Электростатический нагнетатель Российский патент 2021 года по МПК F24F3/16 

Предлагаемый электростатический нагнетатель предназначен для очистки воздуха от пыли, особенно от мелкодисперсной, болезнетворных микроорганизмов, грибов, неприятных запахов и для восстановления природных электрических характеристик воздуха в жилых и производственных помещениях, медицинских лечебных и оздоровительных учреждениях, спортивных восстановительных комплексах, в чистом производстве, в сельском хозяйстве, на промышленных предприятиях, для борьбы с туманом, задымлением и городской пылью, а также может быть использовано в обитаемых отсеках космических кораблей и космических станциях.

Жизнедеятельность всех живых организмов на Земле в первую очередь зависит от состояния воздушной среды. Выдающийся русский ученый А.Л. Чижевский доказал, что важнейшим негативным фактором ухудшения состояния организма является ухудшение электрических характеристик воздуха, когда в нем преобладают положительные заряды.

Обычно в атмосфере Земли количество положительных и отрицательных аэроионов примерно равны, а в воздухе лучших курортов последних существенно больше. Однако, воздушная среда больших городов и закрытых помещений насыщена положительными аэроионами, а число носителей зарядов атмосферного электричества - легких отрицательных аэроионов снижена иногда до предельно низкого биологически неактивного минимума. Насыщение окружающей среды положительными аэроионами возникает за счет дыхания людей, запыленности, воздуха, патогенных микроорганизмов, грибов, электронной аппаратуры, выбросов транспорта и промышленных производств, стихийных бедствий. Эти факторы приводят к нейтрализации легких отрицательных аэроионов и к образованию «мертвого воздуха».

Исследования и клинические наблюдения показали, что положительно заряженные аэроионы угнетают биологические процессы, ухудшают основные жизненные функции организма человека, способствуют возникновению болезней и преждевременной смерти. Отрицательные ионы кислорода предотвращают деструктивные изменения и оказывают стресс-протекторное действие, улучшается состояние нервной системы, уменьшается кровяное давление, улучшаются тканевое дыхание, обмен веществ, физико-химические свойства крови, кроветворение, уменьшается сахар в крови.

Применяемые в настоящее время в закрытых помещениях фильтры и кондиционеры со встроенными аэроионизаторами существенно не улучшают аэроионный состав среды обитания, не обеспечивают полную очистку воздуха от мелкодисперсной пыли и патогенных микроорганизмов, дымовых частиц и аэрозолей, наносящих наибольший вред организму. Кроме того, такие приборы имеют большие вес и габариты, высокую потребляемую мощность и создают высокий уровень шума, а оставшиеся в воздухе частицы после их ионизации могут нанести еще больший вред организму.

Известны электростатические нагнетатели по патентам РФ, МПК: F24F, 3/16: №№2121115, 2172898, 2187762, 2304333, 2301377, 2343362, 2109220, 2202741, 2005962, 2181466, 2156169, 2313732, 2202741, 10851, патенту Великобритании №2195189, патенту Японии №7289621, патенту Франции 2578632.

Однако, по мере роста производительности нагнетателя растет загрязненность воздуха и увеличивается образование озона, превышение уровня которого норм ПДК недопустимо в системах вентиляции, используемых в замкнутых пространствах, в частности, например, в обитаемых отсеках космических объектов.

Существуют устройства генерации озона с регулированием концентрации озона. Известно техническое решение по патенту РФ №2100272 (F24F, 3/16), в котором на выходе озонатора устанавливают датчик концентрации озона, связанный исполнительным органом с регулятором мощности электрического разряда в озонаторе.

Известно устройство регулирования концентрации озона, где выход озонатора соединяют с его входом перепускным патрубком с расположеными в нем диафрагмой и обратным клапаном. При соответствующем расчете диафрагмы можно регулировать выходной расход потока и концентрацию озона патент РФ №2372278 (F24F, 3/16).

Известно техническое решение по патенту РФ №2320932 (F24F, 3/16), где регулировку концентрации озона проводят путем изменения длительности подачи напряжения на озонирующие электроды

Известно устройство по патенту РФ №2458289 (F24F, 3/16), где для получения заметного увеличения производительности предъявляются высокие требования к технологии обработки внутренней поверхности.

Известно устройство по патенту РФ №2202741 (F24F, 3/16), где высокое гидравлическое сопротивление и повышенная концентрация озона существенно снижают производительность и КПД устройства и требуют дополнительных мер для их устранения.

