Устройство для очистки и обеззараживания воздуха (варианты)
Полезная модель относится к конструкции устройства, применяемого для очистки воздуха или кислородсодержащих газовых смесей. Такое устройство, далее называемое очистителем воздуха, может применяться для удаления частиц пыли, твердых или жидких частиц дыма, бактериальных и вирусных аэрозолей, паров большинства органических и многих неорганических веществ. Устройство для очистки и обеззараживания воздуха состоит из корпуса удлиненной формы, содержащего ввод и вывод воздуха или кислородсодержащей газовой смеси;
электростатического фильтра, расположенного на входе в устройство очищаемого воздуха или кислородсодержащей газовой смеси; адсорбционного фильтра, следующего за электростатическим фильтром по ходу движения очищаемого воздуха или кислородсодержащей газовой смеси; фотокаталитического фильтра, следующего за адсорбционным фильтром по ходу движения очищаемого воздуха или кислородсодержащей газовой смеси. Устройство может дополнительно содержать механический и/или конечный фильтры. Описаны конструкции фотокаталитических фильтров, используемых в этой полезной модели. Технический результат - высокая эффективность очистки воздуха.
Полезная модель относится к конструкции устройства, применяемого для очистки воздуха или кислородсодержащих газовых смесей. Такое устройство, далее называемое очистителем воздуха, может применяться для удаления частиц пыли, твердых или жидких частиц дыма, бактериальных и вирусных аэрозолей, паров большинства органических и многих неорганических веществ. Удаление указанных веществ приводит к обеззараживанию и деодорированию воздуха.
Проблема чистого воздуха имеет чрезвычайно большое значение для жизни и здоровья людей. Многие опасные заболевания, такие как корь, чума, сибирская язва, туберкулез, грипп и др. переносятся аэрозольным способом и являются причиной смерти миллионов людей ежегодно. Пыльца растений, пыль, химические загрязнители воздуха приносят большой ущерб здоровью и служат причиной понижения производительности труда и качества жизни.
Электростатические фильтры способны удалять из проходящего потока воздуха частицы с размером не менее 0,01 мкм. Двухзонные электростатические фильтры содержат зону ионизации и зону осаждения. В зоне ионизации, содержащей коронирующие положительно заряженные электроды, происходит зарядка частиц загрязнителей положительным зарядом, а в зоне осаждения, содержащей чередующиеся заземленные и отрицательно заряженные осадительные электроды, происходит осаждение частиц загрязнителей на поверхности осадительных электродов.
Известен электростатический очиститель воздуха с применением бактерицидных ламп (US 6149717, В 03 С 3/011, 21.11.2000). В этом очистителе воздух проходит через предварительный механический фильтр для удаления частиц с размером более 10 мкм, затем проходит через двухзонный электростатический фильтр, причем осадительные пластины электростатического фильтра облучаются бактерицидной лампой для уничтожения осажденных микробов. Для удаления органических загрязнений может устанавливаться дополнительный фильтр. Недостатками данного очистителя является неэффективное использование света
ламп, низкая скорость очистки от неорганических и легколетучих органических веществ, а также выделение озона в результате работы бактерицидных ламп.
Фотокаталитическое окисление является наиболее перспективным методом удаления из воздуха молекулярных загрязнителей в невысоких концентрациях. Для его осуществления гетерогенный фотокатализатор облучают светом, и на его поверхности происходит окисление органических и неорганических веществ. Полезная модель (RU 8634, B 01 J 19/10, 16.12.98) предусматривает нанесение фотокатализатора на прозрачный пористый носитель, через который прокачивается воздух. Часть света лампы, облучающей фотокатализатор, проходит через носитель с катализатором, и поэтому изобретение функционирует как очиститель воздуха и светильник одновременно.
Известен также фотокаталитический очиститель воздуха и светильник (WO 02/102497, D 01 D 53/86, 27.12.02). При этом фотокатализатор наносят на стеклянные трубки, а функция светильника осуществляется с помощью люминесцентного преобразования ультрафиолетового света лампы на дополнительном кожухе с люминофором. Данные типы очистителей воздуха неэффективны при удалении механических загрязнителей воздуха и неэффективно используют свет ламп для процесса очистки за счет того, что часть света проходит через носитель.
