ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ОЧИСТИТЕЛЬ ВОЗДУХА
ELECTRICAL AIR CLEANER

1. Область техники
Изобретение относится к электрическим очистителям воздуха и может быть использовано на различных промышленных предприятиях, заводах и других производствах, в медицине, детских садах, образовательных учреждениях, в транспортных средствах, а также в быту для очистки воздуха или других невзрывоопасных газов от частиц аэрозолей - твердых и/или жидких частиц, взвешенных в газовой среде (например, частиц пыли, дыма, тумана, плесени, запахов, бактерий, клещей и продуктов их жизнедеятельности и других загрязнений).
2. Уровень техники
Известно устройство для очистки воздуха, описанное в патенте RU 2233708 по кл. В03С 3/10. Это известное устройство для очистки воздуха от пыли содержит корпус с каналом для прохождения воздуха, внутри которого установлена электродная группа, состоящая из коронирующего электрода и осадительного электрода в виде ленты с токопроводящим слоем. За пределами устройства находится две бобины - на одну в свободном состоянии намотана лента, а другая приводится в движение электроприводом и на ней закреплен свободный конец ленты. Привод содержит автоматическое устройство, которое контролирует состояние осадительного электрода. Когда электрод загрязнен, устройство подает сигнал на включение привода для наматывания загрязненного участка ленты.
Недостатки данного устройства:
i. относительно невысокое качество очистки, так как параметры осадительного электрода не способствуют предотвращению некоторых негативных факторов, приводящих к вторичному уносу;
ii. эксплуатационные затраты на замену и утилизацию осадительной ленты с токопроводящим слоем.
Прототипом заявленного изобретения является устройство для очистки воздуха от пыли, описанное в патенте RU 2163167 по кл. В03С 3/10 за 1999 г. Это известное устройство содержит корпус с каналом для прохождения воздуха и внутри этого канала установлены коронирующие электроды с отрицательным потенциалом и осадительные электроды в виде бесконечных диэлектрических лент, заряженные положительным потенциалом дополнительными коронирующими электродами. Осадительные электроды постоянно движутся в зоне очистки от приводных шкивов, при этом вне зоны очистки вблизи осадительных электродов установлены заземленные пылесъемные вращающиеся щетки. Кроме того, в этом устройстве предусмотрен бункер для сбора крупных частиц пыли.
Хотя это устройство и обеспечивает высокое качество очистки воздуха, однако в нем имеет место ряд недостатков:
i. повышенная концентрация вредных газов - озона и окислов азота на выходе (наличие дополнительных коронирующих электродов для зарядки лент, несколько коронирующих электродов в активной зоне, отрицательный потенциал на коронирующих электродах);
ii. неэффективность утилизации уловленных частиц (часть уловленной пыли может перейти во взвешенное состояние);
iii. эксплуатационные затраты, связанные с использованием вращающихся пылесъемных щеток (износ щеток и бесконечных лент) и с энергетическими затратами на зарядку лент.
3. Раскрытие изобретения
Технической задачей заявленного изобретения является обеспечение высокого качества очистки воздуха, снижение количества выработки вредных газов (озона, окислов азота), повышение эффективности утилизации уловленных частиц, снижение эксплуатационных затрат.
Задача решается за счет того, что электрический очиститель воздуха содержит корпус с входным и выходным отверстиями для прохождения воздуха, привод бесконечных лент с верхними и нижними шкивами, электродную группу, состоящую из коронирующего электрода и осадительных электродов в виде бесконечных лент, приводимых в движение от шкивов привода, устройство электрического питания,
и от прототипа заявленное изобретение отличается следующими признаками:
очиститель дополнительно содержит вторую зону очистки - осадитель, расположенную за коронирующим электродом по ходу движения воздуха, которая образована электродной группой, состоящей из параллельно расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга осадительных электродов в виде бесконечных лент, приводимых в движение от шкивов привода, а в пространстве между осадительными электродами образованы каналы для прохождения воздуха, и в каждом канале параллельно ближайшим осадительным электродам и равноудаленно от них расположен отталкивающий электрод в виде электропроводной пластины, который имеет потенциал той же полярности, что и коронирующий электрод; при этом количество осадительных электродов осадителя 2 или более;
очиститель дополнительно содержит емкости с жидкостью, при этом нижние ведомые шкивы привода лент осадительных электродов погружены в емкости, а ленты осадительных электродов выполнены с возможностью удержания на поверхности слоя жидкости, за счет чего осадительные электроды покрыты жидкостной пленкой;
коронирующий электрод выполнен в виде проволоки или стержня;
осадительные электроды обладают электрической проводимостью, которая обеспечена электрической проводимостью бесконечных лент и/или электрической проводимостью жидкостной пленки на них;
кроме того, устройство питания выполнено с возможностью обеспечения разности потенциалов между коронирующим и осадительным электродами от 10 до 100 кВ, а также с возможностью обеспечения разности потенциалов между отталкивающим и осадительным электродами, а величина разности определяется по зависимости Ρ=EX, где
Ρ - разность потенциалов между отталкивающим электродом и осадительным электродом, кВ;
Ε - величина, принимающая значения от 1 до 20 кВ/см;
X - минимальное расстояние между отталкивающим электродом и осадительным электродом, см.
