ГИДРОФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ПЫЛИ

Полезная модель относится к устройствам мокрой очистки воздуха от пыли. Оно может быть использовано для очистки производственных помещений, производящих механическую обработку поверхности любых материалов (металл, полимеры и т.д.), в результате которой воздух помещения загрязняется пылевидными частицами различных размеров (в том числе и наноразмеров). Оно может быть использовано при очистке воздуха не только от гидрофильной, но и от гидрофобной пыли, как наиболее сложно улавливаемой и очищаемой воздух водой от нее, способной к быстрой конгломерации частиц между собой, в контакте с водой и нарастание этого эффекта с увеличением времени контакта, например углеводные частицы пыли различного размера с водой или например, пыли, образующейся при механической обработке изделий из углепластика и стекловолокна и т.д.
Известен гидрофильтр (пат. №42439, МПК В01Д 47/06, (опубл. 2004 г.), содержащий корпус с полуцилиндрами, образующими воздухопромывной канал, выполненными из полипропилена, внутренние поверхности которых выполнены ребристыми, сепаратор, вентилятор, коллекторы с форсунками в воздухопромывном канале, бассейна, циркуляционный насос.
Устройство очищает воздух от гидрофильных частиц пыли и газов и недостаточно эффективен для очистки воздуха от гидрофобных частиц пыли, т.к. быстро засоряются форсунки и коллектор. Очень сложно оперативно произвести очистку от образовавшейся пульпы из скоагулированных и сконгломерированных частиц.
Насос быстро выходит их строя, т.к. возникает большое сопротивление продвижению омоноличенной пыли с образованием пробок в различных местах скопления (в форсунках, коллекторе, в бассейне).
В качестве прототипа заявляемому устройству выбрано устройство (пат №48278, МПК В01Д 47/06 от 02.06.2005) как наиболее близкий заявляемому по технической сущности, содержащее оросительные камеры, контактную емкость (бассейн), частично заполненную водой. Между зеркалом воды и потолочной частью контактной емкости имеется зазор, в котором размещена секция из элементов - вставленная в каркас полая пористая кассета, заполненная комовой известью. Одна из оросительных камер закрыта сверху, к ней под углом 45° размещен воздуховод, в котором имеется сменный сепаратор в виде секции из каркасов из полимера, в которые вставлены пластины из щелочного стекла, установленные в шахматном порядке по отношению друг к другу. В этой оросительной камере установлен гидрозатвор и рядами форсунок с односторонним распылом воды на коллекторе. Вторая оросительная камера открытого типа сверху. Она имеет сепаратор, каплеотбойник. Над сепаратором на выходе имеется отводной воздуховод с вентилятором в нем. В этой оросительной камере имеются форсунки также одностороннего распыла воды, размещенные внизу и вверху камеры на коллекторе. В оросительных камерах имеются оребренные полуцилиндры, образующие собой каскад мишеней для водяных завес, образующихся при распылении воды из форсунок.
Недостатками устройства являются: ограничение функциональных и конструктивных возможностей (очистка воздуха эффективна только от гидрофильных частиц наноразмера; быстрая засоряемость крупными частицами из-за одностороннего распыла воды в форсунках; усложнение конструкции канала воздухоподвода и в зазоре между зеркалом воды и потолочной частью бассейна; в случае засорения коллектора и форсунок чистка их усложнена.
Технической задачей полезной модели является возможность проведения одновременно высокоэффективной тонкой и грубой очистки воздуха от гидрофобной пыли, содержащей смесь различного размера, например частиц стекловолокна с углесодержащими волосовидными частицами (ворсом).
Технический результат достигается тем, что, как и в известном устройстве, содержащем бассейн, заполненный частично водой с образованием зазора между зеркалом воды и потолочной частью бассейна, воздухоподводящий канал, первая оросительная камера первичного смачивания с куполообразным верхом и вторая оросительная камера с открытым верхом с отводным воздуховодом, в котором размещен вентилятор, сепаратор, мишени в виде рабочих полуцилиндров из полипропилена с ребрами на внутренней поверхности, каплеотбойник, коллекторы, имеющие вертикальную и горизонтальную составляющую, жестко соединенные неразъемными фитингами в местах перехода направления воды по ним, согласно изобретению каждая горизонтальная и вертикальная составляющая коллектора выполнены из быстро разъемных, составных частей, которые соединены между собой в торцах фланцами или разъемными фитингами через уплотнитель и закреплены болтами; торцы горизонтальных составляющих коллектора, контактирующих с внутренней поверхностью оросительной камеры, имеют направляющую съемную заглушку с верхом конусообразной формы, закрепленным в упоре, выполненном на внутренней поверхности оросительной камеры в виде цилиндра с конусообразной выемкой под конус заглушки; бассейн имеет перегородки, разделяющие бассейн на накопители для осажденной пыли; форсунки выполнены с возможностью одно - или двухстороннего распыла воды из них, во второй и первой оросительной камере соответственно.