Известны очистители воздуха, комбинирующие несколько типов фильтров. Так, известен электростатический фильтр (US 5993738, С 22 С 13/02, 30.11.99), на осадительные электроды которого нанесен фотокатализатор, облучаемый светом. Недостатками данного изобретения является быстрая потеря фотокаталитической активности вследствие закрытия поверхности фотокатализатора от света слоем осажденной пыли и низкая эффективность использования света ламп.
Изобретение, описанное в US 5779769, В 03 С 3/155, 14.07.98 предназначено одновременно для очистки воздуха и освещения. При этом освещение производится отдельной лампой, а очистка воздуха осуществляется с помощью последовательно расположенных электростатического и адсорбционного фильтров. Недостатком изобретения выступает малая эффективность очистки по отношению к легколетучим загрязнителям.
Наиболее близким является устройство, использующее сочетание фотокаталитического фильтра и адсорбционного фильтра для очистки воздуха (US 6358374, B 01 D 53/00,19.03.02). Загрязнители воздуха сначала накапливаются на адсорбционном фильтре. Затем вход и выход очистителя закрывают, путем нагрева
загрязнители десорбируют с адсорбционного фильтра и фотокаталитачески окисляют. За счет повышенной концентрации загрязнителей фотокаталитическое окисление проходит быстро. Данный очиститель неэффективен по отношению к механическим загрязнителям воздуха. Существенным недостатком также является периодическое действие данного очистителя.
Из приведенных примеров видно, что несмотря на многочисленность существующих очистителей они обладают существенными недостатками, требующими устранения.
Данная полезная модель позволяет значительно повысить эффективность очистки воздуха.
Данное устройство позволяет устранять из воздуха все перечисленные загрязнители, такие как, частицы пыли, твердые или жидкие частицы дыма, бактериальные и вирусные аэрозоли, пары большинства органических и многих неорганических веществ при низком энергопотреблении
Сущностью предлагаемой полезной модели является использование свойств электростатического фильтра, адсорбционного фильтра и фотокаталитического фильтра таким образом, что их одновременное применение приводит к более высокой эффективности очистки воздуха или кислородсодержащих газовых смесей, чем сумма их эффективностей при использовании по раздельности.
Известно, что электростатические фильтры в процессе работы генерируют токсичный газ озон. В присутствии органических веществ озон реагирует с ними с образованием многочисленных кислородсодержащих продуктов окисления. Такие полярные продукты окисления адсорбируются значительно сильнее неполярных веществ на поверхности ряда адсорбентов. Таким образом, достигается более высокая степень адсорбционной очистки. Второй причиной более эффективной очистки воздуха выступает устранение дезактивации фотокатализатора в фотокаталитическом фильтре под действием озона. В отсутствие органических загрязнителей воздуха облучаемый соответствующим светом фотокатализатор эффективно разлагает озон до молекулярного кислорода, препятствуя его появлению на выходе из очистителя воздуха.
На Фиг. 1 показана схема устройства для очистки и обеззараживания воздуха. Устройство выполняется в четырех вариантах.
Первый вариант содержит электростатический фильтр 2, адсорбционный фильтр 3, фотокаталитический фильтр 4 и корпус 7.
Второй вариант содержит механический фильтр грубой очистки 1, электростатический фильтр 2, адсорбционный фильтр 3, фотокаталитический фильтр 4 и корпус 7.
Третий вариант содержит электростатический фильтр 2, адсорбционный фильтр 3, фотокаталитический фильтр 4, фильтр конечной доочистки 5, и корпус 7.
Четвертый вариант содержит механический фильтр грубой очистки 1, электростатический фильтр 2, адсорбционный фильтр 3, фотокаталитический фильтр 4, фильтр конечной доочистки 5, и корпус 7.
Устройство работает следующим образом.
