УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНАКТИВАЦИИ И ТОНКОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ВИРУСОВ И МИКРООРГАНИЗМОВ В ВОЗДУШНОМ ПОТОКЕ Российский патент 2009 года по МПК B03C3/14 

Изобретение относится к области очистки воздуха или газа от микроорганизмов, вирусов, твердых и жидких аэрозолей, а более конкретно, касается устройства для инактивации и тонкой фильтрации вирусов и микроорганизмов в воздушном потоке.

Известно устройство для инактивации и тонкой фильтрации газа по патенту RU 2026751, содержащее высоковольтный источник питания и расположенные последовательно по ходу потока средство предварительной обработки воздушного потока, двухсекционную камеру инактивации и осадитель, выполненный из расположенных параллельно друг другу разноименно заряженных пластин из высокопористого токопроводящего материала, между которыми установлены пластины из высокопористого диэлектрического материала. При этом средство предварительной обработки воздушного потока образовано разноименными заряженными токопроводящими фильтрующими элементами, между которыми установлена пластина из диэлектрического высокопористого проницаемого материала, а каждая секция двухсекционной камеры инактивации выполнена в виде соосно расположенных игольчатого коронирующего и цилиндрического некоронирующего электродов, каждый из которых электрически связан с соответствующей пластиной из токопроводящего фильтрующего материала.

В данном устройстве средство предварительной обработки воздушного потока является фильтром грубой очистки от присутствующих в воздушном потоке механических частиц и практически не оказывает влияния на процесс инактивации вирусов и микроорганизмов. В связи с этим вся нагрузка по осуществлению процесса собственно инактивации приходится на камеру инактивации, что приводит к усложнению условий ее работы и к снижению эффективности процесса инактивации.

Задачей изобретения является создание такого устройства для инактивации и тонкой фильтрации вирусов и микроорганизмов в воздушном потоке, в котором средство предварительной обработки помимо извлечения механических частиц из обрабатываемого потока осуществляло бы предварительную подготовку к процессу инактивации присутствующих в потоке биоаэрозолей, что позволило бы создать наиболее благоприятные условия для работы расположенных далее по ходу потока камеры инактивации и осадителя, усовершенствовать их конструкцию и в итоге повысить эффективность работы устройства в целом.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для инактивации и тонкой фильтрации вирусов и микроорганизмов в воздушном потоке, содержащем высоковольтный источник питания и расположенные последовательно по ходу потока средство предварительной обработки воздушного потока, образованное разноименными заряженными токопроводящими фильтрующими элементами, между которыми установлена пластина из диэлектрического высокопористого проницаемого материала, двухсекционную камеру инактивации, каждая секция которой выполнена в виде расположенных соосно игольчатого коронирующего и цилиндрического некоронирующего электродов, каждый из которых электрически связан с соответствующей пластиной из токопроводящего фильтрующего материала, и осадитель, выполненный из расположенных параллельно друг другу разноименно заряженных пластин из высокопористого токопроводящего материала, между которыми расположены пластины из высокопористого проницаемого диэлектрического материала, согласно изобретению, по меньшей мере, первый по ходу потока токопроводящий фильтрующий элемент средства предварительной обработки воздушного потока выполнен в виде цилиндрического электрода с основанием в виде пластины из токопроводящего высокопористого проницаемого материала, прилегающей к пластине из диэлектрического высокопористого проницаемого материала, и расположенной на расстоянии от свободного торца цилиндрического электрода пластины из токопроводящего высокопористого материала, к которой примыкает электрически связанный с ней игольчатый электрод, расположенный соосно цилиндрическому электроду и направленный острием в сторону диэлектрической пластины, при этом цилиндрический и игольчатый электроды подключены к противоположным полюсам источника питания.

Целесообразно двухсекционную камеру инактивации выполнить в виде единого цилиндрического некоронирующего электрода, внутри которого поперек потока установлена перегородка из высокопористого проницаемого токопроводящего материала. При этом коронирующие игольчатые электроды первой и второй секций камеры остриями направлены один навстречу другому, другими концами электрически подсоединены к пластинам из токопроводящего фильтрующего материала, каждая из которых расположена напротив соответствующего торца цилиндрического некоронирующего электрода. Коронирующие игольчатые электроды первой и второй секций камеры электрически соединены между собой и подключены к полюсу источника питания, противоположному полюсу, соединенному с игольчатым электродом средства предварительной обработки.

