Устройство обеззараживания воздуха Российский патент 2025 года по МПК B03C3/40 A61L9/22 

Изобретение относится к инактивации микроорганизмов в области коронно-стримерного разряда.

Изобретение может быть использовано для обеззараживания воздуха в помещениях, в системах приточно-вытяжной вентиляции помещений в медицине, фармацевтической, микробиологической, пищевой промышленности. Кроме того, изобретение может быть использовано для обеззараживания воздуха в автомобильном, железнодорожном, водном и авиационном транспорте, а также в космических пилотируемых летательных аппаратах, автономных рециркуляционных установках и другом оборудовании.

Известно устройство для обеззараживания воздуха (см. патент RU № 2733395, МПК A61L 9/16, B03C 3/04, опубл. 01.10.2020 г.), включающее по меньшей мере по одному заземленному и высоковольтному электроду с образованием между ними реакторной камеры, при этом высоковольтный электрод содержит инициаторы импульсных стримерных коронных разрядов со стороны, обращенной к заземленному электроду, а также подключенный к высоковольтному электроду генератор импульсного напряжения.

Основным недостатком данного устройства является повышенная генерация озона множеством стримеров, перекрывающих полностью проходное сечение устройства, низкая производительность установки, обусловленная применением импульсного источника питания при непрерывном, постоянном движении воздуха. При увеличении скорости движения воздуха будет уменьшаться количество воздействий импульсными стримерами, и будет уменьшаться время пребывания микроорганизмов в холодной плазме, и, соответственно, эффективность обеззараживания воздуха.

Известно принятое в качестве ближайшего аналога устройство для стерилизации и тонкой фильтрации газа (см. патент RU № 2026751, МПК B03C 3/14, опубл. 20.01.1995 г.), содержащее двухсекционное зарядное устройство с разноименными коронами, коронирующие и некоронирующие электроды которого снабжены токопроводящими фильтрующими элементами. Осадитель выполнен с расположенными параллельно друг другу токопроводящими разноименно заряженными фильтрующими элементами, между которыми установлены высокопористые диэлектрические фильтрующие элементы.

Основным недостатком данного устройства является повышенный коэффициент аэродинамического сопротивления из-за малоэффективного электростатического фильтра грубой очистки, работающего без зарядной камеры и пластин пенометалла, прилегающих к некоронирующим цилиндрическим электродам. Повышенная генерация озона формируется двумя зарядными камерами. Низкая эффективность зарядки частиц ионизационной камеры является следствием малой напряженности электрического поля вдоль стенок некоронирующего цилиндрического электрода.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности обеззараживания воздуха без существенного усложнения конструкции и технологичности устройства.

Кроме того, техническим результатом заявленного изобретения является большая производительность - более 200 м³/час при площади проходного сечения устройства 0,029 м².

Кроме того, техническим результатом заявленного изобретения является небольшой коэффициент аэродинамического сопротивления - менее 100 Па при расходе 200 м3/час при площади проходного сечения устройства 0,029 м².

Технические результаты достигаются тем, что устройство обеззараживания воздуха содержит по меньшей мере один коронирующий электрод, запитанный от источника постоянного положительного напряжения, электростатический осадитель, выполненный в виде двух проницаемых для воздуха электродов с расположенным между ними пористым диэлектриком с диэлектрической проницаемостью менее 4, где к первому по направлению движения воздуха электроду электростатического осадителя прикладывается положительный постоянный потенциал не менее 7кВ.

Также технические результаты достигаются тем, что устройство содержит по меньшей мере один дополнительный некоронирующий электрод.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схематическая конструкция устройства, на фиг. 2 - устройство с дополнительным некоронирующим электродом, на фиг. 3 - устройство с дополнительной зарядной камерой, содержащей коронирующий и некоронирующий электроды, на фиг. 4 - вариант конструкции устройства, обеспечивающий минимизацию габаритов.

Устройство обеззараживания воздуха содержит коронирующий электрод 1, электростатический осадитель, состоящий из электродов 2, 4 и пористого диэлектрика 3, источник 5 постоянного положительного напряжения, дополнительный некоронирующий электрод 6, дополнительный коронирующий электрод 7.

Устройство обеззараживания воздуха работает следующим образом.

Микроорганизмы, содержащиеся в воздушном потоке А, приобретают положительный заряд в поле коронного разряда, сформированного коронирующим электродом 1, выполненным в виде иглы или струны, и (в общем случае) электродом 2 осадителя, выполненным проницаемым для воздуха. Далее микроорганизмы в электростатическом поле осадителя, состоящего из электродов 2 и 4, выполненных, например, из пенометалла, сетки или перфорированного листа, металлических или металлизированных, оседают в поляризованном пористом диэлектрике 3 и подвергаются ударной и (или) диффузной ионизации положительными ионами молекулярного азота из воздуха, сгенерированными в поле положительного коронного разряда. К первому по направлению движения электроду 2 прикладывается положительный потенциал +V2 не менее 7кВ, что обеспечивает проницаемость электрода 2 для положительно заряженных ионов азота с минимальными потерями.

В результате проведенных исследований было выявлено, что величина потенциала +V2 в 7кВ является пороговой, то есть: при приложении к электроду 2 потенциала в диапазоне 0-7 кВ коэффициент пропускания ионов в электростатический осадитель стабильно низкий (не превышает 3%, практически все ионы поглощаются на входе), а при превышении значения приложенного потенциала +V2 в 7 кВ коэффициент пропускания ионов внутрь электростатического осадителя скачкообразно вырастает (не менее чем до 95%).

