Устройство для получения гигроскопичного субмикронного аэрозоля иодида щелочных металлов
Полезная модель относится к области физики аэродисперсных систем, а именно к устройствам для получения субмикронных аэрозолей иодида щелочных металлов и может быть использовано в системах кондиционирования воздуха и создания целебного микроклимата помещений, а также в медицине при лечении заболеваний, при которых показаны ингаляции атмосферного воздуха, содержащего гигроскопичный субмикронный аэрозоль иодидов щелочных металлов. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства для получения гигроскопичного субмикронного аэрозоля иодида щелочных металлов в атмосферном воздухе в течение длительного периода работы (более года) путем непрерывного и высокоэффективного (>99%) удаления аэрозольных микрозагрязнений в том числе вредных микроорганизмов, бактерий и вирусов размером более 0,01 микрона с непрерывной стерилизацией уловленного фильтрата от патогенной флоры. Он достигается тем, что в устройстве для получения гигроскопичного субмикронного аэрозоля иодида щелочных металлов, содержащем внешний корпус, соосно расположенную цилиндрическую электропечь, с трубчатым каналом и установленной в нем термостойкой цилиндрической трубкой из керамики, реактор с подставкой под него, вентилятор, газопроницаемую кассету с пористыми носителем марганцевомедного катализатора, блоки питания вентилятора и цилиндрической электропечи, и перфорированную крышку на верхнем торце корпуса, в нижней части внешнего корпуса коаксиально установлен заземленный цилиндр, вдоль продольной оси которого натянут коронирующий проволочный электрод, перпендикулярно которому в центральной части внешнего корпуса расположены последовательно три параллельные металлические сетки, причем центральная сетка заземлена, а две остальные электрически соединены с коронирующим проволочным электродом.
Полезная модель относится к области физики аэродисперсных систем, а именно к устройствам для получения субмикронных аэрозолей иодида щелочных металлов и может быть использовано в системах кондиционирования воздуха и создания целебного микроклимата помещений, а также в медицине при лечении заболеваний, при которых показаны ингаляции атмосферного воздуха, содержащего гигроскопичный субмикронный аэрозоль иодидов щелочных металлов.
Известно устройство для получения гигроскопичного субмикронного аэрозоля галогенидов щелочных металлов, включающее цилиндрическую электропечь, в которой установлен кварцевый цилиндрический реактор с испаряющимся гигроскопичным галогенидом щелочного металла, патрубок подачи воздуха от компрессора в кварцевый цилиндрический реактор, камеру турбулентного смешения на выходе из кварцевого цилиндрического реактора паровоздушной смеси с холодным воздухом с образованием субмикронного аэрозоля галогенида щелочного металла. В качестве галогенида щелочного металла используют хлористый натрий (см., Н.А.Фукс, А.Г.Сутугин, «Высокодисперсные аэрозоли», Успехи химии, 1968, том 37, выпуск 11, с.1965).
Недостатком данного устройства является низкое давление паров NaCl, что требует высокой температуры нагрева (от 800 до 900°С) для его интенсивного испарения с давлением насыщенных паров Р>0,1 мм.рт.ст. и соответствующего термического оборудования и энергозатрат. Кроме того, используют компрессор (баллон сжатого воздуха) для получения воздушного потока в цилиндрическом кварцевом реакторе и не используются атмосферные потоки для генерации и разбавления субмикронного аэрозоля внутри помещения или при ингаляции. Наконец, субмикронный аэрозоль неорганической соли не заряжен и не содержит иодида щелочного металла, что снижает его лечебные и профилактические свойства.
