Устройство очистки воздуха от дисперсных и высокомолекулярных примесей

Полезная модель направлена на повышение качества очистки воздуха, снижение энергетических затрат и упрощение конструкции устройства. Указанный технический результат достигается тем, что устройство очистки воздуха от дисперсных и молекулярных примесей включающее корпус, коронирующий и осадительный электрод, адсорбент, лампу мягкого ультрафиолетового излучения, источник питания, причем в устройстве корпус выполнен разъемным из верхней и нижней части с выпускным и впускным патрубками и средней части, причем средняя часть корпуса образована верхней и нижней горизонтальными перегородками с осевыми отверстиями и быстроразъемными соединениями, внутри корпуса вдоль его стенки на нижней горизонтальной перегородке по окружности установлена лампа ультрафиолетового излучения в форме полого цилиндра, в центре средней части корпуса установлен осадительный электрод в форме полого перфорированного цилиндра, изоляционное днище которого, закреплено спицами к верхней горизонтальной перегородке, а снизу осадительный электрод закреплен через изолятор к нижней горизонтальной перегородке, а по его оси размещен коронирующий электрод с коронирующими иглами, который закреплен к изоляционному днищу осадительного электрода, а по окружности с зазором к лампе и осадительному электроду установлены радиально металлические перфорированные контейнеры прямоугольной формы с адсорбентом, причем контейнеры с адсорбентом, сверху и с низу закреплены быстроразъемными соединениями. Повышение качества очистки выхлопных газов достигается одновременной очисткой газа адсорбцией и электрическими способами, что осуществляется параллельным размещением фотокатализатора, электрофильтра и адсорбента в среде озона, выполнением составляющих электрофильтра и контейнера с адсорбентом из фотокаталитического материала.

Полезная модель относится к машиностроению, а более конкретно - к устройству для очистки адсорбцией и электрическими способами выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от экологически опасных составляющих.

Известно устройство, реализованное в способе фотокаталитической очистки газов и состоящее из фотокаталитического очистителя воздуха, оборудованного дозатором пероксида водорода, вентилятора, теплообменника, насоса-дозатор пероксида водорода, керамических носителей с фотокатализатором, лампы ультрафиолетового излучения. [Патент РФ 2259866, МПК B01D 53/86, B01J 21/06, опубл. 20.04.09., БИ авторы Загнитько А.В., Першин А.Н. «Способ фотокаталитической очистки газов»]

Недостатком устройства является низкое качество очистки воздуха от субмикронных дисперсных частиц и забивка фотокатализатора и активированного угля фильтратом примесей.

Известно устройство, реализованное в способе очистки воздуха от дисперсных и молекулярных примесей и состоящее из механического фильтра грубой очистки, цилиндрического конденсатора, состоящего из внешнего заземленного цилиндра и расположенного вдоль его оси центрального коронирующего проволочного электрода, грубоволокнистого электростатического фильтра, заземленной цилиндрической сетки, фотокаталитического фильтра, фильтра из активированного угля, лампы мягкого ультрафиолетового излучения, цилиндрического заземленного корпуса, цилиндрической высоковольтной сетки, соединенной с высоковольтным источником положительного напряжения, микроамперметра для измерения тока коронного разряда цилиндрического конденсатора. [Патент РФ 2352382, МПК B01D 53/32, B01D 53/86, B03C 3/017, A61L 9/20, опубл. 20.04.09., БИ авторы Загнитько А.В., Першин А.Н. «Способ высокоэффективной очистки воздуха от дисперсных и молекулярных примесей»].

Недостатком устройства является низкое качество очистки газа, большие энергетические затраты и сложность конструкции.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение качества очистки воздуха, снижение энергетических затрат и упрощение конструкции устройства.

Технический результат достигается тем, что устройство очистки воздуха от дисперсных и молекулярных примесей включающее корпус, коронирующий и осадительный электрод, адсорбент, лампу мягкого ультрафиолетового излучения, источник питания, причем в устройстве корпус выполнен разъемным из верхней и нижней части с выпускным и впускным патрубками и средней части, причем средняя часть корпуса образована верхней и нижней горизонтальными перегородками с осевыми отверстиями и быстроразъемными соединениями, внутри корпуса вдоль его стенки на нижней горизонтальной перегородке по окружности установлена лампа ультрафиолетового излучения в форме полого цилиндра, в центре средней части корпуса установлен осадительный электрод в форме полого перфорированного цилиндра, изоляционное днище которого, закреплено спицами к верхней горизонтальной перегородке, а снизу осадительный электрод закреплен через изолятор к нижней горизонтальной перегородке, а по его оси размещен коронирующий электрод с коронирующими иглами, который закреплен к изоляционному днищу осадительного электрода, а по окружности с зазором к лампе и осадительному электроду установлены радиально металлические перфорированные контейнеры прямоугольной формы с адсорбентом, причем контейнеры с адсорбентом, сверху и с низу закреплены быстроразъемными соединениями.

Повышение качества очистки выхлопных газов достигается одновременной очисткой газа адсорбцией и электрическими способами, что осуществляется параллельным размещением фотокатализатора, электрофильтра и адсорбента в среде озона, выполнением составляющих электрофильтра и контейнера с адсорбентом из фотокаталитического материала.

