УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ ВОЗДУХА

Полезная модель предназначена для очистки и регенерации воздуха в герметически закрытых помещениях при пожаре.
3
2
2
Полезная модель относится к устройствам для очистки воздуха от продуктов горения при пожаре, а именно от пыли, механических примесей, аэрозолей, влаги, сильнодействующих ядовитых веществ (аммиака - NH, хлора - Cl, фосгена - COCl, синильной кислоты (цианистого водорода) - HCN), а также от угарного газа - СО.
Известно «Мобильное автоматическое устройство очистки воздуха при пожаре» (заявка на изобретение 2019113251, опубл. 29.10.2020), состоящее из корпуса, в котором размещен газоанализатор, световая и звуковая сигнализация, а также контейнера с поглотителем на основе гидроксида лития, при этом нижний контейнер с поглотителем выполнен в виде ряда поворотных кассет с добавлением активированного угля, ряда поворотных каталитических кассет из материала типа гопкалит и фильтрующих кассет, состоящих из пористых материалов и силикагеля.
Недостатком такого устройства очистки воздуха является его низкие эксплуатационные характеристики из-за отсутствия возможности автономной работы при потреблении электроэнергии от внешних источников; отсутствия автоматической защиты, заключающейся во включении непосредственно при пожаре, отсутствия возобновления защитных свойств фильтрующих элементов.
Известен «Способ очистки воздуха от токсичных компонентов и фильтрующий модуль для очистки воздуха от газообразных токсичных компонентов» (патент РФ 2172641, опубл. 27.08.2001). Фильтрующий модуль для очистки воздуха от газообразных токсичных компонентов включает цилиндрический корпус, расположенный в нем слой сорбента и слой окислительно-восстановительного катализатора на основе окислов марганца и меди, при этом слой катализатора выполнен в виде полого цилиндра, а слой сорбента, поглощающего углеводороды и другие органические соединения, размещен внутри цилиндрического каталитического слоя, и оба слоя установлены коаксиально с корпусом.
Недостатком такого способа и модуля для очистки воздуха от газообразных токсичных компонентов является его низкие эксплуатационные характеристики из-за отсутствия устройства прокачки загрязненного воздуха, отсутствия автоматического старта очистки загрязненного воздуха, отсутствия возобновления защитных свойств фильтрующих элементов.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности, достигаемому техническому результату и принятым авторами за прототип является «Устройство очистки воздуха», (патент РФ 2525797, опубл. 20.08.14), содержащее основной корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, секцию очистки воздуха, расположенную в основном корпусе и секцию вентилятора, расположенную в воздушном канале, проходящем от впускного отверстия до выпускного отверстия, которая втягивает комнатный воздух в основной корпус через впускное отверстие и секцию очистки воздуха.
Однако область применения «Устройства очистки воздуха» также ограничена, ввиду его низких эксплуатационных характеристик, связанных с отсутствием возможности автономной работы из-за потребления электроэнергии от внешних источников, отсутствием автоматического старта очистки загрязненного воздуха, отсутствием очистки от сильнодействующих ядовитых веществ, отсутствием механизма возобновления защитных свойств фильтрующих элементов.
Задачей предлагаемой полезной модели является усовершенствование конструкции существующих устройств очистки воздуха, позволяющее улучшить их эксплуатационные характеристики.
3
2
2
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение эксплуатационных характеристик устройства для очистки воздуха за счет применения трех уровней очистки и регенерации воздуха - очистка от пыли, механических примесей, аэрозолей и влаги (первый уровень), очистка от сильнодействующих ядовитых веществ (аммиака - NH, хлора - Cl, фосгена - COCl, синильной кислоты (цианистого водорода) - HCN и др.) (второй уровень), поглощения угарного газа - СО (третий уровень), обеспечения возможности автономной работы, автоматического старта очистки загрязненного воздуха, возобновления защитных свойств фильтрующих элементов.