Двухсекционная камера инактивации может быть выполнена таким образом, чтобы коронирующие игольчатые электроды первой и второй секций двухсекционной камеры инактивации были направлены в противоположные стороны и установлены соосно соответствующим цилиндрическим электродам с противоположных сторон пластины из токопроводящего фильтрующего материала, расположенной поперек потока между некоронирующими цилиндрическими электродами первой и второй секций и изолированной от них, а прилегающие к торцам цилиндрических электродов на входе и выходе камеры инактивации пластины из токопроводящего фильтрующего материала были бы электрически соединены между собой и с последней по ходу потока токопроводящей фильтрующей пластиной средства предварительной обработки, а коронирующие игольчатые электроды были бы электрически соединены с расположенной между ними пластиной из токопроводящего фильтрующего материала.

Еще в одном варианте осуществления изобретения двухсекционная камера инактивации может быть образована двумя расположенными последовательно некоронирующими цилиндрическими электродами, к первому по ходу потока торцу каждого из которых прилегает пластина из токопроводящего фильтрующего материала, при этом некоронирующие электроды подключены к противоположным полюсам источника питания, а игольчатые коронирующие электроды направлены оба остриями навстречу потоку и электрически соединены: игольчатый электрод первой секции - с токопроводящей пластиной, прилегающей к цилиндрическому электроду второй секции, а игольчатый электрод второй секции камеры - с пластиной из токопроводящего фильтрующего материала, расположенной непосредственно за этим электродом.

Желательно, чтобы между вторым по ходу потока фильтрующим элементом средства предварительной обработки и первой секцией камеры инактивации была установлена пластина из диэлектрического фильтрующего материала.

В предпочтительном варианте выполнения устройство содержит, по меньшей мере, одну дополнительную двухсекционную камеру инактивации, аналогичную первой, но с противоположной полярностью подключения электродов, установленную последовательно за первой по ходу потока, при этом направление игольчатых коронирующих электродов каждой последующей камеры инактивации идентично или противоположно направлению игольчатых электродов предыдущей.

При этом желательно между соседними токопроводящими фильтрующими пластинами предыдущей и последующей камер инактивации установить пластину из высокопористого диэлектрического материала.

Кроме того, с первой по ходу потока токопроводящей пластиной осадителя может быть электрически соединен игольчатый электрод, направленный острием встречно потоку, при этом соосно ему установлен цилиндрический некоронирующий электрод, к переднему по ходу потока торцу которого прилегает пластина из токопроводящего фильтрующего материала, электрически соединенная с игольчатым электродом последней по ходу потока камеры инактивации.

Возможно также, чтобы к первой по ходу потока токопроводящей пластине осадителя был подсоединен торцом цилиндрический электрод, напротив второго торца которого поперек потока установлена дополнительная пластина из токопроводящего фильтрующего материала, с которой электрически соединен игольчатый коронирующий электрод, расположенный соосно цилиндрическому, направленный острием по потоку и подключенный к полюсу источника питания, противоположному полюсу, соединенному с игольчатым электродом последней по ходу потока секции камеры инактивации.

С целью выравнивания в потоке концентрации осаждаемых частиц, озона или ионов желательно оснастить устройство, по меньшей мере, одним турбулизатором потока.

При этом турбулизатор целесообразно установить перед осадителем.

Желательно, кроме того, чтобы, по меньшей мере, одна из токопроводящих пластин осадителя и/или турбулизатор были снабжены покрытием, способным обеспечить разложение озона, окиси азота и/или других вредных газов.

Материал диэлектрических фильтрующих пластин осадителя может содержать катализатор разложения озона, окислов азота и/или других вредных газов.

В предпочтительном варианте выполнения коронирующий игольчатый электрод выполнен в виде проволоки, установленной в металлической трубке коаксиально ей и выступающей из нее.

Желательно также, чтобы, по меньшей мере, часть коронирующих электродов была подключена к источнику питания через резистор, величина сопротивления которого выбрана из условия ограничения максимальной величины потребляемого тока при заданном напряжении.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения источник питания выполнен стабилизированным по величине напряжения и с возможностью поддержания величины потребляемого тока в заданном диапазоне, а также с возможностью автоматического переключения из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока при достижении заданного значения потребляемого тока.

Целесообразно токопроводящие пластины осадителя выполнить из пенометалла и расположить их так, чтобы расстояние между ними уменьшалось по ходу воздушного потока, а диэлектрические фильтрующие пластины осадителя выполнить из пенополиуретана, и установить их в таком порядке, чтобы размер ячеек материала пластин уменьшается по ходу воздушного потока.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его осуществления и прилагаемыми чертежами.