Сопоставительный анализ с прототипом заявляемого устройства показал, что он обладает новизной.
Совпадающие признаки: наличие бассейна, частично заполненного водой таким образом, что между зеркалом воды и потолочной частью бассейна имеется зазор, в который устремляется часть пыли из воздуха, не успевшая задержаться водой бассейна; оросительные камеры, в которых размещены на горизонтальных составляющих коллектора форсунки, аэродинамический затвор в оросительной камере, размещенной над бассейном вблизи воздухоподводящего канала; каскады полуцилиндрической формы мишеней из полипропилена, выполненные ребристыми (принимающих и отражающих удар водяной завесы из форсунок и смывающих смоченную конгломерирующуюся пыль вниз, в бассейн); места перехода вертикальной части к горизонтальной коллектора жестко соединены; первая оросительная камера вблизи входа -воздухоподающего канала имеет закрытый верх (сплошной корпус, куполообразный), а вторая оросительная камера окончательной обработки пыли и вывода чистого воздуха в атмосферу или в то же помещение - имеет открытый верх, где размещен сепаратор, каплеотбойник; насос, подводящий из бассейна воду в режиме рециркуляции к коллектору; имеется отводной воздуховод с вентилятором в нем.
Признаки не совпадающие с прототипом: горизонтальная и вертикальная составляющая коллектора выполнены составными быстро разъемными, составные части в соединяемых друг с другом в торцах имеют фланцы или фитинги разъемные и уплотнитель и соединены болтами, а торцы горизонтальных частей коллектора, упирающиеся в корпус оросительной камеры, имеют направляющую съемную заглушку, имеющую конусообразный верх, вставляемый в упор, выполненный в виде сплошного цилиндра с конусообразной направляющей выемкой, соответствующей конусу заглушки, бассейн имеет перегородки, делящие бассейн на накопители пыли и для грубой и для тонкой очистки пыли, обладающей гидрофобными свойствами и растворенный газ. Форсунки выполнены с возможностью двухстороннего распыла струй воды в первой оросительной камере смачивания.
На фиг.1 схематически показано устройство, в разрезе, вид прямо.
На фиг.2 представлена горизонтальная составляющая коллектора, разрез.
На фиг.3 представлена вертикальная составляющая коллектора, разрез.
На фиг.4а и 4б представлены форсунки с двухсторонним и односторонним распылом воды, соответственно, в разрезе.
На фиг.5 представлен бассейн с накопителями, вид сверху.
На фиг.6 представлен рабочий момент устройства: поступление загрязнений воздуха в виде очесов с поверхности изделия, содержащего стекловолокно и углесодержащее покрытие - коагуляция, конгломерация частиц в бассейне в первом накопителе, прохождение части загрязнений во вторую оросительную камеру и второй накопитель - выход чистого воздуха вверх, а вывод загрязнений - за пределы устройства на вторичное использование.
На фиг.7 показана дисперсная составляющая пыли, из форсунок x 400.
На фиг.8 показана смесь пылевидных частиц из коллектора x 400.
Устройство имеет: бассейн (1), заполненный частично водой (2), (фиг.1) с перегородками (3'), (3"), (3′′′), разделяющими бассейн на накопители (4), (5); зазор (6) между потолочной частью корпуса (1) бассейна и зеркалом воды (2); воздухоподвод (7), первую оросительную камеру (8), в которой размещены аэродинамический затвор (9), форсунки (10') двухстороннего распыления воды на горизонтальной составляющей (11) коллектора; вертикальная составляющая коллектора (12) соединена жестко с горизонтальной составляющей неразъемным фитингом (13); горизонтальная и вертикальная составляющие коллектора выполнены составными разъемными (состоят из частей 11' и 11", 12' и 12", (фиг.2-3), соединенных между собой в торцах фланцами 14, 15 или фитингами разъемными, через уплотнитель 16 и закреплены болтами (17); другой торец горизонтальных частей (11′) коллектора имеет направляющую съемную заглушку (18), упирающуюся на внутренней поверхности оросительной камеры (8) и (19) в упор (20); мишени (21); в внутри оросительной камеры (19), размещены горизонтальные составляющие (11) коллектора с форсунками (10") одностороннего распыла воды, в нижней и верхней частях камеры; отбойник (22); сепаратор (23), отводной воздуховод (24); вентилятор (25); насос (26).
Устройство работает следующим образом.