Техническими результатами изобретения являются:
i. обеспечение высокого качества очистки воздуха от частиц аэрозолей:
• за счет свойств дополнительной зоны очистки - осадителя, в которой обеспечено направленное движение заряженных частиц аэрозолей к осадительным электродам и их осаждение;
• за счет создания жидкостной пленки на поверхности каждого осадительного электрода, которая улучшает условия адгезии осевших частиц к электроду;
• за счет того, что в активной зоне постоянно находится чистый осадительный электрод;
• за счет свойств устройства питания:
– по созданию электрического поля в зарядной зоне, обеспечивающего направленное движение заряженных частиц аэрозолей в направлении от коронирующего электрода к осадительным электродам;
– по созданию электрического поля в осадительной зоне (осадителе), обеспечивающего направленное движение заряженных частиц аэрозолей в направлении от отталкивающего электрода к осадительным электродам;
ii. снижение количества выработки вредных газов (озона, окислов азота):
• за счет исключения из конструкции дополнительных коронирующих электродов для зарядки лент;
• за счет использования единственного коронирующего электрода в активной зоне;
• за счет использования коронирующего электрода в виде проволоки или стержня;
• за счет использования положительного потенциала на коронирующем электроде;
iii. повышение эффективности утилизации уловленных частиц за счет того, что уловленные частицы накапливаются в жидкости;
iv. снижение эксплуатационных затрат:
• за счет исключения из конструкции вращающихся пылесъемных щеток;
• за счет исключения из конструкции дополнительных коронирующих электродов для зарядки диэлектрических лент.
В частном случае реализации изобретения электродная группа осадителя содержит четыре или более осадительных электрода, а в продольном сечении очистителя кратчайшие расстояния от поверхностей осадительных электродов до коронирующего электрода одинаковы или различаются, причем отношение минимального из расстояний к максимальному из расстояний находится в диапазоне значений от 0,5 до 1, кроме того, в продольном сечении электрического очистителя воздуха угол между линиями, соединяющими по кратчайшему расстоянию коронирующий электрод и поверхности крайних осадительных электродов, принимает значение из диапазона от 30 до 180°. Такая компоновка обеспечит повышение качества очистки воздуха, а также обеспечит создание воздушного потока, направленного от коронирующего электрода в сторону выходного отверстия в корпусе за счет эффекта ионного ветра, что позволит устройству во время работы самостоятельно (без использования устройств наподобие вентилятора) обеспечить поток воздуха для очистки.
В частном случае реализации изобретения в качестве жидкости использована вода; это позволит получить дополнительный технический результат - заявленное устройство дополнительно будет выполнять функцию увлажнителя воздуха, работающего по принципу естественного испарения.
В частном случае реализации изобретения за входным отверстием и перед выходным отверстием в корпусе по направлению движения воздуха установлены сетки или решетки из непроводящего материала; это обеспечит повышение качества очистки.
В частном случае реализации изобретения за входным отверстием и перед выходным отверстием в корпусе по направлению движения воздуха установлены сетки или решетки из проводящего материала, которые соединены непосредственно, или через сопротивление с проводником устройства питания, подключенным к осадительным электродам; это обеспечит повышение качества очистки и снижение концентрации ионов вблизи очистителя.
4. Описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются иллюстрирующими материалами частного случая выполнения.
На фиг. 1 изображено продольное сечение варианта электрического очистителя воздуха с электродной группой осадителя, содержащей четыре осадительных электрода.
На фиг. 2 изображено продольное сечение варианта электрического очистителя воздуха с электродной группой осадителя, содержащей два осадительных электрода.
На фиг. 3 изображен сплошной бортик вокруг участка осадительного электрода в месте пересечения с поверхностью жидкости, движущегося по направлению от верхнего шкива к нижнему шкиву.
На фиг. 4 изображен изолирующий бортик в месте крепления коронирующего электрода к стенке корпуса или опоре.
На фиг. 5 изображено продольное сечение двухсекционного варианта электрического очистителя воздуха с электродной группой осадителя, содержащей два осадительных электрода.
5. Осуществление изобретения
Технической задачей заявленного изобретения является обеспечение высокого качества очистки воздуха, снижение количества выработки вредных газов (озона, окислов азота), повышение эффективности утилизации уловленных частиц, снижение эксплуатационных затрат.
