УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СРЕД Российский патент 1998 года по МПК B03C5/00 

Изобретение относится к очистке различных непроводящих электрический ток сред и может быть использовано для очистки жидкостей и газов.

Известно устройство для непрерывной очистки от мути, например одеколонов, с применением электрического заряда частиц, выполненное в виде двух последовательно соединенных проточных ванн, у одной из которых снаружи установлены электроды для создания электрического поля, а у другой - магниты [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относят то, что его эффективность очистки не высока вследствие отсутствия очистки в первой ванне из-за отсутствия неоднородности электрического поля в ней и отсутствия гидродинамических вихрей в потоке жидкости как в первой, так и во второй ваннах из-за отсутствия вызывающих эти неоднородности и вихри элементов конструкции в центральных частях потока жидкости обеих ванн, а также из-за недостаточной площади съемных металлических листов для удаления осадка (в данном устройстве площадь этих листов более чем в 2 раза меньше площади внутренних поверхностей обеих ванн).

Известно также устройство электроочистки жидких и газообразных сред, включающее секцию очистки с установленными на валу перемещающимися высоковольтными электродами и секцию регенерации, снабженную валом и высоковольтным источником питания, соединенными с грязесъемником, выполненным в виде двух металлических пластин [2].

К недостаткам данного устройства, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относят то, что эффективность очистки его низка вследствие вымывания потоком сред осевших на ленточной спирали загрязнений, отсутствия элементов, учитывающих неравномерность степени загрязнения ленточной спирали вдоль потока сред, а также превышение (более чем в 2 раза) общих размеров устройства по сравнению с собственно рабочими размерами устройства (секцией очистки).

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому устройству является электроочиститель диэлектрических жидкостей, содержащий систему поверхностей, часть из которых находится под электрическим потенциалом, причем часть из них служит для осаждения частиц загрязнений [3].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относят то, что в нем эффективность очистки низка вследствие наличия значительного количества неиспользуемых для заполнения загрязнениями пустот, образованных поверхностями в виде конусообразных выступов и диэлектрических проставок, вследствие препятствия потоком очищаемой жидкости прохождению направленного встречно к нему потоку загрязнений, вследствие наличия неравномерности заполнения частицами загрязнений поверхностей вдоль потока (что обуславливает заполнение нижней части устройства загрязнениями быстрее верхней), вследствие отсутствия минимальной площади сечения поверхностей вдоль какого-либо направления по всему этому направлению , что обуславливает невозможность проведения продувки потоком жидкости осевших на поверхности загрязнений внутри самого устройства.

Сущность изобретения заключается в повышении эффективности очистки.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве очистки диэлектрических сред, содержащем систему поверхностей, часть из которых находится под электрическим потенциалом, причем часть из них служит для осаждения частиц загрязнений, особенность заключается в том, что в системах поверхностей имеются проходы для потока очищаемой среды, поверхности, находящиеся под электрическим потенциалом, расположены на расстояниях, обеспечивающих отсутствие электрического пробоя при подведенном потенциале (во избежание коротких замыканий источников электропитания поверхностей (на чертеже не показаны)), а поверхности образуют между собой зоны возникновения гидродинамических вихрей (которые образуются при изменении площади сечения потока очищаемой среды, вызываемого наличием или отсутствием поверхностей 1-7 (см. чертеж) по мере продвижения этого потока), зоны уменьшения скорости потока очищаемой среды (скорости потоков в каких-либо направлениях увеличиваются при уменьшении площади проходов потоков между поверхностями в этих направлениях и соответственно скорости потоков в каких-либо направлениях уменьшаются при увеличении площади проходов потоков между поверхностями в этих направлениях, а также скорости потоков уменьшаются вблизи поверхностей 1-7 и поверхности стенок корпуса 9 вследствие увеличения трения среды вблизи каких-либо поверхностей), а также неоднородности электрического поля (при подаче электрических потенциалов на некоторые из поверхностей 1-7, 9 (электрические провода на чертеже не показаны) в различных направлениях в зависимости от наличия или отсутствия потенциалов и в зависимости от расположения поверхностей относительно друг друга и в зависимости от величин площадей этих поверхностей и в зависимости от полярностей подведенных к поверхностям потенциалов и в зависимости от частот изменения этих потенциалов будут возникать различные неоднородности электрических полей), а размеры проходов (отверстий, щелей, зазоров и т.д.), величины расстояний между поверхностями 1-7, 9, их расположение (взаимное) относительно друг друга, величины подводимых к поверхностям напряжений и полярности этих напряжений и частоты изменения этих напряжений выбираются (методами математического моделирования при решении задач оптимизации, рассмотрение которых здесь не проводится) из условия обеспечения равномерности заполнения всего объема устройства частицами загрязнений, причем площади сечений поверхностей в одном из направлений, например в продольном по отношению к потоку, минимальны во всех местах поверхностей по этому направлению (так как на чертеже поверхности 1-7, 9 показаны в разрезе, продольном потоку среды, то становится ясно, что в плоскости разреза площади сечений поверхностей минимальны по сравнению с их величинами в перпендикулярном потоку направлении в некоторых местах, и если направить поток среды в направлении, перпендикулярном показанному стрелками на фиг. (в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа) или, развернув после их извлечения из корпуса поверхности 1-7 на 90^o и установив их вновь в корпус, пропустить поток среды в прежнем его направлении, то осевшие загрязнения в зонах 8 беспрепятственно будут удалены (выдуты или вымыты) пропущенным потоком среды).

