УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ТОКСИЧНЫХ И ГОРЮЧИХ КОМПОНЕНТОВ

Полезная модель относится к каталитической очистке воздуха и отходящих газов от токсичных и горючих компонентов и может быть использовано в вытяжных вентиляционных системах закрытых гаражных помещений, автостоянок, локомотивных депо и т.п., в двигателях внутреннего сгорания, а также для очистки газовых выбросов в нефтяной и химической промышленности.
Известно устройство и способ очистки вентиляционных выбросов, содержащих токсичные компоненты, из закрытых помещений (патент РФ №2172641, МКИ В01D 53/02, опубл. 27.08.2001, БИ №24), где применяют сорбционно-каталитическую очистку загрязненного воздуха. Устройство содержит фильтрующий модуль, содержащий слой сорбента и слой катализатора, и блок нагревания очищаемого воздуха. Недостатком данного технического решения является то, что применяемые в нем адсорбенты на основе активированного угля имеют ограниченную емкость по сорбируемым веществам, а их регенерация требует демонтажа модуля с адсорбентом. Кроме того, необходимая степень очистки воздуха с их помощью достигается только при невысоких скоростях его прохода через фильтр, что сказывается на надежности работы по очистке загрязненного воздуха и газов и размерах фильтра.
Известно устройство (патент РФ №2054123, МКИ F01N 3/28, опубл. 10.02.1996, БИ №4.) для очистки отходящих газов автомобиля, реализующее способ ускоренного срабатывания катализаторного блока отходящих газов. Устройство представляет собой два последовательно расположенных по ходу очищаемого газа каталитических блока, первый из которых вспомогательный и подключен к электросети автомобиля с возможностью его нагрева проходящим через него электрическим током. Тем самым обеспечивается ускорение его срабатывания при запуске двигателя из холодного состояния. Недостаток такого устройства заключается в том, что оно существенно перегружает электросистему автомобиля, что затрудняет запуск двигателя и приводит к ускоренной разрядке аккумулятора. Другой его недостаток в том, что при пропускании очищаемых газов через вспомогательный нагретый катализаторный блок происходит нагревание газов, приводящее к снижению температуры вспомогательного катализаторного блока, и тем самым к недостаточно эффективной очистки отходящих газов. Кроме того, устройство не обладает необходимым быстродействием и для эффективной очистки загрязненного воздуха, в данном случае, необходим непрерывный нагрев такого устройства очистки, что требует дополнительных затрат энергии.
Наиболее близким по принципу действия и технической сущности является «Установка для очистки воздуха и отходящих газов от токсичных и горючих компонентов» (патент РФ №2277010, МКИ B01D 53/86, F01N 3/28, опубл. 2006.05.27), которое обеспечивает устранение вышеперечисленных недостатков. Это достигается тем, что установка для очистки воздуха и отходящих газов от токсичных и горючих компонентов содержит теплообменник, нагреватель и каталитический нейтрализатор. Эти устройства соединены последовательно по ходу очищаемого воздуха или газов и помещены внутрь теплонакопительного устройства, снабженного системой нагрева и системой контроля температуры. Теплонакопительное устройство может быть выполнено в виде емкости, заполненной материалом, обладающим теплоемкостью от 0,2 ккал/кг × град. С и выше и термостабильностью в интервале рабочих температур 350-450°С. В качестве материала может быть выбран твердый зернистый материал или смесь солей с температурой плавления 250-400°С.
Такое выполнение установки, обеспечивая необходимую степень очистки воздуха и отходящих газов от токсичных и горючих компонентов, сокращает время, необходимое для начала каталитической очистки загрязненного воздуха или газов, благодаря заблаговременному прогреву каталитического нейтрализатора установки и поступающих на очистку воздуха или газов. Система нагрева и система контроля температуры теплонакопительного устройства подключаются к общей системе регулирования работы всей вытяжной вентиляционной очистительной системой (в случае очистки загрязненного воздуха в помещениях). Однако для данной установки характерны следующие недостатки:
- установка предназначена для работы в закрытых гаражных помещений, автостоянок, локомотивных депо, в двигателях внутреннего сгорания, а также для очистки газовых выбросов в нефтяной и химической промышленности. Из-за того, что воздух из установки выходит раскаленный, то использование его в закрытых помещениях, особенно с легковоспламеняющимися и взрывоопасными веществами нецелесообразно по условиям нарушения мер безопасности;
- так как система нагрева материала и система контроля температуры связаны с системой регулирования работы всей вытяжной вентиляционной очистительной системой, то в случае очистки загрязненного воздуха в удаленных от нее помещениях не представляется возможным.
