СМЕННЫЙ КАРТРИДЖ ДЛЯ ВЫТЯЖКИ И ДИФФУЗОР ДЛЯ ВЫТЯЖКИ
REPLACEABLE CARTRIDGE FOR AIR EXTRACTION SYSTEM AND DIFFUSER FOR AIR EXTRACTION SYSTEM

Изобретения применяются в различных отраслях промышленности для захвата и вывода в вентиляционный канал, а также обезвреживания опасных твердых частиц и газообразных или парообразных веществ, образующихся в ходе промышленных процессов. Возможно применение в производственных процессах при изготовлении микроэлектроники, лазерной обработки материалов, при гравировке, шлифовке покраске различных материалов, фармацевтике, химической промышленности. Также может применять для бытовых целей, например, в кондиционерах.
В картридже возможно применение различных типов фильтров в предлагаемом картридже - таких, как фильтры из сыпучих материалов, например, уголь или тканевых фильтров, или керамических сотовых фильтров, или с содержанием других фильтрующих элементов.
Картридж применяется для размещения различных фильтрующих элементов и быстрой смены картриджа в фильтровальном устройстве. Назначением картриджа является удержание, наиболее эффективная фильтрация воздуха и равномерное расходование фильтрующих элементов при фильтрации воздуха в процессе эксплуатации фильтровального устройства.
Диффузор для работы картриджа в фильтровальном устройстве предназначен для подачи воздуха, который необходимо очистить от вредных примесей на фильтрующих элементах, а также для обеспечивания равномерной подачи фильтруемого воздуха по площади подачи загрязненного воздуха на фильтрующие элементы и отвода очищенного воздуха, с требуемой скоростью прохождения в картридж и из картриджа, соответственно, что обеспечивает прохождение одинакового объема загрязненного воздуха через фильтрующий элемент в его центральных и краевых зонах.
Под вытяжкой или фильтровальным устройством в контексте данной заявки понимают вытяжку в сборе с картриджем, в котором, в свою очередь, размещены диффузоры.
При подаче загрязненного воздуха на фильтрующий элемент, распределение воздушного потока на отдельные частицы элемента неравномерно, если использовать известные конструкции вентиляторов или диффузоров. В следствие чего фильтрующий элемент, особенно это касается сыпучих фильтрующих элементов, загрязняется, а значит быстрее выходит из строя, из-за неравномерного его загрязнения и износа. При этом остро встает проблема частого восстановления фильтрующего элемента либо за счет его замены, либо за счет его встряхивания или очистки.
В предложенной конструкции в качестве диффузора применяют металлическую мембрану, служащую средством для распределения потока загрязненного воздуха по всей поверхности фильтрующего элемента в картридже по заданному закону для более равномерного загрязнения фильтрующего элемента и выхода из строя фильтрующего элемента по всему объему картриджа. Поскольку в диффузоре и массе фильтрующего элемента картриджа, вследствие падения средней скорости v, давление р в направлении течения газа растет, то преобразование энергии в диффузоре и массе фильтрующего элемента картриджа сопровождается заметным возрастанием энтропии и уменьшением полного давления. Разность полных давлений на входе и выходе диффузора и массы фильтрующего элемента картриджа характеризует гидравлическое сопротивление, обеспеченное диффузором совместно с картриджем и называется потерями. При этом объем прокачиваемого воздуха в центре фильтрующего элемента и по его краям при известных конструкциях картриджей является неравномерной. В центре напор больше и, следовательно, объем прокачиваемого воздуха будет больше, а по краям напор меньше и, следовательно, объем прокачиваемого воздуха будет меньше. В следствие чего фильтрующий элемент будет загрязняться и изнашиваться не равномерно. Кроме того, в известных конструкциях потерянная часть кинетической энергии потока затрачивается на образование вихрей, работу против сил трения и необратимо переходит в теплоту непосредственно в массе фильтрующего элемента картриджа.
Накапливание вторично осевшей на верхнюю поверхность картриджей мелкодисперсной пыли ухудшает фильтрацию дополнительно очищаемого воздуха через верхнюю сильно зальщенную зону картриджей, что приводит к увеличению скорости его фильтрации через менее запыленную фильтрующую поверхность картриджей и, как следствие, вызывает снижение суммарной эффективности очистки воздуха в фильтре Е.
В результате коэффициент очистки nt в центральной части фильтрующего элемента для указанного потока загрязненного воздуха может снизиться.
Задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить движение газа в направлении роста давления в потоке, проходящем через всю массу фильтрующего элемента картриджа таким образом, чтобы объем прокачиваемого воздуха в центральной и крайней зонах фильтрующего элемента был примерно одинаков. Иными словами требуется обеспечить положительный расчетный градиент давления в направлении течения газа по всей массе фильтрующего элемента картриджа.