В случае, если в данном устройстве предусмотрены (на фиг. не показаны) краны для очистки поверхностей от частиц загрязнений (промывки или продувки), установленные перпендикулярно потоку, показанному на чертеже стрелками (перпендикулярно плоскости фиг. или что то же самое перпендикулярно не показанным на фиг. кранам входа и выхода потока (вход вверху чертежа, а выход - внизу чертежа), то в части очистки поверхностей (промывки, продувки) следует заметить, что во время очистки сред краны очистки открыты, а краны продувки (промывки) закрыты, а во время продувки (промывки) - наоборот: краны очистки среды закрыты, а краны продувки (промывки) открыты. Однако преимуществом данного устройства является необязательность наличия каких-либо кранов, так как в случае описанного выше поворота всех поверхностей (одновременного группового (так как эти поверхности соединены в единую конструктивную единицу )) 1-7 относительно корпуса 9 на 90^o при условии равенства по величине боковых размеров поверхностей размерам их основания, промывка (продувка) загрязненных поверхностей производится в том же корпусе устройства без каких-либо его конструктивных изменений.

Однако без электрического неоднородного поля происходит лишь чисто механическая очистка при вымывания или выдувании диэлектрической среды, а при наличии поля путем придания частицам загрязнений зарядов одного и того же знака при переменном поле достигается эффект взаимного отталкивания частиц загрязнений как друг от друга, так и от поверхностей осаждения, в результате чего последние очищаются, в том числе и без поворота поверхностей на 90^o относительно корпуса при указанном на чертеже стрелками направлении. Однако спрессованные частицы загрязнений не удается вывести из устройства лишь путем эффекта взаимного отталкивания, описанного выше, без поворота поверхностей 1-7 относительно корпуса на 90^o. Таким образом реализованная в данном устройстве двойная (и электрическая и механическая) очистка наиболее эффективна, так как обеспечивает наибольшую по сравнению с известными техническими решениями степень очистки поверхностей от любых загрязнений.

Проведенный заявителями анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявители не обнаружили аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявленного изобретения.

Определение из перечня выявленных аналогов-прототипов как наиболее близких по совокупности признаков аналогов позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителями техническому результату отличительных признаков изобретения, изложенных в формуле изобретения. Следовательно изобретение соответствует условию "новизна".

Для проведения проверки соответствия изобретения условию "изобретательский уровень" заявители провели дополнительный поиск известных решений с целью выявить признаки, совпадающие с отличительными от выбранных прототипом признаков изобретения. Результаты поиска показали, что данное изобретение не вытекает для специалистов явным образом из известного уровня техники (в том числе и из изобретений одного из заявителей по а.с. СССР N 1435299 и N 1695987 (оба кл. B 03 C 5/00), поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенных признаков каждого преобразования на достижение технического результата, в частности в заявленном изобретении не предусматриваются следующие преобразования:
дополнение известных средств какой-либо известной частью,
замена какой-либо части известного устройства,
исключение какой-либо части,
увеличение количества однотипных элементов действий,
выполнение известного средства или его частей из известного материала,
создание средства из известных частей на основании известных правил.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественных признаков, представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Следовательно, изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертеже изображено устройство, где 1-7 - поверхности осаждения частиц загрязнений, часть из которых находится под электрическим потенциалом (электрические провода не показаны), 8 - зоны уменьшения скорости потока очищаемой среды, 9 - стенки (поверхности) корпуса устройства. Причем зоны 8 - это как области самих поверхностей, так и области вблизи поверхностей 1-7, 9.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявленного изобретения с получением указанного технического результата.

