УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА, КОНСТРУКЦИЯ И СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ОТ ГАЗОВОГО ПОТОКА
AIR PURIFICATION DEVICE, DESIGN AND METHOD FOR SEPARATING MATERIALS FROM THE GAS STREAM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству для очистки воздуха.
[0002] Кроме того, настоящее изобретение относится к конструкции, содержащей устройство для очистки воздуха и проточный канал.
[0003] Кроме того, настоящее изобретение относится к способу отделения материалов от газового потока.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0004] Известны различные устройства и способы отделения материалов от газового потока. Например, в документе WO 2018/090990 A1 описано устройство, действие которого основано на использовании электрического поля. Электростатический осадитель содержит полый пылеулавливающий стержень. Пылеулавливающий стержень заземлен и обычно имеет форму по меньшей мере одного цилиндрического тела. Устройство может содержать множество цилиндрических тел, образующих решетку. Устройство дополнительно содержит по меньшей мере один коронирующий электрод, закрепленный на держателе, подключенный к источнику питания и расположенный внутри по меньшей мере одного цилиндрического тела. По меньшей мере один коронирующий электрод расположен на центральной оси по меньшей мере одного цилиндрического тела. Держатель может быть как с одной стороны по меньшей мере одного цилиндрического тела, так и с обеих сторон. Держатель может представлять собой токопроводящий металлический держатель, пластиковый держатель с металлическим покрытием или токонепроводящий держатель.
[0005] В документах CN 105698293 A и CN 106861340 A описано устройство для очистки воздуха. Предложенные устройства предназначены для уменьшения образования озона. Каждое устройство содержит металлическую пластину с отверстиями. Тонкие конические иглы расположены в центре тоннельной плоскости металлической пластины.
[0006] Ввиду вышеизложенного, необходимо обеспечить электростатический осадитель или устройство для очистки воздуха.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Настоящее изобретение определяется признаками независимых пунктов формулы изобретения. Некоторые конкретные варианты реализации определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
[0008] В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, предложено устройство для очистки воздуха. Устройство содержит заземленную сотовую конструкцию, имеющую множество шестиугольных отверстий, причем указанная сотовая конструкция опирается на раму, множество ионизирующих игл или ионизирующих элементов, расположенных ниже по потоку от сотовой конструкции, причем по меньшей мере некоторые иглы или ионизирующие элементы коаксиально выровнены с соответствующей центральной осью отверстия сотовой конструкции, и множество коллекторных пластин, расположенных ниже по потоку от указанного множества ионизирующих игл, и при этом указанное устройство выполнено с возможностью генерирования ионизирующего коронного разряда под действием положительного ионизирующего напряжения, подводимого к иглам.
[0009] Различные варианты реализации первого аспекта могут включать по меньшей мере один признак из следующего маркированного списка:
• устройство выполнено таким образом, что коронный разряд распространяется от кончиков игл к сотовой конструкции,
• иглы прикреплены к направляющим печатных плат (PCB),
• на иглы частично нанесены формованием пластиковые конструкции,
• данные направляющие печатных плат встроены в пластиковые конструкции,
• каждая пластиковая конструкция имеет форму аэродинамического профиля,
• поперечное сечение каждой пластиковой конструкции имеет форму профиля NACA (Национального консультативного комитета США по аэронавтике),
• материалом для игл является вольфрам, графит, графен, материал на основе благородных металлов или инертный материал,
• иглы изготовлены из материала, способного выдержать непрерывное окисление и восстановление, вызванное коронным разрядом,
• прибор выполнен с возможностью вставки в проточный канал,
• устройство представляет собой электростатический осадитель,
• кончики игл расположены на расстоянии от 5мм до 25 мм ниже по потоку от сотовой конструкции, например, отстоят от сотовой конструкции на расстоянии от 10 мм до 15 мм,
• каждая из игл коаксиально выровнена с соответствующей центральной осью отверстия сотовой конструкции,
• устройство содержит источник питания постоянного тока,
• устройство не содержит какого-либо дополнительного фильтра или фильтрующей системы.
[0010] В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, предложена конструкция, содержащая очиститель воздуха по любому из пунктов 1-13 и проточный канал.