Задача решается за счет использования всей совокупности признаков независимого пункта формулы изобретения. Усиление эффекта, или получение дополнительных эффектов в частных вариантах реализации изобретения может быть достигнуто за счет использования дополнительных признаков, приведенных в зависимых пунктах формулы изобретения и описании.
Обеспечение высокого качества очистки воздуха от частиц аэрозолей достигается:
• за счет использования дополнительной зоны очистки - осадителя, в которой обеспечено направленное движение заряженных частиц аэрозолей к осадительным электродам за счет свойств электрического поля между отталкивающими и осадительными электродами и последующее их осаждение: известно [5], что процесс очистки определяется величиной напряженности электрического поля; высокие значения напряженности электрического поля обеспечиваются свойствами осадителя: известно [5], что в осадительной зоне (осадителе) двухзонного электрофильтра (в таких электрофильтрах зарядная зона и осадительная зона конструктивно разделены) возможно создание напряженности электрического поля почти в два раза большей, чем в осадительной зоне однозонного электрофильтра (в таких электрофильтрах зарядка и осаждение выполняются в одной зоне);
• за счет создания жидкостной пленки на поверхностях осадительных электродов, которая улучшает условия адгезии частиц к электроду; силы адгезии, удерживающие частицы на осадительном электроде, являются сочетанием молекулярных сил (сил типа Лондона-Ван-дер-Ваальса), электростатического притяжения и капиллярного поверхностного натяжения вследствие присутствия влаги, а при достаточном количестве влаги силы капиллярного притяжения имеют тот же порядок, что и молекулярные и электростатические силы [3]; также известно [1], что при наличии на поверхности материала пленки смачивающей жидкости, силы адгезии значительно повышаются; улучшение условий адгезии обеспечивает устранение следующих факторов, снижающих качество очистки, или уменьшает их негативное воздействие:
• унос частиц с низким УЭС (такие частицы пыли быстро перезаряжаются при касании с осадительным электродом и на них начинает действовать кулоновская сила отталкивания, которой противодействуют молекулярные адгезионные силы; в случае недостаточных сил адгезии, частицы вновь попадают в воздушный поток [5]);
• проскальзывание или срыв осевших частиц (в случае, если молекулярные силы адгезии, а также кулоновская сила притяжения, которая уменьшается с течением времени, недостаточны для преодоления воздействия воздушного потока, такие частицы проскальзывают по поверхностям осадительных электродов [3] или могут быть сорваны потоком);
• за счет того, что в активной зоне постоянно находится чистый осадительный электрод; это обеспечивает устранение следующих факторов, снижающих качество очистки, или уменьшает их негативное воздействие:
• срывание частиц, осевших на загрязненном осадительном электроде (в случае, если действие воздушного потока превосходит силы адгезии между частицами в слое [1]);
• эрозия осажденного слоя (осаждающиеся частицы при столкновении с осевшим на осадительном электроде слоем могут выбивать из него частицы [2]);
• вырывание частиц из осажденного слоя при искровом пробое [1];
• сокращение межэлектродного пространства, которое приводит к искровым пробоям [1], повышению скорости воздушного потока вблизи осадительных электродов и увеличению гидравлического сопротивления;
• уменьшение тока коронного разряда за счет повышения сопротивления межэлектродного промежутка или за счет накапливания в слое заряда того же знака, что и потенциал коронирующего электрода; эти явления происходят при образовании на осадительном электроде слоя с высоким сопротивлением [2];
• возникновение обратного коронного разряда в слое осажденных частиц; это происходит при образовании на осадительном электроде слоя с высоким сопротивлением [2];
• ухудшение параметров электрического поля вблизи осадительного электрода (если скорость разряда слоя достаточно низкая, то слой будет накапливать потенциал того же знака, что и коронирующий электрод; в этом случае на заряженные осаждающиеся частицы вблизи осадительного электрода будет действовать отталкивающая сила [5]);
• за счет свойств устройства питания:
• по созданию электрического поля в зарядной зоне, обеспечивающего направленное движение заряженных частиц аэрозолей в направлении от коронирующего электрода к осадительным электродам;
• по созданию электрического поля в осадительной зоне (осадителе), обеспечивающего направленное движение заряженных частиц аэрозолей в направлении от отталкивающего электрода к осадительным электродам.
Снижение количества выработки вредных газов (озона, окислов азота) достигается:
• за счет исключения из конструкции дополнительных коронирующих электродов для зарядки лент;
• за счет использования единственного коронирующего электрода;
• за счет использования коронирующего электрода в виде проволоки или стержня, согласно данным из [6];
• за счет использования положительного потенциала на коронирующем электроде (известно [1], что отрицательная корона вырабатывает примерно в 8 раз больше вредных газов - озона и окислов азота, чем положительная).