Технический результат достигается тем, что устройство очистки воздуха содержит основной корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, секцию очистки воздуха, расположенную в основном корпусе и секцию вентилятора, расположенную в воздушном канале, проходящем от впускного отверстия до выпускного отверстия, которая втягивает загрязненный комнатный воздух в основной корпус через впускное отверстие и секцию очистки воздуха, дополненную функцией регенерации воздуха, состоящую из цилиндрической кассеты с пористым фильтром и силикагелем, четырех четвертьповоротных крестообразных кассет, содержащих гидроксид лития и активированный уголь, и металлической сетки в форме стакана, удерживающей на своей поверхности слой гопкалита. Секция вентилятора с электродвигателем дополнена регулятором оборотов, изменяющим обороты вентилятора в зависимости от необходимого количества воздуха, его температуры и степени загрязнения кассет фильтра. Система электропитания, содержащая блок питания, дополнена аккумуляторной батареей и термоэлектрическим преобразователем. Система автоматического старта очистки загрязненного воздуха включает датчик обнаружения дыма и датчик обнаружения отравляющих веществ. Система контроля и возобновления защитных свойств фильтрующих элементов состоит из втягивающего электромагнита со стальным стержнем-якорем и штангой, четырех консолей взведения и поворотных пружин, реле включения втягивающего электромагнита, управляемого герконовым реле и компаратором с датчиками давления воздуха до и после четвертьповоротной крестообразной кассеты и сигнальными лампами, створки перепуска воздуха с постоянным магнитом, установленной на корпусе шарнирно, пружиной, винтом регулировки пружины и ограничителем поворота створки перепуска воздуха.
На фиг. 1 показан внешний вид устройства очистки воздуха, состоящего из основного корпуса 1, на котором размещены двухпозиционный выключатель 2, датчик обнаружения дыма 6, выпускное отверстие чистого воздуха 7. Сверху основного корпуса 1 крепится цилиндрическая кассета 3 с пористым фильтром 5.
На фиг. 2 показано устройство очистки воздуха без цилиндрической кассеты 3 и пористого фильтра 5. На основном корпусе 1 закреплен цилиндрический корпус 10, предназначенный для размещения четвертьповоротных крестообразных кассет 9. При засорении рабочих поверхностей кассет 9 увеличившимся перепадом давления воздуха на кассетах открывается створка перепуска воздуха 11, закрепленная на цилиндрическом корпусе 10 шарнирно.
На фиг. 3 показан вид сверху на цилиндрический корпус 10 устройства очистки воздуха. Цилиндрический корпус 10 выполнен заодно с перекладинами 12, держателями 13 и направляющими 14. В месте пересечения перекладин 12 закреплен втягивающий электромагнит 15, внутри которого вставлен подпружиненный фиксирующей пружиной взведения 16 стальной стержень-якорь 8 со штангой 17.
На фиг. 4 показан вид сверху на цилиндрический корпус 10 устройства очистки воздуха. На держателях 13 цилиндрического корпуса 10 размещены четвертьповоротные крестообразные кассеты 9, удерживаемые в одном из двух возможных положений консолями 4, подпружиненными поворотными пружинами 18. Одна сторона консоли 4 закреплена на оси кассеты 9, другая может свободно перемещаться благодаря прорези в направляющей 14. Первая фаза работы кассеты 9 характеризуется положением, при котором подпружиненная консоль 4 упирается в штангу 17. Перпендикулярно потоку загрязненного воздуха установлены первые рабочие поверхности четвертьповоротной крестообразной кассеты 9. Вторая фаза работы кассеты 9 характеризуется засорением первых рабочих поверхностей и положением, при котором подпружиненная консоль 4, после освобождения от упора в штангу 17 из-за срабатывания втягивающего электромагнита 15, оказывается повернутой на 90 градусов под воздействием пружины 18 вокруг своей оси по прорезям в направляющей 14. Совместно с подпружиненной консолью 4 оказывается повернутой на 90 градусов и четвертьповоротная крестообразная кассета 9. Перпендикулярно потоку загрязненного воздуха установятся вторые чистые рабочие поверхности четвертьповоротных крестообразных кассет 9.
На фиг. 5 показано устройство очистки воздуха без цилиндрической кассеты 3 и цилиндрического корпуса 10. Сверху на впускном отверстии 30 основного корпуса 1 крепится металлическая сетка 19 в форме стакана, внутри которой размещен термоэлектрический преобразователь 20 с радиатором. Внутри основного корпуса 1 для прокачки воздуха в сторону выпускного отверстия чистого воздуха 7 размещен вентилятор 21 с электродвигателем 22. Кроме этого, в отсеках основного корпуса 1 размещены датчик обнаружения дыма 6 и аккумуляторная батарея 24.
