Способ очистки воздуха и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК F24F3/16 F24C15/20 

Изобретение относится к области бытовых печей и плит, а более конкретно к способам и устройства для очистки воздуха в кухнях и жилых помещениях.

В быту для приготовлении пищи широко используется газ, при сгорании которого в воздух помещений поступают продукты полного сгорания (углекислота, водяные пары) и продукты неполного сгорания (окись углерода, окислы азота, окислы серы, полициклические ароматические углеводороды, формальдегиды, твердые частицы), которые являются вредными для здоровья людей, а многие обладают канцерогенным действием. Кроме того, в воздухе появляются дурные запахи, копоть, жировые частицы, микробы,бактерии.

Известен способ ионизации газов и жидкостей посредством электричества, истекающего с острой металлической сетки. По указанному способу происходит быстрое осаждение из воздуха частиц пыли и микроорганизмов, при этом пыль оседает на потолок, стены, пол, окружающие предметы, откуда ее необходимо собирать. Это является одним из существенных недостатков известного способа.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ электрической очистки газов, включающий зарядку взвешенных частиц (ионизацию), движение заряженных частиц к электродам (в основном к осади- тельным) под действием сил электрического поля и осаждение на электродах заряженных движущихся частиц.

Процесс очистки газов по известному способу протекает следующим образом. Запыленные газы, попадая в аппарат, проходя через ионизатор, состоящий из электродов в виде проводов, находящихся под высоким напряжением (+14 кВ), и чередующихся с ними трубок, заземленных и присоединенсо С

vi

О

со со

00

ных к отрицательному полюсу выпрямителя электроагрегата.

В ионизаторе между проводами и трубками возникает интенсивный коронный разряд и взвешенные в газах частицы получают положительные и отрицательные заряды. Взвешенные частицы вносятся с потоком газов в равномерное электростатическое поле осадителя, образованное большим числом чередующихся заземленных металлических пластин, присоединенных к положительному полюсу выпрямителя (+7 кВ) между соседними пластинами сохраняется небольшой (6-7 мм) воздушный промежуток.

В поле осадителя заряженные частицы оседают на пластинах противоположного знака.

Однако существующий способ очистки от продуктов неполного сгорания газа и кухонных запахов, образующихся при приготовлении пищи, имеет недостаточную эффективность в силу низкой эффективности процессов осаждения взвешенных частиц и невозможности осуществить процессы бактерицидной обработки и дезодорации.

Решить же вопрос повышения интенсивности осаждения взвешенных аэрозольных частиц, какими являются продукты неполного сгорания газа и кухонные запахи, путем совершенствования характеристик электрического поля (величина заряда, напряженность поля, скорость движения заряженных частиц и т.п.) практически невозможно в силу возникновения нежелательных побочных эффектов (вторичная эмиссия ионов, срыв частиц с осадительно- го электрода и т.д.).

Известны воздухоочистители, предназначенные для снижения загрязнения потолков и мебели жировыми частицами, сажей, копотью, уменьшения содержания вредных продуктов неполного сгорания газа, образующихся при приготовлении пищи, и устранения запахов. Воздухоочистители содержат аэрозольный фильтр и фильтр химической очистки. Кроме этого известны устройства, имеющие трехслойную систему фильтрации, состоящую из наружного слоя, вспененного материала промежуточного гигроскопического слоя, пропитанного экстрактом цитрусовых для подавления запахов, и внутреннего слоя окончательной очистки воздуха.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электронный воздухоочиститель, который имеет трехступенчатую систему фильтрации, представленную наружным

фильтром предварительной очистки, ионизационным фильтром и заключительным фильтром из активированного угля.

Известный воздухоочиститель обладает

рядом недостатков, а именно: некоторые вещества, например, сажа, обладают такими физико-химическими свойствами, которые исключают возможность эффективного улавливания взвешенных частиц этих ве0 ществ в ионизационном фильтре, который не позволяет проводить достаточно эффективную бактерицидную обработку и дезодорацию воздуха. Все это приводит к тому, что увеличивается нагрузка на заключительный

5 фильтр из активированного угля, происходит забивание его пылью, увеличивается аэродинамическое сопротивление воздухоочистителя, расчет потребление электроэнергии электровентилятором и требуется

0 более частая смена заключительного фильтра, который регенерации не подлежит, Все это приводит к снижению степени очистки воздуха.

