СПОСОБ ОРГАНИЗАЦИИ ИСКУССТВЕННОЙ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
ARRANGEMENT METHOD OF ARTIFICIAL AIR CLEANING, AND SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретения относятся к сфере организации комфортного микроклимата в помещениях и могут быть, преимущественно, использованы в качестве средств и методов осуществления искусственной очистки воздуха в условиях бытовых помещений, как жилых, так и офисных.
С каждым годом экологическая ситуация в мире ухудшается. Особенно это актуально для больших городов, где работают заводы, а по улицам движется огромное количество автотранспорта, который, безусловно, даже после прохождения фильтрации выхлопных газов, выбрасывает в атмосферу очень много загрязняющих веществ. Весь этот загрязненный воздух поступает в жилые помещения и офисы. Стоит отметить, что кроме техногенного существуют и природные загрязнители, такие как пыль, пыльца, бактерии и микробы.
У природы существуют собственные механизмы самоочищения (водные ресурсы и лесные массивы), которые отлично справляются со всеми загрязняющими веществами, но в закрытых помещениях эти механизмы не работают, зато эту функцию могут успешно выполнять искусственные воздухоочистители. Искусственные воздухоочистители помогают избавиться от неприятных последствий индустриального века. Также воздухоочистители успешно справляются с неприятными запахами табака, испортившейся (или пригоревшей) пищи. Следует отметить, что именно дыхательная система очищает вдыхаемый воздух и укрепляет иммунную систему человека.
Таким образом, одним из наиболее востребованных приборов на сегодняшний день является воздухоочиститель, что связано с ухудшающейся экологией.
Очистка воздуха очень важна для здоровья. В воздухе, особенно в помещении, содержится большое количество болезнетворных микробов, вредных соединений, пыли, которая может вызывать аллергию, число подверженных которой с каждым годом увеличивается.
Многие модели воздухоочистителей, помимо непосредственно очистки, имеют ряд других, не менее полезных функций. Например, могут быть оснащены функциями увлажнения, ионизации, ароматизации, антибактериальной и антигрибковой функцией и другими.
Из уровня техники известен способ организации искусственной очистки воздуха, заключающийся в том, что очистку осуществляют в двух последовательно расположенных зонах, причем в первой зоне, функционально являющейся зоной увлажнения воздуха, в качестве фильтрующего средства используют направленный поток водной фракции в виде многоярусного водяного столба, взаимодействующий с входящим в очистительную систему воздушным потоком, а во второй зоне очистку воздуха осуществляют путем его осушения (Интернет, сайт: shop.aircomfort.ru, климатический комплекс AirComfort XJ-860).
Из уровня техники также известна система искусственной очистки воздуха, содержащая: две последовательно расположенные рабочие зоны с воздушными трактами для прохождения очищаемого воздушного потока и средствами его очистки, первая из которых функционально является зоной увлажнения воздуха, а вторая - зоной осушения до заданной величины влажности; накопительный и сточный резервуары для используемой и отработанной соответственно в технологическом процессе очистки воды; при этом на входе зоны увлажнения воздуха или на выходе зоны его осушения размещен всасывающий или вытяжной вентилятор соответственно (Интернет, сайт: shop.aircomfort.ru, климатический комплекс AirComfort XJ-860).
К основным недостаткам данных известных из уровня техники решений (как в отношении объекта «способ», так и в отношении объекта «устройство») следует отнести недостаточную степень очистки воздуха и сложность конструкции используемой для реализации способа системы очистки.
Объясняется это тем, что в технологическом процессе очистки используется ранее использованная (частично загрязненная) в этом же процессе вода, т.е. ранее отфильтрованные продукты загрязнения воздуха не выводятся из системы, а постоянно циркулируют в ней. Кроме того, используемая в данных технических решениях водная фракция обладает низкой адсорбционной способностью и химической активностью, поскольку используется в молекулярном, нейтральном и не дисперсном состоянии.