На фиг.1 показано устройство очистки воздуха от дисперсных и высокомолекулярных примесей, на фиг.2 изображен разрез А-А фиг.1

Устройство очистки воздуха от дисперсных и молекулярных примесей состоит из верхней 1 и нижней 2 части корпуса с выпускным 3 и впускным 4 патрубками, средней части 5, образованной верхней 6 и нижней 7 горизонтальными перегородками с осевыми отверстиями и быстроразъемными соединениями 8, коронирующего электрода 9 с коронирующими иглами 10, расположенного по оси осадительного электрода 11, выполненного в форме полого перфорированного цилиндра с изолированным днищем 12, которое через спицы 13 закреплено к верхней горизонтальной перегородке, изолятора 14, через который осадительный электрод закреплен к нижней горизонтальной перегородке, контейнеров 15 прямоугольной формы с адсорбентом 16, закрепленных быстроразъемными соединениями к верхней и нижней горизонтальной перегородке, лампы ультрафиолетового излучения 17 в форме кольца с длиной волны более 0,25 мкм, источника питания 18 напряжением не более 6 кВ.

Устройство очистки воздуха от дисперсных и молекулярных примесей работает следующим образом.

Выхлопные газы подаются в устройство через входной патрубок 3 нижней части корпуса 2, откуда далее они направляются через осевое отверстие нежней горизонтальной перегородки в среднюю часть корпуса 5, в центре которой установлен осадительный электрод 11.

По оси осадительного электрода установлен коронирующий электрод 9 с коронирующими иглами 10, который сверху закреплен к изоляционному днищу 12 осадительного электрода 11. Осадительный электрод сверху закреплен спицами 13 к верхней горизонтальной перегородке, а снизу закреплен через изолятор 14 к нижней горизонтальной перегородке 7. Осадительный и коронирующий электроды подсоединены к источнику питания 18 напряжением не более 6 кВ.

При прохождении газа со взвешенными дисперсными частицами в межэлектродном пространстве дисперсные частицы приобретают отрицательный заряд и под воздействием электрического поля перемещаются к положительно заряженному осадительному электроду 11. Дисперсные частицы приобретают отрицательный заряд при помощи коронирующих игл 10, с которых происходит сход электронов в сторону осадительного электрода. При этом происходит генерация озона, который является сильным окислителем.

Таким образом, дисперстные частицы осаждаются на осадительном электроде, а очищенный от взвешенных частиц газ вместе с озоном через перфорацию в осадительном электроде поступает в пространство средней части корпуса 5, при этом скорость газового потока значительно уменьшается.

Размеры отверстий в осадительном электроде выбираются достаточными для того, чтобы эти отверстия не забивались дисперсными частицами, находящимися в очищаемом газе, а так же для того, чтобы весь очищаемый газ беспрепятственно проходил через эти отверстия.

Средняя часть корпуса 5 образована верхней 6 и нижней 7 горизонтальными перегородками с осевыми отверстиями и быстроразъемными соединениями 8. Внутри корпуса вдоль его стенки на нижней горизонтальной перегородке по окружности установлена лампа ультрафиолетового излучения 17, которая выполнена в форме полого цилиндра. А с зазором к лампе 17 и осадительному электроду 11 по окружности радиально установлены металлические перфорированные контейнеры 15 с адсорбентом 16. Контейнеры 15 выполнены прямоугольной формы. Для удобства быстрой смены адсорбента 16 эти контейнеры сверху и с низу закреплены быстроразъемными соединениями 8.

Очищаемый газ вместе с озоном, пройдя через осадительный электрод, попадает под воздействие мягкого ультрафиолетового излучения с длиной волны более 0,25 мкм, которое создает лампа 5. При этом происходит рекомбинация атомов экологически опасных составляющих выхлопных газов, приводящая к образованию наиболее устойчивых молекул: N₂, CO ₂, PbO₂, H₂O, NO, NO₂. Затем эти устойчивые молекулы эффективно улавливаются адсорбентом, например, активированным углем.

При перемещении очищаемого газа вверх средней части корпуса, он проходит через перфорацию осадительного электрода и выходит через кольцевую щель, образованную изоляционным днищем 12 осадительного электрода и верхней горизонтальной перегородкой, в верхнюю часть корпуса 1, откуда далее через выходной патрубок 4 направляется в атмосферу.

Наличие озона непосредственно в зоне облучения мягким ультрафиолетовым излучением, а также в зоне адсорбации позволяет ускорить и усилить эти два процесса.

Для ускорения процесса рекомбинации атомов экологически опасных соединений контейнер с адсорбентом может быть выполнен или покрыты с наружной стороны чистым диоксидом титана с кристаллической структурой анатаза или диоксидом титана, содержащий один или несколько переходных металлов (платина, палладий).

В случае если положительно заряженный осадительный электрод будет выполнен или покрыт с наружной стороны чистым диоксидом титана с кристаллической структурой анатаза или диоксидом титана, содержащий один или несколько переходных металлов (платина, палладий), то процесса рекомбинации атомов экологически опасных составляющих очищаемого газа усилится еще больше, так как наличие напряжения на катализаторе благоприятно воздействует на процесс рекомбинации.