[0011] В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения, предложен способ отделения материалов от воздушного потока, включающий обеспечение заземленной сотовой конструкции в проточном канале, причем указанная сотовая конструкция опирается на раму, обеспечение множества ионизирующих игл, расположенных ниже по потоку от сотовой конструкции, при этом по меньшей мере некоторые из игл коаксиально выровнены с соответствующей центральной осью отверстия сотовой конструкции, генерацию ионизирующего коронного разряда под действием положительного ионизирующего напряжения, подводимого к иглам, расположенным ниже по потоку от сотовой конструкции, и сбор материалов коллекторными пластинами, содержащими поверхности сбора, расположенные ниже по потоку от игл.
[0012] Значительные преимущества достигнуты посредством использования определенных вариантов реализации настоящего изобретения. Предложено устройство для очистки воздуха для отделения материалов в виде частиц или капель из газового потока.
[0013] Устройство соответствует следующим технически улучшенным характеристикам:
• ионизация частиц положительным поляризующим напряжением,
• конструкция для обеспечения низкого аэродинамического сопротивления ионизирующей панели,
• плоская механическая конструкция для ограничения необходимого пространства в проточных или воздушных каналах,
• прочная конструкция для жестких условий и подвижных платформ,
• конструкция для простого и быстрого изготовления,
• возможность использования простых способов производственных испытаний с четкими критериями пригодности/непригодности.
3
[0014] Ионизирующая панель является частью технологии очистки воздуха с использованием электростатического осадителя (ElectroStatic Precipitator, ESP). Вместе с коллекторным модулем ESP ионизирующая панель проста в обслуживании, пригодна для мытья, а также обеспечивает способ очистки воздуха с низким сопротивлением воздуха. Данную технологию можно эксплуатировать при очень низком энергопотреблении, а также она обеспечивает возможность экономии энергии при вентиляции воздуха, где обычно используют вентилятор для преодоления воздушного сопротивления, оказываемого волоконным фильтром. Конструкция устройства масштабируема под различные размеры, является модульной для упрощения обслуживания и чистки и обеспечивает возможность использования роботизированных линий сборки. Положительное ионизирующее напряжение снижает образование озона (O) в процессе ионизации и обеспечивает возможность оставить фильтр с активированным углем вне модуля ESP.
[0015] Следующие технические требования могут быть достигнуты в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения:
3
• производительность очистки воздуха в диапазоне от 1200 до 1400 м/ч или более,
2
• площадь передней поверхности в диапазоне от 0,3 до 0,4 м,
• скорость воздушного потока в диапазоне от 1,0 до 2,5 м/с или более,
• эффективность очистки воздуха за один проход >99% для частиц размером 0,3 мкм (для всей установки с коллектором),
• модуль легко продувать для чистки и замены игл,
• все компоненты и конструкции допускают очистку водой при низком давлении (<100 Па).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0016] На фиг. 1 представлен схематический вид в перспективе очистителя воздуха в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения.
[0017] На фиг. 2 представлен схематический вид иглы очистителя воздуха в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения.
[0018] На фиг. 3 представлен схематический вид рамы очистителя воздуха в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения.
[0019] На фиг. 4 представлен схематический вид в перспективе другого очистителя воздуха в соответствии с по меньшей мере некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения.
[0020] На фиг. 5 представлена конструкция в соответствии с по меньшей мере некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения.
[0021] На фиг. 6 представлена сотовая конструкция очистителя воздуха в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения.
[0022] На фиг. 7 представлены различные проточные каналы конструкции в соответствии с по меньшей мере некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения.
[0023] На фиг. 8 представлены детали очистителя воздуха в соответствии с по меньшей мере некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0024] На фиг. 1 представлен схематический вид в перспективе очистителя воздуха в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения. Устройство 1 для очистки воздуха содержит заземленную сотовую конструкцию 2. Сотовая конструкция 2 опирается на раму, как, например, показано на фиг. 3. Другими словами, каркасная конструкция поддерживает ионизирующую панель.
