ЭЛЕКТРОФИЛЬТР Российский патент 2023 года по МПК B03C3/14 B03C3/68 

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 пластин, обращенные к центральной оси спирали - оси корпуса, входные патрубки размещены между 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, причем 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 коронирующих 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 позволяет повысить эффективность очистки газов от пылевых частиц, спор патогенных грибов и вирусов, а также повышает надежность работы электрофильтров-циклонов тем, что электрофильтр содержит источник электропитания, выполненный в виде многообмоточного трансформатора с первичной обмоткой и рядом вторичных обмоток, и выпрямителями, включенными на выходе вторичных обмоток, причем первая вторичная обмотка со своим выпрямителем соединена с зажимами пластин-электродов попарно-параллельно, а остальные вторичные обмотки со своими выпрямителями соединены с пластинами электродами индивидуально на каждый однополярный разрядный промежуток, например положительный. Указанная конструкция является новой в заявленной совокупности признаков.

Выполнение источника электропитания в виде многообмоточного трансформатора с первичной обмоткой и рядом вторичных обмоток и выпрямителями, включенными на выходе вторичных обмоток, причем первая вторичная обмотка со своим выпрямителем соединена с зажимами пластин электродов попарно-параллельно, а остальные вторичные обмотки со своими выпрямителями соединены с пластинами-электродами индивидуально на каждый однополярный разрядный промежуток, например, положительный. Зависимость скорости «ионного ветра» от напряженности электрического поля и плотности тока в науке и технике известны [1], известно также, что плотность тока коронного разряда зависит от полярности разряда [2]. По этой причине при работе разнополярных коронных разрядов в одном объеме внутри циклона-электрофильтра проявляются несогласованные по скорости потоки заряженного газа, которые вызывают турбулентное течения газа и, как следствие, ухудшение слипания заряженных частиц, понижение эффективности очистки газа от пыли, и снижение надежности работы электрофильтра. Выполнение источника электропитания в виде силового трансформатора и выпрямителя в технике известно, но в данной совокупности перечисленные признаки проявляют новые свойства заключающиеся:

а) в выравнивании скоростей движения газа в разнополярных коронных разрядах, что дает бестурбулентное течение газов;

б) в сложении векторов напряженности электрических полей различных, гальванически независимых источников электроэнергии, что дает выравнивание плотностей тока в области положительной и отрицательной короны.

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 настройкой скоростей «ионного ветра» в разнополярных зарядных полостях.

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 электрического поля; на фиг. 3 представлена схема электрическая принципиальная суперпозиции электрических полей в разрядных промежутках; на фиг. 4 представлена схема электрическая принципиальная суперпозиции электрических полей с точной настройкой величины скорости «ионного ветра».

Электрофильтр включает цилиндрический корпус 1 с завихрителем, патрубки для ввода 6 и вывода газа 14, патрубки для вывода концентрата пыли, систему зарядных электродов, выполненных из лопаток-пластин 2, имеющих осадительную гладкую поверхность 3 и коронирующую заостренную поверхность 4 соединенных с полюсами источника электропитания 5, причем корпус 1 выполнен вертикальным цилиндрическим с нижней конической частью, завихритель выполнен в виде четного количества электропроводных лопаток-пластин, пластины 2 электродов установлены внутри корпуса 1 параллельно оси цилиндра и ориентированы по спиральным направлениям, коронирующими поверхностями служат заточенные ребра 4 пластин электродов, обращенные к оси спирали, входные патрубки 6 для запыленного газа размещены в корпусе 1 и врезаны тангенциально в цилиндр корпуса между пластинами электродов 2, клеммы электродов 7 соединены с источником электропитания 5 посредством проводов 8, причем источник электропитания 5 выполнен в виде двух трансформаторов с выпрямителями для гальванической развязки положительного и отрицательного коронного разрядов или в виде многообмоточного трансформатора на едином сердечнике 9 с первичной обмоткой 10 и рядом вторичных обмоток 11 и выпрямителями 12, включенными на выходе вторичных обмоток 11, причем первая вторичная обмотка со своим выпрямителем 12 соединена с клеммами пластин электродов попарно-параллельно, а остальные обмотки со своими выпрямителями соединены с пластинами-электродами индивидуально на каждый однополярный разрядный промежуток, например, положительный, кроме того, источник электропитания 5 может содержать элемент регулирования 13 выходного напряжения в виде автотрансформатора для цепей положительного коронного разряда.