Кроме того, еще одним недостатком данных известных из уровня техники решений является высокое энергопотребление, поскольку для формирования в технологическом процессе многоярусного столба воды требуется достаточно мощный электродвигатель.
Техническим результатом заявленных изобретений является повышение степени очистки воздуха при упрощении конструкции используемой для реализации способа системы искусственной очистки.
Объясняется это тем, что в заявленных объектах изобретения на протяжении всего технологического цикла очистки используется предварительно отфильтрованная водная фракция, причем в ионизованном мелкодисперсном состоянии, повышающим ее физико-химическую активность.
Дополнительным техническим результатом является сокращение энергопотребления, поскольку ультразвуковые генераторы, обеспечивающие изменение фазового состояния и избыточное давление в области ионизованной водной фракции (холодного водяного пара), являются маломощными электроприборами, по сравнению с электродвигателем.
Указанный технический результат в отношении объекта изобретения «способ» достигается посредством того, что в способе организации искусственной очистки воздуха, заключающемся в том, что очистку осуществляют в двух последовательно расположенных рабочих зонах, причем в первой зоне, функционально являющейся зоной увлажнения воздуха, в качестве фильтрующего средства используют направленный поток водной фракции, взаимодействующей с входящим в систему очистки воздушным потоком, а во второй зоне очистку воздуха осуществляют путем его осушения, согласно изобретению в качестве водной фракции используют ионизированный холодный водяной пар, который получают на основе кавитационного эффекта в объеме, преимущественно в поверхностном слое, воды, заключенной в накопительном резервуаре; кавитационный эффект реализуют посредством ультразвука; направление упомянутого потока водяного пара организуют таким образом, чтобы он пересекал входящий воздушный поток, смешиваясь с ним; при этом направление воздушного потока в обеих зонах очистки многократно изменяют относительно прямолинейного; кроме того, в качестве адсорбирующих элементов используют развитые конденсационные поверхности воздушных трактов; конденсат удаляют из системы очистки в сточный резервуар; а уровень влажности воздуха во второй зоне очистки регламентируют необходимой степенью его очистки.
Целесообразно конденсат, поступающий в сточный резервуар, фильтровать и возвращать в накопительный резервуар.
Оптимально уровень воды в накопительном резервуаре поддерживать постоянным на протяжении всего технологического цикла работы системы очистки.
Разумно в накопительном резервуаре использовать воду, предварительно отфильтрованную посредством мембранных фильтров обратного осмоса.
Целесообразно перед поступлением упомянутой водной фракции в первую зону увлажнения освобождать ее от капельной фазы, которую возвращают в накопительный резервуар.
Указанный технический результат в отношении объекта изобретения «устройство» достигается посредством того, что в системе искусственной очистки воздуха, содержащей: две последовательно расположенные рабочие зоны с воздушными трактами для прохождения очищаемого воздушного потока и средствами его очистки, первая из которых функционально является зоной увлажнения воздуха, а вторая - зоной осушения до заданной величины влажности; накопительный и сточный резервуары для используемой и отработанной соответственно в технологическом процессе очистки воды; при этом на входе зоны увлажнения воздуха или на выходе зоны его осушения размещен всасывающий или вытяжной вентилятор соответственно, согласно изобретению воздушные тракты в обеих зонах конструктивно-геометрически организуют таким образом, что очищаемый воздушный поток имеет возможность многократного изменения своего направления относительно прямолинейного при отражении от конденсационно-адсорбирующих поверхностей трактов в процессе прохождения по ним; внутренние поверхности обоих трактов организованы с возможность осуществления конденсационно-адсорбирующей функции фильтрующего средства в виде водяной фракции - направленного ионизованного потока холодного водяного пара, в эксплуатационном режиме и оснащены водостоками; при этом водостоки соединены со сточным резервуаром, а накопительный резервуар оснащен совокупностью ультразвуковых генераторов, выполненных, например, в виде пьезоэлектрических элементов, пространственно расположенных в объеме используемой воды в эксплуатационном режиме, которые в совокупности с конденсационно-адсорбирующими поверхностями упомянутых трактов функционально являются конструктивной составляющей средств очистки.