Целью изобретения является повыше5 ние эффективности очистки воздуха от продуктов неполного сгорания и кухонных запахов за счет интенсификации процессов осаждения взвешенных частиц, бактерицидной обработки воздуха и его дезодора0 ции.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе электрической очистки газов осуществляют контактное инерционное осаждение взвешенных заряженных ча5 стиц на поверхность воды с нанесенным на ней поверхностно-активным веществом, обладающим бактерицидными свойствами, например, эфирное масло древесных растений в электростатическом поле, проводят

0 насыщение очищенного потока воздуха частицами поверхностно-активного вещества путем придания этому потоку турбулентности, которая создается аэродинамическим перепадом давления над поверхностью во5 ды в электростатическом поле.

Процессы контактного инерционного осаждения и насыщения воздуха частицами поверхностно-активного вещества протекают одновременно.

0 Для достижения поставленной цели известный воздухоочиститель, имеющий трехступенчатую систему фильтрации, состоящую из наружного фильтра предварительной очистки, ионизационного фильтра и фильтра из

5 активированного угля, дополнительно снабжен плоской пластиной-электродом с зубчатой кромкой, установленной после зоны осаждения ионизационного фильтра под углом к потоку очищаемого воздуха и рас- положенной над ванной-электродом, наполненной водой с нанесенным на ее поверхности поверхностно-активным веществом с бактерицидными свойствами, например, пихтовым маслом. Пластина-электрод электрически соединена с заряженными корони- рующими электродами ионизационного фильтра, а ванна-электрод с заземленными осадительными электродами.

Использования мокрого контактного осаждения взвешенных частиц на поверх- ности воды с нанесенным на ее поверхностно-активным веществом с бактерицидными свойствами в совокупности с классическим осаждением на осадительных электродах позволило реализовать высокоинтенсив- ный процесс очистки воздуха (до 99%) от вредоносных продуктов полного и неполного сгорания газа.

Принципиальное отличие состоит в том, что посредством создания аэродинамиче- ского перепада давлений над поверхностью воды в электрическом поле формируется турбулентный поток очищаемого воздуха, обеспечивающий качественно новый технологический процесс газодинамического контактного инерционного осаждения взвешенных частиц и приводит к усиленному насыщению воздуха гидроионами и фитонцидами вещества, нанесенного на поверхность воды, что обеспечивает высокую степень бактерицидной обработки и дезодорации очищаемого воздуха. В итоге, на заключительный фильтр из активированного угля поступает воздух более высокой сте- пени очистки, что способствует более длительному сроку службы фильтра, снижению потребления электроэнергии и повышению степени очистки воздуха на выходе воздухоочистителя.

Применение дополнительных пласти- ны-электрода и ванны-электрода в воздухоочистителе приводит к тому, что поток воздуха, выходящий из ионизационного фильтра, пластиной отражается к поверхности воды в ванне, тем самым создается про- цесс инерционного контактного мокрого пылеулавливания и электростатического осаждения в одной стадии. Частицы же, не осевшие в осадительной зоне ионизационного фильтра, выносятся потоком воздуха к поверхности воды и под действием сил инерции и электростатического поля контактируют с водой, и прилипнув, не могут попасть обратной в воздушный поток.

Вместе с тем, благодаря наклону пла- стины-электрода, поток воздуха при выходе из щели между пластиной и поверхностью воды в ванне приобретает вихревое движение, которое усиливается электрическим ветром, образующимся в процессе коронного разряда с зубчатой кромкой пласти- ны-злектрода, имеющего фиксированные разрядные точки. Оптимальные геометрические размеры зубчатой кромки пластины- электрода выбраны по критерию создания наибольшей плотности объемного заряда.

Все это обеспечивает выравнивание концентрации ионов и взвешенных частиц и тем самым значительно интенсифицирует процесс осаждения частиц, особенно мелких и обладающих высоким удельным электрическим сопротивлением.