Поскольку инактивация микроорганизмов, осевших на пористом диэлектрике 3, осуществляется ионами, последние соответственно должны пройти электрод 2 с наименьшими потерями.

Высокая ионная проницаемость электрода 2 обусловлена кулоновскими силами. Когда заряд электрода 2 и ионов становится примерно равным, ионы отталкиваются от электрода, а не осаждаются на нем. Легкие ионы азота в воздухе могут достигать скоростей в единицы м/с и почти мгновенно оседают на электроде 2, если у него немного меньший заряд.

Пористый диэлектрик 3, находящийся между электродами 2 и 4, под действием потенциала +V2 поляризуется, и часть диэлектрика приобретает отрицательный поверхностный заряд необходимый для осаждения ионов и микроорганизмов. Величина поверхностного заряда и степень ослабления напряженности электрического поля в диэлектрике зависит от диэлектрической проницаемости материала. Проведенные исследования показали, что достаточная для инактивации микроорганизмов плотность поверхностного заряда диэлектрика 3 и допустимый коэффициент ослабления электрического поля диэлектриком 3 в электростатическом осадителе, достигается при значениях диэлектрической проницаемости до 4.

За счет формирования на поверхности микроорганизмов разноименного заряда ионным и электродно-контактным методом возникают локальные зоны высокой напряженности электрического поля, вызывающие электропорацию, денатурацию белковых структур, приводящую к снижению метаболической активности и, как следствие, инактивации.

Источник постоянного напряжения 5 может иметь несколько выходов. Выход +V1, подключенный к коронирующему электроду 1, работает в режиме стабилизации по току, что позволяет поддерживать заданный ток коронного разряда при различной влажности проходящего потока воздуха А и при ресурсном обгорании или засорении коронирующего электрода 1. Напряжение +V2 на электроде 2 формируется либо методом стабилизации по напряжению, либо напряжением, пропорциональным напряжению на коронирующем электроде 1 через повышающий коэффициент.

Для увеличения эффективности обеззараживания воздуха может использоваться дополнительный некоронирующий электрод 6, выполненный в виде плоскости, цилиндра или соты. Поле коронного разряда, сформированное электродами 1 и 6, охватывает всю площадь проходящего воздушного потока А и обеспечивает максимальный заряд микроорганизмов, и, соответственно, их лучшее осаждение с последующей инактивацией на пористом диэлектрике 3.

Для упрощения конструкции устройства и уменьшения его габаритов применяется схема, представленная на фиг. 4. Коронирующий электрод 1 электрически соединен с электродом 2 и развернут против потока воздуха А. Функция зарядки аэрозоля и генератора ионов выполняется коронирующим электродом 1 и некоронирующим электродом 6, выполненным в виде цилиндра или соты. В случае реализации такой схемы электрод 2 не является некоронирующим.

Для увеличения эффективности обеззараживания воздуха в устройстве функции формирования заряда на микроорганизмах и функции генерации положительных ионов могут быть разделены. Устройство зарядной камеры (фиг. 3) может состоять из игольчатого или струнного коронирующего электрода 7, а некоронирующий электрод 6 выполнен в виде цилиндра, соты или пластин. Источник питания 5 на выходах +V1, подключенных к коронирующим электродам 1 и 7, формирует постоянное напряжение в режиме стабилизации тока. Данные электроды могут быть электрически объединены или подключены к разным источникам напряжения. Камера ионизации представлена коронирующим электродом 1, выполненным в виде иглы или струны, и первым по направлению движения воздуха проходным электродом 2 осадителя, выполняющим (в общем случае) функцию некоронирующего электрода. Совместно зарядная камера и камера ионизации позволяют максимально эффективно заряжать микроорганизмы для последующего эффективного осаждения на пористом диэлектрике 3, а также генерировать большее количество положительных ионов азота для обеспечения инактивации микроорганизмов способом ионно-электродного заряда.

Для увеличения фильтрующих свойств устройства вместо одного пористого диэлектрика 3 может использоваться несколько вместе сложенных пористых диэлектриков c разной плотностью в предпочтительном варианте с увеличивающейся плотностью по направлению движения воздуха.

Заявляемое устройство обеззараживания воздуха компактно, имеет простую конструкцию, что повышает надежность его эксплуатации, технологично в производстве и позволяет эффективно инактивировать различные, находящиеся в воздухе, микроорганизмы.

Изобретение относится к обеззараживанию воздуха в помещениях, в частности к инактивации микроорганизмов в области коронно-стримерного разряда. Устройство содержит по меньшей мере один коронирующий электрод, запитанный от источника постоянного положительного напряжения, электростатический осадитель, выполненный в виде двух проницаемых для воздуха электродов с расположенным между ними пористым диэлектриком. Пористый диэлектрик имеет диэлектрическую проницаемость менее 4. К первому по направлению движения воздуха электроду электростатического осадителя приложен положительный постоянный потенциал не менее 7 кВ. Повышается эффективность обеззараживания воздуха, повышается производительность устройства, снижается коэффициент аэродинамического сопротивления. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство обеззараживания воздуха, содержащее по меньшей мере один коронирующий электрод, запитанный от источника постоянного положительного напряжения, электростатический осадитель, выполненный в виде двух проницаемых для воздуха электродов с расположенным между ними пористым диэлектриком, отличающееся тем, что пористый диэлектрик имеет диэлектрическую проницаемость менее 4, а к первому по направлению движения воздуха электроду электростатического осадителя приложен положительный постоянный потенциал не менее 7 кВ.

2. Устройство обеззараживания воздуха по п. 1, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере один дополнительный некоронирующий электрод.