Предложенная конструкция картриджа и диффузора, работающих совместно обеспечивает достижение следующего технического результата:
- увеличение времени работы фильтрующего элемента в картридже за счет его более равномерного загрязнения;
- повышение энергетической эффективности вытяжки за счет равномерного распределения подаваемого воздуха для очистки через диффузор;
- получение заданной мощности вытяжки, и, как следствие, ее производительности;
- повышение суммарной эффективности очистки воздуха в вытяжке, что характеризуется повышением коэффициента очистки загрязненного воздуха;
Картридж для фильтровального устройства, в предложенной конструкции - это сменная кассета с расходными материалами в виде фильтрующего элемента (сыпучего, керамического и иного), расположенного между входной и выходной пластинами, объединенными обечайкой, и который является сменным, самостоятельным элементом вытяжки.
Из уровня техники известно изобретение «Фильтр-кассета, фильтровальное устройство и газовая турбина с такой фильтр-кассетой», заявка RU 2011144376, опубл. 10.05.2013, WO 2010/112542 20101007, МПК B01D 46/00, содержащее верхний по потоку патрубок и нижний по потоку патрубок, установочную раму, в которой герметично закреплена фильтровальная среда и в которой предусмотрена установочная поверхность, приспособленная для установки фильтр-кассеты, расположенной на расстоянии между верхним и нижним по потоку патрубками фильтр-кассеты. Изобретение позволяет регулировать входное давление в зависимости от длины колена патрубков, когда давление отчасти выравнивается. Однако в данной конструкции не решена проблема неравномерного объема воздуха или газа, который требуется отчистить, проходящего через фильтр, что существенно ухудшает износ фильтрующего элемента за счет неравномерности, следовательно уменьшает энергетическую эффективность вытяжки.
Известно изобретение «Фильтр-патрон (варианты)», патент RU 2045997, опубл 20.10.1995, МПК B01D 46/00, F02M 35/00, в котором фильтрующий элемент и съемная торцевая крышка снабжены внутренней перфорированной обечайкой. Позволяет обеспечить взаимозаменяемость сменного фильтрующего элемента с соответствующим элементом ранее выпущенного фильтр-патрона неразборной конструкции, что достигается благодаря наружным упорам на обечайке. Эта перфорированная обечайка выполняет функцию стойки. Однако она не решает задачу равномерного распределения подаваемого воздуха для очистки через нее, что должно обеспечивать более равномерное загрязнение фильтрующего элемента.
Известно изобретение «Фильтрующий патрон (варианты) и узел воздушного фильтра (варианты)», заявка RU 2013154704, опубл. 20.06.2015, US 60/961,521, US 61/126,222, МПК B01D 46/24, содержащий кожух, формирующий внутреннее пространство, снабженный впускным и выпускным проходами для воздушного потока со съемной крышкой, опору фильтрующего патрона, выпускной проход кожуха для воздушного потока. Позволяет быстро менять патрон с фильтрующим элементом, но не решает задачи увеличения времени работы фильтрующего элемента в картридже за счет его более равномерного загрязнения и повышения энергетической эффективности вытяжки за счет распределения подаваемого воздуха для очистки через диффузор.
Известно изобретение «Фильтр рукавно-картриджный для очистки воздуха от механических примесей», патент RU 2539156, опубл. 10.01.2015, МПК B01D 46/02, B01D 25/00, в котором имеется входной патрубок для ввода загрязненного воздуха, фильтрующий картридж и перфорированные панели, выпускной патрубок для дополнительно очищенного воздуха, крышка, камера очищенного воздуха выполнены по всей ширине фильтра, дополнительные перфорированные панели для крепления фильтрующих картриджей установлены горизонтально, камера очищенного воздуха установлена с охватом перфорированных панелей. Изобретение относится к к области очистки воздуха или газа, а также их смесей от механических примесей и позволяет повысить суммарную эффективность очистки воздуха в фильтре Е, %. Однако данное повышение эффективности происходит за счет перфорированных панелей и вертикально расположенных каркасных фильтрующих рукавов, которые размещают в дополнительном модуле. Это значительно усложняет конструкцию вытяжки, кроме того, в камерах дополнительного пылеулавливания фильтра при регенерации фильтрующих картриджей образуются участки взрывоопасной воздушной среды, которые понижают взрывобезопасность фильтра. В рукавах выравнивается давление при длинных коленах, но это создает входное сопротивление в отличие от предложенного технического решения, в котором входное сопротивление минимально.
Известно изобретение «Фильтр-адсорбер», патент RU 159928, опубл. 20.02.2016, МПК B01D 53/04, B01D 46/30, содержащий корпус, насыпной модуль, и фильтр-адсорбер дополнительно снабжен кольцевой обечайкой и двумя кольцевыми уплотнениями, а уплотнения выполнены круглой формы в сечении и установлены с возможностью их обжатия с изменением геометрии сечения с круглой формы до прямоугольной. Изобретение позволяет упростить конструкцию и организовать универсальное уплотнение для фильтра, а также улучшенный доступ к насыпному модулю. Однако не решает задачи увеличения времени работы фильтрующего элемента в картридже за счет его более равномерного загрязнения и повышения энергетической эффективности вытяжки за счет распределения подаваемого воздуха для очистки через диффузор.
