный от загрязнений, в виде заряженных частиц дисперсной фазы, таких как твёрдые частицы пыли сажи и мельчайшие жидкие частицы, то есть аэрозоли и биоаэрозоли в т.ч. частицы субмикронного размера, поступает в блок фильтров, где первоначальное улавливание аэрозольных частиц происходит под действием классических механизмов фильтрации, то есть HEPA-фильтр благодаря хаотичному расположению волокон чисто механически улавливает частицы. Однако по мере накопления электрически заряженных частиц в фильтре, в нём происходит увеличение напряженности электрического поля, что приводит к наведению диполей в самом материале фильтра. В результате внутри HEPA-фильтра 132 формируется электрическое поле, сложной и во многом случайной геометрической конфигурации. Как следствие, электрически заряженные аэрозольные частицы по мере протекания через такой фильтр испытывают разнонаправленные и переменные по амплитуде электростатические силы. Это в свою очередь вносит существенные колебания в траекторию движения частиц внутри HEPA-фильтра 132 аналогично диффузионному механизму осаждения. Однако в отличии от диффузионного механизма, который по сути является броуновским движением частиц и вносит основной вклад в удержание частиц с размерами менее 0,1 мкм, колебания, вносимые электростатическими силами, оказывают существенное воздействие и на частицы размером более 0,1 мкм. Эффективность очистки воздуха таким фильтром увеличивается по мере накопления электрического заряда, но до тех пор, пока скорость естественного стекания и уноса электрических зарядов не выровняется со скоростью накопления заряда от аэрозольных частиц. Таким образом, подобная конструкция позволяет обеспечить осаждение частиц в HEPA-фильтре 132 не только благодаря механическому осаждению частиц в волокнах HEPA-фильтра, но и благодаря коронному разряду, генерируемому в блоке электростатической зарядке.
[0065]
Благодаря описанным выше базовым конструктивным особенностям устройства электростатической фильтрации 100 и блока электростатической зарядки 110, а именно, особенностям, заключающимся в том, что устройство электростатической фильтрации 100 содержит, по крайней мере, блок электростатической зарядки 110, электрофильтр 120, расположенный после блока электростатической зарядки 110, блок фильтров 130, расположенный после электрофильтра и включающий, по крайней мере, один HEPA-фильтр 132, при этом, блок электростатической зарядки 110 включает, по крайней мере, коронирующие электроды 111 и заземлённые электроды 112 и, при этом коронирующие электроды 111 выполнены в виде металлической нити, установленной на изолированной основе и натянутой вдоль заземлённых электродов 112; электрофильтр включает несущую раму 123, внутри которой установлен набор высоковольтных 121 и заземленных 122 пластин-электродов, а так же благодаря описанному механизму фильтрации, решается задача заявленного изобретения, заключающаяся в тонкой отчистке воздуха с эффективностью более 99% при сниженном аэродинамическом сопротивлении и упрощении конструкции, а также обеспечивается технический результат, заключающийся в повышении эффективности очистки воздуха с одновременным упрощением конструкции устройства.
[0066]
Ещё более эффективному решению поставленной задачи (тонкая отчистка воздуха с эффективностью более 99% при сниженном аэродинамическом сопротивлении и упрощении конструкции) и достижению заявленного технического результата (повышение эффективности очистки воздуха с одновременным упрощением конструкции) способствуют конструктивные особенности, заключающиеся в оптимально подобранном расположению, размеру и материалов элементов и улов устройства электростатической фильтрации 100 и блока электростатической зарядки 110, компоновки и конструкции блока фильтров.
[0067]
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 испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.