Оптимально между накопительным резервуаром и зоной увлажнения устанавливать средство, функционально являющееся отражателем капельной фазы фильтрующего средства.
Разумно конденсационно-адсорбирующие поверхности корпусов воздушных трактов оснащать средствами их охлаждения в эксплуатационном режиме, выполненными, например, в виде элементов Пельтье.
Целесообразно сточный резервуар соединять через фильтр, преимущественно мембранный с обратным осмосом, с накопительным резервуаром.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленных изобретений, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками и связями между ними, идентичными или эквивалентными всем существенным признакам заявленных технических решений, а выбранный из выявленных аналогов прототип как наиболее близкий по совокупности признаков аналог, позволил выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявленных объектах, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленные технические решения соответствуют условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.
Для проверки соответствия заявленных изобретений требованию условия патентоспособности «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленных технических решений, результаты которого показывают, что заявленные изобретения не следуют для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленных изобретений преобразований на достижение усматриваемого заявителем технического результата.
В частности, заявленными изобретениями не предусматриваются следующие преобразования известных объектов-прототипов:
- дополнение известного объекта каким-либо известным признаком, присоединяемым к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какого-либо признака известного объекта другим известным признаком для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какого-либо признака известного объекта с одновременным исключением обусловленной наличием этого признака функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;
- увеличение количества однотипных признаков в известном объекте для усиления технического результата, обусловленного наличием в объекте именно таких признаков;
- выполнение известного объекта или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;
- создание объекта, включающего известные признаки, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами признаков этого объекта и связей между ними.
Следовательно, заявленные изобретения соответствуют требованию условия патентоспособности «изобретательский уровень» по действующему законодательству.
Заявленные изобретения иллюстрируются графическими материалами, которые схематически иллюстрируют общую (но не принципиальную конструктивную) схему заявленной системы искусственной очистки воздуха.
В графических материалах заявки агрегаты, узлы и отдельные конструктивные элементы заявленной системы искусственной очистки воздуха обозначены следующими позициями:
1 - система (искусственной очистки воздуха);
2 - зона (первая увлажнения воздуха);
3 - зона (вторая осушения воздуха);
4 - тракт (воздушный, зоны 2 увлажнения);
5 - тракт (воздушный, зоны 3 осушения);
6 - поверхность (внутренняя, конденсационно-адсорбирующая тракта 4);
7 - поверхность (внутренняя, конденсационно-адсорбирующая тракта 5);
8 - поток (воздушный);
9 - резервуар (накопительный);
10 - вентилятор (всасывающий);
11 - направление (перемещения очищаемого воздушного потока 8);
12 - фильтр (мембранный с обратным осмосом);
13 - генераторы (ультразвуковые);
14 - стенка (воздушного тракта 4 зоны 2 увлажнения);
15 - отражатель (капельной фазы фильтрующего средства);
16 - поток (пара холодного водяного ионизованного);
17 - элемент (Пельтье);
18 - резервуар (сточный).
Заявленный способ организации системы 1 искусственной очистки воздуха заключается в следующем.