Загрязненный воздух 12 сначала проходит через механический фильтр грубой очистки 1, который удаляет частицы с размером более 20 мкм. Затем воздух проходит через электростатический фильтр 2, где он очищается от пыли с размером вплоть до 0,01 мкм. Электростатический фильтр выделяет озон, окисляющий молекулярные загрязнители воздуха. Продукты окисления и исходно труднолетучие загрязнители адсорбируются на адсорбционном фильтре 3, который заполнен одним или несколькими видами адсорбентов. Дальнейшая очистка воздуха от молекулярных загрязнителей проходит в фотокаталитическом фильтре 4, который окисляет все оставшиеся молекулярные загрязнители. Высокая активность фотокаталитического фильтра поддерживается за счет озона, выделяемого электростатическим фильтром 2. Очищенный воздух проходит через фильтр конечной доочистки 5, удаляющий оставшиеся молекулярные загрязнители. В качестве такого фильтра может выступать адсорбционный или абсорбционный фильтр. Вентилятор 6 прокачивает воздух через фильтры, закрепленные в корпусе очистителя 7.
Высокая эффективность функционирования фотокаталитического фильтра связана с эффективным использованием света ламп, облучающих фотокатализатор. Использование сетчатых пористых носителей фотокатализатора с размером пор 0,1-10 мм позволяет значительно увеличить скорости окисления за счет распределения света по большой площади поверхности фотокатализаторов. Такие носители могут
быть выполнены из керамики (пенокерамические носители), металла (пенометаллические носители) или других твердых материалов.
Задача решается также конструкций фотокаталитического фильтра (2 варианта).
На Фиг. 2 изображен разрез фотокаталитического фильтра с сетчатьм пористым носителем катализатора 8, выполненным в виде пластин, расположенных параллельно лампам 9. Свет ламп, не попадающий непосредственно на носители с катализатором, отражается отражателями 10, закрепленными на корпусе фильтра 7. Очищаемый воздух проходит перпендикулярно пластинам носителя.
Фиг. 3 иллюстрирует конструкцию фотокаталитического фильтра с сетчатыми пористыми носителями, выполненными в виде труб 11. При этом большая часть излучаемого лампами 9 света попадает непосредственно на носитель. В торцевой части носителей может устанавливаться отражатель. Сечение труб 11 может иметь круглую форму, овальную форму, форму многоугольника или любую другую форму. Сечение труб может быть неодинаковьм в разных частях.
1. Устройство для очистки и обеззараживания воздуха, состоящее из: корпуса удлиненной формы, содержащего ввод и вывод воздуха или кислородсодержащей газовой смеси; электростатического фильтра, расположенного на входе в устройство очищаемого воздуха или кислородсодержащей газовой смеси; адсорбционного фильтра, следующего за электростатическим фильтром по ходу движения очищаемого воздуха или кислородсодержащей газовой смеси; фотокаталитического фильтра, следующего за адсорбционным фильтром по ходу движения очищаемого воздуха или кислородсодержащей газовой смеси.
2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что электростатический фильтр содержит пространственно разделенные зону ионизации и зону осаждения.
3. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что фотокаталитический фильтр содержит носители катализатора, изготовленные из сетчатого пористого носителя в форме пластины или трубы.
4. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что в качестве фотокатализатора используют диоксид титана, либо диоксид титана, обработанный кислотой, и/или с нанесенным благородным металлом.
5. Устройство для очистки и обеззараживания воздуха, состоящее из: корпуса, содержащего ввод и вывод воздуха или кислородсодержащей газовой смеси; механического фильтра, расположенного на входе в устройство очищаемого воздуха или кислородсодержащей газовой смеси; электростатического фильтра, расположенного за механическим фильтром по ходу движения очищаемого воздуха или кислородсодержащей газовой смеси; адсорбционного фильтра, следующего за электростатическим фильтром по ходу движения очищаемого воздуха или кислородсодержащей газовой смеси; фотокаталитического фильтра, следующего за адсорбционным фильтром по ходу движения очищаемого воздуха или кислородсодержащей газовой смеси.
6. Устройство по п.5, характеризующееся тем, что электростатический фильтр содержит пространственно разделенные зону ионизации и зону осаждения.
7. Устройство по п.5, характеризующееся тем, что фотокаталитический фильтр содержит носители катализатора, изготовленные из сетчатого пористого носителя в форме пластины или трубы.