В конкретном реализованном устройстве очистки диэлектрических сред скорость пропускания воздушного потока (при очистке воздуха в помещении) составляла от 2 до 18 м/с (в зависимости от производительности очистки) при пропускании его через систему поверхностей. Вихревая структура с зонами уменьшения до 0 м/с наблюдалась не только по переферии потока, но и в его центральной части. Градиент диэлектрической проницаемости среды наблюдался в направлении зон уменьшения скорости очищаемого воздуха, а величина отношения диэлектрической проницаемости воздуха на входе очистного устройства к диэлектрической проницаемости воздуха на выходе очистного устройства находилась в интервале 0,019-0,123. Соотношение площади поверхности осаждения на входе устройства и на его выходе находилось в интервале 0,126-0,367. Соотношение между горизонтальными поверхностями на входе устройства и на его выходе находилось в пределах : 5,26 - 67. Причем минимальное расстояние между находящимися под потенциалами поверхностями составляло порядка 0,003 м. Соотношение максимального напряжения на поверхностях к минимальному напряжению на них составляло 60 при его минимальном напряжении 220 В. Частота переменного напряжения, подаваемого на поверхности при удалении с них загрязнений составляла 3 Гц. При использовании описанного устройства очистки воздуха достигалась степень его очистки со значения 180000 частиц размерами до 5 мкм в 1 л воздуха на входе очистного устройства, до 20 частиц размерами до 5 мкм в 1 л воздуха на выходе этого устройства. Дополнительной и очень важной особенностью данного устройства очистки воздуха при описанных режимах является губительное воздействие на содержащиеся в воздухе болезнетворные микробы (в частности стафилококки), размеры которых не превышают 1 мкм. Это подтверждает высокую степень очистки и эффективность данного устройства очистки воздуха. Указанные выше режимы не являются окончательными, а лишь поясняют возможность реализации устройства. В случае очистки жидкостей указанные режимы значительно изменяются, не изменяя при этом сути заявляемого изобретения.

Авторами заявляемого изобретения изготовлены, испытаны и переработаны с учетом проведенных серий испытаний два опытных образца описанного изобретения. По итогам испытаний этих образцов было разработано, изготовлено и испытано третье устройство.

Заявляемое устройство прошло успешное испытание в Ставропольском центре стандартизации и метрологии и в Ставропольской станции санэпидемнадзора при проведении неоднократных замеров степени очистки воздуха, времени стабильности параметров очистки, степени губительного воздействия на болезнетворные микробы в палатах и перевязочных Ставропольской горбольницы N3, а также при фиксации степени наработки на отказ за время трехмесячных испытаний. С учетом достигнутого технического результата краевыми органами исполнительной власти Ставропольского края подготовлен план мероприятий по промышленному изготовлению данного вида необходимой для различных целей (и в особенности для медицинских целей) продукции.

Изложенные сведения показывают, что при использовании описанного устройства выполнена следующая совокупность условий:
изобретение предназначено для использования в промышленности, а именно в системах очистки диэлектрических сред (например воздуха).

для устройства в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Может быть использовано для очистки диэлектрических сред (жидкостей и газов) от частиц загрязнений. В системах поверхностей (П), часть из которых находится под потенциалом, имеются проходы для потока очищаемой среды, П расположены на недопускающих электрический пробой расстояниях при подведенном напряжении (Н), а П образуют между собой зоны возникновения гидродинамических вихрей, зоны уменьшения скорости потока очищаемой среды, а также неоднородности электрического поля, а размеры проходов, величины расстояний между П, их расположение друг относительно друга, величины Н, подводимых к П, и полярности этих Н и частоты изменения этих Н выбираются из условия обеспечения равномерности заполнения всего объема устройства частицами загрязнений, причем площади сечений П в одном из направлений, например, в продольном по отношению к потоку, минимальны во всех местах П по этому направлению. При этом достигается повышение эффективности очистки. 1 ил.

Устройство очистки диэлектрических сред, содержащее систему поверхностей, на часть из которых воздействуют электрическим потенциалом, причем часть из них служит для осаждения частиц загрязнений, отличающееся тем, что в системах поверхностей выполнены проходы для потока очищаемой среды, поверхности, находящиеся под электрическими потенциалом, расположены на расстояниях, обеспечивающих отсутствие электрического пробоя при подведенном потенциале, и поверхности образуют между собой зоны возникновения гидродинамических вихрей, зоны уменьшения скорости потока очищаемой среды, а также неоднородности электрического поля, причем размеры проходов, величины расстояний между поверхностями, их расположение относительно друг друга, величины подводимых к поверхностям напряжений и полярности этих напряжений и частоты изменений напряжений выбирают из условия обеспечения равномерности заполнения всего объема устройства частицами загрязнений, причем площади сечений поверхностей в одном из направлений, например в продольном, по отношению к потоку, минимальны во всех местах поверхностей по этому направлению.