ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗА Российский патент 2007 года по МПК B01D46/52 

Изобретение относится к области техники очистки газов, преимущественно воздуха, и может быть использовано в промышленных очистительных установках, применяемых, в частности, в местах с высокой степенью загрязненности газовой среды взвешенными частицами.

Известным способом очистки воздуха и других газовых сред от взвешенных в них твердых или жидких частиц является пропускание загрязненных такими частицами газов через плотные газопроницаемые материалы. При этом все содержащиеся в газовой среде взвешенные частицы осаждаются на поверхности материала, а проникший через имеющиеся в нем микропоры воздух или газ используется далее как отфильтрованный и очищенный от взвешенных посторонних частиц.

Чаще всего используемый при реализации упомянутого способа фильтрующий материал выполняют гофрированным, что позволяет увеличить полезную площадь материала и, тем самым, увеличить производительность использующего его фильтрующего устройства. Подобные средства описаны, например, в патенте РФ 2274482, патентах США 6916363 и 6010766 и патенте Японии 10165624.

Гофрированный фильтрующий материал используют в конструкциях плоских фильтров, как, например, в полезной модели РФ 20039, или в объемных полых конструкциях фильтров, как, например, в патентах США 5980759 и 5685887. В промышленных установках воздухоочистки, от которых требуется высокая производительность, могут использоваться несколько фильтрующих элементов - модулей, содержащих гофрированный фильтрующий материал. В этом случае вся установка выполняется как модульная кассетная конструкция, содержащая необходимое число фильтров-кассет: международная заявка WO 2004014521, модульный фильтр «MultiDustBank» шведской фирмы PlymoVent (Каталог продукции фирмы СовПлим «Системы местной вытяжной вентиляции»).

В конструкциях как одиночных фильтров, так и фильтров-кассет многомодульных конструкций гофры фильтрующего материала обычно ориентированы вдоль образующих цилиндрических корпусов кассет, как, например, это описано в патентах США 5685887 и 6833023, или вдоль продольной оси прямоугольного фильтрующего элемента по патенту РФ 2022620.

Важной проблемой при создании установок воздухо- и газоочистки, особенно установок, ориентированных на очистку сильно загрязненных газовых смесей, является восстановление необходимой производительности этих установок после накопления на поверхности их фильтрующих элементов большого количества задержанной пыли и твердых частиц. В некоторых случаях например в устройстве по патенту РФ №2022620, эта проблема решается путем удаления фильтрующего элемента и его последующей ручной регенерации или замены. В других случаях, например в упоминавшемся выше многомодульном фильтре «MultiDustBank» шведской фирмы PlymoVent, упомянутая проблема решается путем использования автоматической регенерации фильтрующих кассет за счет пропускания через них импульсов воздуха высокого давления в направлении, противоположном направлению воздуха при работе в режиме фильтрации.

Фильтрующая кассета «MultiDustBank» представляет собой цилиндрический стакан с горизонтально ориентированной продольной осью и перфорированной боковой поверхностью. Боковая поверхность стакана обтянута фильтровальной тканью. Ткань собрана в продольные гофры, параллельные образующей цилиндра, и закреплена с обеих сторон по периметру торцов стакана. Внутренняя полость стакана содержит рассекатель, размещенный вдоль продольной оси стакана соосно ему и представляющий собой треугольный брус.

В режиме фильтрации запыленный воздух проходит через гофрированную фильтровальную ткань и, оставляя на ней пыль, поступает во внутреннюю полость перфорированного стакана, откуда далее всасывающим вентилятором удаляется через отводящий воздуховод.

В режиме регенерации в полость стакана вдоль его оси через электрически управляемый клапан и форсунку подают порцию воздуха высокого давления. Рассекатель рассекает воздух и отбрасывает его от центра на периферию - в сторону перфорированной боковой поверхности цилиндра.

Пройдя через отверстия цилиндра изнутри наружу, воздух ударяет по обтягивающей цилиндр фильтровальной ткани. При этом происходит сброс с наружной поверхности тканевой оболочки задержанной на ней пыли. Затем пыль под действием силы тяжести падает вниз.

Недостатком описанной конструкции фильтрующей кассеты является то, что из-за горизонтальной ориентации ее корпуса сброс пыли с наружной поверхности тканевой оболочки в режиме регенерации происходит не полностью. Часть пыли в верхней части кассеты остается в «карманах» между соседними гофрами, поскольку выбитая ударной волной из полостей между гофрами пыль, падая вниз, вновь задерживается гофрами, оказывающимися на ее пути. При этом указанный недостаток проявляется тем значительнее, чем больше высота гофр, т.е. чем больше площадь поверхности фильтровальной ткани и, следовательно, чем выше эффективность и производительность кассеты в режиме фильтрации воздуха.