На фиг. 6 представлена функциональная схема управления работой устройства очистки воздуха. В цепи питания электродвигателя 22 вентилятора 21 с регулятором оборотов 39 и втягивающего электромагнита 15 управления стальным стержнем-якорем 8 со штангой 17 установлены блок питания 31 с двухпозиционным выключателем 2, датчик обнаружения дыма 6 с контактами 61, датчик обнаружения отравляющих веществ 23 с контактами 123, реле включения втягивающего электромагнита 25 с контактами 125 и реле 26 блокировки контактов реле 25 с контактами 126. Для обеспечения автономности работы устройства очистки воздуха, в цепи питания предусмотрены аккумуляторная батарея 24, подключаемая к цепи контактами 142 реле 42, и диод 32. Работой реле 25 включения втягивающего электромагнита 15 управляют нормально разомкнутое герконовое реле 36 и дифференциальный датчик давления воздуха (компаратор) 33. Герконовое реле 36 управляется постоянным магнитом 27, закрепленным на открывающейся створке перепуска воздуха 11. Створка перепуска воздуха 11 закреплена на цилиндрическом корпусе 10 шарнирно и открывается увеличившимся перепадом давления воздуха на четвертьповоротных крестообразных кассетах 9 до упора в ограничитель поворота 35. Чувствительность реагирования створки перепуска воздуха 11 на перепад давления воздуха на кассетах задается винтом 37 регулировки жесткости пружины 34. Предусмотрена возможность питания электродвигателя 22 вентилятора 21 от вступившего в работу при функционировании устройства очистки воздуха термоэлектрического преобразователя 20 с радиатором и диодом 38. Дифференциальный датчик давления воздуха (компаратор) 33 управляется от датчиков давления воздуха до и после четвертьповоротной крестообразной кассеты 28, 29 и срабатывает при предельном засорении рабочих поверхностей кассет 9.
На фиг. 7 представлена принципиальная электрическая схема устройства очистки воздуха. Блок питания 31 работает от переменного напряжения 220 В. От блока питания 31 постоянный ток с напряжением 12 В через выключатель 2, контакты реле 61, 123, 125, 126 подается к электродвигателю вентилятора 22, втягивающему электромагниту 15, реле 26 блокировки контактов реле 25, контактам компаратора 133 и 233. При предельных засорениях рабочих поверхностей кассет 9 дифференциальный датчик давления воздуха (компаратор) 33 выдает напряжение на сигнальные лампы 40, 41 предельного засорения первых и вторых (после поворота на 90 градусов) рабочих поверхностей четвертьповоротной крестообразной кассеты 9.
3
2
2
Работает устройство очистки воздуха следующим образом. Перед эксплуатацией вручную перемещается вверх подпружиненный фиксирующей пружиной взведения 16 стальной стержень-якорь 8 со штангой 17, что позволит повернуть в исходное положение консоли 4, подпружиненные поворотными пружинами 18. Так как одна сторона консоли 4 закреплена на оси кассеты 9, а другая свободно перемещается благодаря прорези в направляющей 14, поворот консоли 4 приведет к повороту в исходное положение и четвертьповоротных крестообразных кассет 9. Исходное положение четвертьповоротных крестообразных кассет 9 - положение первых рабочих поверхностей кассет 9 перпендикулярно потоку загрязненного воздуха, других рабочих поверхностей кассет 9, расположенных под углом 90 градусов к первым, по потоку загрязненного воздуха. После взведения под воздействием пружины 16 стальной стержень-якорь 8 со штангой 17 возвращаются в исходное положение, при котором штанга 17 предотвращает поворот консолей 4 и соответственно поворот четвертьповоротных крестообразных кассет 9. Кассеты 9 подготовлены к первой фазе работы. Для работы в дежурном режиме необходимо включить выключатель 2. Электропитание от блока питания 31 подводится к контактам 61 датчика обнаружения дыма 6 и к контактам 123 датчика обнаружения отравляющих веществ 23. Устройство готово к работе. При возникновении пожара и загрязнения воздуха продуктами горения, срабатывает датчик обнаружения дыма 6, который своими контактами подводит питание к электродвигателю 22 вентилятора 21 через нормально замкнутые контакты 125 реле включения втягивающего электромагнита 25 и регулятор оборотов электродвигателя вентилятора 39, кроме этого запитывается электромагнитное реле 26 блокировки контактов 125. Для большей надежности