Устройство для очистки воздушных бассейнов от смога и поллютантов в приземном слое Российский патент 2024 года по МПК A01G15/00 

Изобретение относится к области прикладной метеорологии и экологии, в частности к устройствам для создании естественной конвекции воздушных масс тепловым нагревом воздуха в башне в летний период и получения восходящего вертикального потока воздуха в башне, а также направленного горизонтального выхода нагретого потока из башни, способствующих созданию тяги, появлению движения воздуха вблизи башни, выносу и рассеиванию вредных примесей из приземной зоны в верхние слои атмосферы.

Предпосылкой для создания изобретения является идея использования разности температуры воды в реке и воздуха в летнее время для улучшения экологической ситуации в г. Красноярске, когда неблагоприятные метеорологические условия (НМУ) наступают в случае отсутствия движения воздуха в приземном слое или при малой скорости ветра. При этом температура воды в реке Енисей составляет примерно 4°С, а средняя температура воздуха в летнее время равна 22°С, что позволяет использовать разность температуры воды и воздуха в летнее время для изменения атмосферных условий и улучшения экологической ситуации в городе с помощью заявляемого устройства, содержащего башню с насадкой, установленную с помощью плавсредств на водной акватории Енисея. Использование предлагаемого устройство особенно актуально для очистки воздуха над летними детскими лагерями, расположенными вблизи берега реки Енисей, в частности в Октябрьском районе города Красноярска.

Из уровня техники известны способы и устройства, создающие локальные конвективные потоки, обеспечивающие создание тяги из приземного слоя атмосферы в верхние слои, способствуя уносу загрязняющих микрочастиц из приземного слоя и разрушению инверсионного слоя, отражающего вредные вещества. Изменение атмосферных условий при этом основано на создании восходящего потока воздуха.

Известен способ создания восходящего потока воздуха в атмосфере и устройство для его осуществления (гелиатор), в котором восходящий поток воздуха подогревают на нескольких уровнях от нагреваемой солнцем зачерненной поверхности и обогащают отрицательными ионами, а устройство состоит из нагреваемой Солнцем многоярусной системы привязных аэростатов с зачерненными баллонами, которые располагаются в виде нескольких расположенных один над другим ярусов, причем на ярусах закреплены заземленные эмиттеры электронов, коронирующие в электрическом поле Земли (Патент РФ № 2462026 С1, дата приоритета 28.03.2011, дата публикации 27.09.2012, автор Павлюченко В.П., RU).

Недостатками аналога являются: сложность способа и устройства для его осуществления, обусловленная использованием аэростатов, а также недостаточная эффективность для очистки воздуха.

Известна очистительная 100-метровая башня Xian smog tower, построенная в Китае, при тестировании которой зафиксировано снижение загрязнения воздуха от вредных для здоровья микрочастиц РМ2,5 на 15% всего за три месяца работы на территории в 10 км². При этом Xian smog tower удавалось перерабатывать до 10 млн м³ воздуха в сутки. Технологический процесс очистки воздуха башней Xian smog tower разделен на следующие этапы. Сначала воздух отбирается из атмосферы и транспортируется в расположенные неподалеку от башни тепловые станции, в которых при помощи электроэнергии, полученной от солнечных батарей, грязный воздух нагревается и возвращается в башню, внутри которой поднимается вверх, проходит через фильтры пять ступеней очистки и только затем попадает опять в атмосферу (https://24gadget.ru/1161066142-v-kitae-zarabotal-krupnevshiy-v-mire-ochistitel-vozduha.html, дата просмотра 31.03.2021).

Недостатком известной очистительной башни является необходимость создания парников для нагрева воздуха, занимающих значительную площадь, и использование устройств для создания вынужденных потоков воздуха.

В качестве прототипа принято устройство, предназначенное для реализации способа очистки воздушных бассейнов городов от смога и поллютантов, основанного на создании естественной конвекции воздушных масс тепловым нагревом воздуха в башне для получения восходящего потока воздуха, способствующего появлению циркуляционного движения вблизи башни, созданию тяги, выносу и рассеиванию вредных примесей из приземной зоны в верхние слои атмосферы. В качестве источника теплоты для нагрева воздуха в башне используют солнечную энергию, а в качестве холодного источника - поверхность воды в реке. За счет разности температуры воздуха вблизи поверхности воды и нагретых слоев в башне создают восходящий поток воздуха. При этом используют башню в виде конуса с черным покрытием ее ограждения, установленную с помощью опорных платформ в основании на двух отстоящих одна от другой баржах, сориентированных против течения реки в продольном направлении (Патент РФ № 2771038 С1, дата приоритета 20.05.2021, дата публикации 25.04.2022, авторы: Кулагин В.А., Енютина Т.А., Кулагина Т.А., Марченкова С.Г., RU, прототип).

