ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР С УВЕЛИЧЕННОЙ ПЛОЩАДЬЮ ОСАЖДЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК B03C3/08 

Устройство относится к области электростатического разделения материалов, к выделению дисперсных частиц из воздуха с использованием электростатического эффекта, конкретно к аппаратам очистки воздуха от аэрозольных частиц в системах кондиционирования и вентиляции.

Например, известен электростатический фильтр [1], в котором первый и второй пластинчатый электрод изготовлен из очень тонкого листа смолистого материала, на который нанесен еще более тонкий проводящий слой. Длина электрода намного больше ширины. Поверхностям первого и второго электродов придают положение, криволинейную конфигурацию и такие размеры, что их участки располагаются один против другого, при этом между противолежащими участками поверхностей образуются проходы, расположенные по ширине электродов. Проставки, прикрепленные к первому электроду, обеспечивают жесткость одних его участков по отношению к другим, и второй электрод жестко крепится к первому. Проставки представляют собой две упругие изолирующие ленты, ширина которых намного меньше ширины электродов. Ленты гофрируют и приклеивают к первому и второму электродам.

В данном электростатическом фильтре чередующиеся пластины представляют собой ряд листов, на которые нанесен смолистый материал. Между пластинами ставятся проставки для исключения вероятности их соприкосновения, пластины свернуты в виде рулона.

Недостатком данного фильтра является то, что сложно изготовить как пластины, так и сам фильтр для получения требуемой конфигурации пластин и проходов между ними.

Также известен электростатический пылеуловитель [2], содержащий осадительные электроды, выполненные в виде бесконечных лент из диэлектрического материала, и пылесъемные щетки. При этом электроды расположены коаксиально, щетки размещены между ними, причем диэлектрическая проницаемость материала одного из диэлектриков больше, а другого меньше диэлектрической проницаемости щеток.

Здесь, как и первом аналоге, пластины выполнены в виде бесконечных лент, но из тонкого диэлектрического материала, и зарядка пластин происходит за счет трения, расстояние между пластинами не указано.

В данном устройстве пластины заряжаются за счет трибоэффекта, т.е. нельзя повысить напряжение для повышения эффективности фильтра, также сложно повысить площадь осаждаемых пластин без существенного изменения размеров фильтра.

Наиболее близким из известных к предлагаемому изобретению является электрофильтр [3], принятый нами за прототип. Усовершенствованная вторая ступень двухступенчатого электрофильтра содержит замкнутый кожух, выполненный из неэлектропроводного материала и снабженный на одной оси входом и выходом. На внутренних сторонах противоположных стенок кожуха в направлении от входа к выходу выполнено большое число равноотстоящих один от другого желобков, в которые краями вставляются коллекторные пластины, установленные в кожухе. С помощью желобков все пластины располагаются взаимно параллельно в направлении от входа к выходу. Каждая пластина выполнена из неэлектропроводного материала либо металла и покрыта снаружи слоем другого материала, обладающего низкой удельной проводимостью.

В данном электрофильтре по сравнению с предыдущим на пластины подается напряжение от 3 до 7 кВ, пластины выполнены в виде плоскопараллельных электродов, толщина пластин не менее 0,5 мм, но в данном устройстве есть I зона, т. е. зона искусственной зарядки частиц, и пластины для уменьшения вероятности пробоя выполнены из нескольких слоев. При установке коллектора необходимо соблюдение входа и выхода воздушного потока.

Предлагаемое устройство, как и прототип, содержит систему питания, систему контактов, чередующиеся между собой потенциальные и заземленные пластинчатые электроды, установленные на расстоянии не менее 5 мм друг от друга в коробчатом корпусе, вертикально относительно него и параллельно воздушному потоку и механически закрепленные в нем.

Задачи, решаемые данным устройством: минимальное потребление электроэнергии, увеличение электробезопасности, увеличение рабочей площади осаждения частиц, увеличение эффективности очистки воздуха, повышение пылеемкости установки, использование фильтров в системе внутренней рециркуляции, расширение области применения.

Предлагаемое устройство отличается от известного тем, что электроды выполнены из диэлектрического материала толщиной не менее 0,5 мм и между ними установлены нейтральные электроды, которые параллельны пластинчатым электродам и равны им и установлены на одинаковом расстоянии от двух соседних или в виде горизонтальных пластинчатых вставок, длина которых не больше, чем расстояние между электродами, имеющих форму прямоугольника со скругленными углами и установленных симметрично относительно пластины в прорези, которые выполнены рядно как по вертикали, так и по горизонтали в пластинчатых электродах, при этом вставки соседних пластин расположены в шахматном порядке друг относительно друга.