предусмотрен датчик обнаружения отравляющих веществ 23 с контактами 123, которые дублируют функции контактов 61 датчика обнаружения дыма 6. Для обеспечения автономности электропитания в случае отключения напряжения 220 в, реле подключения резервного источника питания 42 своими контактами 142 подключает к электрической цепи аккумуляторную батарею 24. Вентилятор 21 начинает интенсивно прокачивать загрязненный воздух через устройство очистки воздуха, а именно: вначале загрязненный воздух проходит первый уровень очистки, где задерживается пыль, механические примеси, аэрозоли и влага, поскольку выполнен он в виде цилиндрической кассеты 3 с пористым фильтром и силикагелем, затем загрязненный воздух проходит второй уровень очистки и регенерации, где происходит очистка от сильнодействующих ядовитых веществ (аммиака - NH, хлора - Cl, фосгена - COCl, синильной кислоты (цианистого водорода) - HCN и др.), так как загрязненный воздух проходит сквозь первые рабочие поверхности четвертьповоротных крестообразных кассет 9 из гидроксида лития и активированного угля (первая фаза работы), после этого очищенный и осушенный воздух проходит третий уровень регенерации - поглощение угарного газа - СО благодаря наличию металлической сетки в форме стакана 19, удерживающей на своей поверхности слой гопкалита (смесь оксидов марганца, меди и серебра). Угарный газ - оксид углерода окисляется до диоксида углерода с выделением теплоты, которая посредством радиатора разогревает термоэлектрический преобразователь 20, электропитание от которого так же подается на электродвигатель 22 вентилятора 21 для повышения автономности устройства очистки воздуха. Диод 32 предназначен для устранения обратных токов от аккумуляторной батареи 24 и термоэлектрического преобразователя 20 при неработающем блоке питания 31. Диод 38 предназначен для предотвращения разряда аккумуляторной батареи 24 и блока питания 31 на элементы термоэлектрического преобразователя 20.
В результате из выпускного отверстия 7 устройства очистки воздуха выходит очищенный, восстановленный воздух. В случае засорения первых рабочих поверхностей четырех четвертьповоротных крестообразных кассет 9 при длительной работе устройства очистки воздуха наступает вторая фаза их работы. Уменьшается интенсивность прокачки загрязненного воздуха через первые рабочие поверхности кассет 9, что приводит к увеличению на них перепада давления. Повышенный перепад давления приведет к превышению силы затяжки пружины 34 и к открытию створки перепуска 11 с постоянным магнитом 27, который попадает в зону включения нормально разомкнутого герконового реле 36. Дальнейшее открытие створки перепуска воздуха ограничено упором 35. Герконовое реле 36 подает питание на реле 25, которое своими контактами 125 запитывает втягивающий электромагнит 15 с последующим втягиванием стального стержня-якоря 8 и штанги 17, освобожденные от упора в штангу 17 консоли 4 под действием поворотных пружин 18 поворачиваются по прорезям в направляющих 14 и поворачивают четвертьповоротные крестообразные кассеты 9 на 90 градусов. Это приводит к смене первых засоренных рабочих поверхностей четвертьповоротных крестообразных кассет 9 на вторые, чистые, ранее не использованные (вторая фаза работы), перепад давления на кассетах 9 восстанавливается, отрегулированная винтом 37 на такой перепад давления пружина 34 возвращает створку перепуска воздуха 11 в исходное закрытое положение. Во время работы реле 25 втягивающего электромагнита 15 питание к электродвигателю 22 вентилятора 21 подается через замкнутые контакты 126 реле блокировки контактов реле 25. Для большей надежности срабатывание реле 25 втягивающего электромагнита 15 может произойти и от дифференциального датчика 33 давления воздуха (компаратора), кроме этого компаратор выдает сигналы на лампы 40, 41 предельного загрязнения первых и вторых рабочих поверхностей четвертьповоротных крестообразных кассет 9 посредством контактов 133 и 233. Дифференциальный датчик 33 давления воздуха (компаратор) управляется датчиками давления воздуха 28, 29, установленными до и после четвертьповоротной крестообразной кассеты.
Применение кассеты с пористым фильтром и силикагелем цилиндрической формы позволяет очищать воздух от пыли, механических примесей, аэрозолей и влаги.