Известно также устройство для получения гигроскопичного субмикронного аэрозоля иодидов щелочных металлов, содержащее цилиндрический корпус, в центральной части которого соосно, с кольцевым зазором расположена цилиндрическая электропечь, в трубчатом канале которой размещен химически инертный реактор с испаряющимся иодидом щелочного металла, вентилятор для подачи через сетку, установленную в нижнем торце цилиндрического корпуса, атмосферного воздуха внутрь трубчатого канала цилиндрической электропечи и в кольцевой зазор между ней и цилиндрическим корпусом, камеру турбулентного разбавления с охлаждением паровоздушной смеси на выходе из химически инертного реактора потоком атмосферного воздуха из кольцевого зазора между цилиндрическим корпусом и цилиндрической электропечью, блоки питания вентилятора и электропечи регулируемым напряжением, установленные в нижней части цилиндрического корпуса (патент RU, 
2276608, Кл. A61L 9/14, опубл. 2006.05.20)
Недостатком устройства является неразвитая система электропожаробезопасности и недостаточная надежность для длительной эксплуатации, обусловленная тем, что на верхнем торце цилиндрического корпуса установлен вентилятор, который в случае его случайного или аварийного выключения может подвергнуться термической деструкции под действием потока конвективного горячего воздуха и теплового-инфракрасного излучения из трубчатого канала цилиндрической электропечи.
Известно устройство для получения гигроскопичного субмикронного аэрозоля иодида щелочных металлов, содержащее внешний цилиндрический корпус, в центральной части которого соосно с кольцевым зазором расположена цилиндрическая электропечь, в трубчатом канале которой размещены термостойкая цилиндрическая трубка из керамики с образованием между ее внешней поверхностью и внутренней поверхностью трубчатого канала кольцевого зазора шириной от 1,5 до 3 мм, реактор с испаряющимся иодидом щелочного металла и подставка под него, вентилятор, установленный соосно трубчатому каналу перед цилиндрической электропечью, для подачи через сетку, расположенную в нижнем торце цилиндрического корпуса, атмосферного воздуха внутрь зазора между ней и цилиндрическим корпусом, блоки питания вентилятора и цилиндрической электропечи регулируемым напряжением, установленные в нижней части цилиндрического корпуса, перфорированную крышку на верхнем торце корпуса (патент RU, 2334560, Кл. В05В 17/00, опубл. 2008.09.27).
Недостатком описанного устройства является неэффективное использование тепловой энергии, выделяемой в процессе нагрева электропечи ее внешней цилиндрической поверхностью, поскольку для устранения нагрева внешнего цилиндрического корпуса в зазор между ним и цилиндрической электропечью подается атмосферный воздух, который охлаждает цилиндрические поверхности и устраняет недопустимый выше 50-55°С нагрев внешнего цилиндрического корпуса, а также невозможность удаления из потока атмосферного воздуха газообразных примесей чрезвычайно ядовитого оксида углерода (моноокись углерода или угарный газ, СО) путем его термокаталитического окисления с использованием тепловой энергии от внешней цилиндрической поверхности в режиме непрерывной терморегенерации катализатора от адсорбированных молекулярных примесей (в первую очередь от паров воды атмосферного воздуха).
Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является устройство для получения гигроскопичного субмикронного аэрозоля иодида щелочных металлов, содержащее внешний корпус, соосно расположенную цилиндрическую электропечь, с трубчатым каналом и установленной в нем термостойкой цилиндрической трубкой из керамики, реактор с подставкой под него, вентилятор, газопроницаемую кассету с пористыми носителем марганцевомедного катализатора, блоки питания вентилятора и цилиндрической электропечи, и перфорированную крышку на верхнем торце корпуса (Патент RU 2411089, Кл. В05В 17/00, опубл. 10.02.2011 г.)
Недостатком данного устройства является невозможность высокоэффективного (>99%) удаления из воздуха аэрозольных микрозагрязнений в том числе вредных микроорганизмов, бактерий и вирусов размером более 0,01 микрона с одновременной стерилизацией уловленного фильтрата от патогенной флоры.
Технический результат, ожидаемый от использования полезной модели, заключается в расширении функциональных возможностей устройства для получения гигроскопичного субмикронного аэрозоля иодида щелочных металлов в атмосферном воздухе в течение длительного периода работы (более года) путем непрерывного и высокоэффективного (>99%) удаления аэрозольных микрозагрязнений в том числе вредных микроорганизмов, бактерий и вирусов размером более 0,01 микрона с непрерывной стерилизацией уловленного фильтрата от патогенной флоры.