Повышение эффективности утилизации уловленных частиц достигается за счет того, что уловленные частицы накапливаются в жидкости; это препятствует переходу уловленных частиц во взвешенное в воздухе состояние;
Снижение эксплуатационных затрат достигается:
• за счет исключения из конструкции вращающихся пылесъемных щеток (щетки и бесконечные ленты, контактирующие с ними, подвержены износу);
• за счет исключения из конструкции дополнительных коронирующих электродов для зарядки диэлектрических лент и источников питания этих электродов (снижение энергетических затрат на зарядку лент).
Диапазон допустимых значений разности потенциалов между коронирующим электродом и осадительным электродом обоснован тем, что увеличение разности свыше 100 кВ будет приводить к возрастанию угрозы электрического пробоя и увеличению габаритов устройства, а снижение разности ниже 10 кВ - к увеличению концентрации озона [6].
В частном случае реализации изобретения электродная группа осадителя содержит четыре или более осадительных электрода, при этом поверхности всех осадительных электродов равноудалены от поверхности коронирующего электрода или расстояния различаются, причем отношение меньшего из расстояний к большему находится в известном диапазоне значений и в продольном сечении электрического очистителя воздуха угол между линиями, соединяющими по кратчайшему расстоянию коронирующий электрод и поверхности крайних осадительных электродов, принимает значение из диапазона от 30 до 180°. Такая компоновка обеспечивает:
• создание воздушного потока через очиститель (в направлении от коронирующего электрода к выходному отверстию) без использования дополнительных устройств (наподобие вентилятора) за счет эффекта ионного ветра, согласно данным из [6];
• повышение качества очистки:
• в случае одинаковых расстояний от поверхностей осадительных электродов до коронирующего электрода - за счет увеличения тока коронного разряда; максимальный ток достигается за счет увеличения количества поглощающих ионы поверхностей, равноудаленных от коронирующего электрода [6], а рост тока коронного разряда приводит к повышению степени очистки воздуха [4];
• в случае различающихся расстояний от поверхностей осадительных электродов до коронирующего электрода - за счет увеличения тока коронного разряда и за счет роста неоднородности электрического поля, что способствует очистке [6].
В частном случае реализации изобретения за входным отверстием и перед выходным отверстием в корпусе по направлению движения воздуха установлены сетки или решетки из непроводящего материала; это обеспечит повышение качества очистки за счет предотвращения попадания в активную зону крупных частиц, а также за счет повышения равномерности распределения воздушного потока по активному сечению очистителя.
В частном случае реализации изобретения за входным отверстием и перед выходным отверстием в корпусе по направлению движения воздуха установлены сетки или решетки из проводящего материала, которые соединены непосредственно, или через сопротивление с проводником устройства питания, подключенным к осадительным электродам; это обеспечит снижение концентрации ионов вблизи очистителя и повышение качества очистки за счет предотвращения попадания в активную зону крупных частиц, за счет повышения равномерности распределения воздушного потока по активному сечению.
Определения терминов
Электрический очиститель воздуха - устройство, предназначенное для очистки воздуха в помещении от частиц аэрозолей. Он может быть использован на предприятиях металлургической, химической, нефтеперерабатывающей промышленности, цементных заводах, электронной промышленности и других производствах, в том числе для очистки промышленных выбросов в атмосферу, в медицине, детских садах, образовательных учреждениях, в транспортных средствах, а также в быту для очистки воздуха (или других невзрывоопасных газов).
Частицы аэрозолей - твердые и/или жидкие частицы, взвешенные в газовой среде, например, частицы пыли, дыма, тумана, плесени, запахов, бактерий, клещей и их продуктов жизнедеятельности и других загрязнений.
Активная зона - межэлектродное пространство зарядной зоны (пространство между коронирующим и осадительными электродами), а также межэлектродное пространство осадительной зоны - осадителя (пространство между отталкивающим и осадительными электродами).
Активное сечение - сечение активной зоны, перпендикулярное направлению воздушного потока.
Коронирующий электрод - электрод, создающий вблизи своей поверхности область с резко неоднородным электрическим полем, приводящим к образованию коронного разряда. Электрод выполняют в виде токопроводящего стержня, проволоки, нити или иной формы (острия, острые кромки и т.п.).
Осадительный электрод - электрод, на который оседают заряженные частицы аэрозолей. В заявленном устройстве электрод выполнен в виде бесконечной ленты, установленной на шкивах привода. За счет того, что электрод непрерывно двигается (приводится в движение верхним ведущим шкивом), лента электрода выполнена с возможностью удержания жидкостной пленки, а траектория движения проходит через емкость с жидкостью, на нем образуется жидкостная пленка, а также происходит удаление осевших на него частиц. Электропроводность электрода обеспечивается электропроводностью ленты и/или электропроводностью жидкостной пленки на ней.