Известна полезная модель «Встраиваемый фильтр очистки воздуха», патент RU 104864, опубл. 27.05.2011, МПК B01D 46/24, содержащий корпус, разделенный на входную и выходную полости фильтрующими элементами, выполнен из двух частей с замковым соединением между ними, фильтрующие элементы коаксиально расположены между нижним и верхним упорами, и фильтрующий элемент выполнен в виде сеточного набора с разным пневматическим сопротивлением, а на внутренней поверхности части корпуса установлена сетка с минимальным размером ячеек. Данное техническое решение позволяет очистить фильтрующий элемент от механических примесей воздуха после его разборки и дальнейшее использование после установки на предназначенное место. Однако не решает задачу равномерного распределения подаваемого воздуха для очистки через фильтрующий элемент, сам элемент расположен коаксиально, не обеспечивает более равномерное загрязнение фильтрующего элемента. Кроме того, предложенный фильтр используют только для очистки воздуха от механических примесей и от дисперсных частиц, но не может быть использован для очистки технологических воздушных сред от газовых примесей.
Наиболее близким к преложенному техническому решению является изобретение «Фильтрующий элемент для очистки жидкостей и газов», патент RU 153766, опубл.: 27.07.2015, МПК B01D 29/00, B01D 46/00, в котором наружный каркас с размещенным фильтрующим материалом и фильтрующий элемент закрыт крышками в виде герметичной полой трубки, снабженной в нижней части патрубком, а на торцах трубки жестко закреплены равномерно перфорированные диски. Изобретение позволяет упростить процесс регенерации фильтровального материала. Однако материал все равно загрязняется не равномерно, а, следовательно неравномерно выходит из строя при частых очистках. Предложенная конструкция не позволяет равномерно распределить частицы от подаваемого воздуха при его очистке при прохождении через фильтрующий материал, что не обеспечивает равномерное загрязнение фильтрующего элемента.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что картридж для вытяжки, выполнен в виде съемного фильтра, содержащего: фильтрующий элемент (1), размещенный между входной решеткой (2) и выходной решеткой (3), входная и выходная решетки объединены обечайкой (4) с замком (5) для присоединения/отсоединения фильтра к (от) корпусу (6) вытяжки и картридж для вытяжки расположен под крышкой (7) вытяжки с патрубком (8) для подачи загрязненного воздуха. Новое в предложенной конструкции картриджа является то, что входная (2) и выходная (3) решетки картриджа выполнена в виде диффузоров (9), причем для распределения подаваемого на фильтрующий элемент воздуха через диффузор входной решетки (2) картриджа с равной по площади фильтрующего элемента (1) расчетной величиной напора воздуха обеспечено расчетное расстояние «h»: между диффузором (9) и фильтрующим элементом (1) картриджа и между выходной решеткой (3) картриджа и корпусом вытяжки с выходным патрубком - расстояние «Н», за счет проставок (10, 11). При этом высота проставок (10, 11) зависит от характеристик фильтрующего элемента (1) картриджа и длины входного (8) и выходного (12) патрубков вытяжки соответственно и обеспечивает прохождение одинакового суммарного объема воздуха в направлении течения подаваемого воздуха на единицу массы фильтрующего элемента картриджа через диффузоры. В частных вариантах реализации, которые не охватывают всех возможных вариантов, картридж для вытяжки может отличаться от прототипа тем, что обечайка (4) картриджа с входной (2) и выходной (3) решетками (диффузорами) в корпусе (6) вытяжки герметично закреплена замком (5) между крышкой (7) вытяжки с входным (8) патрубком и корпусом вытяжки (6). В другом варианте исполнения картриджа для вытяжки вывод очищенного воздуха из картриджа с повышенным расчетным напором дополнительно обеспечен вентилятором (13), размещенным в корпусе (6) вытяжки и прижатого к выходной решетке (3) картриджа посредством проставки (11) с прижимающим элементом (14).
Техническое решение иллюстрируется чертежами.
На Фиг. 1 - показан вытяжка в сборе с картриджем. Картридж показан жирными линиями.
На Фиг. 2 - показан картридж с верхним и нижним диффузором. Проставки условно не показаны.
Картридж устроен следующим образом.
