ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК B03C3/08 

Изобретение относится к системам воздухоочистки, а именно к электрическим воздухоочистителям, и может быть использовано в различных отраслях промышленности и быту для очистки воздуха от частиц пыли и аэрозоля.

Известен электрофильтр [1] , содержащий корпус, в котором расположены пластинчатые осадительные и коронирующие электроды, установленные в виде рядов через один по ходу движения газов. Пластины осадительных электродов выполнены волнообразными в поперечном сечении и установлены с возможностью поворота относительно вертикальной оси.

Изогнутая форма выполнения осадительных электродов обеспечивает движение заряженных коронирующими электродами частиц по криволинейной траектории. При этом на каждую частицу одновременно действуют как электростатическая сила, так и сила инерции, что повышает степень очистки воздуха.

Однако конструктивное выполнение известного воздухоочистителя достаточно сложное и требует настройки на оптимальный режим работы для каждой газовой среды путем индивидуальной установки каждого осадительного электрода.

Конструкция воздухоочистителя достаточно громоздкая и малопригодна для использования в бытовых условиях.

Известен электрический воздухоочиститель, принятый за прототип, как наиболее близкое техническое решение [2], содержащий по меньшей мере одну электродную группу, установленную в канале для прохождения воздуха и включающую коронирующий и осадительные электроды противоположной полярности.

В известном воздухоочистителе выполнено множество электродных групп, расположенных по длине канала. При этом коронирующий и осадительный электроды установлены в виде рядов через один по направлению движения воздуха.

Коронирующие электроды имеют чередующуюся полярность, а каждый осадительный электрод имеет полярность, противоположную полярности предыдущего по ходу движения газа коронирующего электрода.

Такое конструктивное выполнение воздухоочистителя обеспечивает на выходе из устройства оптимальное соотношение между положительно и отрицательно заряженными ионами. Однако такой воздухоочиститель не может обеспечить высокой степени очистки воздуха от содержащихся в нем частиц пыли и аэрозоля, так как на указанные частицы воздействуют только электростатические силы, которые и обеспечивают осаждение частиц на осадительных электродах. Тем не менее сила притяжения между разноименно заряженными частицами и осадительным электродом бывает недостаточной при малой величине заряда частицы и относительно большой ее массе. Это приводит к тому, что крупные частицы не притягиваются осадительным электродом и уносятся на выход движущимся потоком воздуха. Степень очистки составляет 60-65%.

Задача изобретения - разработать электрический воздухоочиститель, в котором за счет конструктивного выполнения повышалась бы степень очистки воздуха.

Задача решается тем, что в электрическом воздухоочистителе, содержащем по меньшей мере одну электродную группу, установленную в канале для прохождения воздуха и включающую коронирующий и осадительный электроды противоположной полярности, согласно изобретению электродная группа дополнительно содержит отклоняющий электрод, установленный вблизи осадительного электрода и имеющий разноименную с ним полярность, при этом напряженность электрического поля, создаваемого между отклоняющим и осадительным электродом, меньше напряженности электрического поля, создаваемого между коронирующим и осадительным электродами.

Техническим результатом изобретения является повышение степени очистки воздуха до 95-99% без существенного усложнения конструкции воздухоочистителя.

Возможно различное выполнение и расположение осадительного и отклоняющего электродов, определяемое условиями газовой среды, где будет использоваться воздухоочиститель.

При этом целесообразно, чтобы в электродной группе осадительный электрод был выполнен по меньшей мере из двух элементов, электрически соединенных между собой и установленных симметрично относительно оси канала, при этом отклоняющий электрод был расположен вдоль его оси между элементами осадительного электрода или отклоняющий электрод был выполнен по меньшей мере из двух элементов, электрически соединенных между собой и установленных симметрично относительно оси канала, при этом осадительный электрод был расположен вдоль его оси между элементами отклоняющего электрода.

Конструктивно выгодно выполнять отклоняющий элемент в виде пластины, а для уменьшения веса воздухоочистителя удобно отклоняющий элемент представить в виде множества элементов, образующих сетку.

В случае использования воздухоочистителя в средах с большим содержанием частиц и аэрозолей целесообразно, чтобы отклоняющий электрод представлял собой симметричное тело, минимальное расстояние между точками поверхности которого и обращенными к нему элементами осадительного электрода уменьшалось по мере удаления от коронирующего электрода или чтобы каждый элемент отклоняющего электрода представлял собой тело, установленное так, что минимальное расстояние между обращенной к осадительному электроду поверхностью тела и осадительным электродом уменьшалось по мере удаления от коронирующего электрода.