Указанный технический результат достигают тем, что в устройстве для получения гигроскопичного субмикронного аэрозоля иодида щелочных металлов, содержащем внешний корпус, соосно расположенную цилиндрическую электропечь, с трубчатым каналом и установленной в нем термостойкой цилиндрической трубкой из керамики, реактор с подставкой под него, вентилятор, газопроницаемую кассету с пористыми носителем марганцевомедного катализатора, блоки питания вентилятора и цилиндрической электропечи, и перфорированную крышку на верхнем торце корпуса, согласно полезной модели, в нижней части внешнего корпуса коаксиально установлен заземленный цилиндр, вдоль продольной оси которого натянут коронирующий проволочный электрод, перпендикулярно которому в центральной части внешнего корпуса расположены последовательно три параллельные металлические сетки, причем центральная сетка заземлена, а две остальные электрически соединены с коронирующим проволочным электродом.
Установка в нижней части внешнего корпуса соосно заземленного цилиндра, вдоль оси которого натянут коронирующий проволочный электрод, перпендикулярно которому расположены последовательно три металлические параллельные сетки, причем центральная заземлена, а две остальные электрически соединены с коронирующим проволочным электродом и прокачка через него поступающего в устройство воздушного потока, позволяет осуществлять его непрерывную очистку с эффективностью более 99% от аэрозольных микрозагрязнений в том числе вредных микроорганизмов, бактерий и вирусов размером более 0,01 микрона при высокой скорости фильтрации (до 30-35 см/сек) с непрерывной стерилизацией уловленного фильтрата от патогенной флоры. Кроме того, данная система электрофильтрации воздуха характеризуется низким сопротивлением потоку (<5 Па) при лобовой скорости очистки до 30-35 см/сек, что позволяет ее использование с малошумящими (<25-30 Дб) и с длительным периодом непрерывной работы (до 3-5 лет) вентиляторами для компьютерных технологий, характеризующимися малым статическим давлением газового потока (до 30-40 Па) и расходом до 20-30 м3/час.
В зоне коронирующего проволочного электрода имеет место униполярная зарядка положительными газовыми ионами частиц с размером более 0,005 мкм при параметре электризации аэрозолей, определяемом как произведение ионной проводимости воздуха на время зарядки частиц, более 2×10-10 (Ом.м) -1сек, что позволяет уменьшить флуктуации зарядов частиц и увеличить эффективность их фильтрации. Осаждение аэрозольных мирозагрязнений на поверхности трех металлических параллельных металлических сеток происходит за счет электростатических эффектов, обусловленных кулоновским взаимодействием униполярно заряженных частиц и сеток в присутствии внешнего электрического поля. Причем, центральная сетка заземлена и ее отрицательный заряд противоположен положительному заряду аэрозольных частиц. Между сетками существует электрическое поле плоского конденсатора, которое влияет на скорость конвективного движения заряженных аэрозольных частиц в воздушном потоке и существенно увеличивает эффективность их осаждения. Экспериментально было установлено, что для обеспечения более 99% эффективности улавливания аэрозольных частиц с размером от более 0,01 мкм оптимальное количество последовательно чередующихся высоковольтных и заземленных параллельных сеток составляет три, а расстояние между ними не превышает 10 мм при скорости фильтрации до 30-35 см/сек и газодинамическом сопротивлении менее 5 Па. Оптимальные металлические сетки выполнены из нержавеющей проволоки диаметром от 0,5 мм до 1,5 мм с размером ячеек от 0,5×0,5 до 2,5×2,5 мм.
