ЭЛЕКТРОФИЛЬТР Российский патент 2023 года по МПК B03C3/14 

Изобретение относится к санитарной очистке воздуха от пыли и микроорганизмов, очистке технологических и вентиляционных газов и может быть использовано в энергетике, в медицинских учреждениях, а также в других отраслях народного хозяйства, где необходима очистка газов от пыли.

Известна установка для очистки газов от пыли (см. патент США № 4072477, М.кл. В03С 3/01, 1978), включающая корпус, систему зарядных электродов для очищенного газа, систему зарядных электродов для фильтрующего материла, циклон для отделения тяжелых частиц и рукавный фильтр для очистки от мелких фракций пыли. Отделение пыли в установке производится за счет того, что витающие заряженные частицы фильтрующего материала и пыли, заряженные разноименно, притягиваются друг к другу электростатическими силами.

Недостатком этой установки является то, что поток газов необходимо очищать в циклоне, где улавливается крупная пыль, а затем в рукавном фильтре для очистки от мелких фракций пыли, при этом частицы пыли, скоагулировавшиеся на частицах фильтровального материала, могут отделиться от последних ввиду незначительной силы сцепления.

Известен также инерционно-электростатический пылеконцентратор (А.С.СССР № 559726, М.кл. В03С 3/14, Инерционно-электростатический пылеконцентратор / Ю.А. Долбня, М.Я. Процайло. Заявл. 12.03.1975; Опубл. 30.05.1977, бюл. № 20), включающий корпус с расположенным в нем завихрителем с рассекателями, лопатками и патрубки ввода очищаемого газа, вывода очищенного газа и вывода концентрата, причем корпус снабжен дополнительными лопатками, расположенными между лопатками завихрителя. Завихритель подключен к одному из полюсов высоковольтного источника тока и является коронирующим электродом, а корпус с лопатками – к другому и является осадительным электродом. Кроме того, дополнительные лопатки выполнены в виде клина, причем зазор между вершиной клина и рассекателями завихрителя равен межэлектродному расстоянию.

Очищаемый газ, проходя через каналы между лопатками, закручивается, и крупные частицы пыли за счет инерционных сил отбрасываются к стенкам корпуса, одновременно все частицы пыли проходят через каналы между лопатками-электродами, заряжаются в электрическом поле коронирующего разряда и под действием электростатической силы тоже устремляются к корпусу. Использование описанного устройства позволяет повышать эффективность очистки газов при работе в качестве предвключенной ступени перед электрофильтром, но требует установки дополнительного дутьевого вентилятора для создания необходимой скорости газового потока и больших трудозатрат на очистку осадительных электродов.

Известен также электрофильтр для очистки газов от пыли (Патент РФ № 163132 М.кл. В03С 3/14. Электрофильтр / Порсев Е.Г., Коноваленко А.И. – Изобретения и полезные модели РФ: заявл. 09.12.2015 опубл. 10.07.2016, бюл. 19), являющийся прототипом заявленного технического решения, содержащий цилиндрический корпус с завихрителем, патрубки для ввода и вывода газа, патрубки для ввода и вывода концентрата пыли, коронирующие и осадительные электроды, бункер и высоковольтный источник электропитания, причем корпус выполнен вертикальным с нижней конической частью, завихритель выполнен в виде четного количества электропроводных лопаток-пластин, установленных внутри корпуса в верхней его части параллельно оси и ориентированных по спиральным направлениям, причем лопатки-пластины являются электродами – коронирующими поверхностями служат заточенные ребра лопаток-пластин, обращённые к центральной оси спирали – оси корпуса, патрубки для ввода газа размещены между лопатками-пластинами электродов и врезаны тангенциально в корпус, электроды соединены с полюсами источника электропитания попарно-параллельно. Кроме того, коаксиально с корпусом в конической его части расположен выходной патрубок для пыли, сопряженный с бункером, а в верхний части корпуса выполнен выходной патрубок для очищенного газа, причём выходной патрубок опущен в корпус до уровня сопряжения конической части корпуса с цилиндрической.

Электрофильтр позволяет вести глубокую очистку запыленного газа от крупных и мелких пылевых частиц, но в связи с тем, что интенсивность коронного разряда на коронирующих электродах различна при разной полярности электродов, потоки заряженного воздуха через соседние зазоры-полости не будут согласованы по скорости, и эффективность очистки будет снижаться.