Задачей полезной модели является улучшение технических характеристик устройства при одновременном повышении мер противопожарной безопасности.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в возможности непрерывного и независимого управления и регулирования температуры очищенного воздуха и теплоизолирующего материала. Это позволяет
использовать устройство автономно.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для очистки воздуха от токсичных и горючих компонентов содержит теплообменник, нагреватель воздуха, системы нагрева теплоизолирующего материала, каталитический нейтрализатор, а также датчики температуры очищенного воздуха и теплоизолирующего материала, установленные в единый корпус, заполненный теплонакопительным материалом. При этом в устройство дополнительно введен блок регулирования и управления, входы которого соединены с датчиками температуры очищенного воздуха и теплоизолирующего материала, а выход - с системой нагрева теплоизолирующего материала и охлаждающим элементом, установленным между теплообменником и выходом устройства.
На фиг.1 показана блок-схема заявляемого устройства для очистки воздуха и отходящих газов от токсичных и горючих компонентов,
где: 1 - теплообменник;
2 - нагреватель;
3 - каталитический нейтрализатор;
4 - корпус;
5 - теплонакопительный материал;
6 - нагревательный элемент;
7 - датчик температуры очищенного воздуха;
8 - датчик температуры теплонакопительного материала;
9 - блок управления и регулирования;
10 - охлаждающий элемент.
Установка содержит последовательно установленные по ходу очищаемого воздуха или газов теплообменник 1, нагреватель 2, каталитический нейтрализатор 3, установленные в единый корпус 4, представляющий собой емкость, заполненную теплонакопительным материалом 5. Корпус 4 с теплонакопительным материалом 5 снабжен нагревательными элементами 6, датчиком температуры очищенного воздуха или газа 7, датчиком температуры материала 8, соединенными с блоком регулирования и управления 9. Стенки корпуса 4, в соответствии с требованием безопасности, выполняются из теплоизолирующего материала.
Устройство работает следующим образом.
Перед запуском устройства в блок управления и регулирования 9 устанавливается первоначальная температура теплонакопительного материала 5, а также устанавливается температура воздуха, при которой начинает работать охлаждающая система 10.
При запуске устройства поток воздуха поступает в теплообменник 1, далее проходит
по цепочке: теплообменник 1 - нагреватель 2 - каталитический нейтрализатор 3 - теплообменник 1 и удаляется в атмосферу. Одновременно блок управления и регулирования 9 включает нагревательный элемент 6 и настраивает датчики температуры 8 теплонакопительного материала 5 в устройстве 4. Теплонакопительный материал 5 работает в режиме накопления тепла и температура материала растет. После достижения установленной температуры материала 5 блок управления и регулирования 9 снижает напряжение питания нагревательного элемента 6 и очистительная система переходит в режим ожидания поступления загрязненного воздуха.
При этом регулирование работы нагревательного элемента 6 проводится так, чтобы количество тепла, поступающего в теплонакопительное устройство 4, было достаточным для компенсации его потерь в окружающую среду. По сигналу внешнего газоанализатора, фиксирующее наличие токсичных примесей в воздухе, поступающем в установку для очистки, и установленного на расстоянии, обеспечивающим сдвиг времени фактического поступления загрязненного воздуха на установку очистки от времени подачи сигнала не менее чем на 2-5 сек, включается нагреватель 2 и датчик 7 контроля температуры очищенного воздуха.
Устройство начинает работать в режиме очистки воздуха, загрязненного токсичными и горючими компонентами воздуха. При увеличении установленной температуры воздуха, блок управления и регулирования 9 подает сигнал на охлаждающую систему 10, и она начинает работу пока температура воздуха не достигнет нормальной. По мере увеличения количества тепла, выделяемого в каталитическом нейтрализаторе 3, система регулирования 7 уменьшает мощность тока, поступающего в нагревательную систему 8 так, чтобы температура материала 9 не превышала в процессе работы установленную температуру. В случае превышения температуры воздуха на выходе устройства включается охлаждающая система 10.
Таким образом, для предлагаемого устройства характерно улучшение технических характеристик и повышение мер противопожарной безопасности. Устройство обладает быстродействием из-за ее постоянной готовности к очистке загрязненного воздуха. Наиболее эффективное его использования возможно в вытяжных вентиляционных системах с прерывистым поступлением в вентиляционную систему загрязненного воздуха или отходящих газов при минимально возможном расходе электроэнергии на подогрев очищаемого воздуха или газа. При этом обеспечивается надлежащий уровень очистки очищаемого воздуха или газа, поскольку каталитический нейтрализатор установки работает в оптимальном режиме.