Для исключения электрического пробоя разумно располагать между отклоняющим и осадительным электродами слой из диэлектрического материала с относительной диэлектрической проницаемостью больше относительной диэлектрической проницаемости очищаемого воздуха или размещать его непосредственно на отклоняющем электроде.

При наличии множества электродных групп их выгодно располагать в соответствующих каналах так, что в продольном направлении коронирующий электрод каждой последующей электродной группы был бы расположен за осадительным и отклоняющим электродами предыдущей электродной группы по направлению движения воздуха, а в поперечном направлении одноименные электроды электродных групп были бы расположены рядами.

Описанное конструктивное выполнение электрического воздухоочистителя за счет применения отклоняющих электродов, изменяющих траектории движения частиц в сторону осадительных электродов, обеспечивает практически полную очистку воздуха от содержащихся частиц и аэрозолей.

Применение диэлектрического слоя между осадительным и отклоняющим электродами позволяет изменять конфигурацию электрического поля между ними и исключить электрический пробой.

Предложенная конструкция может быть выполнена в виде одной ступени, когда требуется очистить воздух в небольшом помещении с малой степенью загрязнения (салон автомобиля) или в виде многоступенчатого пакета, когда степень загрязненности воздуха и объем помещения велики (в промышленных помещениях).

На фиг.1 изображен электрический воздухоочиститель, согласно изобретению продольный разрез; на фиг. 2 - сечение по линии А-А на фиг.1; на фиг.3 - электродная группа с осадительным электродом в виде плоских элементов и цилиндрическим отклоняющим электродом; на фиг.4 - то же, что на фиг.3, с отклоняющим электродом в виде пластины; на фиг.5 - то же, что на фиг.3, с клиновидным отклоняющим электродом; на фиг.6 - то же, что на фиг.3, с отклоняющим электродом в виде отдельных элементов; на фиг.7 - то же, что на фиг. 6, с отклоняющим электродом в виде сетки; на фиг.8 - электродная группа с одним осадительным электродом и отклоняющим электродом в виде двух плоских элементов; на фиг. 9 - то же, что на фиг.8, с элементами отклоняющего электрода, расположенными под углом к оси канала; на фиг.10 - то же, что на фиг.2, со слоем диэлектрического материала; на фиг.11 - то же, что на фиг.2, в случае множества электродных групп.

Электрический воздухоочиститель содержит по меньшей мере одну электродную группу 1 (фиг.1), состоящую из коронирующего 2, осадительного и отклоняющего электродов 4, расположенных в канале 5 для прохождения воздуха в указанном порядке. В описываемом варианте использована одна электродная группа, число которых выбирается в зависимости от необходимой производительности и заданной степени очистки воздуха.

Коронирующий и осадительный электроды 2, 3 так же, как осадительный и отклоняющий электроды 3,4 имеют разноименную полярность и установлены в корпусе 6 на электроизоляторах 7. Стрелками изображено направление движения воздуха вдоль канала 5.

На фиг. 2 представлено сечение по линии А-А на фиг.1, которое является поперечным сечением электродов 2, 3, 4.

Коронирующий электрод 2 в описываемом варианте выполнен игольчатым, а осадительный и отклоняющий электроды 3, 4 в виде пластин, причем отклоняющий электрод 4 несколько смещен относительно осадительного 3 по направлению движения воздуха. Штриховой линией изображена траектория движения заряженной частицы в соответствии с прототипом, а сплошной линией - в соответствии с изобретением.

На фиг. 3-7 представлены варианты выполнения электродной группы 1 в случае, когда осадительный электрод 3 выполнен из четного числа элементов, количество которых больше двух, расположенных симметрично относительно оси канала 5. При этом отклоняющий электрод 4 расположен вдоль оси канала 5 и может иметь разную форму, например, форму цилиндра (фиг.3) или пластины (фиг.4).

Для уменьшения веса устройства отклоняющий электрод 4 может быть выполнен из отдельных элементов, например, стержней (фиг.6) или в виде сетки (фиг.7).

На фиг.5 представлен вариант выполнения отклоняющего электрода 4 в виде симметричного тела, минимальное расстояние "а" между точками которого 4 обращенными к нему элементами осадительного электрода 3 уменьшаются по мере удаления от коронирующего электрода 2, например, a₁ - a_n.