[0025] Сотовая конструкция 2 содержит, например, множество шестиугольных отверстий 5. Сотовая конструкция 2 изготовлена из относительно тонкой подложки, например, имеющей толщину от 0,5 миллиметра до нескольких сантиметров, например, от 1 мм до 10 мм. Очищаемый воздух направляется к сотовой конструкции 2 по проточному каналу (не показан), в котором расположено устройство 1 для очистки воздуха, а затем проходит через отверстия 5 сотовой конструкции 2. Очищаемый газовый поток может содержать материалы в виде частиц и/или капель. Сотовая конструкция 2 может быть вырезана лазером, изготовлена методом прокалывания отверстий на заземленной металлической пластине, прикрепленной к раме 3. Электрически заземленная сотовая конструкция 2 служит в качестве первого электрода. Сотовая конструкция 2 важна для обеспечения равных форм и полного покрытия ионизирующего коронного разряда. Сотовая конструкция также минимизирует падение давления через ионизирующую панель, поскольку она оказывает наименьшее возможное сопротивление потоку воздуха. Сотовая конструкция 2 обладает высокой энергоэффективностью, поскольку она имеет наименьшее воздушное сопротивление, в частности, по сравнению с прямоугольными или круглыми отверстиями.
3
[0026] Множество ионизирующих элементов, например, ионизирующие иглы 4, расположены ниже по потоку от сотовой конструкции 2. Множество игл 4 служит вторым электродом, образующим ионизатор, который взаимодействует с первым электродом. По меньшей мере некоторые из игл, обычно каждая игла 4 коаксиально совмещена с центральной осью соответствующего отверстия 5 сотовой конструкции 2. Другими словами, количество игл обычно совпадает с количеством отверстий 5 в сотовой конструкции 2. Центральная ось отверстия 5 сотовой конструкции 2 обычно параллельна направлению потока газа. Иглы 4 обычно прикреплены к направляющим печатных плат, расположенным дальше по потоку от кончиков игл 4, как показано на фиг. 2. Кончики 7 игл обычно расположены на расстоянии от 10 мм до 25 мм, например 15 мм ниже по потоку от сотовой заземленной пластины, чтобы создать коронный поток, который покроет каждое отверстие 5 сотовой конструкции 2. Ионизационный коронный разряд генерируют положительным ионизирующим напряжением, подводимым к множеству острых игл 4, расположенных дальше по потоку от сотовой конструкции 2. Положительное ионизирующее напряжение уменьшает образование озона (O) в процессе ионизации и обеспечивает возможность эксплуатации модуля ESP без фильтра с активированным углем. На второй электрод обычно подают высокое напряжение в несколько тысяч вольт от источника постоянного тока, как правило от 5 кВ до 20 кВ, предпочтительно от 10 кВ до 15 кВ. Например, напряжение может быть регулируемым. Поток коронной ионизации формируется на каждом конце иглы 4 и затем направляется к периферии соответствующего отверстия 5 сотовой конструкции 2. Поток твердых частиц и загрязненного воздуха проходит через указанные зоны ионизации.
[0027] Наконец, воздушный поток направляется к коллекторным пластинам 8, как описано и показано на фиг. 4.
[0028] На фиг. 2 представлен схематический вид иглы 4 очистителя 1 воздуха в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения. Как показано, игла 4 прикреплена к опорной конструкции 6, например, к направляющей печатной платы (PCB). Направляющая печатной платы (PCB) может иметь, например, ширину от 5 до 7 мм и совмещает иглу 4 с соответствующим отверстием 5 сотовой конструкции 2, представленной на фиг. 1. Таким образом, высокое напряжение может быть направлено на наконечник 7 ионного вывода иглы 4. Другими словами, ток ионизирующего разряда генерируется положительным напряжением, что ограничивает образование озона до минимума. Напряжение обычно подают на иглу 4 по медной фольге печатной платы.
[0029] На иглу 4 может быть частично нанесена формованием пластиковая конструкция 11, а направляющая 6 печатной платы может быть встроена в указанную пластиковую конструкцию 11. Пластиковая конструкция 11 может иметь форму аэродинамического профиля для уменьшения сопротивления и создания шума. Аэродинамический профиль может быть, например, в форме профиля NACA или иметь закругленную переднюю и/или заднюю кромку. В частности, сочетание сотовой конструкции, имеющей шестиугольные отверстия, и направляющих печатных плат, встроенных в пластиковые конструкции 11 в виде аэродинамических профилей, обеспечивают преимущественные свойства. Материалом для иглы 4 является, например, графит, графен, материал на основе благородных металлов или инертный материал. Другими словами, игла 4 изготовлена из материала, способного выдержать непрерывное окисление и восстановление, вызванное коронным разрядом.