На фиг.1 схематически изображено в разрезе устройство для инактивации и тонкой фильтрации вирусов и микроорганизмов в воздушном потоке согласно изобретению;

на фиг.2 - то же, что и на фиг.1, с камерой инактивации, в которой игольчатые электроды первой и второй секций направлены в противоположные стороны;

на фиг.3 - то же, что и на фиг.1, с камерой инактивации, в которой игольчатые электроды первой и второй секций направлены встречно потоку;

на фиг.4 - то же, что и на фиг.2, но с диэлектрической пластиной между средством предварительной обработки и камерой инактивации;

на фиг.5 изображен вариант выполнения устройства инактивации с двумя расположенными последовательно идентичными двухсекционными камерами инактивации с игольчатыми электродами, направленными в противоположные стороны;

на фиг.6 - то же, что и на фиг.5, но с диэлектрической пластиной между камерами инактивации;

на фиг.7 изображен вариант выполнения устройства инактивации, в котором осадитель дополнительно оснащен коронирующим узлом;

на фиг.8 - то же, что и на фиг.7, но с другим выполнением осадителя;

на фиг.9 изображен вариант выполнения устройства, в котором игольчатые электроды подключены к источнику питания через резисторы;

на фиг.10 изображен вариант выполнения коронирующего игольчатого электрода в разрезе.

Изображенное на фиг.1 устройство для инактивации и тонкой фильтрации вирусов и микроорганизмов в воздушном потоке включает в себя расположенные последовательно по ходу воздушного потока "А" средство 1 предварительной обработки воздушного потока, двухсекционную камеру 2 инактивации и осадитель 3, подключенные к высоковольтному источнику 4 постоянного тока. Средство 1 предварительной обработки содержит разноименно заряженные первый и второй токопроводящие фильтрующие элементы 7 и 7' соответственно, между которыми расположена пластина 5 из диэлектрического высокопористого проницаемого материала, например, из открытоячеистого пенополиуретана. По меньшей мере, первый в описываемом примере по ходу потока "А" токопроводящий фильтрующий элемент выполнен в виде цилиндрического электрода 6 с пластинчатым пористым основанием 7, прилегающим к пластине 5, а со стороны переднего торца цилиндрического электрода 6 соосно ему расположен игольчатый коронирующий электрод 8, направленный острием в сторону диэлектрической пластины 5. На небольшом расстоянии перед электродом 8 расположена электрически связанная с ним пластина 9 из высокопористого токопроводящего материала, например из пеноникеля.

Двухсекционная камера 2 инактивации в описываемом варианте выполнения устройства выполнена в виде единого цилиндрического некоронирующего электрода 10, посередине которого поперек потока установлена перекрывающая поток перегородка 11 из высокопористого проницаемого токопроводящего материала, например из пеноникеля. Коронирующие игольчатые электроды 12 первой и второй секций остриями направлены навстречу друг другу, электрически соединены между собой и с пластинами 13 из токопроводящего высокопористого проницаемого материала, установленными по одной вблизи каждого торца цилиндрического электрода 10. При этом потенциал пластин 13 противоположен потенциалу игольчатого электрода 8 средства 1 предварительной обработки.

Осадитель 3 содержит три пластины 14 из высокопористого токопроводящего материала, установленные параллельно друг другу поперек потока "А", и подключенные поочередно к противоположным полюсам источника 4 тока. Между пластинами 14 установлены пластины 15 из высокопористого проницаемого диэлектрического материала.

В варианте выполнения устройства, представленном на фиг.2, в отличие от изображенного на фиг.1 игольчатые коронирующие электроды 12 в первой и второй секциях камеры 2 инактивации направлены остриями в противоположные стороны и электрически соединены с токопроводящей перегородкой 11. При этом коронирующие электроды 12 подсоединены к полюсу источника 4 питания, противоположному полюсу, соединенному с игольчатым коронирующим электродом 8 средства 1 предварительной обработки.

На фиг.3 представлено устройство согласно изобретению, в котором реализован еще один возможный вариант выполнения двухсекционной камеры 2 инактивации. В этом случае в отличие от двух вышеописанных двухсекционная камера образована двумя расположенными последовательно цилиндрическими электродами 10' и 10'', к первому по ходу потока торцу каждого из которых прилегает пластина 16 из токопроводящего высокопористого проницаемого материала. Цилиндрические электроды 10' и 10'' подключены к противоположным полюсам источника 4 питания. Коронирующие игольчатые электроды 12 первой и второй секций направлены остриями навстречу потоку и подключены: электрод 12 первой секции - к токопроводящей пластине 16, прилегающей к цилиндрическому электроду второй секции, а игольчатый электрод второй секции - к токопроводящей пластине 14 осадителя 3, расположенной непосредственно за этим электродом.