Отталкивающий электрод - электрод, который предназначен для создания электрического поля, которое способствует движению ионов и заряженных частиц аэрозолей к поверхности осадительных электродов.
Устройство электрического питания обеспечивает питание очистителя воздуха электрическим током от сети или автономно от аккумулятора электрической энергии. Оно выполнено с возможностью обеспечения разности потенциалов между коронирующими и осадительными электродами, а также между отталкивающими и осадительными электродами.
Продольное сечение электрического очистителя воздуха - сечение, ориентированное по направлению движения воздуха в очистителе и перпендикулярно коронирующему электроду.
Силы адгезии - силы, удерживающие частицу на осадительном электроде; являются сочетанием молекулярных сил (сил типа Лондона - Ван-дер-Ваальса), сил капиллярного поверхностного натяжения (при наличии влаги) и электростатических сил (при наличии электрических зарядов); электростатические силы уменьшаются с течением времени, так как заряды постепенно стекают на электрод; силы капиллярного притяжения при достаточном количестве влаги имеют тот же порядок, что и молекулярные и электростатические силы [3].
Пояснение чертежей, изображенных на фигурах.
На фиг. 1 изображено продольное сечение варианта электрического очистителя с электродной группой осадителя, содержащей четыре осадительных электрода.
Стрелками показаны направления вращений верхних ведущих шкивов. Группой стрелок обозначено направление потока воздуха.
Электрический очиститель воздуха содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями для прохождения воздуха и привод бесконечных лент с верхними 4 и нижними 5 шкивами.
Очиститель содержит две зоны очистки - зарядную зону 6 и осадитель 7.
Зарядная зона образована электродной группой, состоящей из коронирующего электрода 8 и осадительных электродов 9 в виде бесконечных лент, приводимых в движение от шкивов привода.
Осадитель расположен после зарядной зоны по ходу движения воздуха и образован группой из осадительных электродов 9 и 10 в виде бесконечных лент, приводимых в движение от шкивов привода. В пространстве между осадительными электродами осадителя образованы три канала 11 для прохождения воздуха, и в каждом канале установлен отталкивающий электрод 12.
Также очиститель содержит емкости 14 с жидкостью 15 и устройство электрического питания 16.
Нижние ведомые шкивы 5 привода погружены в емкости, а ленты осадительных электродов 9 и 10 выполнены с возможностью удержания на поверхности слоя жидкости, за счет чего осадительные электроды покрыты жидкостной пленкой.
Коронирующий электрод 8 выполнен в виде проволоки или стержня.
Осадительные электроды 9 и 10 обладают электрической проводимостью, которая обеспечена электрической проводимостью бесконечных лент и/или электрической проводимостью жидкостной пленки на них.
Коронирующий электрод 8 соединен с устройством питания 16 электрическим проводником 17.
Отталкивающие электроды 12 соединены с устройством питания 16 электрическим проводником 18.
Осадительные электроды 9 и 10 соединены с устройством питания 16 электрическим проводником 19.
Кратчайшее расстояние 13 от поверхностей осадительных электродов 9 и 10 до коронирующего электрода 8 одинаково, а угол 20 имеет значение 140°. Такое расположение при данном количестве осадительных электродов способствует созданию воздушного потока в направлении выходного отверстия и повышению тока коронного разряда.
На фиг. 2 изображено продольное сечение варианта электрического фильтра с электродной группой осадителя, содержащей два осадительных электрода.
Стрелками показаны направления вращений верхних ведущих шкивов. Группой стрелок обозначено направление потока воздуха.
Электрический очиститель воздуха содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями для прохождения воздуха и привод бесконечных лент с верхними 4 и нижними 5 шкивами.
Внутри корпуса находятся две зоны очистки - зарядная зона 6 и осадитель 7.
Зарядная зона образована электродной группой, состоящей из коронирующего электрода 8 и осадительных электродов 9 в виде бесконечных лент, приводимых в движение от шкивов привода.
Осадитель расположен после зарядной зоны по ходу движения воздуха и образован группой осадительных электродов 9 в виде бесконечных лент, приводимых в движение от шкивов привода. В пространстве между осадительными электродами осадителя образован один канал 11 для прохождения воздуха, и в канале установлен отталкивающий электрод 12.
Также очиститель содержит емкости 14 с жидкостью 15 и устройство электрического питания 16.
Нижние ведомые шкивы 5 привода погружены в емкости, а ленты осадительных электродов 9 выполнены с возможностью удержания на поверхности слоя жидкости, за счет чего осадительные электроды покрыты жидкостной пленкой.