В корпусе (6) вытяжки, который состоит из нижней части и крышки (7), к которой присоединен входной патрубок (8), размещен картридж, состоящий из обечайки (4), в которой находится фильтрующий элемент (1), а сверху и снизу картриджа размещены верхняя решетка (2) и нижняя решетка (3). Картридж является самостоятельной съемной частью вытяжки и размещается между крышкой (7) вытяжки и нижней частью корпуса (6) вытяжки. После установки картриджа в корпус вытяжки он закрепляется замком (5). Между крышкой (7) вытяжки и верхней решеткой (2) картриджа, а также между нижней решеткой (3) картриджа и нижней части корпуса (6) вытяжки, размещены, соответственно, проставки (10) и (11). Величина верхней проставки (10) зависит от величины расчетного напора воздуха, подаваемого из входного (8) патрубка, чем больше напор, темы выше прокладка, т.е. Больше величина «h». Это обусловлено тем, что воздух распределяется в зазоре между крышкой (7) вытяжки и верхней решеткой (2) картриджа по зонам диффузора (9) с уменьшением напора к его периферии. Поэтому диффузор (9) верхней решетки (2) имеет N зон, каждая из которых рассчитана таким образом, что через каждую зону суммарно проходит одинаковый объем подаваемого воздуха, а, следовательно, и через фильтрующий элемент (1), находящийся под каждой зоной диффузора, проходит равный объем подаваемого воздуха. Таким образом, расчетная величина проставки (10) и наличие зон в диффузоре (9) обеспечивает равный напор подаваемого воздуха по площади каждой зоны в самом фильтрующем элементе (1). Косвенно это подтверждается замерами температуры нагрева фильтрующего элемента (1) под каждой зоной входной решетки (2). (см. таблицу).
Величина нижней проставки (11) зависит от сопротивления, которое испытывает пропускаемый через фильтрующий элемент (1) воздух, встречая на пути нижнюю решетку (3) и зависит от напора выходящего воздуха по площади в каждой зоне нижней решетки (3), которая также выполнена в виде диффузора. Для того, чтобы это сопротивление было минимальным, проставку (11) увеличивают в зависимости от напора выходящего воздуха по площади каждой зоны, чем больше напор, тем выше проставка (11), т.е. расстояние «Н». Таким образом, расчетная величина проставки (11) и наличие зон в диффузоре (9) обеспечивает равный напор выходящего воздуха по площади каждой зоны в самом фильтрующем элементе (1). Косвенно это подтверждается замерами температуры нагрева фильтрующего элемента (1) над каждой зоной выходной решетки (3). (см. таблицу). В частном случае в нижней части корпуса (6) вытяжки, ниже проставки (11) размещают подпружиненный выходной патрубок (12) с вентилятором. Он прижимается к к выходной решетке (3) прижимным элементом (14). Наличие вентилятора в выходном патрубке (12) обеспечивает повышенный напор воздуха по площади зон, проходящий через фильтрующий элемент (1). Таким образом по выделенным зонам во входной (2) и выходной (3) решетках, которые представлены как диффузоры (9), прокачивают через единицу объема фильтрующего элемента (1) одинаковый объем воздуха, с одинаковым по зонам напором.
Работает картридж следующем образом.
Подаваемый воздух проходя из входного патрубка (8), через щелевой зазор, который обеспечен проставкой (10), между крышкой ()7) и верхней решеткой (2) картриджа, распределяется по зонам диффузора (9) и проходит чрез фильтрующий элемент с равным по зонам напором, т.е. Прокачивают по зонам равный объем очищаемого воздуха. Выходит очищенный воздух из фильтрующего элемента (1) через щелевой зазор, образованный за счет проставки (11) между нижней решеткой (3) картриджа и нижней частью корпуса (6) вытяжки. В этом щелевом зазоре очищенный воздух также распределяется равномерно по зонам диффузора (9), не создавая сопротивления для выхода очищенного воздуха.
В частном исполнении для увеличения напора используют вентилятор, размещенный в выходном патрубке (12) вытяжки. Для того, чтобы не было потери напора по наружным зонам, картридж размещают в корпусе вытяжки герметично.
В результате этого достигают увеличения времени работы фильтрующего элемента в картридже за счет его более равномерного загрязнения; повышения энергетической эффективности вытяжки за счет равномерного распределения подаваемого воздуха для очистки через диффузор; получения заданной мощности вытяжки, и, как следствие, ее производительности; повышения суммарной эффективности очистки воздуха в вытяжке, что характеризуется повышением коэффициента очистки загрязненного воздуха.
В предложенной конструкции диффузор - это металлическая мембрана со сложным распределением воздухо - подающих отверстий, служащая средством для распределения потока загрязненного воздуха по всей поверхности фильтрующего элемента в картридже по заданному закону.