Упомянутый модульный фильтр принят за прототип заявляемого изобретения, так как конструктивное выполнение и принцип действия его фильтрующей кассеты являются наиболее близкими заявляемому фильтру.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности очистки фильтрующей ткани от собранной пыли в горизонтально установленном фильтре.

Сущность изобретения заключается в том, что фильтр для очистки газа, в том числе воздуха, содержит перфорированный полый корпус с горизонтально ориентированной продольной осью, внешняя боковая поверхность которого покрыта гофрированной фильтровальной тканью так, что гофры ортогональны его оси. При этом один торец корпуса выполнен закрытым, а другой - открытым для вывода чистого воздуха и для подачи сжатого газа в режиме регенерации фильтра.

Благодаря указанной форме выполнения фильтра пыль, выбитая из полостей между гофрами в режиме регенерации кассеты, свободно скатывается в пылесборник вдоль упомянутых гофр, не встречая препятствий. В результате повышается эффективность очистки кассеты от собранной пыли, т.е. достигается решение поставленной задачи изобретения.

Для создания облегченных условий выбивания пыли из полостей между гофрами закрытый торец корпуса фильтра может быть выполнен в виде съемной крышки, при этом обеспечивается возможность ее перемещения вдоль продольной оси корпуса, а фильтровальная ткань закреплена на ней, например, по наружному периметру крышки. Выполнение крышки подвижной в направлении продольной оси корпуса обеспечивает повышение эффективности очистки фильтра от собранной пыли За счет использования свойств гофрированной ткани увеличивать свою длину при действии на нее растягивающей силы в направлении, перпендикулярном направлению гофр: 1) при растяжении гофрированной ткани угол между соседними гофрами увеличивается и уловленная пыль, потеряв контакт с гофрами, с большей легкостью выдувается сжатым воздухом из пространства между гофрами,

2) в регенерации участвуют сразу два параметра: эффект встряхивания, возникающий при резком растягивании фильтровальной ткани от подачи порции сжатого воздуха, и действующий одновременно с ним эффект продувки сжатым воздухом.

Для обеспечения наиболее эффективного использования энергии поданного под высоким давлением воздуха в режиме регенерации в полости корпуса фильтра может быть установлен горизонтально ориентированный рассекатель воздуха.

В некоторых случаях при регенерации фильтра необходимо проведение дезинфекции или иной обработки фильтрующей ткани. С этой целью обтягивающая корпус фильтровальная ткань выполнена в виде надетого на него съемного чулка. При съеме чулка с корпуса фильтра его гофры растягиваются и полости между гофрами легко могут быть полностью освобождены от собравшейся в них пыли, а чулок - постиран.

Кроме указанных преимуществ выполнение фильтровальной ткани в виде надетого на корпус съемного чулка обеспечивает возможность ее легкой замены без необходимости замены или ремонта всего фильтра, например, в случае загрязнения ткани влажной отвердевающей пылью. Тем самым снижаются эксплуатационные расходы по обслуживанию фильтровальной установки.

Заявляемый фильтр может иметь различную форму корпуса. В зависимости от конкретного назначения упомянутый корпус может быть выполнен в виде цилиндра или иметь прямоугольное поперечное сечение (в частном случае - щелевое).

Эффективность работы фильтра как в режиме фильтрации, так и в режиме регенерации может быть повышена за счет придания обтягивающей ее корпус фильтровальной ткани дополнительного упругого натяжения. С этой целью в гофры фильтровальной ткани, обтягивающей цилиндрический корпус фильтра, вставлены кольца из упругого материала, при этом диаметр колец D выбран удовлетворяющим соотношению D=d+2h, где d - диаметр корпуса фильтра, а h - высота гофр фильтровальной ткани.

Благодаря дополнительному натяжению ткани предотвращается снижение фактически задействованной площади фильтрации чулка из-за опасности скомкать фильтровальную ткань под действием давления воздуха в режиме фильтрации.

Выполнение фильтра с корпусом, имеющим прямоугольное поперечное сечение, является предпочтительным с точки зрения эффективности и производительности фильтра в режиме фильтрации по следующим причинам:

1) при создании многомодульного кассетного фильтра в его монтажную стенку прямоугольной формы можно «вписать» гораздо большее количество одиночных фильтров прямоугольной формы, чем одиночных фильтров цилиндрической формы (при условии, что площади фильтров обоих видов и расстояния между ними равны), так как при прочих равных условиях площадь поверхности фильтровальной ткани при выполнении корпуса фильтра с квадратным сечением в 1,27 раза больше, чем при круглом сечении;

2) материало- и трудозатраты на производство фильтров, имеющих прямоугольное поперечное сечение, значительно ниже, чем на производство фильтров, имеющих цилиндрическое поперечное сечение из-за больших потерь фильтровальной ткани при ее раскрое на кольца и необходимости применения швейных работ, в то время как первые могут быть сделаны по образу мехов аккордеона, то есть лишены указанных недостатков.