Коронирующий электрод 8 выполнен в виде проволоки или стержня.
Осадительные электроды 9 обладают электрической проводимостью, которая обеспечена электрической проводимостью бесконечных лент и/или электрической проводимостью жидкостной пленки на них.
Коронирующий электрод 8 соединен с устройством питания 16 электрическим проводником 17.
Отталкивающий электрод 12 соединен с устройством питания 16 электрическим проводником 18.
Осадительные электроды 9 соединены с устройством питания 16 электрическим проводником 19.
Угол 20 имеет значение 180°.
Такая компоновка устройства (два осадительных электрода) не способствует созданию воздушного потока в направлении выходного отверстия и повышению тока коронного разряда, но имеет меньшую конструктивную сложность.
На фиг. 3 изображен сплошной бортик 22 и осадительный электрод в виде бесконечной ленты, который установлен между верхним шкивом 4 и нижним шкивом 5 привода. Стрелкой обозначено направление вращения верхнего ведущего шкива. Нижний шкив погружен в жидкость (не показана на фиг. 3). Участок осадительного электрода, движущийся по направлению от верхнего к нижнему шкиву в месте пересечения 21 с поверхностью жидкости огорожен со всех сторон сплошным бортиком 22. Часть осадительного электрода и часть бортика погружены в жидкость. На фиг. 3 показана линия 23 пересечения бортика с поверхностью жидкости.
На фиг. 4 изображен изолирующий бортик 24 в месте крепления коронирующего электрода 8 к стенке корпуса или изолирующей опоре. Использование бортика позволяет сохранить стабильный режим (без проявлений признаков стримерного режима) коронного разряда, имеющий низкий выход озона и снизить угрозу электрического пробоя.
На фиг. 5 изображено продольное сечение двухсекционного варианта электрического очистителя воздуха с электродной группой осадителя, содержащей два осадительных электрода. В корпусе 1 очистителя воздуха с входным 2 и выходным 3 отверстиями размещено две секции 25. Каждая секция содержит зарядную зону, образованную электродной группой, состоящей из коронирующего электрода 8 и осадительных электродов 9 и осадитель, образованный группой из двух осадительных электродов 9 в виде бесконечных лент, а между осадительными электродами образован канал для прохождения воздуха, в котором установлен отталкивающий электрод 12.
Принцип работы электрического очистителя.
В общем случае устройство размещается в потоке воздуха. Воздух с частицами аэрозолей поступает в очиститель через входное отверстие 2 в корпусе 1 (фиг. 1).
Воздушный поток с частицами поступает в зарядную зону 6, которая образована электродной группой, состоящей из коронирующего электрода 8 и осадительных электродов 9 в виде бесконечных лент. Осадительные электроды 9 приводятся в движение верхними шкивами 4 привода. Устройство питания 16 обеспечивает разность потенциалов между коронирующим электродом 8 и осадительными электродами 9 для поддержания коронного разряда.
В межэлектродном пространстве зарядной зоны протекает электрический ток коронного разряда: электроны и положительные ионы эмитируются в области ионизации вблизи коронирующего электрода; электроны под действием электрического поля устремляются к коронирующему электроду, а положительные ионы и положительно заряженные частицы аэрозолей, движутся под действием электрического поля к поверхности осадительного электрода и замыкают ток, так как электрод обладает электрической проводимостью и электрически соединен с выводом устройства питания противоположной полярности. За счет направленного движения ионов, молекул воздуха и частиц аэрозолей образуется воздушный поток в направлении от коронирующего электрода к поверхностям осадительных электродов (это явление носит название эффект ионного ветра).
Частицы аэрозолей при движении в межэлектродном промежутке зарядной зоны (в пространстве между коронирующим 8 и осадительными 9 или 10 электродами) получают электрический заряд (разный по величине заряд по причине различающихся размеров и электрофизических свойств частиц) и попадают под влияние электрического поля этого межэлектродного промежутка и начинают дрейфовать в сторону осадительного электрода. Напряженность электрического поля по ходу движения воздуха значительно уменьшается (по мере удаления от коронирующего электрода). Частицы, которые получили достаточный заряд, достигают осадительного электрода 9 или 10 и осаждаются на нем.
Далее воздушный поток с не осевшими заряженными частицами аэрозолей поступает во вторую зону - осадитель 7, который образован электродной группой из четырех осадительных электродов 9 и 10 и трех отталкивающих электродов 12. Устройство питания 16 обеспечивает разность потенциалов между отталкивающими 12 и осадительными 9 и 10 электродами для поддержания электрического поля необходимой напряженности.