Недостатком прототипа является низкая эффективность устройства из-за ограниченной зоны очистки приземного слоя атмосферы вблизи башни и отсутствия возможности направления нагретого воздуха в сторону объекта, нуждающегося в очистке воздушного бассейна.

Технической проблемой, касающейся усовершенствования устройства для очистки воздушных бассейнов от смога и поллютантов в приземном слое в летнее время, является обеспечение возможности увеличения зоны очищаемого воздушного бассейна созданием восходящего потока воздуха в башне с насадкой за счет естественной конвекции и направления выходящего потока теплого воздуха, нагретого солнечной энергией, в сторону объекта или участка местности, расположенных вблизи башни, установленной на плавсредствах на реке Енисей.

Для решения технической проблемы предложено устройство для очистки воздушных бассейнов города Красноярска от смога и поллютантов в приземном слое в акватории Енисея в летнее время, предназначенное для изменения атмосферных условий за счет естественной конвекции и создания восходящего потока воздуха при использовании разности температуры воздуха вблизи поверхности воды и нагретых выше слоев, включающее башню в виде конуса с черным покрытием ограждения для теплового нагрева воздуха в башне за счет солнечной энергии, установленную с помощью опорных платформ в основании на двух отстоящих друг от друга плавсредствах в виде барж, сориентированных против течения реки Енисей в продольном направлении, и предназначенную для создания в ней восходящего потока воздуха за счет разности температуры воздуха вблизи поверхности воды и нагретых слоев воздуха в указанной башне, способствующего появлению тяги вблизи башни, движению воздуха, выносу и рассеиванию вредных примесей из приземной зоны в верхние слои атмосферы. Новым является то, что на верху башни дополнительно смонтирована насадка с конусным основанием и Г-образным выходным патрубком, ориентированным в сторону объекта или участка местности, расположенных вблизи башни и предназначенных для очистки прилегающего к ним воздушного пространства, осуществляемой за счет создания тяги вследствие перемещения вверх менее плотных слоев нагретого воздуха в башне и изменяющегося вектора движения выходящего из Г-образного патрубка нагретого потока воздуха в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Согласно изобретению, башня с насадкой содержат металлический каркас, обшитый алюминиевыми листами с наружным покрытием.

На фиг. 1 схематично изображено устройство для очистки воздушных бассейнов города Красноярска от смога и поллютантов в приземном слое в акватории Енисея в летнее время, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сверху, где введены следующие обозначения: 1 - башня; 2 - насадка; 3 - опорная платформа башни; 4 - баржа; стрелками показано направление течения реки Енисей.

Башня 1, выполненная с конусностью по типу конфузора для усиления создаваемой в ней тяги, содержит металлический каркас с закрепленным на нем ограждением из алюминиевых листов, покрытых снаружи черной краской для улучшения теплообмена излучением (условно не показано). В качестве ограждения каркаса также могут быть использованы современные высокопрочные темные ткани. На башне 1 установлена насадка 2, нижняя часть которой имеет конусное основание, позволяющее направить поток в Г-образную часть насадки 2, представляющую собой выходной патрубок, имеющий диаметр, составляющий одну треть от диаметра выходного сечения башни 1.

В основании башни 1 диаметрально расположены две опорные платформы 3, предназначенные для монтажа башни 1 на двух баржах 4, отстоящих одна от другой и сориентированных против течения реки Енисей в продольном направлении.

Подготовка к работе устройства для очистки воздушных бассейнов городов от смога и поллютантов в приземном слое производится следующим образом. Башня 1 с насадкой 2 монтируется с помощью опорных платформ 3 на палубах двух барж 4 с учетом направления Г-образной части насадки 2 в сторону объекта или участка местности, предназначенных для очистки прилегающего к ним воздушного пространства. Баржи 4 буксируют на специально выделенный участок реки Енисей в пределах города. За счет разности температуры поверхности воды реки Енисей и нагретой Солнцем внутренней поверхности башни 1 возникает восходящий поток воздуха, который с помощью насадки 2 направляется в сторону объекта или участка местности, вблизи которых происходит частичная очистка прилегающего воздушного пространства за счет тяги внутри башни и движения выходящего из насадки 2 потока нагретого воздуха в горизонтальном и вертикальном направлениях, способствующих рассеиванию вредных примесей из приземного слоя в верхние слои атмосферы.