Для предотвращения чрезмерного вздутия гофр, приводящего к разрывам фильтровальной ткани, в режиме регенерации при выполнении корпуса фильтра имеющим прямоугольное поперечное сечение над гофрами фильтровальной ткани установлен жесткий ограждающий элемент решетчатой формы.

Сущность изобретения поясняется фигурами 1-5.

На фиг.1 - разрез в двух проекциях фильтра с корпусом цилиндрической формы при его работе в режиме фильтрации воздуха.

На фиг.2 - разрез в двух проекциях фильтра с корпусом цилиндрической формы при его работе в режиме регенерации.

На фиг.3 - разрез в двух проекциях фильтра с подвижной крышкой при его работе в режиме регенерации.

На фиг.4 - разрез фрагмента участка фильтровальной ткани с вставленными упругими элементами.

На фиг.5 - разрез в двух проекциях фильтра с корпусом прямоугольного поперечного сечения с ограждающим элементом.

Заявляемый фильтр для очистки воздуха или другого газа может иметь различные конструктивные особенности. Пример простейшего конструктивного решения воздушного фильтра приведен на фиг.1. Фильтр содержит цилиндрический корпус 1, установленный так, что продольная его ось ориентирована горизонтально. По всей боковой поверхности корпуса 1 выполнены отверстия 2. Корпус 1 открыт со стороны одного из торцов, при этом другой торец закрыт неподвижной крышкой 3. В полости корпуса 1 размещен рассекатель 4 воздуха, выполненный, например, в виде бруса треугольного поперечного сечения. Внешняя поверхность корпуса 1 обтянута гофрированной фильтровальной тканью 5 так, что гофры ортогональны оси корпуса 1. В режиме фильтрации запыленного воздуха воздушный поток 6, содержащий подлежащие фильтрации взвешенные частицы 7, обдувает снаружи весь обтянутый фильтровальной тканью 5 корпус 1. Взвешенные в воздухе частицы 7 задерживаются фильтровальной тканью 5, а очищенный от частиц 7 воздух 8 через отверстия 2 поступает во внутреннюю полость корпуса 1, откуда далее удаляется всасывающим вентилятором через воздуховод (на фиг.1 не показаны). Задержанные тканью частицы 7 под действием сил давления нагнетаемого воздушного потока 6 постепенно заполняют пространство между гофрами фильтровальной ткани 5, в результате чего в этом пространстве образуется сплошной плотный слой 9 пыли. Слой 9 пыли уменьшает воздушную проницаемость фильтровальной ткани 5, в результате чего эффективность фильтрации воздуха снижается. Для восстановления эффективной фильтрации фильтр переводят в режим регенерации и очищают гофры от пыли.

В режиме регенерации фильтра (фиг.2) через электромагнитный клапан (на фиг.2 не показан) с форсункой 10 в полость корпуса 1 со стороны его открытого торца подается порция воздуха высокого давления. Поток 11 воздуха рассекателем 4 перенаправляется в сторону боковой поверхности корпуса 1 и, выходя наружу через отверстия 2, ударяет по фильтровальной ткани 5. При этом слой 9 пыли выбивается из пространства между гофрами фильтровальной ткани 5 и выбитая пыль 12 под действием силы тяжести падает в пылесборник 13. Поскольку гофры фильтровальной ткани ортогональны продольной оси корпуса 1 фильтра, падающая в пылесборник 13 пыль не встречает на пути своего свободного падения никаких препятствий. В результате обеспечиваются условия полной регенерации фильтра.

При выполнении крышки 3 с возможностью перемещения вдоль продольной оси корпуса 1 (фиг.3) работа фильтра в режиме фильтрации воздуха не отличается от рассмотренной выше.

