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

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

Известен способ непрерывной очистки от мути, например одеколонов, с применением электрического заряда частиц, в котором жидкость после воздействия на нее сильного электрического поля для сообщения заряда частицам мути, пропускают между полюсами магнитов для осаждения частиц (см. а.с. СССР N 115161, кл. B 03 C 5/00, 1958 г.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относят то, что в нем эффективность очистки от мути невысока вследствие отсутствия выноса частиц мути из потока во время воздействия на нее сильного электрического поля и отсутствие вихревой структуры с зонами минимальной скорости в центральной части потока во время ее прохождении между полюсами магнитов.

Известен также способ фильтрации тонких взвесей частиц электропроводящих материалов в непроводящих жидкостях, например полиэтилена от остатков катализатора в процессе его производства, в котором взвесь последовательно проходит через высокочастотное ультразвуковое поле, в котором происходит электризация частиц и частичная их агрегация, и через электростатическое поле, где происходит осаждение всех электропроводящих частиц (см. а.с. СССР N 139832, кл. B 03 C 5/00, 1960 г.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относят то, что в нем эффективность очистки низка вследствие отсутствия вихревых структур с зонами уменьшения скорости при прохождении взвесей частиц через электростатическое поле, обуславливающее вымывание осевших на поверхности цилиндрических обкладок частиц загрязнений потоком очищаемой жидкости.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому является способ, основанный на воздействии электрическим полем на частицы загрязнений, находящиеся в потоке очищаемой диэлектрической среды (см. а.с. СССР N 440159, кл. B 03 C 5/00, 1973 г., принят за прототип).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относят то, что в нем эффективность очистки низка вследствие отсутствия в центральной части потока улавливания частиц загрязнений, отсутствия учета неравномерности заполнения объема устройства для осуществления данного способа частицами загрязнений по направлению потока, отсутствия возможности очистки осевших частиц загрязнений потоком диэлектрической среды при нахождении загрязненных поверхностей внутри устройства для реализации этого способа.

Сущность изобретения заключается в решении задач, направленных на повышение эффективности очистки.

Указанный технический результат при осуществлении способа достигается тем, в известном способе очистки диэлектрических сред, основанном на воздействии электрическим полем на частицы загрязнений, находящиеся в потоке очищаемой диэлектрической среды, особенность заключается в том, что поток очищаемой диэлектрической среды направляют таким образом, чтобы он образовал по всему своему сечению вихревую структуру с зонами уменьшения скорости, в которых при наложении неоднородного электрического поля происходит возникновение градиента диэлектрической проницаемости в направлении зон уменьшения скорости очищаемой среды за счет выноса частиц загрязнений из потока, распределяют поверхности осаждения загрязнений и напряженности электрических полей на них по направлению потока таким образом, чтобы обеспечить осаждение на эти поверхности большего количества частиц загрязнений в начале потока, а удаление осевших на поверхности частиц производят при наличии или отсутствии неоднородного электрического поля потоком диэлектрической среды в направлении, перпендикулярном минимальной площади сечения поверхностей осаждения загрязнений или в направлении потока при наличии неоднородного электрического поля.

На чертеже схематично показано устройство для реализации данного способа. Поток очищаемой диэлектрической среды (его направление во время очистки диэлектрической среды показано стрелками) направляют таким образом, чтобы за поверхностями 1-7 он образовал по всему своему поперечному и продольному сечению вихревую структуру (которая образуется при изменении площади сечения потока, вызываемого наличием или отсутствием поверхностей 1-7 по мере продвижения этого потока) с зонами уменьшения скорости этого потока 8 (при этом 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 устройства вследствие увеличения трения среды вблизи каких-либо поверхностей), в которых при наложении неоднородного 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 взаимного расположения поверхностей друг относительно 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) происходит возникновение градиента диэлектрической проницаемости очищаемой среды (так как суммарная диэлектрическая проницаемость среды определяется суммой диэлектрических проницаемостей чистой среды и диэлектрической проницаемости ее загрязнений, а по мере осаждения на поверхностях 1-7, 9 частиц загрязнений в потоке диэлектрической среды уменьшается суммарная диэлектрическая составляющая загрязнений, то и по мере продвижения среды изменяется и ее суммарное значение диэлектрической проницаемости) в направлении зон уменьшения скорости очищаемой среды за счет выноса частиц загрязнений из потока, распределяют поверхности осаждения загрязнений и напряженности осаждения загрязнения и напряженности электрических полей на них по направлению потока таким образом (устанавливают поверхности 1-7, 9 на необходимом и заранее рассчитанном - методами математического моделирования при решении не рассматриваемой здесь задачи оптимизации - расстоянии друг от друга в зависимости от объема осаждаемого количества загрязнений по мере их уменьшения в среде при продвижении среды, а также подбирают необходимые величины изменения полярностей и значений напряжений с учетом изменения площади поверхностей по мере продвижения потока среды), чтобы обеспечить осаждение на эти поверхности большего количества частиц загрязнений в начале потока, а удаление осевших на поверхности 1-7, 9 частиц производят при наличии или отсутствии неоднородного электрического поля (без поля происходит лишь чисто механическая очистка при вымывании (для жидкостей) и выдувании (для газа), 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) потоком диэлектрической среды (не обязательно той, которую очищали, а, например, воздухом или паром или любой другой диэлектрической средой, в том числе и очищаемой) в направлении, перпендикулярном минимальной площади сечения поверхности осаждения загрязнений [(если предположить, что на чертеже поверхности 1-7, 9 показаны в разрезе, продольном потоку среды, то становится видно, что в этой плоскости разреза устройства очистки 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 чертеже (в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа), или, развернув после их извлечения из корпуса поверхности 1-7 на 90^o и установив их вновь в корпус и при необходимости при наличии электрического поля пропустить поток среды в прежнем его направлении, то осевшие загрязнения в зонах 8 беспрепятственно будут удалены (выдуты или вымыты) пропущенным потоком среды)] или в направлении потока при наличии неоднородного электрического поля (путем описанного выше эффекта взаимного отталкивания частиц загрязнений друг от друга и от поверхностей осаждения без поворота поверхностей 1-7 на 90^o).