Преимуществом устройства является использование естественной конвекции воздуха для создания движения воздуха вблизи башни с насадкой без затрат электроэнергии для нагрева воздуха, а также сравнительная простота изготовления башни, мобильность устройства и повышенная эффективность при использовании нескольких устройств.

Технический результат заключается в усовершенствовании устройства для очистки воздушных бассейнов городов от смога и поллютантов в приземном слое с целью увеличения зоны очищаемого воздушного бассейна созданием восходящего потока воздуха в башне с насадкой за счет естественной конвекции и направления выходящего потока теплого воздуха, нагретого солнечной энергией, в сторону объекта или участка местности, расположенных вблизи башни, установленной на плавсредствах на реке Енисей, способствующих созданию тяги в башне, выносу и рассеиванию вредных примесей из приземной зоны в верхние слои атмосферы вследствие появления движения воздушных масс в зоне очищаемого воздушного бассейна.

Изобретение относится к области прикладной метеорологии и экологии. Устройство для очистки воздушных бассейнов города Красноярска от смога и поллютантов в приземном слое в акватории Енисея в летнее время, предназначенное для изменения атмосферных условий за счет естественной конвекции и создания восходящего потока воздуха при использовании разности температуры воздуха вблизи поверхности воды и нагретых выше слоев, включает башню в виде конуса с черным покрытием ограждения для теплового нагрева воздуха в башне за счет солнечной энергии. Башня установлена с помощью опорных платформ в основании на двух отстоящих друг от друга плавсредствах в виде барж, сориентированных против течения реки Енисей в продольном направлении, и предназначена для создания в ней восходящего потока воздуха за счет разности температуры воздуха вблизи поверхности воды и нагретых слоев воздуха в указанной башне, способствующего появлению тяги вблизи башни, движению воздуха, выносу и рассеиванию вредных примесей из приземной зоны в верхние слои атмосферы. На верху башни смонтирована насадка с конусным основанием и Г-образным выходным патрубком, ориентированным в сторону объекта или участка местности, расположенных вблизи башни и предназначенных для очистки прилегающего к ним воздушного пространства, осуществляемой за счет создания тяги вследствие перемещения вверх менее плотных слоев нагретого воздуха в башне и изменяющегося вектора движения выходящего из Г-образного патрубка насадки нагретого потока воздуха в горизонтальном и вертикальном направлениях. Технический результат заключается в усовершенствовании устройства для очистки воздушных бассейнов городов от смога и поллютантов в приземном слое с целью увеличения зоны очищаемого воздушного бассейна. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для очистки воздушных бассейнов города Красноярска от смога и поллютантов в приземном слое в акватории Енисея в летнее время, предназначенное для изменения атмосферных условий за счет естественной конвекции и создания восходящего потока воздуха при использовании разности температуры воздуха вблизи поверхности воды и нагретых выше слоев, включающее башню в виде конуса с черным покрытием ограждения для теплового нагрева воздуха в башне за счет солнечной энергии, установленную с помощью опорных платформ в основании на двух отстоящих друг от друга плавсредствах в виде барж, сориентированных против течения реки Енисей в продольном направлении, и предназначенную для создания в ней восходящего потока воздуха за счет разности температуры воздуха вблизи поверхности воды и нагретых слоев воздуха в указанной башне, способствующего появлению тяги вблизи башни, движению воздуха, выносу и рассеиванию вредных примесей из приземной зоны в верхние слои атмосферы, отличающееся тем, что на верху башни дополнительно смонтирована насадка с конусным основанием и Г-образным выходным патрубком, ориентированным в сторону объекта или участка местности, расположенных вблизи башни и предназначенных для очистки прилегающего к ним воздушного пространства, осуществляемой за счет создания тяги вследствие перемещения вверх менее плотных слоев нагретого воздуха в башне и изменяющегося вектора движения выходящего из Г-образного патрубка насадки нагретого потока воздуха в горизонтальном и вертикальном направлениях.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что башня с насадкой содержат металлический каркас, обшитый алюминиевыми листами с наружным покрытием.