[0030] На фиг. 3 представлен схематический вид рамы очистителя воздуха в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения. Рама 3, например, может быть изготовлена из пластика. Пластиковая рама обеспечивает высокую точность воспроизводимости размеров при изготовлении. Пластиковый материал обычно выбирают таким образом, чтобы он выдерживал высокое ионизирующее напряжение и обеспечивал минимизацию тока утечки. Рама 5 с отверстиями может быть, например, прямоугольной, круглой, эллиптической или многоугольной. Форма рамы 3 обычно соответствует внутренней форме проточного канала (не показан).
[0031] В соответствии с некоторыми вариантами реализации, рама 3 выполнена с возможностью опоры на нее как ионизирующей части (сотовая конструкция 2 и направляющие 6 с иглами 4), так и коллекторных пластин 8. Коллекторные пластины 8 выровнены по направлению движения ионизированного воздушного потока, и их размеры зависят от скорости воздушного потока A.
[0032] На фиг. 4 представлен схематический вид в перспективе очистителя воздуха 1 в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения. Как видно, загрязненный поток воздуха направлен через сотовую конструкцию 2. Впоследствии ионизирующий коронный разряд генерируется положительным ионизирующим напряжением, подводимым к иглам 4, расположенным дальше по потоку от сотовой конструкции 2. Иглы 4, прикрепленные к направляющим 6 печатной платы, расположены параллельно друг другу и направлены к сотовой конструкции 2. Направляющие 6 печатных плат могут быть ориентированы, например, в вертикальном или горизонтальном направлении. Тем не менее, иглы 4 также могут быть прикреплены к решетчатой опорной конструкции, содержащей направляющие 6 печатных плат с целью повышения стабильности. В конечном итоге, частицы и/или капли собираются коллекторными пластинами 8, содержащими коллекторные поверхности 10, расположенные ниже по потоку от игл 4. Коллекторные пластины 8 обычно представляют собой типичные коллекторные пластины электростатического осадителя (ESP). Коллекторные пластины 8 расположены параллельно или по существу параллельно друг другу. Расстояние между ближайшими коллекторными пластинами 8 может составлять от 3 мм до 10 мм, например, 5 мм. Количество коллекторных пластин 8 может составлять, например, от 25 до 50, например, 40. Коллекторные пластины 8 расположены перпендикулярно или по существу перпендикулярно плоскости, образованной заземленной сотовой конструкцией 2. Материал, ранее содержавшийся в загрязненном воздушном потоке, может быть легко удален с коллекторных поверхностей 10 коллекторных пластин 8, например, промыванием пластин 8 водой.
[0033] Каждая вторая коллекторная пластина 8 обычно заземлена, а остальные коллекторные пластины подпитаны к высокому напряжению в несколько тысяч вольт от источника постоянного тока, обычно в диапазоне от 2 кВ до 8 кВ, например, 5 кВ. Например, напряжение может быть регулируемым.
[0034] На фиг. 5 представлена конструкция в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения. Показано, что очиститель 1 воздуха, описанный выше, расположен внутри прямоугольного проточного канала 9. В соответствии с некоторыми другими вариантами реализации, проточный канал 9 также может быть, например, круглым или эллиптическим.
[0035] На фиг. 6 представлена сотовая конструкция 2 очистителя 1 воздуха в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения. Показано, что в сотовой конструкции 2 предусмотрено множество шестиугольных отверстий 5. Сотовая конструкция 2 содержит массив полых отверстий 5, выполненных между очень тонкими стенками, с образованием первого заземленного электрода, создавая большую площадь для прохождения загрязненного воздуха, что обеспечивает возможность направлять поток загрязненного воздуха к иглам 4, уменьшая сопротивление и обеспечивая возможность снижения массы.
[0036] На фиг. 7 представлены различные проточные каналы 9 конструкции в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения. Проточные каналы 9 могут иметь любую форму и размер, например, с прямоугольным, круглым или шестиугольным поперечным сечением.