Из уровня техники известно изобретение «Сажевый фильтр отработавших газов дизельного двигателя, обладающий улучшенными характеристиками создаваемого им противодавления», патент RU 2508154, опубл. 04.11.2008, ЕР 08168287, опубл. 27.02.2014, МПК B01D 46/24, F01N 3/021, содержащий фильтрующий элемент с размерами пор, в которых из всего объема пор приходится на поры с диаметром не превышающем величину улавливаемых частиц. Применяется для сажевого фильтра отработавших газов (ОГ) дизельного двигателя. Позволяет получить фильтр, который обладает улучшенными характеристиками создаваемого им противодавления без снижения при этом эффективности фильтрации. Однако данный эффект получен за счет самого фильтрующего материала, а проницаемые стенки каналов фильтра представляют собой керамические сотовые элементы с попеременно газонепроницаемо закрытыми с их противоположных сторон входными и выходными каналами. Не позволяет обеспечить равномерное загрязнение фильтрующего материала, что существенно увеличивает неравномерное противодавление на фильтре.
Известно изобретение «Фильтр-сепарационный элемент для очистки и осушки газов», патент RU 2287358, опубл. 20.11.2006, МПК B01D 46/24, B01D 53/26, включающий группы слоев фильтра с одинаковой плотностью в каждой группе и различной плотностью укладки нитей, элементы имеют последовательно расположенные по ходу газа через группы элементов различную пористость и плотность укладки слоев. Решает задачу оптимизации размеров фильтр-сепарационного элемента, повышение его механической прочности за счет обеспечения механической связи между слоями. Однако фильтрующий слой материала имеет невысокую прочность, за счет только самого фильтра не может быть решена задача более равномерного загрязнения фильтрующего материала и равномерного распределения подаваемого воздуха на него.
2
Известно изобретение «Фильтрующий элемент для фильтрации частиц, содержащихся в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания», патент RU 2338577, опубл. 20.11.2008, WO 2005/016491 (24.02.2005), МПК B01D 46/24, F01N 3/022, в котором имеются впускные и выпускные каналы и гидравлический диаметр выпускных каналов задан отношением r общего объема (Ve) впускных каналов к общему объему (Vs) выпускных каналов задан, а площадь зоны фильтрации составляет от 0,825 до 1,4 м на литр объема фильтрующего элемента. Фильтр предназначен для фильтрации частиц, присутствующих в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания, а фильтрующий уел создает меньшую потерю напора на протяжении всего срока его службы, что позволяет реже прибегать к его очистке. Однако этот результат получают за счет применения керамических материалов (кордиерита, карбида кремния и пр.). Фильтрующий узел имеет множество каналов и вставлен в металлический корпус. Но не решена задача повышения суммарной эффективности очистки воздуха в вытяжке за счет равномерного распределения подаваемого воздуха для очистки через диффузор и, как следствие, более равномерного загрязнения фильтрующего материала. В то время, как это очень важно, так как при неравномерном накапливании отфильтрованных частиц растут потери напора, поэтому необходимо периодически проводить восстановление фильтрующего узла. Например для двигателей по прошествии 7-10 часов работы потеря напора достигает значения около 150 дПа.
Известно изобретение «Теплостойкий слоистый фильтрующий элемент, фильтр и способ его изготовления», патент RU 2295380, опубл. 20.03.2007, WO 03/037482 (08.05.2003), МПК B01D 46/10, F01N 3/022, в котором многослойный материал выполнен с разновеликим размером его слоев, при этом на его краевом участке он отличен от размера на его фильтрующем участке. Такой фильтр характеризуется параметром «свободное прохождение потока». Позволяет реализовать открытую фильтровальную систему, в которой теплостойкий слоистый фильтрующий элемент был бы наиболее пригоден для применения для непрерывной регенерации. Используется в автомобилестроении в системах нейтрализации отработавших газов (ОГ). Однако высокая термическая нагрузка, которой подвергается улавливатель твердых частиц, снижает срок его службы. Задачу решают за счет того, что каналы в фильтре в плоскости поперечного сечения составляют не менее 20% от всей его площади. Но это не решает задачу равномерной нагрузки на фильтр потока загрязненного воздуха или газа, поскольку отсутствует диффузор, а, следовательно, не обеспечено равномерное распределение подаваемого воздуха на фильтр.
Известна полезная модель «Фильтр», патент RU 33719, опубл 10.11.2003, МПК B01D 29/00, B01D 46/02, в котором у внешних и внутренних поверхностей входных и выходных патрубков установлены цилиндры разных диаметров, которые образуют между собой зазор для поступления к фильтру грязного газа. Частично позволяет увеличения производительность фильтра и его грязеемкость, а, следовательно, продолжительность его работы до допустимого загрязнения, уменьшения гидравлического сопротивления и энергозатраты. Однако отсутствует мембрана. Предложенная конструкция сложена, трудно рассчитать и отрегулировать необходимый диаметр цилиндров, что делает неработоспособной всю вытяжку. Кроме того, не удается получить удобный сменный картридж с такой конструкцией.