Стерилизация уловленной патогенной флоры осуществляется озоном (О3), который образуется в результате электросинтеза в резко неоднородном электрическом поле коронирующего проволочного электрода при положительном напряжении. Озон является сильнейшим окислителем и разрушает окислительно-восстановительную систему бактерий, их протоплазму, а также проявляет способность инактивации вирусов. В результате уничтожаются уловленные патогенные микроорганизмы: бактерии, вирусы, простейшие, их споры, цисты на поверхности сеток. Так, эффективно его действие в отношении возбудителей дифтерии, туберкулеза, газовой гангрены, энтеробактерий, грибов и т.п.
На поверхности трех параллельных металлических сеток озон адсорбируется не полностью. При последующем пропускании озоновоздушного потока через газопроницаемую кассету с пористыми носителем марганцевомедного катализатора происходит дополнительное улавливание молекул О3 на развитой поверхности гранул катализатора. Причем, в процессе улавливания озона имеет место очистка гранул гопкалита от уловленных органических примесей за счет их окисления, что приводит к повышению его каталитической активности. Таким образом, гопкалит действует как деструктивный катализатор по отношению к озону, который в свою очередь повышает его активность. В результате на выходе из устройства содержание О3 не превышает среднесуточную ПДК в воздухе населенных мест 
0,03 мг/м3;
Таким образом, в отличие от существующих устройств, на выходе описываемого устройства воздушный поток не только содержит биполярно заряженные субмикронные аэрозоли иодида щелочных металлов, но и, одновременно, очищен от газообразных примесей ядовитого угарного газа до уровня меньше предельно допустимых концентраций, а также от аэрозольных микрозагрязнений в том числе от вредных микроорганизмов, бактерий и вирусов размером более 0,01 микрона с непрерывной стерилизацией уловленного фильтрата от патогенной флоры озоном из зоны коронного разряда, концентрация которого на выходе из устройства меньше среднесуточного значения ПДК в воздухе населенных мест. Причем, за счет улавливания озона имеет место дополнительная очистка гранул катализатора от адсорбированных органических примесей.
Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная схема устройства для получения субмикронного аэрозоля иодида щелочных металлов.
Устройство содержит внешний корпус 1, цилиндрическую электропечь 2, кольцеобразный зазор 3 между цилиндрическим корпусом 1 и цилиндрической электропечью 2, обогреваемая электропечью 2 газопроницаемая кассета 4 с пористыми носителем марганцевомедного катализатора 5 для термокаталитического окисления оксида углерода кислородом воздуха, химически инертный реактор 6, испаряющийся иодид щелочных металлов 7, помещенный внутрь химически инертного реактора 6, камеру 8 для турбулентного разбавления с охлаждением паровоздушной смеси на выходе из химически инертного реактора 6 потоком атмосферного воздуха из кольцевого зазора 3, съемная перфорированная крышка 9, размещенная на верхнем торце цилиндрического корпуса 1, вентилятор 10, установленный в нижней части цилиндрического корпуса 1, блок питания вентилятора 11, блок питания цилиндрической электропечи 12, входную сетку 13, установленную на нижнем торце цилиндрического корпуса 1, расположенный в нижней части внешнего корпуса 1 заземленный цилиндр 14, вдоль продольной оси которого натянут коронирующий проволочный электрод 15, перпендикулярно которому последовательно установлены три параллельные металлические сетки - 16, 17 и 18, трубчатый канал 19 электропечи 2, подставку 20, термостойкую цилиндрическую трубку 21, установленную соосно в трубчатом канале 19, кольцевой зазор 22 между внешней цилиндрической поверхностью трубки 21 и внутренней поверхностью 23 трубчатого канала 19, выходное отверстие 24 трубчатого канала 19 электропечи 2.
Корпус 1, электропечь 2, реактор 6, камера 8, съемная крышка 9, вентилятор 10, заземленный цилиндр 14, коронирующий электрод 15, трубчатый канал 19, термостойкая цилиндрическая трубка 21 расположены соосно. Корпус 1 и электропечь 2, съемная крышка 9, заземленный цилиндр 14 и коронирующий электрод 15 изготовлены из озоностойких материалов таких, как нержавеющая сталь, вольфрам и фторопласт.