Кроме того, в связи с отсутствием согласования по скорости возможно турбулентное течение газа и ухудшение слипания положительно и отрицательно заряженных частиц, что понизит надежность работы электрофильтра.

Задача настоящего изобретения – повышение эффективности очистки газа от пылевых частиц и повышение надежности работы электрофильтра.

Применение предлагаемой конструкции позволит повысить эффективность очистки газов от пылевых частиц, спор патогенных грибов и вирусов, а также повысить надежность работы электрофильтров-циклонов тем, что электроды-пластины установлены в корпусе с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно цилиндрического корпуса и фиксации их положения индивидуально, например стопорными винтами. Указанная конструкция является новой в заявленной совокупности признаков.

Выполнение коронирующих электродов-пластин с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно цилиндрического корпуса и фиксации их положения индивидуально, например стопорными винтами, неизвестно из уровня техники, то есть представленная конструкция является новой в заявленной совокупности признаков.

Зависимость скорости «ионного ветра» от напряженности электрического поля и плотности электрического тока коронного разряда в науке и технике известны [1], известно также, что плотность тока коронного разряда зависит от полярности коронирующего электрода [2]. По этой причине при работе разнополярных коронных разрядов в одном объеме внутри циклона-электрофильтра появляются несогласованные по скорости потоки заряженного воздуха (газа), которые вызывают турбулентное течение газа и, как следствие, ухудшение слипания заряженных частиц, понижение эффективности очистки газа от пыли и снижение надежности работы электрофильтра.

Выполнение электрофильтра с плоскими заостренными электродами в технике известно, но в данной совокупности перечисленные признаки проявляют новые качества, заключающиеся:

а) в выравнивании скоростей движения газа в разнополярных областях коронных разрядов, что дает бестурбулентное течение газов на выходе разрядных областей и, соответственно, более полную нейтрализацию слипшихся укрупненных частиц пыли;

б) в возможности регулирования и настройки напряженности электрического поля в каждой разрядной полости с целью индивидуальной настройки потоков заряженных частиц, соответственно, и повышения надежности работы электрофильтра.

Таким образом, технический результат, ожидаемый от использования изобретения, заключается в повышении эффективности очистки газов от взвешенных частиц и повышении надежности работы электрофильтра.

Указанный результат достигается тем, что у заявленного технического решения появляются свойства, не равные сумме известных свойств:

а) повышение эффективности очистки газов достигается бестурбулентным смешиванием разнополярно заряженных потоков газа и, как следствие, более эффективным слипанием разнополярно заряженных частиц пыли;

б) повышение надежности работы электрофильтра достигается возможностью точной настройки скоростей «ионного ветра» в разнополярных разрядных областях.

На фиг. 1 представлена эмпирическая зависимость скорости «ионного ветра» от напряженности электрического поля.

На фиг. 2 представлена эмпирическая зависимость плотности тока коронного разряда от напряженности и полярности электрического поля.

На фиг. 3 представлена схема настройки напряженности электрических полей в разрядных промежутках электрофильтра.

Электрофильтр (фиг. 3) включает цилиндрический корпус 1 с завихрителем, патрубки для ввода газа 2, патрубок для вывода пыли 3, коронирующие электроды 4, осадительные электроды 5, бункер и высоковольтный источник электропитания 6, причем корпус 1 выполнен вертикальным с нижней конической частью, завихритель выполнен в виде четного количества электропроводных лопаток-пластин 5, установленных внутри корпуса 1 в верхней его части параллельно оси и ориентированных по спиральным направлениям, причем лопатки-пластины являются электродами – коронирующими поверхностями служат заточенные ребра 4 лопаток-пластин, обращенных к центральной оси спирали – оси корпуса 1, патрубки для ввода газа 2 размещены между лопатками-пластинами электродов и врезаны в корпус 1 тангенциально, электроды 5 соединены с полюсами источника 6 электропитания попарно-параллельно, причем электроды 5 установлены в корпус 1 с возможностью перемещения в радиальном направлении и фиксации их положения индивидуально, например стопорными винтами 7.