Очистку осуществляют в двух последовательно расположенных рабочих зонах 2 и 3. Причем в первой зоне 2, функционально являющейся зоной увлажнения воздуха, в качестве фильтрующего средства используют направленный поток 16 водной фракции, взаимодействующей с входящим в систему 1 очистки воздушным потоком 8, а во второй зоне 3 очистку воздуха осуществляют путем его последующего осушения. В качестве водной фракции в первой зоне 2 используют поток 16 ионизированного холодного водяного пара, который получают на основе кавитационного эффекта в объеме (преимущественно в поверхностном слое) воды, заключенной в накопительном резервуаре 9. Кавитационный эффект реализуют посредством ультразвука. Использование ионизированного водяного пара повышает степень очистки вплоть до антибактериального уровня вследствие высокой физико-химической активности ионов. Направление упомянутого потока 16 водяного пара организуют таким образом, чтобы он пересекал входящий воздушный поток 8, смешиваясь с ним. При этом направление воздушного потока 8 в обеих зонах 2 и 3 очистки многократно изменяют относительно прямолинейного. Это способствует, во-первых, наиболее эффективному смешиванию потока 16 водяного пара с входящим (очищаемым) воздушным потоком 8, а, во-вторых, увеличению пути прохождения воздушного потока 8 по воздушным трактам 4 и 5. Следовательно, увеличивается эффективное время очистки и, соответственно, качество его очистки. Кроме того, в качестве адсорбирующих элементов используют развитые конденсационные поверхности 6 и 7 воздушных трактов 4 и 5 соответственно. Конденсат удаляют из системы 1 очистки в сточный резервуар 18. Уровень влажности воздуха во второй зоне 3 осушения воздуха регламентируют необходимой степенью его очистки. То есть чем ниже будет уровень влажности воздуха на выходе из системы 1 очистки, тем выше будет степень его очистки.
Целесообразно конденсат, поступающий в сточный резервуар 18, фильтровать и возвращать в накопительный резервуар 9 (в графических материалах данное направление рециркуляции конденсата показано пунктирными стрелками).
Оптимально уровень воды в накопительном резервуаре 9 поддерживать постоянным на протяжении всего технологического цикла работы системы 1 очистки. Это обеспечивают либо посредством вышеуказанной рециркуляции конденсата, либо подпиткой предварительно отфильтрованной водой от автономного источника, либо и тем и другим вместе.
Разумно в накопительном резервуаре 9 использовать воду, предварительно отфильтрованную посредством мембранных фильтров 12 обратного осмоса.
Целесообразно перед поступлением упомянутой водной фракции в первую зону 2 увлажнения освобождать ее от капельной фазы, которую возвращают в накопительный резервуар 9.
Заявленная система 1 искусственной очистки воздуха содержит следующие узлы и элементы.
Две последовательно расположенные рабочие зоны 2 и 3 с воздушными трактами 4 и 5 соответственно для прохождения очищаемого воздушного потока 8 и средствами его очистки. Первая зона 2 функционально является зоной 2 увлажнения воздуха, а вторая зона 3 - зоной 3 осушения до заданной величины влажности. Накопительный 9 и сточный 18 резервуары для используемой и отработанной соответственно в технологическом цикле очистки воды. При этом на входе зоны 2 увлажнения воздуха или на выходе зоны 3 его осушения размещен всасывающий вентилятор 10 или вытяжной вентилятор (в графических материалах условно не показан) соответственно. Воздушные тракты 4 и 5 в обеих зонах 2 и 3 соответственно конструктивно-геометрически организуют таким образом, что очищаемый воздушный поток 8 имеет возможность многократного изменения своего направления относительно прямолинейного при отражении от конденсационно-адсорбирующих поверхностей 6 и 7 трактов 4 и 5 в процессе прохождения по ним. Внутренние поверхности обоих трактов 4 и 5 организованы с возможность осуществления конденсационно-адсорбирующей функции фильтрующего средства (в виде водяной фракции - направленного ионизованного потока 16 холодного водяного пара) в эксплуатационном режиме и оснащены водостоками (в графических материалах условно не показаны). При этом водостоки конструктивно организованы таким образом, что исключается возврат загрязненного конденсата в накопительный резервуар 9, и соединены со сточным резервуаром 18. Накопительный резервуар 9 оснащен совокупностью ультразвуковых генераторов 13, выполненных, например, в виде пьезоэлектрических элементов, пространственно расположенных в объеме используемой воды в эксплуатационном режиме. Ультразвуковые генераторы, в совокупности с конденсационно-адсорбирующими поверхностями 6 и 7 упомянутых трактов 4 и 5 функционально являются конструктивной составляющей средств очистки.
Оптимально между накопительным резервуаром 9 и зоной 2 увлажнения устанавливать средство, функционально являющееся отражателем 15 капельной фазы фильтрующего средства, которая в этом случае возвращается в накопительный резервуар 9.