Реактор 6 выполнен из химически инертного материала (корунд, Аl2О3). Его помещают соосно внутрь термостойкой цилиндрической трубки 21, установленной в трубчатом канале 19. Нагреваемый для испарения йодид щелочного металла 7 засыпают в реактор 6 в виде гранул и/или твердого расплава отдельной соли или их солевой композиции. Кроме того, для увеличения производительности устройства по массе развивают поверхность испарения иодида щелочных металлов путем их заправки в химически инертный реактор в виде гранул, нанесенных тонким пористым слоем на керамические кольца Рашига и Инталокс с развитой поверхностью. В качестве теплоизолятора электропечи 2 применяется картон и вата на основе муллитокремнезема.
Устройство работает следующим образом. С помощью вентилятора 10 из окружающей атмосферы поступает воздушный поток Q с комнатной температурой T1 внутрь внешнего корпуса 1. Для нагнетания воздуха используется малошумящий (<25 Дб) с давлением воздушного потока до 35 Па вентилятор для компьютерных технологий. Химически инертный реактор 6, содержащий иодид щелочных металлов 7, например, KI или смесь KI и NaI, а также керамическая подставка под него 20 установлены внутри термостойкой цилиндрической трубки 19. В случае использования смеси йодистого калия и йодистого натрия их массовое соотношение варьируют от 0,1-10.
В зависимости от режима работы электропечи 2 температура реактора варьирует от 650 до 750°С. Оптимальная рабочая температура составляет Т2=690-710°С. Парогазовый поток иодида щелочных металлов на выходе из химически инертного цилиндрического реактора первоначально охлаждают до температуры Т3 =200-250°С потоком атмосферного воздуха Q. В процессе спонтанной термоконденсации пересыщенных паров KI-NaI с величиной степени пересыщения паров более 102 образуются биполярно заряженные аэрозольные частицы йодистого калия-натрия с диаметром от 0,005 до 1 мкм, массовая концентрация которых зависит от температуры Т2 и величины поверхности испарения иодидов щелочных металлов в цилиндрическом реакторе. Далее поток субмикронных аэрозолей дополнительно охлаждают в камере 8 до температуры 30-50°С с одновременным разбавлением концентрации частиц от 2 до 100 турбулентным перемешиванием в камере 8 с тем же потоком атмосферного воздуха Q.
Таким образом, на первом этапе осуществляют охлаждение парогазовой смеси до Т3=200-250°С с образованием субмикронного аэрозоля иодида калия и/или натрия, а на втором этапе дополнительно охлаждают аэрозольный поток практически до комнатной температуры с одновременным разбавлением массовой концентрации субмикронных частиц турбулентным перемешиванием с воздушным потоком Q.
Оптимальная относительная влажность атмосферного воздуха для генерации субмикронного аэрозоля иодидов щелочных металлов составляет 40-80% при температуре 10-40°С.
В процессе пропускания воздушного потока Q через зону коронного разряда в пространстве между заземленным цилиндром 14 и коронирующим проволочным электродом 15 аэрозольные микропримеси с размером частиц более 0,005 мкм униполярно заряжаются положительными газовыми ионами в присутствии внешнего электрического поля коронного разряда. Время зарядки аэрозолей составляет около 0,1 сек при средней величине ионной проводимости воздуха в зоне коронного разряда более 2×109 (Ом.м)-1. Далее, осуществляют высокоэффективное улавливание частиц на поверхности сеток 16-18 за счет кулон-кулоновского и кулон-дипольного взаимодействия униполярно заряженного аэрозоля и заряженных-поляризованных сеток в присутствии внешнего электрического поля с напряженностью Е=V K/d=5-10 кВ/см. Потенциал коронирующего электрода 15 и высоковольтных сеток 16 и 18 составляет VK=8-10 кВ. Скорость лобовой фильтрации варьирует от 10 до 35 см/сек в зависимости от режима работы вентилятора 10. В зоне осаждения частиц электрическое поле Е влияет на скорость конвективного движения заряженных аэрозольных частиц воздушным потоком путем ускорения и замедления их движения в пространстве между сетками 16-17 и 17-18, что в свою очередь существенно влияет на эффективность их осаждения С за счет электростатических эффектов согласно способу авторов высокоэффективной очистки воздуха. В результате величина С>99% от частиц размером более 0,01 мкм при малом газодинамическом сопротивлении фильтрующей системы (<5 Па). Металлические плетеные сетки 16-18 выполнены из нержавеющей проволоки диаметром от 0,5 мм до 1,5 мм. Оптимальный размер ячеек варьирует от 1×1 до 2,5×2,5 мм. Величина С существенно зависит от U. При ее уменьшении до 10 см/сек эффективность С увеличивается более чем в 102-104 раз в зависимости от размера аэрозольных частиц.