Наиболее близким по назначению и конструкции к предлагаемому электростатическому нагнетателю является нагнетатель по патенту РФ №2456514 (F24F, 3/16), содержащий корпус с входным конфузором и каналом постоянного сечения, разрядный электрод, собирающий электрод, подключенные к высоковольтному источнику постоянного тока и установленные в параллельных плоскостях, перпендикулярных продольной оси канала постоянного сечения, при этом выход нагнетателя выполнен в виде диффузора, своим малым сечением сопряженного с каналом постоянного сечения, а в выходном сечении диффузора установлена решетка с регулярной неравномерностью, на внутреннюю поверхность которой нанесен катализатор, а во внутренней полости диффузора установлены направляющие пластины, равномерно распределенные между стенками диффузора, причем поверхность упомянутых пластин выполнена шероховатой и на нее нанесен катализатор.

Недостатком решения по этому патенту является тот факт, что для борьбы с повышенной концентрацией озона предложена установка неравномерной решетки и направляющих шероховатых пластин с катализатором, что уменьшает скорость потока и КПД нагнетателя.

Задачей изобретения является увеличение производительности нагнетателя и его КПД при небольших габаритно-массовых характеристиках с одновременным достижением оптимальных для дыхания человека электрических характеристик воздуха, а также исключение образования озона.

Эта задача достигается тем, что в электростатическом нагнетателе, содержащем корпус, вьфавнивающий конфузор, коронирующий и собирающий электроды, подключенные к высоковольтному источнику напряжения, при этом к конфузору присоединен пылеуловитель, в пылеуловителе установлены коронирующий электрод пылеуловителя с иглами, направленными внутрь пылеуловителя и собирающий электрод пылеуловителя, расположенный на внутренней поверхности пылеуловителя. Выравнивающий конфузор сообщен с блоком электростатического вентилятора, содержащем также коронирующие электроды, собирающие электроды, после которого установлены последовательно аэродинамический ускоритель потока воздуха с профилированными лопатками-завихрителями, ионизатор, пылесборник, фильтр и аэроионизатор.

На Фиг. 1 показана схема заявленного устройства, где:

1 - корпус;

2 - выравнивающий конфузор;

3 - пылеуловитель;

4 - воздухозаборник;

5 - коронирующий электрод пылеуловителя;

6 - собирающий электрод пылеуловителя;

7 - блок электростатического вентилятора;

8 - коронирующие электроды;

9 - собирающие электроды;

10 - аэродинамический ускоритель потока воздуха;

11 - лопатки - завихрители;

12 - ионизатор;

13 - пылесборник;

14 - фильтр;

15 - аэроионизатор.

Нагнетатель состоит из корпуса 1, к которому с помощью выравнивающего конфузора 2 присоединен пылеуловитель 3, снабженный воздухозаборником 4. В пылеуловителе 3 установлены коронирующий электрод пылеуловителя 5 с иглами, направленными внутрь пылеуловителя 3 и собирающий электрод пылеуловителя 6, расположенный на внутренней поверхности пылеуловителя 3.

Выравнивающий конфузор 2 обеспечивает равномерное увеличение скорости воздуха, поступающего в блок электростатического вентилятора 7, содержащего также коронирующие электроды 8 и собирающие электроды 9, далее в корпусе установлены последовательно аэродинамический ускоритель потока воздуха 10 с профилированными лопатками - завихрителями 11, ионизатор 12, пылесборник 13, фильтр 14, аэроионизатор 15.

Электростатический нагнетатель работает следующим образом.

Загрязненный воздух поступает через воздухозаборник 4 в пылеуловитель 3, где между коронирующим электродом пылеуловителя 5 и собирающим электродом пылеуловителя 6 создается сильное электрическое поле. Под влиянием ионизации и электростатического поля мелкие частицы коагулируют и осаждаются на стенках собирающего электрода пылеуловителя 6. Длина пылеуловителя 3 выбирается из условия пребывания в нем воздуха в течение 4-6 секунд, а объем пылеуловителя 3 определяется производительностью блока электростатического вентилятора 7. Через определенное время собирающий электрод пылеуловителя 6 чистят.

С увеличением скорости электронного ветра в блоке электростатического вентилятора 7 крупные частицы пыли могут срываться с собирающего электрода пылеуловителя 3. На эти заряженные частицы пыли, помимо аэродинамических сил, действуют значительные электрические силы. Заряженные частицы пыли дрейфуют со значительной скоростью, увеличивающейся с их размером, что способствует увеличению эффективности обеспыливания.