В режиме регенерации (фиг.3) в полость корпуса 1 со стороны его открытого торца через форсунку 10 электромагнитного клапана (на фиг.3 не показан) подается порция сжатого воздуха высокого давления. При этом в полости корпуса 1 создается избыточное давление, под действием которого крышка 3 смещается вдоль продольной оси корпуса 1. При этом крышка 3 увлекает за собой закрепленный по ее периметру край фильтровальной ткани 5, в результате чего ее гофры растягиваются. Растяжение гофр ослабляет сцепление собравшейся в пространстве между гофрами пыли с фильтровальной тканью 5. Одновременно поток 11 воздуха рассекателем 4 перенаправляется в сторону стенок корпуса 1 и, выходя наружу через отверстия 2, ударяет по фильтровальной ткани 5. При этом слой 9 пыли выбивается из пространства между гофрами фильтровальной ткани 5 и выбитая пыль 12, под действием силы тяжести падает в пылесборник 13. Поскольку гофры фильтровальной ткани ортогональны продольной оси корпуса 1 фильтра, падающая в пылесборник 13 пыль не встречает на пути своего свободного падения никаких препятствий. В результате обеспечиваются условия полной регенерации фильтра. После прекращения действия избыточного давления крышка 3 возвращается в свое исходное положение под действием сил упругости растянутой гофрированной фильтровальной ткани 5 и разрежения в полости корпуса 1, создаваемого всасывающим вентилятором (на фиг.5 не показан).

В гофры фильтровальной ткани 5 могут быть вставлены кольца 14 (фиг.4) из упругого материала. При работе в режиме фильтрации набегающий поток 6 воздуха, содержащий взвешенные частицы 7, прижимает фильтровальную ткань 5 к поверхности корпуса 1. Кольца 14 препятствуют этому, благодаря чему фильтровальная ткань 5 расправляется и натягивается, результатом чего является увеличение эффективной площади фильтрации. Диаметр колец 14 выбирают из соотношения D=d+2h, где d - диаметр корпуса 1 фильтра, a h - высота гофр фильтровальной ткани 5.

При выполнении фильтра с корпусом, имеющим прямоугольное поперечное сечение, во избежание чрезмерного отклонения гофрированной ткани 5 от плоской поверхности корпуса 1 и исключения возможности ее разрыва под действием потока воздуха высокого давления в конструкцию фильтра вводят дополнительно жесткий ограждающий элемент 15 (фиг.5) решетчатого типа, который устанавливают над гофрами, например, на уровне наружных вершин гофр. Ограждающий элемент может быть выполнен, например, в виде проволочной решетки или сетки. В последнем случае он может выполнять функции дополнительного (первичного) фильтра, задерживающего содержащиеся в фильтруемом воздухе крупные загрязняющие фрагменты, не позволяя им «забивать» гофры основного фильтрующего элемента - фильтровальной ткани 5. Средство крепления ограждающего элемента 15 к корпусу фильтра не является принципиальным. Например, он может закрепляться консольно на крышке 3 корпуса 1 с помощью крепежного элемента 16. В остальном работа рассматриваемого варианта конструкции кассеты не отличается от рассмотренной выше.

Изобретение предназначено для очистки газов, преимущественно воздуха, и может быть использовано в промышленных очистительных установках, применяемых, в частности, в местах с высокой степенью загрязненности газовой среды взвешенными частицами. Фильтр содержит перфорированный полый корпус с горизонтально ориентированной продольной осью, внешняя боковая поверхность которого покрыта гофрированной фильтровальной тканью так, что гофры ортогональны его оси. Один торец корпуса выполнен закрытым, а другой открытым для вывода чистого воздуха и для подачи газа в режиме регенерации. Корпус фильтра может быть выполнен цилиндрическим или иметь прямоугольное поперечное сечение. Прямоугольный корпус имеет преимущество при использовании фильтра в составе многомодульной фильтрующей установки. Использование фильтра обеспечивает эффективную очистку гофрированной ткани в режиме регенерации. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Фильтр для очистки газа, содержащий перфорированный полый корпус с горизонтально ориентированной продольной осью, внешняя боковая поверхность которого покрыта гофрированной фильтровальной тканью так, что гофры ортогональны его оси, при этом один торец корпуса выполнен закрытым, а другой - открытым для вывода чистого воздуха и для подачи газа в режиме регенерации.2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что закрытый торец корпуса выполнен в виде съемной крышки.3. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что крышка выполнена подвижной в направлении продольной оси корпуса, а фильтровальная ткань закреплена по наружному периметру крышки.4. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что в полости упомянутого корпуса установлен рассекатель газа.5. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что обтягивающая корпус фильтровальная ткань выполнена в виде надетого на него съемного чулка.6. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен в форме цилиндра.7. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен имеющим прямоугольное поперечное сечение.8. Фильтр по п.6, отличающийся тем, что в гофры фильтровальной ткани вставлены кольца из упругого материала, при этом диаметр колец D выбран удовлетворяющим соотношению D=d+2h, где d - диаметр корпуса кассеты, a h - высота гофр фильтровальной ткани.9. Фильтр по п.7, отличающийся тем, что в его состав дополнительно введено жесткое ограждение, установленное на уровне наружных вершин гофр фильтровальной ткани.10. Фильтр по п.9, отличающийся тем, что ограждение выполнено в виде проволочной решетки.