В процессе очистки воздуха на поверхности сеток 16-18 накапливается фильтрат. Его стерилизация от возможной патогенной флоры (вредные микроорганизмы, бактерии, вирусы, простейшие и т.п.) осуществляется озоном, электросинтез которого имеет место в зоне коронирующего проволочного электрода 15. Известно, что озон является сильным окислителем и проявляет антимикробное действие в отношении возбудителей дифтерии, туберкулеза, газовой гангрены, энтеробактерий, грибов и т.п., а также антивирусную активность. Вирус полиомиелита размером около 0,03 мкм погибает при концентрации в воздухе озона 450-500 мг/м3 через 2 мин. В результате окисления белков и липидов происходит деструкция цитоплазматических мембран микроорганизмов при воздействии на них озона. Минимальные дозы озона вызывают локальные повреждения мембран, прекращая процесс деления бактериальных клеток. Более высокие дозы вызывают повреждения ряда ферментативных, транспортных и рецепторных систем, обеспечивающих жизнедеятельность бактериальной клетки, что приводит к ее гибели в результате поражения дыхания и возрастания проницаемости цитоплазматической мембраны.
При течении воздушного потока Q через обогреваемую газопроницаемую кассету 4, расположенную в кольцевом зазоре 3 между электропечью 2 и корпусом 1, имеет место очистка воздуха от газообразных примесей ядовитого оксида углерода за счет термокаталитического окисления СО до СО2 на гранулах марганцевомедного катализатора 5. Непрерывный нагрев и терморегенерация катализатора от примесей вода осуществляется тепловым потоком от внешней поверхности цилиндрической электропечи 2. Рабочая температура термокаталитического окисления составляет Т=50-120°С в зависимости от режима работы электропечи 2. В результате величина концентрация СО на выходе из устройства не превышает многоразовую среднесуточную ПДК (3 мг/м3 ) при концентрации оксида углерода на входе в устройство, более чем в 5-6 раз превышающей многоразовую среднесуточную величину ПДК.
При пропускании озоновоздушной смеси через кассету с гопкалитом имеет место дополнительное улавливание молекул О3 с очисткой гранул от органических примесей. На выходе концентрация озона не превышает среднесуточное значение ПДК в воздухе населенных мест (0,03 мг/м3).
Пример работы устройства при оптимальной температуре химически инертного реактора (700+/-5)°С.
Для заправки устройства использовался йодистый калий для медицинских целей (ГОСТ 4232-74, чистый для анализа, содержание KI по массе более 99,5%). Около 22 г йодистого калия было загружено в виде твердого расплава в химически инертный реактор 6, выполненный в виде цилиндрического тигля из корунда с внутренним диаметром 14 мм и длиной 65 мм.
Температуру вдоль оси и на поверхности реактора регистрировали термопарами из хромель-алюмель. Диаметр трубчатого канала 14 составлял 30 мм. Термостойкая цилиндрическая трубка 16 была центрирована и выполнена из корунда (99% массовых оксид алюминия Аl2 О3). Ширина кольцевого зазора h=1,5 мм. Подставка 14 под химически инертный реактор была изготовлена из муллитокремнезема, а сетка 13 -из нержавеющей стали 12Х18Н10Т.