Вариант устройства, показанный на фиг.4, отличается от изображенного на фиг.2 тем, что дополнительно содержит пластину 17 из диэлектрического высокопористого проницаемого (фильтрующего) материала, установленную между вторым по ходу потока фильтрующим элементом средства 1 предварительной обработки и первой секцией камеры 2 инактивации.

Устройство, изображенное на фиг.5, в отличие от описанных выше содержит помимо двухсекционной камеры 2 инактивации еще одну двухсекционную камеру 18 инактивации, установленную последовательно за камерой 2 по ходу потока воздуха, имеющую аналогичную конструкцию, но с противоположной полярностью подключения электродов. В данном случае игольчатые коронирующие электроды 12 последующей камеры 18 направлены так же, как и игольчатые электроды 12 предыдущей камеры 2 (в противоположные стороны), и электрически соединены между собой и с соответствующей перегородкой 11.

Вариант устройства, изображенный на фиг.6, отличается от варианта по фиг.5 тем, что между соседними камерами 2 и 18 инактивации дополнительно установлена пластина 19 из диэлектрического высокопористого проницаемого материала, например открытоячеистого пенополиуретана.

Игольчатые электроды в предыдущей и последующей камерах инактивации могут быть направлены в противоположные стороны, однако в этом случае также должно быть соблюдено условие обязательного чередования полярности подключения электродов в каждой последующей камере инактивации.

Варианты устройства согласно изобретению, представленные на фиг.7 и 8, характеризуются тем, что в них осадитель 3 оснащен коронирующим узлом типа «игла-цилиндр». В варианте устройства инактивации, представленном на фиг.7, с первой по ходу потока токопроводящей пластиной 14 осадителя 3 электрически соединен игольчатый электрод 20, направленный острием навстречу потоку, и соосно ему установлен цилиндрический некоронирующий электрод 21, к переднему по ходу потока торцу которого прилегает пластина 22 из токопроводящего фильтрующего материала, электрически соединенная с игольчатыми электродами 12 камеры 18 инактивации.

В варианте устройства по фиг.8 к первой по ходу потока токопроводящей пластине 14 осадителя 3 подсоединен торцом цилиндрический электрод 23, напротив второго торца которого поперек потока установлена пластина 24, за которой соосно цилиндрическому электроду 23 установлен игольчатый коронирующий электрод 25. Игольчатый коронирующий электрод 25 направлен острием по потоку, электрически соединен с пластиной 24 и подключен к полюсу источника 4 питания, противоположному полюсу, соединенному с игольчатым электродом 12 второй секции камеры 2 инактивации.

Осадитель 3 выполнен таким образом, что расстояние между токопроводящими пластинами 14 уменьшается по ходу воздушного потока "А", при этом сами токопроводящие пластины 14 выполнены, например, из пеноникеля. Диэлектрические пластины 15 осадителя 3 выполнены из пенополиуретана, при этом упомянутые пластины расположены так, что размер ячеек материала пластин 15 уменьшается по ходу воздушного потока А.

Цилиндрические электроды 6, 10 (10', 10''), 21 и 23 имеют сотовую конструкцию, при этом каждый игольчатый электрод 8, 12, 20 и 25 содержит множество игл, каждая из которых расположена соосно соответствующей ячейке.

В варианте устройства, изображенном на фиг.9, каждый из коронирующих узлов типа «игла-цилиндр» выполнен в виде полого цилиндра и единственного игольчатого электрода, расположенного концентрично цилиндру. При этом каждый из коронирующих игольчатых электродов подключен к источнику 4 питания через высоковольтный резистор 26, величина сопротивления которого выбрана из условия ограничения максимальной величины потребляемого тока при заданном напряжении.

Перед осадителем 3 установлен турбулизатор 27, например, «дырчатого» или «лопастного» типа, при этом турбулизатор 27 снабжен покрытием, содержащим катализатор разложения озона, окиси азота и/или других вредных газов (например, на основе оксида алюминия).

Высоковольтный источник питания 4 (фиг.1) может быть выполнен с тремя независимыми выходами «а», «б» и «в». Выход «а» соединен с игольчатыми коронирующими электродами и цилиндрическими некоронирующими электродами положительных «корон» устройства, выход «в» соединен с игольчатыми коронирующими электродами и цилиндрическими некоронирующими электродами отрицательных «корон», а выход «б» соединен с токопроводящими пластинами 14 осадителя или токопроводящими фильтрующими элементами 7 и 7', между которыми установлена пластина из диэлектрического фильтрующего материала. При этом источник питания 4 выполнен так, что выходы «а» и «в» стабилизированы по величине тока и различаются между собой величиной напряжения, а выход «б» стабилизирован по величине напряжения. Кроме того, источник питания 4 в предпочтительном варианте выполнения выполнен с возможностью автоматического переключения из режима стабилизации напряжения на выходе «б», в режим стабилизации тока при достижении заданного значения потребляемого тока. Хотя такое выполнение источника питания изображено только на фиг.1, относящейся к первому варианту реализации изобретения, такое же выполнение источника питания может быть использовано и в других вариантах выполнения устройства.