Электрофильтр работает следующим образом. Включают источник электропитания 6, при этом на электроды 4, 5 по проводам подают высокое электрическое напряжение и в зазорах между коронирующими 4 и осадительными 5 электродами возникают коронные разряды, которые рождают «ионный ветер». В силу того, что лопатки-пластины электродов расположены по спиральным направлениям, потоки заряженного газа в различных разрядных промежутках вытесняются ближе к оси цилиндрической части корпуса 1, складываются и образуют кольцевые потоки воздуха. Затем через патрубки для ввода газа 2 подают запыленный газ в разрядные промежутки, при этом частицы пыли, споры патогенных грибов и вирусы заряжаются в каждом промежутке электрическим зарядом своего знака («+» или «–»), а попадая затем в кольцевой поток, слипаются, образуют более крупные частицы и оседают в нижней части цилиндра, в выходной патрубок 3 для пыли и бункер-пылесборник, откуда выводятся наружу. В связи с тем, что скорость движения газа зависит от напряженности электрического поля, плотности электрического тока коронного разряда (см. фиг. 1, 2), а также от массы носителей электрического заряда (электрон, или α-частица, или положительный ион) скорости движения потока газа в полостях между электродами-пластинами будут различны и, соответственно, возможна турбулизация суммарного потока газа, ухудшающая характеристики электрофильтра. Компенсирует разницу скоростей движения потоков газа настройка напряженности электрического поля в разрядных промежутках путем изменения зазоров между коронирующими 4 и осадительными 5 частями пластин электродов, фиксируя эти зазоры с помощью стопорных винтов 7.

Вариант конкретного выполнения устройства представляет собой электрофильтр для дезинфекции атмосферы медицинских учреждений. Корпус электрофильтра выполнен из оргстекла СОЛ-10, внешний диаметр цилиндрической части 300 мм, высота цилиндра 400 мм, количество входных патрубков 6, производительность по воздуху 300 м³/час при напряжении на электродах 35 кВ.

Применение предлагаемого электрофильтра позволит повысить эффективность очистки газа от пыли, спор патогенных грибов и вирусов за счет того, что устраняется турбулизация потоков газа, проходящих через полости положительного и отрицательного зарядов благодаря выравниванию скоростей «ионного ветра», и повысить надежность работы электрофильтра за счет возможности точной настройки скорости «ионного ветра» в разнополярных разрядных полостях.

Изобретение относится к очистке газов от пыли и микроорганизмов. Электрофильтр включает цилиндрический корпус с завихрителем, патрубки для ввода газа, патрубки для вывода концентрата пыли, коронирующие и осадительные электроды, бункер и высоковольтный источник электропитания. Корпус выполнен вертикальным с нижней конической частью. Завихритель выполнен в виде четного количества электропроводных лопаток-пластин, установленных внутри корпуса в верхней его части параллельно оси и ориентированных по спиральным направлениям. Лопатки-пластины являются электродами – коронирующими поверхностями служат заточенные ребра пластин, обращенные к центральной оси спирали – оси корпуса. Патрубки для ввода газа размещены между пластинами электродов и врезаны тангенциально в корпус, электроды соединены с полюсами источника электропитания попарно-параллельно и установлены в корпусе с возможностью перемещения в радиальном направлении и фиксации их положения индивидуально. Повышается эффективность очистки газов и надежность работы устройства. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электрофильтр для очистки газов от пыли, включающий цилиндрический корпус с завихрителем, патрубки для ввода газа, патрубки для вывода концентрата пыли, коронирующие и осадительные электроды, бункер и высоковольтный источник электропитания, причем корпус выполнен вертикальным с нижней конической частью, завихритель выполнен в виде четного количества электропроводных лопаток-пластин, установленных внутри корпуса в верхней его части параллельно оси и ориентированных по спиральным направлениям, причем лопатки-пластины являются электродами – коронирующими поверхностями служат заточенные ребра пластин, обращенные к центральной оси спирали – оси корпуса, патрубки для ввода газа размещены между пластинами электродов и врезаны тангенциально в корпус, электроды соединены с полюсами источника электропитания попарно-параллельно, отличающийся тем, что электроды установлены в корпус с возможностью перемещения в радиальном направлении и фиксации их положения индивидуально.

2. Электрофильтр для очистки газов от пыли по п.1, отличающийся тем, что электроды фиксируются стопорными винтами.