Известно изобретение «Керамические сотовые структуры», патент RU 2557587, опубл: 27.07.2015, WO 2011/117385, МПК B01D 46/24, в котором используют множество впускных ячеек, имеющих четырехугольное поперечное сечение. Направлено на увеличение срока службы самого фильтрующего элемента, который выполнен керамическим. Однако не используют диффузор, который позволяет использовать самые разные виды фильтрующего материала.
Известно изобретение «Насыпной многослойный фильтр», заявка RU 94043784, опубл. 27.07.1996, DE 93/00235 (15.03.93), МПК B01D 46/34, работающий по принципу поперечного потока, в котором имеется горизонтальное перфорированное днище с отверстиями, распределенными по его поверхности. Однако оно предназначено для предотвращающими расслаивание спектра зерен фильтровального материала, но не решает задачу равномерное распределение подаваемого воздуха на фильтр для его равномерного загрязнения. Эффективность фильтрования в данной конструкции повышается за счет отсутствия расслаивания зерен фильтровального материала, но не создает условие его более равномерного загрязнения.
Известно изобретение «Аэрозольный фильтр», патент RU 2175571, опубл. 10.11.2001, WO 98/17372, МПК B01D 39/12, B01D 46/24, который имеет поры. Фильтрующие поверхности увеличиваются с увеличением радиуса цилиндра, в котором находится фильтр, т.е. Увеличивается количество пор в каждой цилиндрической фильтрующей поверхности. В этой конструкции хорошо согласовывают фильтр с профилем потока среды, а металлическая ткань содержит множество состоящих из металлической проволоки слоев ткани, что позволяет очистить фильтр без образования остатка. Однако увеличение времени работы фильтрующего элемента не обеспечивает более равномерного загрязнения фильтра в картридже, а, следовательно, не обеспечивает повышения энергетической эффективности вытяжки за счет равномерного распределения подаваемого воздуха через диффузор и получения заданной мощности вытяжки, и, как следствие, ее производительности, поскольку предложенные мероприятие не повышает коэффициент очистки загрязненного воздуха.
Известно изобретение «Фильтрующий элемент и воздушный фильтр», патент RU 2553301 опубл.: 10.06.2015, WO 2011/069864, МПК B01D 46/52, содержащий концевой диск, который закреплен на фильтрующем материале на осевой торцевой стороне фильтрующего тела и концевой диск содержит выравнивающий контур, выступающий от соответствующего концевого диска в радиальном и/или в осевом направлении, а-фильтрующий материал является складчатым. Симметричную картину потока позади фильтрующего элемента получают вследствие закрепления концевых складок друг на друге в области фильтрующего тела, которое имеет другое, а именно повышенное сопротивление протеканию, поэтому в окружном направлении фильтрующего тела образуется неоднородное распределение сопротивления протеканию. Изобретение предлагает улучшенный вариант выполнения, который, в частности, отличается тем, что затраты на монтаж или же на техническое обслуживание сокращены. Однако эта конструкция не обеспечивает равномерного распределения подаваемого воздуха через диффузор и получения заданной мощности вытяжки, а также не повышает коэффициент очистки загрязненного воздуха.
Наиболее близким техническим решением является полезная модель «Фильтр-патрон», патент RU 36260. Опубл. 10.03.2004, МПК B01D 46/02, B01D 29/00, в котором грязный газ подается снаружи к каналам емкости корпуса, к которым присоединены цилиндры с отверстиями для прохода газа, фильтрующий материал выполнен с уменьшением размера ячеек по пути движения газа, а кожух вытяжки выполнен из перфорированного листа или решетки или полос или сетки. Однако вместо диффузора используют фильтрующий материал с разными размерами ячеек. Подачу грязного газа осуществляют через цилиндры, расстояние между которыми не больше диаметра каждого фильтра, состоящего из этого фильтрующего материала. Позволяет увеличить производительность и грязеемкость фильтра, продолжительность его работы до допустимого загрязнения, и достичь уменьшения гидравлического сопротивления и энергозатрат вытяжки. Однако фильтр слишком сложный, не используют диффузор, который позволяет конструктивно выполнить сменный картридж. Увеличение времени работы фильтрующего элемента за счет его более равномерного загрязнения обеспечено за счет расположения фильтрующего элемента в цилиндрах, а не за счет диффузора. Однако расчет таких цилиндров слишком сложен, что делает конструкцию не обеспечивающей выполнению поставленной задачи. Подаваемый загрязненный воздух распределяется в фильтрующем материале не равномерно, следовательно, не происходит повышения суммарной эффективности очистки воздуха в вытяжке, что характеризуется повышением коэффициента очистки загрязненного воздуха.