На фиг.10 изображен в разрезе предпочтительный вариант выполнения коронирующего игольчатого электрода, который представляет собой проволоку 28, установленную в металлической трубке 29 коаксиально ей и выступающую из нее на величину, достаточную для образования электрической короны.

Устройство работает следующим образом.

Подлежащий обработке воздух содержит различные виды микроорганизмов, вирусов и частиц, имеющих разные размеры, структуру, свойства и электрический заряд.

При подаче напряжения на электроды в коронирующих узлах устройства появляется ток короны, что сопровождается генерацией ионов соответствующих знаков с игольчатых коронирующих электродов 8, 12 (фиг.1). В средстве 1 предварительной обработки под действием генерированных ионов происходит зарядка биоаэрозолей и осуществляется воздействие на них электрическими полями разной напряженности и градиента в зависимости от места нахождения частиц внутри средства 1 предварительной обработки. На острие игольчатого коронирующего электрода 8 появляется «холодная плазма», также оказывающая локальное воздействие на биоаэрозоли. В первом по ходу движения воздушного потока проницаемом пористом электроде (пластина 9) осуществляется грубая фильтрация крупных частиц. При прохождении обрабатываемого воздушного потока через коронирующий узел средства 1 предварительной обработки клетки микроорганизмов и вирусов сначала заряжаются ионами одного знака (например, отрицательными ионами), затем проходят через пористое основание 7 некоронирующего электрода 6, имеющего противоположный знак потенциала, где приобретают заряд противоположного знака. Затем при прохождении через поляризованную структуру диэлектрической пластины 5 при контакте с ней клетки микроорганизмов и вирусов теряют часть воды со своей поверхности, что облегчает последующее воздействие на структуру клетки электрическими полями и ионами, после чего изменяют свой заряд при прохождении через вторую пластину токопроводящего фильтрующего элемента средства предварительной обработки 1. Это позволяет обеспечить поступление микроорганизмов и вирусов на последующую обработку с по существу одинаковым знаком электрического заряда и ослабленной структурой клетки. Выполнение первого токопроводящего фильтрующего элемента средства 1 предварительной обработки в виде коронирующего узла типа «игла-цилиндр» позволяет:

- улучшить условия для высаживания биоаэрозоля на поверхности пластины 5 из высокопористого диэлектрического материала и повысить эффективность обезвоживания поверхности микробной клетки, при этом за счет направления острия коронирующего электрода 8 в сторону этой пластины 5 одновременно осуществляется зарядка биоаэрозоля и обеспечивается лучшие условия для работы острия иглы;

- гомогенизировать электрический потенциал биоаэрозоля, находящегося в обрабатываемом воздушном потоке;

- ослабить или осуществить частичное повреждение мембран клеток за счет изменения знака их поверхностного заряда и локальных деформаций структуры в результате изменения градиента электрических полей в средстве предварительной обработки, что существенно облегчает последующий процесс дезинтеграции структуры клетки.

После средства 1 предварительной обработки воздушный поток, содержащий биоаэрозоль, поступает в двухсекционную камеру 2 инактивации, снабженную двумя однополярными (фиг.1 и 2) или разнополярными (фиг.3) коронирующими электродами 12.

В двухсекционной камере 2 инактивации в постоянном электрическом поле с локально изменяющейся по величине и градиенту напряженностью происходит многократная перезарядка биоаэрозоля под действием ионов, электрического контакта с электродами разного знака и поверхностью поляризованного диэлектрического фильтрующего материала. В результате такого воздействия происходит деформация или локальное повреждение структуры клетки, изменяются механические, электрические и другие свойства деформируемого вещества (например, увеличение диэлектрической проницаемости материала мембраны), что приводит к дезинтеграции структуры клетки и инактивации микроорганизма. После прохождения через камеру 2 инактивации имеющиеся в воздушном потоке микроорганизмы и вирусы будут находиться в инактивированном состоянии.

Варианты выполнения камеры 2 инактивации, приведенные на фиг.1, 2 и 3, различаются между собой по существу лишь геометрией изменения напряженностей и градиентов электрического поля по ходу и сечению воздушного потока и, как результат, направлением и скоростью движения ионов, что позволяет выбирать конструкцию камеры с учетом характеристик инактивируемого воздушного потока (его скорости, вида биоаэрозоля, физических параметров его компонентов и т.п.).