Данные особенности проведения очистки поверхностей осаждения загрязнений, доступные в любое время без каких-либо дополнительных технологических операций и устройств (в одном из описанных случаев с учетом неоднородного электрического поля без поворота, а в другом путем поворота на 90^o всех поверхностей 1-7 относительно корпуса или путем пропускания потока в перпендикулярном указанному на чертеже стрелками потоку направлении без поворота поверхностей 1-7 на 90^o как при наличии, так и при отсутствии неоднородного электрического поля).

Проведенный заявителями анализ уровня техники (см. приложение N 1 к заявлению), 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 изобретению, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, изобретение соответствует условию "новизна".

Для проведения проверки соответствия изобретения условию "изобретательский уровень" заявители провели дополнительный поиск (см. приложение N 1 к заявлению) известных решений с целью выявить признаки, совпавшие 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 заявителями, не выявлено влияние предусматриваемых существенных признаков каждого преобразования на достижение технического результата, в частности, в заявляемом 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 реализующее данной способ 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 реализации способа. 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 способе очистки диэлектрических сред скорость пропускания воздушного потока (при очистке воздуха в помещении) составляет 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 периферии потока, но и в его центральной части. Градиент диэлектрической проницаемой 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 способа 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 способа 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 способа очистки воздуха. Указанные выше режимы реализации способа не являются окончательными, а лишь поясняют возможность реализации способа. 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 2 опытных образца описанного изобретения. По итогам испытаний этих образцов было разработано, изготовлено и испытано третье устройство, которое обеспечило возможность реализации описанного выше способа. Заявляемый способ, реализованный в последнем упомянутом устройстве, прошел 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 N 3, 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, реализующей заявляемый способ.

Изложенные сведения показывают, что при использовании описанного способа выполнена следующая совокупность условий:
- изобретение предназначено для использования в промышленности, а именно в системах очистки диэлектрических сред (например, воздуха),
- для способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность осуществления способа с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Изобретение может быть использовано для очистки диэлектрических сред и предназначено для очистки жидкостей и газов от частиц загрязнений (ЧЗ). Направляют поток среды (ПС) так, чтобы он образовал вихревую структуру с зонами уменьшения скорости среды за счет выноса ЧЗ из ПС, распределением поверхностей осаждения загрязнений (ПОЗ) и напряженностей электрических полей на ПОЗ так, чтобы обеспечить осаждение на ПОЗ большего количества ЧЗ в начале ПС. Удаление ЧЗ, осевших на ПОЗ, производят при наличии или отсутствии неоднородного электрического поля ПС в направлении, перпендикулярном минимальной площади сечения ПОЗ, или в направлении ПС при наличии неоднородного электрического поля. Технический результат - повышение эффективности очистки. 1 ил.

Способ очистки диэлектрических сред, основанный на воздействии электрическим полем на частицы загрязнений, находящихся в потоке очищаемой диэлектрической среды, отличающийся тем, что поток очищаемой диэлектрической среды направляют так, чтобы обеспечить образование по всему его сечению вихревой структуры с расположенными на поверхностях осаждения загрязнений и вблизи поверхностей осаждения загрязнений зонами уменьшения скорости потока, в которых при наложении неоднородного электрического поля обеспечивают возникновение градиента диэлектрической проницаемости в направлении зон уменьшения скорости потока очищаемой диэлектрической среды за счет выноса частиц загрязнений из потока очищаемой диэлектрической среды, распределяют поверхности осаждения загрязнений и напряженности электрических полей на них по направлению потока очищаемой диэлектрической среды так, чтобы обеспечить осаждение на эти поверхности осаждения загрязнений большего количества частиц загрязнений в начале потока очищаемой диэлектрической среды, а удаление осевших на поверхности осаждения загрязнений частиц производят при наличии или отсутствии неоднородного электрического поля потоком диэлектрической среды в направлении, перпендикулярном минимальной площади сечения поверхностей осаждения загрязнений, или в направлении потока очищаемой диэлектрической среды при наличии неоднородного электрического поля.