Так же, как и осадительный электрод 3, отклоняющий электрод 4 может быть выполнен из четного числа элементов, количество которых по меньшей мере равно двум. Элементы отклоняющего электрода 4 электрически связаны между собой и расположены симметрично относительно оси канала 5, при этом осадительный электрод 3 расположен вдоль оси канала 5 между элементами отклоняющего электрода 4, которые могут быть выполнены плоскими (фиг.8) или расположены под углом к оси канала 5 (фиг.9). При этом каждый элемент отклоняющего электрода 4 представляет собой тело, установленное так, что минимальное расстояние между обращенной к осадительному электроду 3 поверхностью тела и осадительным электродом 3 уменьшается по мере удаления от коронирующего электрода 2, т. е. поверхности элементов могут быть как плоскими, так и изогнутыми.

Выбор формы осадительного и отклоняющего электродов 3,4 определяется условиями, в которых воздухоочиститель будет работать, и требованиями по габаритам и весу устройства.

Так, например, если скорость движения потока воздуха относительно велика, то используются осадительные и отклоняющие электроды 3,4 в виде пластин, если же устройство используется для очистки сильно загрязненного воздуха, то рекомендуется использовать отклоняющий электрод 4 в соответствии с фиг.5 или устанавливать осадительные электроды 3 так, как представлено на фиг. 9.

Для предотвращения электрического пробоя между осадительным и отклоняющим электродами 3,4 может быть расположен слой 8 из диэлектрического материала. Как частный случай указанный слой 8 может быть нанесен непосредственно на отклоняющий электрод 4 (фиг.10).

На фиг. 11 представлен вариант компоновки воздухоочистителя в случае наличия множества электродных групп 1. При этом вдоль направления движения воздуха коронирующий электрод 2 каждой последующей электродной группы 1 расположен за осадительным и отклоняющим электродами 3, 4 предыдущей группы, причем последним по направлению движения воздуха всегда устанавливается отклоняющий электрод 4.

В поперечном направлении канала одноименные электроды 2, 3, 4 расположены рядами.

В представленном варианте крайние (в поперечном направлении) электродные группы 1 содержат по одному коронирующему и отклоняющему электроду 2, 4 и два элемента осадительного электрода 3. Центральная часть устройства состоит из таких же электродных групп 1, за исключением того, что в них осадительный электрод 3 состоит из одного элемента.

Такое конструктивное выполнение устройства целесообразно при использовании в сильно загрязненных воздушных средах с большими объемами очищаемого воздуха.

Все описанные выше варианты выполнения высокотехнологичны не требуют использования специального оборудования и дорогих материалов и могут быть реализованы на соответствующих производствах.

Габариты и масса воздухоочистителя могут быть выполнены в соответствии с устанавливаемыми требованиями с использованием предложенных вариантов реализации устройства.

Предлагаемый электрический воздухоочиститель работает следующим образом.

При подаче напряжения между осадительным и коронирующим электродами 3, 2 (фиг.1, 2) возникает так называемый эффект "ионного ветра", при котором происходит движение заряженного на коронирующем электроде 2 воздуха к осадительному электроду 3. Вместе с молекулами воздуха заряжаются и движутся частицы, содержащиеся в воздухе, - пылинки, частицы аэрозолей и т.п.

Под действием электростатических сил траектория движения заряженных частиц изменяется, отклоняясь к осадительному электроду 3. Часть частиц притягивается и осаждается на нем.

Другая часть частиц, которые приобрели меньший заряд, не успевает осесть на осадительном электроде 3 и продолжает движение вдоль него.

При подаче напряжения между осадительным и отклоняющим электродами 3, 4 возникает электрическое поле. Полярность электродов 3, 4 разноименна, а напряженность такого поля меньше напряженности электрического поля между коронирующим и осадительным электродами 2, 3.

Существующее электрическое поле воздействует на оказавшиеся между осадительным и отклоняющим электродами 3, 4 заряженные частицы таким образом, что они отталкиваются от отклоняющего электрода 4 и притягиваются к осадительному 3.

В результате траектория движущейся вдоль осадительного электрода 3 заряженной частицы отклоняется в сторону этого электрода 3 и достигается лучший эффект очищения воздуха от содержащихся частиц пыли и аэрозолей.

Принцип работы всех представленных вариантов выполнения (фиг.3, 4, 6, 7, 8) по существу аналогичен вышеописанному.