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что диффузоры (9) для картриджа вытяжки, выполнены в виде перфорированной металлической плоской решетки. Новым является то, что для равномерного распределения напора подаваемого загрязненного воздуха и/или отводимого очищенного воздуха по всей поверхности фильтрующего элемента (1) перфорацию диффузоров (9) (см. Фиг. 3 и 4) располагают по всей его поверхности, перфорация выполнена в виде разновеликих отверстий с увеличением площади отверстий от центра к периферии и перфорация на диффузорах имеет N зон (см. Фиг. 3 - зоны I, II, III) прохождения потока воздуха через ее отверстия к фильтрующему элементу (1) с распределением площади отверстий перфорации диффузора от 50% до 100%, При этом каждая зона обеспечивает прохождение одинакового суммарного объема воздуха в направлении течения подаваемого воздуха по всей массе фильтрующего элемента (1) картриджа. Частные варианты исполнения предусматривают, например, то, что в диффузоре (9) отверстия перфорации имеют прямоугольную форму, в совокупности площадь отверстий перфорации составляет 75% от всей площади диффузора и отверстия перфорации распределены по диффузору от его центра к краям таким образом, чтобы площадь отверстий перфорации увеличивалась от центра диффузора к его краям в продольном и поперечном направлениях, обеспечивая равное по объему прохождение воздуха от входного патрубка вытяжки в каждой зоне диффузора на единицу площади диффузора. Например, в диффузоре входной решетки (2) (Фиг. 3) перфорация может быть выполнена с тремя зонами, где: первая зона соответствует внешней части диффузора и обеспечивает прохождение ста процентов (100%) объема воздуха, подаваемого на единицу площади диффузора от входного патрубка, вторая зона соответствует средней части диффузора и обеспечивает прохождение семидесяти пяти процентов (75%) объема подаваемого воздуха, на единицу площади диффузора от входного патрубка; и третья зона соответствует центральной части диффузора и обеспечивает прохождение пятидесяти процентов (50%) объема подаваемого воздуха, на единицу площади диффузора от входного патрубка. В выходной решетке (3) также может быть три зоны (см. Фиг. 4), однако в другом варианте исполнения количество зон на выходной решетке (3) может быть выбрано иным, в зависимости от выбранного расчетного напора например зоны могут быть увеличены по размеру или их количество будет соответствовать двум зонам.
Данное техническое решение диффузоров иллюстрируется чертежами, которые не охватывают всех вариантов расчета перфорации по площади и по зонам, которые зависят от свойств фильтрующего элемента в картридже.
На Фиг. 3 - показан верхний диффузор в плане
На Фиг. 4 - показан нижний диффузор в плане.
Диффузоры устроены следующим образом.
Диффузоры (9) верхней (2) и нижней (3) решеток представляют из себя металлические пластины с перфорацией. Пластины могут быть выполнены как раз различных сплавов, так и из полимерных материалов.
Перфорация этих пластин выполнена в виде отверстий прямоугольной или круглой формы, размеры которых рассчитывают по зонам. Зон может быть по количеству N штук. Они располагаются по всей поверхности диффузора таким образом, чтобы при установке в картридж поверхность этих зон размещалась над всей поверхностью фильтрующего элемента (1) и через диффузор (9) и фильтрующий элемент (1) проходил (входил и выходил) прокачиваемый воздух по всей площади диффузоров входной (2) и выходной (3) решеток. Для равномерного распределения напора воздуха по зонам по всей поверхности фильтрующего элемента перфорацию выполняют в виде разновеликих отверстий с увеличением площади отверстий от центра к периферии. N зон прохождения потока воздуха через отверстия перфорации к фильтрующему элементу распределяют по площади отверстий перфорации диффузора от 50% до 100% от общей площади диффузора. В центральной части выполнены отверстия наименьшей площади, на периферии выполнены отверстия большей площади. Таким образом, в каждой зоне площадь отверстий перфорации от площади диффузора составляет свое значение. Эти значения рассчитывают в соответствии с градиентов изменения напора по площади фильтрующего элемента, который рассчитывают от центра к периферии. Этот градиент между центральной частью фильтрующего элемента и его периферийной частью составляет не менее 50% напора на расстоянии до 500 мм, что определено империческим путем. Зоны подобраны таким образом, чтобы напор в каждой зоне примерно было одинаков. От диаметра входного патрубка (8) и от величины напора в этом патрубке, а также от его длины зависит количество зон, которые выбираются. Допустимая погрешность (перепад) величины напора внутри каждой зоны выбирают в зависимости от вида фильтрующего элемента, например, сыпучего (уголь и др.) или волокнистый материал. Каждая зона обеспечивает прохождение одинакового суммарного объема воздуха в направлении течения подаваемого воздуха по всей массе фильтрующего элемента картриджа, что обеспечивает увеличение времени работы фильтрующего элемента в картридже за счет его более равномерного загрязнения. Кроме того, обеспечивается повышение энергетической эффективности вытяжки за счет равномерного распределения подаваемого воздуха для очистки через диффузор и фильтрующий элемент, так как уменьшается сопротивление прохождению воздуха.