Благодаря тому что частицы биоаэрозоля после прохождения средства 1 предварительной подготовки поступают в камеру 2 инактивации с по существу одинаковым зарядом и частично деформированными и поврежденными, процесс окончательного разрушения структуры клеток микроорганизмов в камере 2 осуществляется более эффективно.

Дополнительного усиления эффекта инактивации и увеличения скорости обработки воздушного потока, а также повышения надежности работы устройства можно достигнуть при использовании вариантов устройства, представленных на фиг.5 и 6, которые содержат помимо двухсекционной камеры 2 инактивации, по меньшей мере, еще одну установленную последовательно за первой по ходу потока двухсекционную камеру 18 инактивации, аналогичную первой, но с противоположной полярностью подключения электродов. При этом направление игольчатых коронирующих электродов каждой последующей камеры инактивации идентично или противоположно направлению игольчатых электродов предыдущей. В данном случае дополнительный эффект достигается за счет увеличения числа переключений полярности электродов, а также увеличения времени воздействия на биоаэрозоль разнополярными электрическими полями.

Наличие пластины 17 (фиг.4) из высокопористого диэлектрического материала между вторым фильтрующим элементом средства 1 предварительной обработки и первой секцией камеры 2 инактивации за счет возможности дополнительного осаждения частиц биоаэрозоля на поверхности этой пластины обеспечивает повышение эффективности обезвоживания аэрозоля.

Установка аналогичной пластины 19 (фиг.6) из высокопористого диэлектрического материала между соседними токопроводящими фильтрующими пластинами 13 предыдущей и последующей камер 2 и 18 инактивации также позволяет создать дополнительную деполяризованную поверхность, на которой происходит осаждения частиц биоаэрозоля.

После прохождения камер 2 и 18 инактивации частицы, получившие достаточный для осаждения заряд, попадают с потоком "А" воздуха в осадитель 3 (фиг.7, 8). Здесь происходит осаждение присутствующих в воздушном потоке инактивированных частиц на пластинах 14 и 15 осадителя 3. Поскольку величина заряда частиц биоаэрозолей после прохождения потоком "А" камер инактивации 2 и 18 нестабильна и зависит от ряда неконтролируемых факторов (электрические свойства частиц, состояние коронирующих и некоронирующих электродов, влажность воздуха, скорость воздушного потока и др.), для повышения эффективности тонкой фильтрации и обеспечения необходимой степени ионизации воздуха осадитель 3 (фиг.7) оснащен коронирующим узлом «игла-цилиндр» с игольчатым электродом 20, направленным встречно потоку "А", или коронирующим узлом с игольчатым цилиндром 25 (фиг.8), направленным по потоку "А". После инактивации микроорганизмов и вирусов в камерах 2, 18 в воздушном потоке могут находиться неживые частицы микробных клеток или их фрагментов, вирусов, аэрозолей и др., размер которых может достигать 0,08 мкм, что может быть нежелательным. Наличие коронирующего узла на входе осадителя 3 способствует удалению упомянутых частиц из обрабатываемого потока. Турбулизатор 27 потока, установленный в описываемом варианте выполнения устройства перед осадителем 3, способствует устранению неравномерности распределения по сечению воздушного потока концентрации ионов, концентрации частиц, озона и др., обусловленной использованием в устройстве параллельно нескольких коронирующих узлов.

Каталитическое покрытие турбулизатора, так же как и присутствие соответствующего катализатора разложения озона, окиси азота и/или других вредных газов в материале диэлектрических фильтрующих пластин 15 осадителя 3, позволяет уменьшить концентрацию озона, окислов азота и других примесей вредных газов.

Источник 4 питания, выполненный с возможностью стабилизации величины напряжения и поддержания величины потребляемого тока в заданном диапазоне, позволяет контролировать течение процесса инактивации при ограниченной генерации озона коронирующими узлами.

Высоковольтные резисторы 26 (фиг.9), величина сопротивления которых выбрана из расчета ограничения максимальной величины потребляемого тока при заданном напряжении, установленные между каждым игольчатым коронирующим электродом и источником 4 тока, позволяют обеспечить равномерное распределение тока по коронирующим узлам устройства.

Проницаемые пористые электроды имеют объемную структуру, например, структуру открытоячеистого объемного материала (пеноникель, пеномедь и др.).

Коронирующие игольчатые электроды, выполненные в виде проволоки 28, установленной в металлической трубке 29, коаксиально ей, как это показано на фиг.10, характеризуются высокой конструктивной прочностью (вибро- и ударопрочностью).