Разумно конденсационно-адсорбирующие поверхности 6 и 7 корпусов воздушных трактов 4 и 5 оснащать средствами их охлаждения в эксплуатационном режиме, выполненными, например, в виде элементов Пельтье 17.
Целесообразно сточный резервуар 18 соединять через фильтр 12, преимущественно мембранный с обратным осмосом, с накопительным резервуаром 9.
Работа заявленной системы 1 искусственной очистки воздуха вытекает из вышеописанного способа осуществления искусственной очистки и дополнительных пояснений для специалиста в данной области не требует.
Однако целесообразно заострить внимание на физико-химических принципах очистки воздушного потока 8, реализуемых заявленной системой 1 искусственной очистки, основанных на эффекте кавитации в жидкости (воде).
Для более детального понимания существа настоящего изобретения целесообразно более детально рассмотреть физические особенности ультразвука (упругих волн с частотой колебаний от 20 кГц до 1 ГГц).
Высокая частота и малая длина ультразвуковой волны определяют специфические особенности ультразвука: возможность распространения направленными пучками (называемыми ультразвуковыми лучами), а также возможность генерации мощных волн, переносящих значительную механическую энергию. Ультразвуковые колебания обладают способностью распространяться даже в твердых веществах на большую глубину без заметного ослабления и отражаться от границы раздела двух разнородных сред (веществ). Ультразвуковое воздействие на вещество обеспечивает ускорение массообменных и химических процессов (в частности, экстрагирования, хемосорбции, диффузии). Действие ультразвука в кавитирующих жидкостях базируется на использовании вторичных эффектов кавитации - высоких локальных давлениях и температурах, образующихся при захлопывании кавитационных каверн.
В процессе ультразвуковой обработки жидкой фракции (в частности, воды) происходят физико-химические изменения ее исходной структуры, приводящие к образованию активных ненасыщенных связей, которые способствуют интенсификации процессов адсорбирующего взаимодействия (связывания) водной фракции с поверхностью, например, минеральных материалов (т.е. твердых частиц, находящихся в атмосферном воздухе в виде пылинок и частиц, обладающих электростатическим зарядом).
Таким образом, в настоящем изобретении возникающий под воздействием ультразвука в воде (находящейся в накопительном резервуаре 9) кавитационный эффект обеспечивает переход воды в иное фазовое состояние - а именно, в холодный ионизованный водяной пар с избыточным давлением, позволяющим ему пересекать очищаемый воздушный поток и смешиваться с последним в воздушном тракте 4 зоны 2 увлажнения воздуха.
Учитывая более высокую физико-химическую активность ионизованных частиц в данном фазовом состоянии воды (по отношению к нейтральным молекулам в жидком состоянии), обеспечивается значительно более высокая степень очистки. При этом в процессе конденсации данной фазы загрязняющие частицы (в том числе микробы, вирусы, пыльца растений и т.д.) выводятся из технологического процесса системы совместно с конденсатом как в первой зоне 2 увлажнения, так и во второй зоне 3 осушения воздуха. Здесь следует отметить, что степень очистки воздушного потока 8 во второй зоне регламентируется степенью осушения воздуха в ней, т.е. чем ниже влажность воздушного потока 8 на выходе из системы 1, тем выше степень его очистки. Немаловажную роль на степень очистки влияет и высокая дисперсность используемой в заявленных изобретениях водяной фракции.
Взаимодействие воздуха при его смешивании с ионизованным потоком 16 плотного водяного пара существенно эффективнее, чем взаимодействие воздуха с водой в капельной фазе.
Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленных технических решений следующей совокупности условий:
- объекты, воплощающие заявленные технические решения, при их осуществлении, предназначены для использования в качестве средств и методов осуществления искусственной очистки воздуха бытовых, офисных и производственных помещений;
- для заявленных объектов в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах нижеизложенной формулы, подтверждена возможность их осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объекты, воплощающие заявленные технические решения, при их осуществлении, способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленные объекты соответствуют требованию условия патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.