Наличие озона в зоне обезвреживания выхлопных газов позволяет эффективно проводить процесс реактивации поверхности адсорбента от фильтрата примесей, а также реактивации фотокатализатора за счет интенсивного удаления адсорбированных молекулярных и органических дисперсных примесей с поверхности частиц диоксида титана в присутствии интенсивного ультрафиолетового излучения.

Наличие изоляционного днища 12 обусловлено необходимостью предотвращения сильной тяги очищаемого газа, создаваемой внутри осадительного электрода и направленной к выходному патрубку. А установка изоляционного днища в средней части корпуса, ниже верхней горизонтальной перегородки позволяет усилить тягу очищаемого газа из пространства между осадительным электродом и лампой ультрафиолетового излучения, что позволяет ускорить проход очищаемого газа через перфорацию в нижней части осадительного электрода, тем самым предотвратить унос не обезвреженного газа через осадительный электрод.

При необходимости процесс уноса не обезвреженного газа через осадительный электрод можно уменьшить путем выполнения перфорации в верхней горизонтальной перегородке. А в случае полного предотвращения процесса уноса не обезвреженного газа через осадительный электрод верхнюю горизонтальную перегородку необходимо выполнить перфорированной и без осевого отверстия.

При необходимости увеличения выхода озона и интенсификации процесса ионизации воздуха необходимо внутри осадительного электрода и с зазором к нему закрепить коронирующую сетку с коронирующими иглами, которые направлены радиально к коронирующему электроду.

Коронирующую сетку с коронирующими иглами, которые направлены радиально к корпусу устройства можно установить и с наружной части осадительного электрода с зазором к нему и к контейнеру с адсорбентом. Причем в этом случае коронирующую сетку с иглами можно выполнить или покрыть с наружной стороны чистым диоксидом титана с кристаллической структурой анатаза или диоксидом титана, содержащий один или несколько переходных металлов (платина, палладий).

Для усиления эффекта фотокаталитической очистки верхнюю горизонтальную перегородку необходимо выполнить с отражающей поверхностью, что обеспечит отражение ультрафиолетового излучения на адсорбент, фотокатализатор и очищаемый газ. А с учетом того, что угол падения ультрафиолетового излучения будет менее 90°, то отражающее покрытие эффективно усилит процесс фотокаталитической очистки.

Форма металлических контейнеров с реагентом и их расположение в корпусе обусловлены обеспечением максимального воздействия ультрафиолетового излучения на очищаемый газ, адсорбент и фотокатализатор.

Предлагаемое устройство очистки воздуха от дисперсных и молекулярных примесей позволяет повысить качество очистки воздуха в 2-3 раза и снизить энергетические затраты на 30-40%.

1. Устройство очистки воздуха от дисперсных и молекулярных примесей состоящее из корпуса, коронирующего и осадительного электрода, адсорбента, лампы мягкого ультрафиолетового излучения, источника питания, отличающееся тем, что в устройстве корпус выполнен разъемным из верхней и нижней части с выпускным и впускным патрубками и средней части, причем средняя часть корпуса образована верхней и нижней горизонтальными перегородками с осевыми отверстиями и быстроразъемными соединениями, внутри корпуса вдоль его стенки на нижней горизонтальной перегородке по окружности установлена лампа ультрафиолетового излучения в форме полого цилиндра, в центре средней части корпуса установлен осадительный электрод в форме полого перфорированного цилиндра с изоляционным днищем которое, закреплено спицами к верхней горизонтальной перегородке, а снизу осадительный электрод закреплен через изолятор к нижней горизонтальной перегородке, а по его оси размещен коронирующий электрод с коронирующими иглами, который закреплен к изоляционному днищу осадительного электрода, а по окружности с зазором к лампе и осадительному электроду установлены радиально металлические перфорированные контейнеры прямоугольной формы с адсорбентом, причем контейнеры с адсорбентом, сверху и с низу закреплены быстроразъемными соединениями.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контейнеры для адсорбента покрыты или выполнены из чистого диоксида титана с кристаллической структурой анатаза или диоксида титана, содержащий один или несколько переходных металлов (платина, палладий).

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что осадительный электрод покрыт или выполнен из чистого диоксида титана с кристаллической структурой анатаза или диоксида титана, содержащий один или несколько переходных металлов (платина, палладий).

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутри осадительного электрода и с зазором к нему установлена коронирующая сетка с коронирующими иглами, которые направлены радиально к коронирующему электроду.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что с наружи осадительного электрода с зазором к нему и к контейнеру с адсорбентом установлена коронирующая сетка с коронирующими иглами, которые направлены радиально к корпусу устройства.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что коронирующая сетка с коронирующими иглами покрыта или выполнена из чистого диоксида титана с кристаллической структурой анатаза или диоксида титана, содержащий один или несколько переходных металлов (платина, палладий).

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхняя горизонтальная перегородка выполнена с отражающей поверхностью.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхняя горизонтальная перегородка выполнена глухой и перфорированной.