В случае если очищаемый воздух содержит большое количество частиц, то используют конструкцию электродов 3, 4, представленных на фиг.5, 9. При таком выполнении отклоняющего или осадительного электродов сама форма их выполнения оказывает дополнительное действие, складывающееся с действием электростатического поля. При этом частицы, имеющие большой заряд, будут осаждаться в начале осадительного электрода 3, а частицы, имеющие небольшой заряд, - в конце электрода 3 там, где увеличена напряженность электрического поля из-за изменения конфигурации электрода 4 или 3.

Если воздухоочиститель предполагается использовать в среде, где большое содержание электропроводящих частиц аэрозолей, используют вариант выполнения с покрытием из диэлектрического материала для избежания пробоя между электродами 3, 4.

Работа многоступенчатого воздухоочистителя (фиг.11) в основном аналогична вышеописанной. Отличие состоит в том, что воздух проходит по множеству каналов, взаимодействуя на своем пути с несколькими электродами 2, 3, 4, заряжаясь на коронирующих электродах 2 и осаждая частицы на осадительных электродах 3 с помощью отклоняющих электродов 4. Такая компоновка обеспечивает наилучшие показатели - вплоть до 99%.

Изобретение может быть использовано для очистки воздуха от частиц пыли и аэрозоля. Электрический воздухоочиститель содержит по меньшей мере одну электродную группу, включающую коронирующий, осадительный и отклоняющий электроды. Отклоняющий электрод установлен вблизи осадительного электрода и имеет разноименную с ним полярность. Предлагаемый воздухоочиститель позволяет повысить степень очистки воздуха от содержащихся в нем частиц и аэрозолей. 10 з.п., ф-лы, II ил.

1. Электрический воздухоочиститель, содержащий по меньшей мере одну электродную группу, установленную в канале для прохождения воздуха и включающую коронирующий и осадительный электроды противоположной полярности, отличающийся тем, что электродная группа дополнительно содержит отклоняющий электрод, установленный вблизи осадительного электрода и имеющий разноименную с ним полярность, при этом напряженность электрического поля, создаваемого между отклоняющим и осадительным электродами, меньше напряженности электрического поля, создаваемого между коронирующим и осадительным электродами. 2. Воздухоочиститель по п.1, отличающийся тем, что в электродной группе осадительный электрод выполнен по меньшей мере из двух элементов, электрически соединенных между собой и установленных симметрично относительно оси канала, при этом отклоняющий электрод расположен вдоль его оси между элементами осадительного электрода. 3. Воздухоочиститель по п.1, отличающийся тем, что в электродной группе отклоняющий электрод выполнен по меньшей мере из двух элементов, электрически соединенных между собой и установленных симметрично относительно оси канала, при этом осадительный электрод расположен вдоль его оси между элементами отклоняющего электрода. 4. Воздухоочиститель по п. 2 или 3, отличающийся тем, что отклоняющий электрод или его элемент представляет собой пластину. 5. Воздухоочиститель по п.2, отличающийся тем, что отклоняющий электрод состоит из множества элементов, электрически связанных между собой. 6. Воздухоочиститель по п.3 или 5, отличающийся тем, что элементы отклоняющего электрода расположены так, что в совокупности образуют сетку. 7. Воздухоочиститель по п.2, отличающийся тем, что отклоняющий электрод представляет собой симметричное тело, минимальное расстояние между точками поверхности которого и обращенными к нему элементами осадительного электрода уменьшается по мере удаления от коронирующего электрода. 8. Воздухоочиститель по п.3, отличающийся тем, что каждый элемент отклоняющего электрода представляет собой тело, установленное так, что минимальное расстояние между обращенной к осадительному электроду поверхностью тела и осадительным электродом уменьшается по мере удаления от коронирующего электрода. 9. Воздухоочиститель по пп.1 - 8, отличающийся тем, что между отклоняющим и осадительным электродами расположен слой из диэлектрического материала с относительной диэлектрической проницаемостью больше относительной диэлектрической проницаемости очищаемого воздуха. 10. Воздухоочиститель по п.9, отличающийся тем, что слой из диэлектрического материала расположен непосредственно на отклоняющем электроде. 11. Воздухоочиститель по любому из пп.1 - 11, отличающийся тем, что при наличии множества электродных групп они расположены в соответствующих каналах так, что в продольном направлении коронирующий электрод каждой последующей электродной группы расположен за осадительным и отклоняющим электродами предыдущей электродной группы по направлению движения воздуха, а в поперечном направлении одноименные электроды электродных групп расположены рядами.