Заряженные частицы аэрозолей при движении в межэлектродном промежутке осадителя (пространство между отталкивающим электродом 12 и осадительным 9 или 10 электродом), попадают под влияние электрического поля и начинают дрейфовать в сторону осадительного электрода. В отличие от поля зарядной зоны, напряженность электрического поля осадителя значительно выше, а протяженность действия электрического поля осадителя по направлению движения воздуха значительно больше, поэтому заряженные частицы достигают осадительного электрода 9 или 10 и осаждаются на нем.
Частицы, осевшие на осадительном электроде 9 или 10, удерживаются силами адгезии. Каждый осадительный электрод покрыт жидкостной пленкой за счет того, что бесконечная лента электрода выполнена с возможностью удержания на поверхности слоя жидкости и за счет того, что нижний ведомый шкив 5 электрода погружен в емкость 14 с жидкостью 15 (из-за этого траектория движения ленты электрода проходит через жидкость). Жидкостная пленка улучшает условия адгезии частиц к осадительному электроду, а также, в случае использования электропроводящей жидкости, обеспечивает или повышает электропроводность осадительного электрода.
За счет постоянного движения осадительных электродов, в активную зону подается чистый участок осадительного электрода, а осевшие частицы уносятся из активной зоны и удаляются с электродов за ее пределами за счет того, что траектория движения бесконечной ленты каждого электрода проходит через емкость с жидкостью. Уловленные частицы накапливаются в емкости.
Очищенный воздух покидает очиститель через выходное отверстие 3 в корпусе.
Выбор материала бесконечных лент осадительного электрода и жидкости осуществляется с учетом того, что должно выполняться несколько условий:
• на всей поверхности осадительного электрода должна уверенно удерживаться жидкостная пленка; зависит от поверхностного натяжения и вязкости жидкости, свойств материала лент (смачиваемость выбранной жидкостью) и его структуры (пористая, сетчатая, волокнистая…), а также в меньшей степени от скорости движения привода;
• осадительный электрод должен обладать достаточной электрической проводимостью; зависит от электропроводности ленты и слоя жидкости на ней;
• выбранная жидкость должна эффективно смачивать улавливаемые частицы; зависит от поверхностного натяжения и вязкости жидкости, от свойств частиц (размер, материал, структура).
Кроме того, жидкость должна соответствовать следующим требованиям:
• отсутствие запаха;
• отсутствие токсичности;
• низкая пожароопасность;
• соответствие рабочему температурному диапазону;
• не являться агрессивной по отношению к деталям очистителя;
• низкая испаряемость (для воды это требование можно исключить, так как присутствие воды в воздухе естественно).
Вариантом реализации осадительного электрода очистителя может быть следующим: материал бесконечной ленты - нейлоновая сетка с квадратной ячейкой 0,5×0,5 мм, расстояние между верхним и нижним шкивами - 50 см, скорость вращения приводного шкива - 15 об/мин, в качестве жидкости - вода. Данный вариант был проверен экспериментально.
Вариантом реализации изобретения может быть такой, в котором емкости с жидкостью расположены за пределами корпуса устройства для обеспечения удобства при замене жидкости.
Вариантом реализации изобретения может быть такой, в котором емкости с жидкостью между собой сообщаются каналами.
Вариантом реализации изобретения может быть такой, в котором устройство питания содержит повышающий трансформатор и умножитель напряжения.
Вариантом реализации изобретения может быть такой, в котором натяжение ленты осадительного электрода может быть обеспечено за счет использования массивного нижнего шкива Другими словами, нижний шкив привода может быть подвешен на бесконечной ленте.
Во время работы очистителя на поверхности жидкости может накапливаться слой уловленных частиц. При больших скоплениях, частицы могут собираться в агломераты, которые впоследствии могут быть подхвачены движущейся бесконечной лентой осадительного электрода и унесены в активную зону. Наличие крупных смоченных жидкостью агломератов на поверхности осадительного электрода в активной зоне очистителя может приводить к ряду проблем - например, к ухудшению параметров электрического поля в активной зоне, сокращению межэлектродного расстояния, электрическим пробоям, загрязнению шкивов привода. Вариантом реализации изобретения, в котором предотвращается это явление, может быть такой, в котором каждый участок осадительного электрода, движущийся по направлению от верхнего к нижнему шкиву, или каждый участок осадительного электрода, движущийся по направлению от нижнего к верхнему шкиву, в месте пересечения с поверхностью жидкости огорожен со всех сторон сплошным бортиком, часть которого погружена в жидкость, а часть выступает над ее поверхностью (фиг. 3).
Вариантом реализации изобретения для использования в жилых помещениях может быть такой, в котором в качестве жидкости использована вода (удовлетворяет требованиям к жидкости). Кроме того, при использовании воды очиститель дополнительно выполняет функцию увлажнения воздуха. Недостатком воды является относительно высокое поверхностное натяжение и относительно низкая вязкость. По этой причине некоторые частицы будут хуже смачиваться, поэтому качество очистки при ее использовании может несколько снизиться.