В аэродинамическом ускорителе 10 поток воздуха приобретает дополнительную скорость. За счет лопаток-завихрителей 11, входящих в состав аэродинамического ускорителя потока воздуха 10, установленных на его задней части под углом к потоку; в центральной части аэродинамического ускорителя воздуха 10, поток воздуха приобретает тангенциальную составляющую. Происходит закрутка потока и сепарация частиц. Частицы движутся по периферии корпуса 1. Одновременно с этим, созданный вихревой поток обеспечивает концентрацию легких аэроионов, их равномерное распределение в помещении и позволяет исключить вентиляторы, улучшив габаритно-массовые характеристики прибора. Ионизатор 12 с иглами, соединенный с отрицательным полюсом источника высоковольтного напряжения повышает концентрацию легких аэроионов и снижает потребляемую электроэнергию при движении. В концевой части корпуса 1, по его периферии, установлен пылесборник 13, позволяющий собирать крупные частицы пыли с фильтром 14, например, из пористого поролона, или любого другого материала, позволяющий эффективно улавливать пыль и микроорганизмы; на выходе из корпуса 1 установлен аэроионизатор 14 воздуха, электрически соединенный с источником высокого напряжения для придания очищенному воздуху естественных электрических характеристик.

Секция блока электростатического вентилятора 7 с коронирующим 8 и собирающим электродами 9 позволяет увеличить скорость очищенного воздуха, до скорости примерно равной 3 м/сек.

Увеличение скорости потока можно достичь последовательно соединенными секциями (Фиг. 2), где в каждой секции коронирующий электрод 8 электрически соединен с собирающим электродом 9 через высоковольтный источник напряжения, что практически исключает образование озона и окислов азота. Испытания показали, что скорость электронного ветра увеличивается с увеличением количества ступеней, как показано на Фиг. 2. Скорость истекающего из устройства очищенного воздуха может регулироваться величиной напряжения на электродах секций блока электростатического вентилятора 7.

Предлагаемый электростатический нагнетатель предназначен для очистки воздуха от пыли, особенно от мелкодисперсной, болезнетворных микроорганизмов, грибов, неприятных запахов и для восстановления природных электрических характеристик воздуха в жилых и производственных помещениях, медицинских лечебных и оздоровительных учреждениях, спортивных восстановительных комплексах, в чистом производстве, в сельском хозяйстве, на промышленных предприятиях, для борьбы с туманом, задымлением и городской пылью, а также может быть использовано в обитаемых отсеках космических кораблей и на космических станциях. Предложен электростатический нагнетатель, содержащий корпус, выравнивающий конфузор, коронирующий и собирающий электроды, подключенные к высоковольтному источнику напряжения, при этом к выравнивающему конфузору присоединен пылеуловитель, в пылеуловителе установлены коронирующий электрод пылеуловителя с иглами, направленными внутрь пылеуловителя, и собирающий электрод пылеуловителя, расположенный на внутренней поверхности пылеуловителя, выравнивающий конфузор сообщен с блоком электростатического вентилятора, содержащего также коронирующие электроды и собирающие электроды, после которого в корпусе установлены последовательно аэродинамический ускоритель потока воздуха с профилированными лопатками-завихрителями, ионизатор, пылесборник, фильтр и аэроионизатор. Данное техническое решение при небольших массогабаритных характеристиках позволяет увеличить КПД нагнетателя с одновременным достижением оптимальных для дыхания человека электрических характеристик воздуха, а также исключить образование избыточного озона. 2 ил.

Электростатический нагнетатель, содержащий корпус, выравнивающий конфузор, коронирующий и собирающий электроды, подключенные к высоковольтному источнику напряжения, отличающийся тем, что к выравнивающему конфузору присоединен пылеуловитель, в пылеуловителе установлены коронирующий электрод пылеуловителя с иглами, направленными внутрь пылеуловителя, и собирающий электрод пылеуловителя, расположенный на внутренней поверхности пылеуловителя, выравнивающий конфузор сообщен с блоком электростатического вентилятора, содержащего также коронирующие электроды и собирающие электроды, после которого в корпусе установлены последовательно аэродинамический ускоритель потока воздуха с профилированными лопатками-завихрителями, ионизатор, пылесборник, фильтр и аэроионизатор.