На фиг.1 изображено устройство для очистки воздуха, реализующее предлагаемый способ очистки; на фиг.2 - зависимость эффективности способа от скорости очистки воздуха.

Устройство содержит корпус 1, ионизационный фильтр 2, представленный корониру- ющими 3 и осадительными 4 электродами, соединенными с высоковольтным источником питания 5, пластины-электрода б с зубчатой кромкой 7, обеспечивающей турбулизацию воздушного потока, ванны-электрода 8, наполненной водой с нанесенными на ее поверхности поверхностно-активного вещества, обладающих бактерицидными свойствами, например, пихтового масла, вентилятора 9.

Устройство для очистки воздуха работает следующим образом.

Питание ионизационного фильтра 2, пластины-электрода 6 и ванны-электрода 8 осуществляется от высоковольтного источника питания 5. При включении в работу с высоковольтного источника питания 5 подается напряжение на ионизационный фильтр 2, пластину-электрод 6 и ванну-электрод 8. Затем включается в работу вентилятор 9, за счет чего воздух, поднимающийся от газовой плиты, поступает через наружный фильтр предварительной очистки (на чертеже не показан), в ионизационный фильтр 2, подвергаясь процессу электростатического осаждения. Далее проходит между зубчатой кромкой 7 пластины-электрода 6 и ванной- электродом 8 через фильтр из активированного угля (не гсказано), вентилятор 9 и далее наружу.

Пример. Проводилась очистка воздуха от продуктов неполного сгорания газа (окись углерода, окись азота и т.п.), образующихся при эксплуатации газовой плиты мод. 1457 Бресткого завода газовой аппарат туры ТУ 51-02-237-87 на эталонном газе Г2в с теплотой сгорания газа 35900 КДж/м3 насыщение воздуха проводилось пихтовым маслом ГОСТ 11699-80. Замеры индекса окиси углерода и содержания окислов азота в продуктах сгорания производились по методике, приведенной в ГОСТ 10798-85, в

двух контрольных точках: в зоне горения газа и после устройства очистки воздуха.

Поток очищаемого воздуха в начале протекает через ионизационный фильтр, содержащий коронирующие и осадительные электроды. К коронирующим электродам подводят напряжение 13-15 кВ от положительного полюса высоковольтного источника питания. В ионизационной зоне частицы приобретают электрический заряд. Далее воздух проходит через осадительную зону, которая представляет собой пакет металлических пластин, установленных параллельно друг другу на расстоянии от 8 до 12 мм. К пластинам через одну подается напряжение 6,5 - 7,5 кВ положительного знака. Пыль осаждается на промежуточных заземленных пластинах.

Дальнейшая качественная очистка воздуха осуществляется в зоне контактного инерционного осаждения взвешенных частиц, образуемой электростатической системой газодинамический элемент - поверхность воды с нанесением на ее поверхностно-активным веществом, обладающим бактерицидными свойствами, в соотношении 10 весовых частей пихтового масла на 100 весовых частей воды. В качестве газодинамического элемента, реализующего режим турбализации потока очищаемого воздуха, для экспериментальной проверки способа используют наклонную пластину с зубчатой кромкой в нижней части, обеспечивающей за счет аэродинамического перепада давления и сложной геометрии зубчатой поверхности кромки в электростатическом поле эффект турбулиза- ции. Пластина и жидкость подключена к высоковольтному источнику питания, образуя электростатическое поле.

При обтекании наклонной пластины с зубчатой кромкой на границе с жидкостью за счет аэродинамического перепада давлений в электростатическом поле турбулентный поток,активно взаимодействующий с поверхностью воды. При этом происходит инерционное осаждение взвешенных частиц и насыщение очищаемого воздуха веществами с бактерицидными свойствами.

Высокая дисперсность насыщения достигается благодаря воздействию электростатического поля на.тонкую жидкостную пленку, какой является поверхностно-активное вещество, обладающее бактерицидными свойствами.

В результате проверки способа установлено, что диспергирование насыщающей очищаемый воздух жидкостью начинается при расходе воздуха около 2 м3/с, что

составляет 2 м3/с на квадратный метр суммарной площади жидкости.