3
2
2
Применение фильтра в форме четвертьповоротных крестообразных кассет с гидроксидом лития и активированным углем позволяет очищать воздух от сильнодействующих ядовитых веществ (аммиака - NH, хлора - Cl, фосгена - COCl, синильной кислоты (цианистого водорода) - HCN), при засорении пор поверхностей предварительно работающих ребер вводятся в поток воздуха ребра с чистыми поверхностями за счет их поворота на 90 градусов.
Применение металлической сетки в форме стакана удерживающей на своей поверхности слой гопкалита позволяет очищать воздух от оксида углерода (угарного газа), а также получать тепловую энергию и передавать ее на термоэлектрический преобразователь, при этом очистка воздуха и возникновение тепловой энергии происходит за счет химической реакции гопкалита (катализатора - оксидов марганца, меди и серебра) и оксида углерода при окислении его до диоксида углерода (т.е. превращения в менее токсичное соединение).
Система электропитания с дополнительными источниками - аккумуляторной батареей и термоэлектрическим преобразователем позволяет обеспечить возможность автономной работы устройства очистки воздуха за счет введения стартового внутреннего элемента питания и получения электрического тока от термоэлектрического преобразователя на основе эффекта Зеебека, т.е. преобразования тепловой энергии химической реакции гопкалита и окиси углерода в электрический ток.
Применение втягивающего электромагнита со стальным стержнем-якорем и штангой, четырех консолей взведения и поворотных пружин, датчик обнаружения дыма, геркона, реле, створки перепуска давления с постоянным магнитом позволяет обеспечить автоматический старт очистки загрязненного воздуха и возобновлять защитные свойства четвертьповоротных крестообразных кассет с гидроксидом лития и активированным углем путем введения в поток загрязненного воздуха чистых поверхностей поворотом их на 90 градусов при засорении работающих первых рабочих поверхностей четырех четвертьповоротных крестообразных кассет, открытии створки перепуска давления, попадании постоянного магнита в зону включения нормально разомкнутого герконового реле, включении втягивающего электромагнита с последующим втягиванием стального стержня-якоря и штанги, движении четырех консолей взведения по прорезям в установленном направлении под действием поворотных пружин и поворотом четвертьповоротных крестообразных кассет на 90 градусов.
Описание позиций фиг. 1-7
1 - основной корпус;
2 - двухпозиционный выключатель;
3 - цилиндрическая кассета;
4 - консоль;
5 - пористый фильтр;
6 - датчик обнаружения дыма;
61 - контакты датчика обнаружения дыма 6 для перевода устройства из дежурного режима в рабочее;
7 - выпускное отверстие чистого воздуха;
8 - стальной стержень-якорь;
9 - четвертьповоротные крестообразные кассеты;
10 - цилиндрический корпус;
11 - створка перепуска воздуха;
12 - перекладина;
13 - держатель;
14 - направляющая;
15 - втягивающий электромагнит;
16 - пружина взведения;
17 - штанга;
18 - поворотная пружина;
19 - металлическая сетка;
20 - термоэлектрический преобразователь с радиатором;
21 - вентилятор;
22 - электродвигатель вентилятора;
23 - датчик обнаружения отравляющих веществ;
123 - контакты датчика обнаружения отравляющих веществ 23;
24 - аккумуляторная батарея;
25 - реле включения втягивающего электромагнита;
125 - контакты реле включения втягивающего электромагнита 25;
26 - реле блокировки контактов реле 25;
126 - контакты реле 26;
27 - постоянный магнит;
28 - датчик давления воздуха до четвертьповоротной крестообразной кассеты;
29 - датчик давления воздуха после четвертьповоротной крестообразной кассеты;
30 -впускное отверстие основного корпуса 1;
31 - блок питания;
32 - диод;
33 - дифференциальный датчик давления воздуха (компаратор);
34 - пружина створки перепуска воздуха;
35 - ограничитель поворота створки перепуска воздуха;
36 - герконовое реле;
37 - винт регулировки пружины створки перепуска воздуха;
38 - диод;
39 - регулятор оборотов электродвигателя вентилятора;
40 - сигнальная лампа предельного загрязнения первых поверхностей четвертьповоротной крестообразной кассеты 9;
133 - контакты компаратора 33 для включения сигнальной лампы 40;
41 - сигнальная лампа предельного загрязнения вторых поверхностей четвертьповоротной крестообразной кассеты 9 (после поворота кассеты 9);
233 - контакты компаратора 33 для включения сигнальной лампы 41;
42 - реле подключения резервного источника питания; 142 - контакты реле 42.