Вариантом реализации может быть такой, в котором в качестве жидкости использована полиметилсилоксановая жидкость. Согласно данным из [1], такие жидкости обладают характеристиками: отсутствие запаха, отсутствие токсичности, низкая пожароопасность, широкий температурный диапазон, при котором практически отсутствует испаряемость и мало изменяется вязкость, отсутствие агрессивности к пластиковым деталям, оптимальные поверхностное натяжение и вязкость (широкий выбор марок жидкостей с разными значениями вязкости). Единственный недостаток - они не обладают электропроводностью.
В случае использования жидкости с низкой электрической проводимостью или ее отсутствием, необходимо обеспечить электрическую проводимость осадительного электрода путем использования бесконечной ленты из электропроводного материала либо из диэлектрического материала, с нанесенным на него любым известным способом электропроводящим покрытием. В этом случае обеспечение надежного контакта осадительных электродов с проводником устройства питания и нейтрализации заряда, накопленного на жидкостной пленке, возможна установка дополнительных контактных электропроводных роликов или щеток, а также использование электропроводных шкивов привода.
В случае использования жидкости, обладающей достаточной электрической проводимостью, электрическое соединение между осадительными электродами и проводником от устройства питания можно обеспечить через жидкость - то есть обеспечивается электрический контакт между проводником устройства питания и жидкостью, а также электрический контакт между жидкостью и поверхностью осадительного электрода.
Количество отталкивающих электродов Noт определяется по формуле Noт=Noc-1, где Noc - количество осадительных электродов.
В общем случае количество осадительных электродов более двух и с принудительной подачей воздуха в активную зону (например, с использованием вентилятора), а скорость воздушного потока в активном сечении может лежать в пределах 0,3 - 3 м/с.
Коронирующий электрод очистителя выполняется в виде электропроводной проволоки, нити или стержня. На электрод подается положительный по отношению к осадительным электродам потенциал. В общем случае электрод может иметь иную геометрическую форму (острые кромки, острия) и подаваться на него может и отрицательный потенциал. При этом ток коронного разряда может быть увеличен, и, следовательно, качество очистки несколько повысится.
Сохранить стабильный режим коронного разряда (без проявлений признаков стримерного режима), имеющий низкий выход озона и снизить угрозу пробоя возможно за счет расположения одного или нескольких изолирующих бортиков 24 (см. фиг. 3) на внутренних поверхностях стенок корпуса или диэлектрических опор, к которым крепится коронирующий электрод 8. Причем высота h и толщина s бортика составляют соответственно величины от 0.01 до 0.5 и от 0.001 до 0.1 от кратчайшего расстояния между коронирующим электродом и осадительным электродом, как описано в [6].
Для достижения требуемых степени очистки и производительности очистителя допускается увеличение количества секций очистки, то есть устанавливать электродные группы параллельно. На фиг. 5 изображено продольное сечение двухсекционного варианта очистителя, каждая секция которого содержит осадитель из двух осадительных электродов и одного отталкивающего электрода. При этом следует помнить, что увеличении количества секций может привести к увеличению выработки вредных газов (таких как озон и окислы азота).
Для снижения концентрации озона на выходе из очистителя допускается установка после осадителя по ходу движения воздуха озонового фильтра любой известной конструкции.
Существенными преимуществами заявленного очистителя воздуха являются:
• в сравнении с очистителями на НЕРА-фильтрах: отсутствие эксплуатационных затрат на замену дорогостоящих фильтров, эффективность очистки от частиц аэрозолей менее 0.3 мкм, низкое гидравлическое сопротивление, следствием которого является возможность использования вентиляторов меньшей мощности, и в результате - низкий шум, и низкое энергопотребление при работе;
• в сравнении с бытовыми электрическими очистителями с неподвижными осадительными электродами: значительное увеличение времени работы устройства до момента чистки (особенно при относительно высоких концентрациях загрязнений), предотвращение снижения качества очистки по мере накопления уловленных частиц, снижение вторичного уноса уловленных частиц.
6. Список литературы
1. Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха. М.: Стройиздат, 1974.
2. Алиев Г.М.-А. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов: справ. изд. М.: Металлургия, 1986.
3. Страус В. Промышленная очистка газов: пер. с англ. М.: Химия, 1981.
4. Левитов В.И., Решидов И.К., Ткаченко В.М. и др. Дымовые фильтры. М.: Энергия, 1980.
5. Ужов В.Н. Промышленная очистка газов электрофильтрами. М.: Химия, 1967.
6. RU 2393021 C1. Криштафович Ю.А. 27.06.2010.