При температуре реактора Т2=700°С давление насыщенных паров йодистого калия составляет Р(700°С)
0,5 мм.рт.ст., а при температуре на выходе из реактора Т3=200°С давление паров Р(200°С)<10 -5 мм.рт.ст. Соответственно, степень пересыщения паров Р(700°С)/Р(200°С)>5×103. Измеренное значение массовой производительности субмикронного аэрозоля в процессе спонтанной конденсации паров KI было равно М=0,9-0,95 микрограмм/сек. Массовая концентрация определялась весовым методом путем отбора аэрозоля на стекловолокнистые фильтры «ФСВ-У» с ультратонким диаметром волокон, а также атомноадсорбционным и атомноспектрометрическим методами анализа. Средний размер гигроскопичных частиц KI, измеренный по величине коэффициента их диффузии, составлял около 0,05-0,1 мкм.
Температура аэрозольного потока на выходе из устройства составляла около 35-45°С. Напряжение питания вентилятора UB=7 В, а электропечи UH =195 В. Прямые измерения показали, что температура корпуса вентилятора 10 близка к температуре T1 атмосферного воздуха на входе в устройство.
Заправленной соли иодида калия (22 г) было достаточно для непрерывного получения биполярно заряженного субмикронного аэрозоля KI с размером частиц от 0,05 до 0,1 мкм в атмосферном воздухе с массовым расходом М1 микрограмм/сек при непрерывной работе по 8 часов в сутки в течение 600 дней (более 1,5 лет).
Ширина кольцевого зазора Н20 мм. Обогреваемая электропечью 2 газопроницаемая кассета 4 была выполнена из нержавеющей сетки 12Х18Н10Т и заправлена пористым пенокерамическим или стеклянным носителема с нанесенным в виде гранул с размером от 0,01 до 1 мкм марганцевомедным катализатором 5, содержащим 60% массовых оксида марганца (MnO2) и 40% массовых оксида меди (СuО). Масса катализатора 5 составляла около 7 г. Газодинамическое сопротивление кассеты 4 не превышало 1 Па при объемном расходе воздуха Q1 литр/сек.
Для анализа оксида углерода на входе и выходе из устройства использовался газоанализатор «ПКГ-4/8-СО-МК-С» с выносным датчиком типа «Микрофон» с электрохимическим сенсором. Измеренная фоновая концентрация СО в атмосфере рабочего помещения флуктуировала от 0,5 до 1 мг/м 3.
Температура верхней части поверхности цилиндрической электропечи 2 составляла около 125-130°С, а температура гопкалита изменялась по ширине зазора Н от 55 до 110-120°С. Характерное время окисления СО на гранулах гопкалита варьировали от 0,5 до 1 сек. На выходе из устройства концентрация оксида углерода в воздухе не превышала 3+/-0,5 мг/м3 при созданной начальной концентрации СО на входе 15-20 мг/м 3. Отравления марганцевомедного катализатора и уменьшения его каталитической активности не наблюдалось в режиме длительных испытаний устройства (120 дней), так как при температуре более 50°С имеет место непрерывная высокоэффективная регенерация каталитических гранул за счет термодесорбции примесей влаги и окисления адсорбированных органических примесей озоном.