Из помещения, содержащего в воздухе пыль, обладающую гидрофобными свойствами (смесь пыли стекловолокнистой с размером частиц от 10 мкм и менее и пыли углесодержащей в виде волосовидных срезов размером 1-20 мм и выделяющуюся из них газовую составляющую), через воздуховод (7) воздух попадает в бассейн (1), в зазор (6) и проходит в первую оросительной камеру (8), где при соприкосновении с водой пылевидные частицы теряют свой статический заряд и начинают слипаться друг с другом, образуя между собой плотные образования. Водяная завеса из форсунок (10"), сбрасывает частицы пыли в воду (2) бассейна в накопитель. При этом функционирует аэродинамический затвор (9), способствующий улучшению смачиваемости, утяжелению и погружению пыли в воду бассейна, очищая тем самым зазор (6) и зеркало воды (2) для новых порций пыли и газа непрерывного введения потока пыли и газа из помещения в устройство. Скорость перемещения воздуха в устройстве, в зависимости от концентрации пыли и заданной производительности может варьироваться. Поэтому первая оросительная камера (8) эффективно функционирует поверхностно смачивая частицы всех размеров и погружая их в воду бассейна в накопитель (4). Часть же наиболее дисперсной составляющей смеси пыли (10 мкм и менее) и газовая составляющая проходят по зазору (6) и, также как в первой камере (8), условно смачивается водой водяной завесы из форсунок 10" во второй оросительной камере (19), конгломерируется, коагулируется и попадает в бассейн в накопитель (5). За счет того, что во второй накопитель попадают остатки пыли и газа, в основном малого размера и в меньшей степени - большего, оказался неожиданным эффект высокой степени очистки. Исследования морфологии смеси частиц, смоченной в устройстве пыли из коллектора и форсунок, проведенные после длительного времени эксплуатации устройства без его остановок на чистку, показали, что движение дисперсных частиц тормозится и в бассейне и в оросительных камерах за счет не только водяной завесы и сбрасывания частиц и растворения газов в бассейн, но и за счет присутствия волосовидных срезов и нитевидной составляющей пыли, которые не создавая собой большого сопротивления при рециркуляции воды из бассейна в оросительную камеру и опять в бассейн служат эффективным улавливающими элементами дисперсных, наноразмерных частиц (улавливающие мишени) и находятся внутри нитей и «войлока» из волосовидных пылинок. При этом воздух в отводной воздуховод (24) выходит очищенным на 99,5%, и выше, несмотря на большую концентрацию гидрофобной пыли в помещении.
В случае быстрого накопления пульпы из смеси пыли в коллекторе (показания датчиков сопротивления - они не показаны), и в форсунках и в коллекторе, и в бассейне, проводится быстрая простая чистка труб и форсунок за счет того, что коллектор имеет разъемные части и съемную направляющую заглушку в торце горизонтальных частей коллектора. После чистки части коллектора соединяют через фланцы (14), (15) и уплотнитель (16), и закрепляют болтами (17). Форсунки закрепляют на коллекторе. Заменяют воду в бассейне с пульпированной пылью в ней на воду, свободную от пыли и устройство готово к работе.
Устройство промышленно применимо, т.к. используются материалы широко применяемые в промышленности. Оно опробовано неоднократно. Результаты отличные, несмотря на большую концентрацию пыли в воздухе помещения, где производят механическую обработку неметаллических материалов (полимеры, стекловолокно и т.д.). Устройство очищает воздух от пыли разного размера и состава, а также от газовой составляющей загрязнений.
Предлагаемое устройство в качестве полезной модели имеет по сравнению с прототипом преимущества.
1. Оно позволяет провести одновременно грубую и тонкую очистку смеси гидрофобной и гидрофильной пыли.
2. Оно проводит очистку воздуха с высокоэффективным результатом (99,5% и более) водой от загрязнений, обладающих гидрофобными свойствами (в отличие от прототипа, у которого степень очистки крупных частиц - 90%, а частиц менее 10 мк - 70%) и 99,9% - от гидрофильных частиц.
3. Работоспособность устройства значительно выше, т.к. не допускается пробкообразования в коллекторе и форсунках из смеси крупных частиц загрязнений.
4. Ремонтопригодность устройства проще, т.к. коллектор имеет разъемные составные части, позволяя легко и быстро заменить вышедшие из строя части и очистить внутренне пространство уже менее длинномерных (чем ранее) частей коллектора.
5. Устройство работает с более высокой производительностью, т.к. отсутствуют элементы в воздуховоде и в зазоре между зеркалом воды и потолочной частью бассейна (как в прототипе), повышающие сопротивление движению воздушного потока, а также отсутствует пробкообразование из частиц в месте выхода пульпы из бассейна в коллектор и форсунки.
6. За счет использования в первой оросительной камере форсунок с двухсторонним распылом воды из них, а во - второй - с односторонним, устройство обеспечивает вначале снятие статического заряда с частиц пыли и их объединение за счет развитой поверхности, затем (во второй камере) ускорение распыла водяных струй за счет значительного перепада давления на выходе из форсунок. Вследствие этого в первом накопителе в бассейне скапливаются в основном крупные фракции пыли, а во втором - окончательно растворяются газы, являющиеся загрязнителями воздуха.
7. Появилась возможность более эффективно использовать устройство для очистки пыли наноразмеров и газовой составляющей.