Эффективная зарядка капель жидкости начинается при напряжениях 2 кВ, что соот- ветствует напряженности электрического поля 0,5 кВ/см. При заряд единичной капли жидкости радиуса 5 мкм составляет около 2 10 14Кл.

Верхний предел напряженности электрического поля 0,5 Кв/см ограничен величиной пробивного напряжения. Для однородного поля верхний предел напряженности, как показывают эксперименты,

составляет 20 кВ/см и достигает 100 кВ/см и выше.

При напряженности поля выше 20 кВ/см возникает разряд, который приводит к существенному увеличению потребляемой

электрической мощности устройства (на несколько порядков). Это обусловлено тем, что ток короны составляет порядка 100 МКА, тогда как ток переноса в предлагаемом способе-около 10 МА.

Объемное соотношение жидкости и газа справедливо для всех жидкостей, близких по свойствам к воде, т.е. таких, у которых поверхностное натяжение и динамическая вязкость при нормальных условиях близки к

0,075 Н/м и 0,0017 Па с соответственно.

Временные параметры предлагаемого способа определяются скоростью воздуха. Экспериментальные исследования показали, что при уменьшении скорости до 1 м/с

эффективность очистки повышается на 11 %, а при увеличении до 3 м/с она снижается на 14%.

Средняя эффективность очистки воздуха от продуктов неполного сгорания газа

для каждой горелки плиты составила 92-98%, степень насыщения воздуха биологически активными веществами соответственно рекомендациям применительно к бытовым ионизаторам.

Использование предлагаемого способа очистки воздуха продуктов неполного сгорания обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимуществами:

повысить степень очистки воздуха от продуктов неполного сгорания газа и кухонных запахов;

осуществить усиленное насыщение воздуха гидроионами и фитонцидами, высокоэффективную бактерицидную обработку и дезодорацию воздуха;

снизить бактериальную обсеменен- ность воздуха;

уменьшить потенциал статического электричества за счет повышения электропроводности воздуха и его частичного доув- лажнения;

уменьшить концентрацию ионов в очищенном воздухе за счет его увлажнения.

Формул а и зобретения

1. Способ очистки воздуха путем заряда взвешенных в воздухе частиц и последующего их осаждения на электродах, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса очистки воздуха от продуктов неполного сгорания газов и кухонных запахов, осуществляют одновременно контактное инерционное осаждение взвешенных заряженных частиц и насыщение воздуха на поверхности воды с нанесенным поверхностно-активным веществом, обладающим бактерицидными свойствами, путем создания дополнительного аэродинамического сопротивления в электростатическом поле.

2. Устройство для очистки воздуха, содержащее корпус с расположенными в нем последовательно фильтрами предварительной очистки, ионизатором с

коронирующими и осадительными электродами и фильтром из активированного угля и вентилятором, отличающее- с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса очистки воздуха от

продуктов неполного сгорания газов и кухонных запахов, оно дополнительно содержит плоскую пластину-электрод с зубчатой кромкой и ванну-электрод с нанесенным на ее поверхности поверхностноактивным веществом с бактерицидными свойствами, при этом пластина установлена под углом к потоку очищаемого воздуха над ванной-электродом, пластина-электрод соединена с заряженными коронирующими электродами, а ванна-электрод - с заземленными осадительными электродами.

Изобретение относится к способам и устройства для очистки воздуха в кухнях и жилых помещениях. Цель изобретения - повышение эффективности очистки воздуха от продуктов неполного сгорания газов и кухонных запахов. Сущность изобретения: осуществляют контактное инерционное осаждение взвешенных заряженных частиц на поверхность воды с нанесенным на ней поверхностно-активным веществом, обладающим бактерицидными свойствами, проводят насыщение очищенного потока воздуха частицами поверхностно-активного вещества путем придания этому потоку турбулентности, которая создается аэродинамическим перепадом давления над поверхностью воды в электростатическом поле. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Aj

Фиг-i

2208

BuffA-A

psw WtUWWdftJNA/VWV A/AV vV

i &«а 2

V#/c