8. Устройство по п.5, характеризующееся тем, что в качестве фотокатализатора используют диоксид титана, либо диоксид титана, обработанный кислотой, и/или с нанесенным благородным металлом.
9. Устройство для очистки и обеззараживания воздуха, состоящее из корпуса, содержащего ввод и вывод воздуха или кислородсодержащей газовой смеси; электростатического фильтра, расположенного на входе в устройство очищаемого воздуха или кислородсодержащей газовой смеси; адсорбционного фильтра, следующего за электростатическим фильтром по ходу движения очищаемого воздуха или кислородсодержащей газовой смеси; фотокаталитического фильтра, следующего за адсорбционным фильтром по ходу движения очищаемого воздуха или кислородсодержащей газовой смеси; конечного фильтра, следующего за фотокаталитическим фильтром.
10. Устройство по п.9, характеризующееся тем, что электростатический фильтр содержит пространственно разделенные зону ионизации и зону осаждения.
11. Устройство по п.9, характеризующееся тем, что фотокаталитический фильтр содержит носители катализатора, изготовленные из сетчатого пористого носителя в форме пластины или трубы.
12. Устройство по п.9, характеризующееся тем, что в качестве фотокатализатора используют диоксид титана, либо диоксид титана, обработанный кислотой, и/или с нанесенным благородным металлом.
13. Устройство по п.9, характеризующееся тем, что в качестве конечного фильтра используют адсорбционный или абсорбционный фильтр.
14. Устройство для очистки и обеззараживания воздуха, состоящее из корпуса, содержащего ввод и вывод воздуха или кислородсодержащей газовой смеси; механического фильтра, расположенного на входе в устройство очищаемого воздуха или кислородсодержащей газовой смеси; электростатического фильтра, расположенного за механическим фильтром по ходу движения очищаемого воздуха или кислородсодержащей газовой смеси; адсорбционного фильтра, следующего за электростатическим фильтром по ходу движения очищаемого воздуха или кислородсодержащей газовой смеси; фотокаталитического фильтра, следующего за адсорбционным фильтром по ходу движения очищаемого воздуха или кислородсодержащей газовой смеси; конечного фильтра, следующего за фотокаталитическим фильтром.
15. Устройство по п.14, характеризующееся тем, что электростатический фильтр содержит пространственно разделенные зону ионизации и зону осаждения.
16. Устройство по п.14, характеризующееся тем, что фотокаталитический фильтр содержит носители катализатора, изготовленные из сетчатого пористого носителя в форме пластины или трубы.
17. Устройство по п.14, характеризующееся тем, что в качестве фотокатализатора используют диоксид титана, либо диоксид титана, обработанный кислотой, и/или с нанесенным благородным металлом.
18. Устройство по п.14, характеризующееся тем, что в качестве конечного фильтра используется адсорбционный или абсорбционный фильтр.
19. Фотокаталитический фильтр, состоящий из одной или более ультрафиолетовых ламп; сетчатых пористых носителей с нанесенным фотокатализатором, выполненных в форме пластин с размером пор 0,1-10 мм и расположенных параллельно оси ультрафиолетовых ламп и перпендикулярно потоку очищаемой среды.
20. Фотокаталитический фильтр по п.18, характеризующийся тем, что содержит отражательные элементы, расположенные параллельно оси ультрафиолетовых ламп.
21. Фотокаталитический фильтр, состоящий из одной или более ультрафиолетовых ламп; сетчатого пористого носителя с нанесенным фотокатализатором, выполненного в виде трубчатых элементов, охватывающих ультрафиолетовые лампы, и имеющего размер пор 0,1-10 мм.
22. Фотокаталитический фильтр по п.21, характеризующийся тем, что сетчатый пористый носитель имеет форму труб с различным диаметром в разных частях носителя.
23. Фотокаталитический фильтр по п.21, характеризующийся тем, что очищаемая среда поступает внутрь носителя через боковые отверстия на оси трубы.
24. Фотокаталитический фильтр по п.21, характеризующийся тем, что носитель изготовлен из пропускающего свет пористого материала.