[0037] На фиг. 8 представлены детали очистителя 1 воздуха в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения. Иглы 4 установлены на направляющих 6 ниже по потоку от заземленной сотовой пластины 2. Каждая игла 4 совмещена с центром шестиугольника соты. Коронный разряд распространяется от кончиков 7 игл к сотовой конструкции 2. Коронный разряд покрывает всю поверхность, обращенную к воздушному потоку. Направляющие 6 имеют аэродинамическую форму и образуют прочную конструкцию для игл 4. Высокое напряжение ионизации, создаваемое источником напряжения (не показан), подается на иглы 4, например, по медной фольге внутри направляющей.
[0038] Следует понимать, что предложенные варианты реализации изобретения не ограничены конкретными конструкциями, этапами способа или материалами, описанными в данном документе, а распространяются на их аналоги, как понятно специалистам в данной области техники. Также следует понимать, что используемая в настоящем документе терминология предназначена лишь для описания конкретных вариантов реализации изобретения, и ее не следует толковать как ограничение.
[0039] Во всем настоящем описании ссылка на один из вариантов реализации, один вариант реализации или аналогичное выражение означает, что конкретный признак, конструкция или характеристика, описанные в связи с данным вариантом реализации, включены по меньшей мере в один вариант реализации настоящего изобретения. Таким образом, наличие фраз «в соответствии с одним из вариантов реализации» или «в соответствии с одним вариантом реализации» в различных местах настоящего описания не обязательно всегда относятся к одному и тому же варианту реализации. Ссылка на числовое значение с использованием такого термина, как, например, «примерно» или «по существу», также описывает точное числовое значение.
[0040] В контексте данного документа множество элементов, структурных элементов, композиционных элементов и/или материалов для удобства может быть представлено в общем списке. Однако указанные списки следует толковать так, как если бы каждый элемент списка был специально указан как отдельный и уникальный элемент. Таким образом, ни один отдельный элемент такого списка не следует толковать как фактический эквивалент любого другого элемента того же списка исключительно на основании их представления в общей группе без указаний об обратном. В дополнение, различные варианты реализации и пример настоящего изобретения могут быть упомянуты в данном описании наряду с альтернативами различных компонентов. Понятно, что указанные варианты реализации, примеры и альтернативы следует рассматривать не как фактические эквиваленты друг друга, а как отдельные и независимые описания настоящего изобретения.
[0041] Более того, описанные отличительные признаки, конструкции или характеристики могут быть скомбинированы любым подходящим образом в одном или более вариантах реализации. В описании представлены многочисленные конкретные детали, такие как примеры длины, ширины, формы и т.д., чтобы обеспечить полное понимание вариантов реализации изобретения. Однако специалисту в соответствующей области техники понятно, что изобретение может быть реализовано на практике без одной или нескольких конкретных деталей или другими способами, компонентами, материалами и т.д. В других случаях хорошо известные конструкции, материалы или операции не показаны или не описаны подробно, чтобы не затруднить понимание аспектов изобретения.
[0042] Несмотря на то что приведенные примеры иллюстрируют принципы настоящего изобретения в одном или нескольких конкретных применениях, специалистам в данной области техники понятно, что многочисленные модификации формы, применения и деталей реализации могут быть сделаны без приложения изобретательских усилий и без отступления от принципов и сущности изобретения. Соответственно не предусмотрено, что объем настоящего изобретения ограничен только прилагаемой формулой изобретения.
[0043] Глаголы «содержать» и «включать» использованы в данном документе как открытые ограничения, которые не исключают и не требуют наличия также не перечисленных признаков. Признаки, перечисленные в зависимых пунктах формулы изобретения, можно свободно комбинировать, если явно не указано иное. Более того, следует понимать, что использование форм единственного числа во всем данном документе не исключает множества.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
[0044] По меньшей мере некоторые варианты реализации настоящего изобретения находят промышленное применение в очистителях воздуха и/или для очистки воздуха. Весьма подходящее применение представляет собой, в частности, проточные каналы, например, в больницах, изоляторах, операционных, на заводах, производящих интегральные микросхемы, а также в воздухозаборниках и/или воздуховыпускных отверстиях.
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 устройство для очистки воздуха
2 сотовая конструкция
3 рама
4 игла
5 отверстие
6 опорная конструкция
7 кончик иглы
8 коллекторная пластина
9 проточный канал
10 коллекторная поверхность
11 пластиковая конструкция
A воздушный поток.
Источники информации
Патентная литература
WO 2018/090990 A1
CN 105698293 A
CN 106861340 А
Непатентная литература.