Анализ фильтрационных параметров устройства осуществлялся на стенде сертификации высокоэффективных фильтров по наиболее проникающим аэрозольным частицам с размером от 0,01 до 0,3 мкм. Диаметр коронирующего проволочного электрода составлял 150 мкм, а заземленного цилиндра - 70 мм. Положительное напряжение коронного разряда VK =9 кВ при токе нагрузке около 15 мкА. Три плетеные металлические сетки 16-18 диаметром 70 мм были изготовлены из нержавеющей стали (12Х18Н10Т) с размером ячеек 2,5×2,5 мм. Скорость фильтрации U=10-35 см/сек. Расстояние d=9 мм и напряженность электрического поля между сетками 16-17 и 17-18 составляла Е=VK/d=10 кВ/см. В результате было показано, что эффективность очистки С=99,3% по частицам с размером более 0,01 мкм при скорости фильтрации 35 см/сек. Величина С существенно зависит от U. При ее уменьшении до 10 см/сек эффективность очистки возрастала до С>99,99999%. При использовании набора из четырех последовательно чередующихся высоковольтных и заземленных параллельных сеток эффективность возрастала до С=99,8% по частицам диаметром более 0,01 мкм при скорости фильтрации U=35 см/сек.
Анализ данных, относительно стерилизации сеток 16-18 от уловленной палочки Коха (tuberculosis - тонкая, прямая или слегка изогнутая палочка, размером 1-10×0,2-0,6 мкм, со слегка закругленными концами) показал, что в течение двух суток палочка погибала на поверхности сеток, непрерывно обдуваемых озоновоздушной смесью.
Концентрация озона вы ходе из устройства была меньше среднесуточного значения ПДК в воздухе населенных мест (0,03 мг/м3 ) и определялась индикаторными трубками для экспрессного контроля воздуха и промышленных выбросов.
Аналогичные результаты были получены при использовании солевой смеси иодидов калия (75 масс.%) и натрия (25 масс.%) в устройстве с той же геометрией и размерами при температуре около 700°С.
Следовательно, в отличие от аналогов и прототипа, заявленное устройство обеспечивает получение в атмосферном воздухе гигроскопичного субмикронного аэрозоля иодида щелочных металлов с размером биполярно заряженных частиц от 0,005 до 1 мкм в течение длительной непрерывной работы (более года) и одновременно позволяет осуществлять очистку воздуха от ядовитых газообразных примесей СО в режиме непрерывной регенерации марганцевомедного катализатора от адсорбированных примесей (воды в первую очередь и органики) с использованием тепловой энергии электропечи и озона, а также непрерывную очистку воздуха с эффективностью более 99% от аэрозольных микрозагрязнений в том числе вредных для человека микроорганизмов, бактерий и вирусов размером более 0,01 микрона с непрерывной стерилизацией уловленного фильтрата от патогенной флоры, что является объективным и необходимым условием для успешной эксплуатации устройства в бытовых, общественных и производственных помещениях, загрязненных антропогенными загрязнениями, а также расположенных в районах интенсивного движения автотранспорта. Это позволяет использовать данное устройство в городских и технологических районах, загрязненных угарным газом и смогом, для создания морского воздуха по содержанию растворимых ионов йода, натрия и калия в усваиваемой организмом ионной форме (I-, К+, Na+) в системах кондиционирования воздуха и создания лечебного микроклимата внутри помещений, а также в лечебно-профилактических целях путем ингаляции атмосферного воздуха, очищенного от газообразного СО и аэрольных микрозагрязнений с непрерывной стерилизацией фильтрата от патогенной флоры, и содержащего гигроскопичный субмикронный аэрозоль иодидов калия и/или натрия в усваиваемой форме.
Устройство для получения гигроскопичного субмикронного аэрозоля иодида щелочных металлов, содержащее внешний корпус, соосно расположенную цилиндрическую электропечь с трубчатым каналом и установленной в нем термостойкой цилиндрической трубкой из керамики, реактор с подставкой под него, вентилятор, газопроницаемую кассету с пористыми носителем марганцево-медного катализатора, блоки питания вентилятора и цилиндрической электропечи, и перфорированную крышку на верхнем торце корпуса, отличающееся тем, что в нижней части внешнего корпуса коаксиально установлен заземленный цилиндр, вдоль продольной оси которого натянут коронирующий проволочный электрод, перпендикулярно которому в центральной части внешнего корпуса расположены последовательно три параллельные металлические сетки, причем центральная заземлена, а две остальные электрически соединены с коронирующим проволочным электродом.