Расположение токопроводящих пластин 14 осадителя 3 с уменьшением расстояние между ними по ходу воздушного потока способствует тому, что напряженность электрического поля между соседними пористыми проницаемыми электродами (токопроводящими пластинами) соответственно увеличивается по ходу потока. Это повышает эффективность фильтрации на каждом последующем фильтрующем элементе, что в результате обеспечивает увеличение общей эффективности фильтрации и ресурса работы осадителя.

Уменьшение размера ячеек в материале диэлектрических пластин 15 осадителя 3 по ходу потока "А" способствует повышению эффективности тонкой фильтрации частиц в обрабатываемом потоке воздуха.

Устройство для инактивации и тонкой фильтрации вирусов и микроорганизмов предназначено для очистки воздуха или газа от микроорганизмов в воздушном потоке. Устройство содержит высоковольтный источник питания и расположенные последовательно по ходу потока средство предварительной обработки воздушного потока, двухсекционную камеру инактивации и осадитель. Средство предварительной обработки воздушного потока образовано из разноименно заряженных токопроводящих фильтрующих элементов, между которыми установлена пластина из диэлектрического высокопористого проницаемого материала. Первый по ходу потока токопроводящий фильтрующий элемент выполнен в виде цилиндрического электрода с основанием в виде пластины из токопроводящего пористого проницаемого материала, прилегающей к пластине из диэлектрического высокопористого проницаемого материала, и пластины из токопроводящего высокопористого материала, расположенной на расстоянии от свободного торца цилиндрического электрода, к которой примыкает электрически связанный с ней игольчатый электрод, расположенный соосно цилиндрическому электроду и направленный острием в сторону диэлектрической пластины. Цилиндрический и игольчатый электроды подключены к противоположным полюсам источника питания. Каждая секция двухсекционной камеры инактивации выполнена в виде соосно расположенных игольчатого коронирующего и цилиндрического некоронирующего электродов, каждый из которых электрически связан с соответствующей пластиной из токопроводящего фильтрующего материала. Осадитель выполнен из расположенных параллельно друг другу разноименно заряженных пластин из высокопористого токопроводящего материала, между которыми расположены пластины из высокопористого проницаемого диэлектрического материала. Устройство повышает эффективность инактивации биоаэрозолей вследствие того, что в средстве предварительной обработки воздушного потока кроме предварительной фильтрации осуществляется дополнительное воздействие на биоаэрозоли. 18 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство для инактивации и тонкой фильтрации вирусов и микроорганизмов в воздушном потоке, содержащее высоковольтный источник питания и расположенные последовательно по ходу потока средство предварительной обработки воздушного потока, образованное из разноименно заряженных токопроводящих фильтрующих элементов, между которыми установлена пластина из диэлектрического высокопористого проницаемого материала, двухсекционную камеру инактивации, каждая секция которой выполнена в виде соосно расположенных игольчатого коронирующего и цилиндрического некоронирующего электродов, каждый из которых электрически связан с соответствующей пластиной из токопроводящего фильтрующего материала, и осадитель, выполненный из расположенных параллельно друг другу разноименно заряженных пластин из высокопористого токопроводящего материала, между которыми расположены пластины из высокопористого проницаемого диэлектрического материала, отличающееся тем, что, по меньшей мере, первый по ходу потока токопроводящий фильтрующий элемент средства предварительной обработки выполнен в виде цилиндрического электрода с основанием в виде пластины из токопроводящего пористого проницаемого материала, прилегающей к пластине из диэлектрического высокопористого проницаемого материала, и пластины из токопроводящего высокопористого материала, расположенной на расстоянии от свободного торца цилиндрического электрода, к которой примыкает электрически связанный с ней игольчатый электрод, расположенный соосно цилиндрическому электроду и направленный острием в сторону диэлектрической пластины, при этом цилиндрический и игольчатый электроды подключены к противоположным полюсам источника питания.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что двухсекционная камера инактивации выполнена в виде единого цилиндрического некоронирующего электрода, внутри которого поперек потока установлена перегородка из высокопористого проницаемого токопроводящего материала, напротив каждого из свободных торцов цилиндрического некоронирующего электрода расположена пластина из токопроводящего фильтрующего материала, а коронирующие игольчатые электроды первой и второй секций остриями направлены навстречу друг другу и электрически связаны между собой и с соответствующей пластиной, при этом коронирующие игольчатые электроды первой и второй секций подключены к полюсу источника питания, противоположному полюсу, соединенному с игольчатым электродом средства предварительной обработки.