Предлагаемое устройство содержит новые признаки, а именно электроды выполнены из диэлектрического материала, толщина их не менее 0,5 мкм, между электродами устанавливаются нейтральные электроды, которые могут быть либо параллельны пластинчатым электродам, равны им и установлены посредине между двумя соседними, либо в виде горизонтальных пластинчатых вставок, причем вставки имеют форму прямоугольника со скругленными краями и длина их не больше чем расстояние между двумя соседними электродами и установлены они в прорези симметрично, т.е. у вставок одинаковая длина с той и другой стороны пластины, а прорези выполнены рядно как по вертикали, так и по горизонтали в пластинчатых электродах, при этом вставки соседних пластин расположены в шахматном порядке друг относительно друга.

Выполнение пластин из диэлектрика толщиной не менее 0,5 мм дает возможность повысить напряжение, подаваемое на пластины, при этом она не становится более опасной и пробой происходит при 18 кВ.

Выполнение пластин из диэлектрика известно, например, из [2], однако выполнение плоских электродов предлагаемого фильтра из диэлектрического материала толщиной не менее 0,5 мм, такая толщина обеспечивает жесткость пластин, дает возможность выполнить пластинчатые электроды и установить их параллельно друг другу и боковым стенкам короба, подавать напряжение, требуемое для работы фильтра.

Установка дополнительных нейтральных пластин между двумя соседними пластинами, которые параллельны пластинчатым электродам, равны им и установлены на одинаковом расстоянии от двух соседних, ведет к тому, что нейтральные пластины поляризуются таким образом, что стороны пластины имеют заряд, противоположный заряду соседней пластины. Таким образом общая площадь осаждения частиц увеличивается, увеличивается эффективность очистки воздуха, повышается пылеемкость установки, при этом потребление энергии не возрастает, а электробезопасность возрастает, т.к. между двумя заряженными пластинами установлена нейтральная диэлектрическая пластина.

Установка дополнительных нейтральных пластин в виде пластинчатых вставок, длина которых не более, чем расстояние между электродами, имеющих форму прямоугольника со скругленными углами и установленных симметрично относительно пластины в прорези, которые выполнены рядно как по вертикали, так и по горизонтали в пластинчатых электродах, при этом вставки соседних пластин расположены в шахматном порядке друг относительно друга, ведет, как и в первом варианте, к увеличению общей площади осаждения частиц, увеличению эффективности очистки воздуха, за счет того, что вставки приобретают заряд той пластины, на которой они установлены. Потребление энергии не возрастает, а электробезопасность возрастает за счет увеличения расстояния между электродами.

Однако для данного изобретения наличие каждого из указанных признаков является необходимым, а всех вместе - достаточным для решения указанной технической задачи, при этом сохраняется единство изобретения.

Важной отличительной особенностью предлагаемого фильтра является использование конвективных (тепловых) потоков воздуха в помещениях малого объема. Фильтр может устанавливаться на отопительных приборах, а также теплообменниках холодильников, осветительных приборах и других, где есть конвективные потоки. Кроме этого, фильтр может использоваться и в системе с принудительной вентиляцией. Для предлагаемого фильтра не требуется дополнительного источника энергии для создания движения воздушных потоков, а работает на естественных тепловых (конвективных) потоках. Минимальное потребление энергии ведет к расширению области применения предлагаемых фильтров и может быть использована в любой квартире, офисе, детских учреждениях, производственных помещениях малого объема и т.п. Особенностью является также то, что фильтр может работать при любом направлении воздушного потока. Таким образом, предлагаемые фильтры можно использовать в системе внутренней рециркуляции без поступления наружного воздуха в помещение. Это очень важный момент для экологически неблагоприятных районов, где наружный воздух не всегда является чистым. Кроме этого, в зимнее время нет необходимости проветривать помещение, что уже ведет к большой экономии тепла и энергии. А для таких помещений как ясли, детские сады и школы значительно снижается вероятность простудных заболеваний. Очень важным является и то обстоятельство, что помимо очистки воздуха от пыли происходит обеззараживание, т.е. очистка от вирусных, аэрогенных инфекций и других микробов, т.к. известно, что вирусы и микробы могут находиться в воздушном потоке только сцепленными с частицами пыли [4].

На фиг. 1 и 2 представлен электростатический фильтр с увеличенной площадью осаждения, предлагаемое устройство содержит короб 1, заземленные диэлектрические электроды 2, потенциальные диэлектрические электроды 3, дополнительные пластины 4 в виде нейтральных или дополнительных электродов, источник питания 5. На фиг. 3 показано расположение дополнительных 4 электродов на заземляющих 2 и потенциальных 3 пластинах.

