Тонкопленочный самоочищающийся аэрозольный экранный фильтр с витражной структурой

Техническое решение относится к области очистки газов от различного вида пылей, в том числе и радиоактивных, и может быть использовано в качестве сменного фильтрующего модуля для средств индивидуальной защиты органов дыхания.
В дальнейшем при характеристике разработанного технического решения будет использован термин «витражная структура». В рамках данной заявки он означает закрепления кусочков фильтрующего материала в несущем основании.
Известна конструкция (SU, патент 1215213, опубл. 30.06.1994) рукавного фильтра для очистки газов, содержащая корпус с патрубками для входа запыленного и выхода очищенного газов, фильтрующие рукава с заглушкой снизу, с каркасами в виде спирали с гибкими тягами и регенерационное устройство, при этом гибкие тяги установлены с возможностью перемещения через заглушку относительно фиксаторов, закрепленных в нижней части корпуса.
Недостатками данного рукавного фильтра являются:
сложность конструкции, т.к. для исключения проскока неочищенных газов в месте перемещения гибкой тяги через заглушку в каждом рукаве необходимо надежное уплотняющее устройство типа сальниковой набивки;
трудоемкость обслуживания, т.к. для монтажа-демонтажа рукавов через усложняющие конструкцию люки в корпусе аппарата требуются специальные мероприятия и средства индивидуальной защиты от радиоактивных и токсичных пылей;
низкий ресурс службы высокотемпературного минерального фильтрующего материала рукавов из-за протирания и прорывов на спиральном каркасе, за счет их взаимного трения, возникающего при неизбежной флуктуации перепада давления просасываемых через фильтр газов, создаваемого тягодутьевыми устройствами, что снижает надежность работы рукавного фильтра в целом.
Известно также (RU, патент 2606751, опубл. 10.01.2017) фильтровальное устройство для фильтрации газового потока, содержащего радиоактивные аэрозоли и/или газообразный радиоактивный йод, содержащее закрытый герметично для текучей среды корпус, по меньшей мере, с одним входом для неочищенного газа, одним выходом для очищенного газа и по меньшей мере одним содержащим фильтрующую среду фильтрующим элементом, который расположен в корпусе так, что подлежащий фильтрации газовый поток попадает, по меньшей мере, от одного входа для неочищенного газа в выход для очищенного газа только через фильтрующий элемент, причем в нем предусмотрен, по меньшей мере, один трубный элемент, который проходит через корпус, таким образом, от первого проточного поперечного сечения ко второму проточному поперечному сечению, которое, при рассматривании в вертикальном направлении, лежит над первым проточным поперечным сечением, что все внутреннее пространство трубного элемента, находится в контакте исключительно с текучей средой, окружающей фильтровальное устройство.
Недостатками известного устройства следует признать значительные размеры, что ограничивает области применения устройства, а также его невысокую эффективность очистки и отсутствие возможности самоочищения
Известное устройство принято в качестве ближайшего аналога.
Техническая проблема, решаемая использованием разработанного устройства, состоит в расширении ассортимента газоочистного оборудования.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанного фильтра, состоит в повышение эффективности очистки.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную конструкцию тонкопленочного самоочищающегося аэрозольный экранного фильтра с витражной структурой. Он содержит корпус со средствами ввода и вывода очищаемого газа, в корпус внедрена фильтрующая мембрана, представляющая собой слой фильтрующего материала, в который внедрена металлическая микросетка, при этом диаметр ячеек микросетки составляет от 20 до 200 мкм при толщине микросетки от 0,1 мкм до 2 мкм, ячейка микросетки выполнена с возможностью прочного удержания фильтрующего материала, на краю микросетки расположены контакты для подведения электрического тока.
Предпочтительно, но не обязательно, средний размер пор составляет 30 нм.
Обычно толщина слоя фильтрующего материала составляет не более 3 мкм.
При реализации устройства сопротивление потоку воздуха составляет не более 200 Па⋅с/см.
Фильтрующий материал может представлять собой нановолокна оксида алюминия.
Металлическая микросетка предпочтительно выполнена из химически стойкого металла.
Разработанное устройство представляет собой сменный фильтрующий модуль для средств индивидуальной защиты органов дыхания. Фильтрующая мембрана указанного модуля представляет собой тонкую пластинку фильтрующего материала, в которую внедрена металлическая микросетка. Толщина фильтрующего материала составляет до 3 мкм, диаметр пор до 30 нм. В свою очередь, толщина микросетки составляет от 0,1 мкм до 2 мкм, диаметр ячеек микросетки составляет от 20 до 200 мкм. Микросетка вместе с фильтрующим материалом образуют витражную структуру. В каждой ячейке металлической микросетки прочно удерживается фильтрующий материал по аналогии с тем, как удерживаются стекла в витражном окне. Также металлическая микросетка выступает в качестве нагревательного элемента для фильтрующей мембраны, который способен нагреваться до температуры более 150°С и функционировать при напряжениях не более 5 В. Эффект нагрева используется для очистки и обеззараживания фильтрующего материала.
Фильтр работает аналогично любому экранному фильтру, за исключением использования нагрева фильтрующей мембраны, что приводит к очистке фильтрующей мембраны от осевших на ней загрязнений