Электрофильтр работает следующим образом. Включают источник электропитания 5, при этом на электроды 2 по проводам 8 подается высокое электрическое напряжение, и в зазорах между коронирующими 4 и с осадительными 3 возникают коронные разряды, которые рождают «ионный ветер». В силу того, что лопатки-пластины расположены по спиральным направлениям, потоки заряженного газа в различных разрядных промежутках вытесняются ближе к оси цилиндрического корпуса 1, складываются и образуют кольцевой поток воздуха. Затем, через выходные патрубки 6 подают запыленный газ в разрядные промежутки, при этом частицы пыли, споры патогенных грибов, вирусы заряжаются в каждом промежутке электрическим зарядом своего знака («+» или «-»), а попадая затем в кольцевой поток, слипаются, образуют более крупные частицы и оседают в нижнюю часть цилиндра, выходной патрубок 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 носителя электрического заряда (электрон, или α-частица или положительный ион), скорости движения газов в полостях между электродами-пластинами будут различны и, соответственно, возможна турбулизация суммарного потока газа, ухудшающая характеристики электрофильтра. Компенсирует разницу скоростей движения потоков газа работа источника электропитания 5, который создает в разрядных промежутках с меньшей скоростью движения газа большую напряженность электрического поля с помощью «индивидуальных» обмоток 11 с их выпрямителями 12.

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 предполагаемого 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 заряда и отрицательного благодаря выравниванию скоростей «ионного ветра» и повысить надежность работы электрофильтра за счет возможности точной настройки скоростей «ионного ветра» в разнополярных разрядных полостях.

Изобретение относится к очистке газов от пыли. Устройство включает цилиндрический корпус с завихрителем, патрубки для ввода и вывода газа, патрубки для вывода концентрата пыли, коронирующие и осадительные электроды, бункер и высоковольтный источник электропитания. Завихритель выполнен в виде четного количества электропроводных лопаток-пластин, установленных внутри корпуса в верхней его части параллельно оси цилиндра и ориентированных по спиральным направлениям. Лопатки-пластины являются электродами, а коронирующими поверхностями служат заточенные ребра пластин, обращенные к оси спирали - оси корпуса. Осадительными электродами служат боковые поверхности пластин, обращенные к соседним коронирующим электродам. Входные патрубки размещены между пластинами электродов и врезаны тангенциально в корпус. Источник электропитания выполнен в виде двух трансформаторов с выпрямителями для гальванической развязки положительного и отрицательного коронных разрядов или в виде многообмоточного трансформатора с первичной обмоткой и рядом вторичных обмоток и выпрямителями, включенными на выходе вторичных обмоток. Первая вторичная обмотка со своим выпрямителем соединена с зажимами пластин-электродов попарно-параллельно. Остальные обмотки со своими выпрямителями соединены с пластинами-электродами индивидуально на каждый однополярный разрядной промежуток. Повышается эффективность очистки и надежность работы устройства. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электрофильтр для очистки газов от пыли, включающий цилиндрический корпус с завихрителем, патрубки для ввода и вывода 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 цилиндра и ориентированных по спиральным направлениям, причем лопатки-пластины являются электродами, а коронирующими поверхностями служат заточенные ребра пластин, обращенные к оси спирали - оси корпуса, осадительными электродами служат боковые поверхности пластин, обращенные к соседним коронирующим электродам, входные патрубки размещены между пластинами электродов и врезаны тангенциально в корпус, электроды соединены с полюсами источника электропитания проводами, отличающийся тем, что источник электропитания выполнен в виде двух трансформаторов с выпрямителями для гальванической развязки положительного и отрицательного коронных разрядов или в виде многообмоточного трансформатора с первичной обмоткой и рядом вторичных обмоток и выпрямителями, включенными на выходе вторичных обмоток, причем первая вторичная обмотка со своим выпрямителем соединена с зажимами пластин-электродов попарно-параллельно, а остальные обмотки со своими выпрямителями соединены с пластинами-электродами индивидуально на каждый однополярный разрядный промежуток.

2. Электрофильтр по п. 1 отличающийся тем, что источник электропитания содержит элемент регулирования выходного напряжения в виде автотрансформатора.