Предлагаемое устройство работает следующим образом: частицы аэрозоля, имея биполярный электрический естественный заряд, попадают в межэлектродный промежуток, поляризуются и осаждаются на том или ином осадительном электроде 2, 3 или 4 в зависимости от знака заряда частицы, т.е. положительно заряженные частицы осаждаются на потенциальных пластинах либо на отрицательно заряженной стороне нейтральной пластины, и наоборот, частицы, имеющие отрицательный заряд, осаждаются на заземленных пластинах либо на положительно заряженной стороне нейтральной пластины.

На фиг. 2 - при установке дополнительных пластин в виде вставок последние приобретают знак той пластины, на которой они установлены. При этом осаждение частиц происходит на соответствующие пластины.

Устройство может быть выполнено следующим образом. Корпус из текстолита, в котором размещен пакет из 24 диэлектрических пластин размером 9 x 13,5 см каждая (6 пластин потенциальных, 6 заземленных и 12 нейтральных) или из 12 чередующихся между собой потенциальных и заземленных пластин с расположением на электростатическом фильтре пластинчатых вставок. Толщина пластин 0,5 мм, на пластинах имеются сквозные прорези размером 6 мм; 9 пластинчатых вставок на заземленной пластине и 12 - на потенциальной пластине. Расстояние между вставками на заземленной пластине по горизонтали 20 мм, по вертикали 35 мм, а на потенциальной пластине 13 мм и 35 мм соответственно. Пластинчатая вставка имеет размеры 10 x 6 мм. Межэлектродное расстояние 5 мм. Напряжение, равное 10 кВ, подается на электроды от высоковольтного источника питания.

Источники информации
1. Патент США N 4234324, МКИ⁶ B 03 C 3/45, ELEKTROSTATIC FILTER, заявл. 18.11.80.

2. Авторское свидетельство N 581971. кл. В 03 С 3/00, 1977. Электростатический пылеуловитель, Заявл. 19.07.74, опубл. 30.11.77, бюл. N 44.

3. Патент США. US 4166729 A (The United States of America as represented by the Secretary of the Navy), 04.09.79.

4. Огарков В.И., Гапочко К.Г. Аэрогенная инфекция. - М.: Медицина, 1975. - 232 с.

Изобретение относится к электростатическому разделению материалов, к выделению дисперсных частиц из воздуха с использованием электростатического эффекта, конкретно к аппаратам очистки воздуха от аэрозольных частиц в системах кондиционирования и вентиляции, и обеспечивает минимальное потребление электроэнергии, увеличение электробезопасности, увеличение рабочей площади осаждения частиц, увеличение эффективности очистки воздуха, повышение пылеемкости установки, использование фильтров в системе внутренней рециркуляции. Электростатический фильтр с увеличенной площадью осаждения содержит систему питания, систему контактов, чередующиеся между собой потенциальные и заземленные пластинчатые электроды, установленные на расстоянии не менее 5 мм друг от друга в коробчатом корпусе, вертикально относительно него и параллельно воздушному потоку и механически закрепленные в нем. Электроды выполнены из диэлектрического материала толщиной не менее 0,5 мм и между ними установлены нейтральные электроды, которые параллельны пластинчатым электродам, равны им и установлены на одинаковом расстоянии от двух соседних. Электроды могут также быть выполнены в виде горизонтальных пластинчатых вставок, длина которых не более чем расстояние между электродами, имеющих форму прямоугольника со скругленными углами и установленных симметрично относительно пластины в прорези, которые выполнены рядно как по вертикали, так и по горизонтали в пластинчатых электродах, при этом вставки соседних пластин расположены в шахматном порядке друг относительно друга. 3 ил.

Электростатический фильтр с увеличенной площадью осаждения, содержащий систему питания, систему контактов, чередующиеся между собой потенциальные и заземленные пластинчатые электроды, установленные на расстоянии не менее 5 мм друг от друга в коробчатом корпусе, вертикально относительно него и параллельно воздушному потоку, механически закрепленные в нем, отличающийся тем, что электроды выполнены из диэлектрического материала толщиной не менее 0,5 мм и между ними установлены нейтральные электроды, которые параллельны пластинчатым электродам, равны им и установлены на одинаковом расстоянии от двух соседних или в виде горизонтальных пластинчатых вставок, длина которых не более чем расстояние между электродами, имеющих форму прямоугольника со скругленными углами и установленных симметрично относительно пластины в прорези, которые выполнены рядно как по вертикали, так и по горизонтали в пластинчатых электродах, при этом вставки соседних пластин расположены в шахматном порядке друг относительно друга.