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коронирующие игольчатые электроды первой и второй секций двухсекционной камеры инактивации остриями направлены в противоположные стороны и установлены соосно соответствующим цилиндрическим электродам с противоположных сторон пластины из токопроводящего фильтрующего материала, расположенной поперек потока между некоронирующими цилиндрическими электродами первой и второй секций и изолированной от них, при этом прилегающие к торцам цилиндрических электродов пластины из токопроводящего фильтрующего материала на входе и выходе камеры инактивации электрически соединены между собой и с последней по ходу потока токопроводящей фильтрующей пластиной средства предварительной обработки, а коронирующие игольчатые электроды электрически соединены с расположенной между ними пластиной из токопроводящего фильтрующего материала.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что двухсекционная камера инактивации образована двумя расположенными последовательно некоронирующими цилиндрическими электродами, к первому по ходу потока торцу каждого из которых прилегает пластина из токопроводящего фильтрующего материала, при этом некоронирующие электроды подключены к противоположным полюсам источника питания, а игольчатые коронирующие электроды направлены остриями навстречу потоку, причем игольчатый электрод первой секции камеры электрически соединен с токопроводящей пластиной, прилегающей к цилиндрическому электроду второй секции, а игольчатый электрод второй секции камеры электрически соединен с пластиной из токопроводящего фильтрующего материала, расположенной непосредственно за этим электродом.5. Устройство по любому из пп.2-4, отличающееся тем, что между вторым по ходу потока фильтрующим элементом средства предварительной обработки и первой секцией камеры инактивации установлена пластина из диэлектрического фильтрующего материала.6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, одну дополнительную двухсекционную камеру инактивации, аналогичную первой, но с противоположной полярностью подключения электродов, установленную последовательно за первой по ходу потока, при этом направление игольчатых коронирующих электродов каждой последующей зарядной камеры идентично или противоположно направлению игольчатых электродов предыдущей.7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что между соседними токопроводящими фильтрующими пластинами предыдущей и последующей камер инактивации установлена пластина из высокопористого диэлектрического материала.8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что с первой по ходу потока токопроводящей пластиной осадителя электрически соединен игольчатый электрод, направленный острием навстречу потоку, и соосно ему установлен цилиндрический некоронирующий электрод, к переднему по ходу потока торцу которого прилегает пластина из токопроводящего фильтрующего материала, электрически соединенная с игольчатыми электродами последней по ходу потока камеры инактивации.9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что к первой по ходу потока токопроводящей пластине осадителя подсоединен торцом цилиндрический электрод, напротив второго торца которого поперек потока установлена дополнительная пластина из токопроводящего фильтрующего материала, при этом игольчатый коронирующий электрод расположен соосно цилиндрическому электроду, направлен острием по потоку, электрически соединен с указанной дополнительной пластиной и подключен к полюсу источника питания, противоположному полюсу, соединенному с игольчатым электродом последней секции камеры инактивации.10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что снабжено, по меньшей мере, одним турбулизатором потока, способным выравнивать в потоке концентрацию осаждаемых частиц, озона или ионов.11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что турбулизатор потока установлен перед осадителем.12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна из токопроводящих пластин осадителя и/или турбулизатор снабжены покрытием, способным обеспечить разложение озона, окиси азота и/или других вредных газов.13. Устройство по любому из пп.8 или 9, отличающееся тем, что материал диэлектрических фильтрующих пластин осадителя содержит катализатор разложения озона, окислов азота и/или других вредных газов.14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коронирующий игольчатый электрод выполнен в виде проволоки, установленной в металлической трубке коаксиально ей и выступающей из нее.15. Устройство по любому из пп.8 или 9, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из коронирующих электродов подключен к источнику питания через резистор, величина сопротивления которого выбрана из условия ограничения максимальной величины потребляемого тока при заданном напряжении.16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высоковольтный источник питания выполнен с тремя независимыми выходами, один из которых соединен с токопроводящими пластинами осадителя и токопроводящими фильтрующими элементами и стабилизирован по величине напряжения, а два других соединены с игольчатым коронирующим и цилиндрическим некоронирующим электродами каждой из секций, соответственно, и стабилизированы по величине тока.17. Устройств по п.16, отличающееся тем, что высоковольтный источник питания выполнен с возможностью автоматического переключения из режима стабилизации напряжения выхода, соединенного с токопроводящими пластинами осадителя и токопроводящими фильтрующими элементами, в режим стабилизации тока при достижении заданного значения потребляемого тока.18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что токопроводящие пластины осадителя выполнены из пенометалла, а расстояние между ними уменьшается в направлении по ходу воздушного потока.19. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диэлектрические фильтрующие пластины осадителя выполнены из пенополиуретана, причем размер ячеек материала пластин уменьшается в направлении по ходу воздушного потока.