Возможность регулировки верхнего и нижнего щелевых зазоров между нижним срезом входного патрубка (8) вытяжки и верхним диффузором (верхняя решетка (2)), а также между верхним срезом выходного патрубка (12) и нижним диффузором (нижняя решетка (3)) соответственно, позволяют получить заданную мощность вытяжки, и, как следствие, ее производительность, а отсутствие сопротивления выходящему воздуху позволяет повысить суммарную эффективность очистки воздуха в вытяжке, так как в фильтрующем элементе (1) не возникает завихрений, вызванных неравномерным прохождением через него воздуха. Это позволяет повысить коэффициент очистки загрязненного воздуха.
В частном исполнении вытяжки с Воздушным потоком 380 м3/час при давлении 30 мБар и размерами картриджа 350×455×455 мм, выбирают для диффузора зоны III. Отверстия перфорации имеют прямоугольную форму, в совокупности площадь отверстий перфорации составляет 75% от всей площади диффузора. Площадь отверстий перфорации увеличивается от центра диффузора к его краям в продольном и поперечном направлениях. Первая зона (зона I) соответствует внешней части диффузора и обеспечивает прохождение ста процентов (100%) объема воздуха, подаваемого на единицу площади диффузора от входного патрубка, вторая зона (зона II) соответствует средней части диффузора и обеспечивает прохождение семидесяти пяти процентов (75%) объема подаваемого воздуха, на единицу площади диффузора от входного патрубка; и третья зона (зона III) соответствует центральной части диффузора и обеспечивает прохождение пятидесяти процентов (50%) объема подаваемого воздуха, на единицу площади диффузора от входного патрубка.
В этом случае были проведены испытания и результаты этих испытаний по сравнению с прототипом указаны в Таблице.
Эксперимент проводился с целью подтверждения более равномерного распределения очищаемого воздуха по площади фильтрующего элемента. Для определения проходящего объема воздуха замерялись температуры во всех трех зонах диффузора. Сравнивались температуры нагрева фильтрующего элемента, которые показывают прохождение объемов воздуха через единицу площади фильтрующего элемента, нагревая его.
В качестве оригинального образца брался стандартный картридж со стандартным диффузором фирмы БОФА (BOFA International Ltd) В качестве экспериментального образца брался картридж с диффузором по предложенному техническому решению.
В качестве исходных условий подавался воздух с температурой: +24 С; Воздушный поток на входном патрубке: 250 м3/час; Давление всасывания на выходном патрубке: 30 мБар; Время измерения прогрева фильтрующего элемента: 5 мин; В качестве фильтрующего элемента взят гранулированный активированный угол марки АР-В.
Для опыта сравнивались два картриджа с фильтрующим элементом: Экспериментальный и Оригинальный.
Экспериментальный картридж с диффузором, который имеет различную по зонам площадь перфорации, а оригинальный картридж имеет одинаковую перфорацию.
Во время эксперимента подавался теплый воздух во входной патрубок устройства от строительного фена с установленной постоянной температурой: +40 С.
После прогрева вынимался каждый фильтр и производилась теплосъемка.
Цель эксперимента состояла в том, что бы посмотреть, насколько равномерно распределяется прогретый воздух внутри фильтра и какая разница температур будет от центральных зон к периферии, что характеризует равномерность и объем пропускаемого воздуха через фильтрующий элемент.
Меньшая разница свидетельствует о более равномерном потоке воздуха, и эта разница будет показывать количественную разницу величины потока воздуха в разных зонах.
Данные заносились в таблицу. Для расчетов использовались данные из Эксперимента 1, Эксперимента 2 и Эксперимента 3, полученные при съемках в положении сверху.
Таким образом, подтверждается заявленный технический результат - повышение энергетической эффективности вытяжки за счет равномерного распределения подаваемого воздуха для очистки через диффузор.
После усреднения значений температуры на выходе картриджа фильтра и подсчета изменения разницы значений в разных зонах оригинального и экспериментального картриджей фильтров, а так же визуального осмотра теплоснимков определено, что экспериментальный картридж значительно более равномерно прогрет и имеет минимальную разницу средних температур от Зоны №I к Зоне №III, по сравнению с оригинальным картриджем. При этом средняя разница изменений температуры в разных картриджах фильтров может достигать 3.24 раз, что прямо указывает на такое же соотношение проходящего воздуха через Зоны №III, а это означает, что Экспериментальный картридж имеет преимущество, так как через его Зону №III проходит на столько же больше воздуха, тем самым, позволяя наполнителю фильтра работать эффективнее.
Таким образом, предложенное техническое решение диффузора обеспечивает технический результата - увеличение времени работы фильтрующего элемента в картридже за счет его более равномерного загрязнения; и повышение энергетической эффективности вытяжки за счет равномерного распределения подаваемого воздуха для очистки через диффузор.