Устройство для санитарно-гигиенической обработки воздуха

Цель полезной модели - улучшение качества санитарно-гигиенической обработки воздуха путем использования окислительных процессов, повышение степени очистки воздуха от пыли, сажи, бактерий, туманов, взвесей, вирусов, пыльцы, дыма, частичек металлов и механических примесей посредством механической фильтрации и ионизации с последующим их отделением из воздуха, и озонированием воздуха, катализа; для очистки воздуха от оксидов азота, снижение веса и габаритов, стоимости, энергозатрат, шума работы устройства очистки воздуха. Устройство для санитарно-гигиенической обработки воздуха содержит расположенные в канале 1, для потока обрабатываемого воздуха, противопыльный фильтр 2, плазматрон 3, выполненный в виде СВЧ-резонатора, включающий в себя индуктор 4, разрядную камеру 5, источник электропитания 6, каталитический фильтр 7 с электропроводящими боковыми обкладками 8, снабженный собственным источником 9 высокого напряжения, ионизатор 10 с источником электропитания 11. Все элементы расположены по потоку воздуха в едином корпусе. Противопыльный фильтр 2 размещен перед плазматроном 3, а ионизатор 10 установлен после каталитического фильтра 7.

Полезная модель относится к области климатических установок и систем кондиционирования воздуха и может быть использована в жилых и промышленных помещениях, больницах и лабораториях, а также на транспортных средствах любого назначения для очистки оборотного (рециркуляционного) воздуха, например, в самолетах, в автомобилях, офисах или больницах.

Очистка воздуха является давно стоящей задачей, и связанные с ней затруднения усугубляются при использовании оборотного (рециркуляционного) воздуха, что происходит во многих закрытых помещениях, например на судах, в автомобилях, офисах, в самолетах и в больницах.

Имеется ряд изобретений для обеззараживания воздуха, например (А.С. СССР 1691663, F24F 3/16, 15.10.91 г.), которое состоит из корпуса с входными и выходными патрубками, и с размещенным в нем многоступенчатым фильтром, вентилятором, влагоотделителем и озонатором.

К недостаткам известного устройства можно отнести: повышенный шум, наличие инфразвуковых колебаний, сложность и ненадежность конструкции в работе, что ограничивает область его эффективного применения.

Известно также устройство для аэроионификации и очистки воздуха (патент РФ 2156169, кл. F24F 3/16, B03C 3/38, C01B 13/11, 20.09.2000 г.), состоящее из подключенного к отрицательному полюсу высоковольтного источника напряжения коронирующего отрицательного электрода - эмиттера, выполненного в виде токопроводящего кольца с иглами, равномерно распределенными по азимуту, подключенного к положительному полюсу того же источника положительного электрода. Иглы эмиттера выполнены одноострийными, расположены в плоскости кольца эмиттера, направлены остриями по радиусам к центру кольца. На выходе устройства формируется высокоскоростной малорасходящийся поток очищенного от пыли насыщенного отрицательными ионами кислорода воздуха, который обеспечивает равномерное распределение отрицательных аэроионов кислорода в объеме помещения.

Недостатком устройства является большие габариты, при сравнительно небольшой производительности, сложность очистки электродов.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для санитарно-гигиенической обработки воздуха (патент РФ 1623346 от 27.05.1998), содержащее расположенные в канале для потока обрабатываемого воздуха ионизатор и противопыльный фильтр, источник высокого напряжения и размещенные последовательно по потоку воздуха генератор озона и каталитический фильтр с электропроводящими боковыми обкладками. Противопыльный фильтр размещен перед генератором озона, а ионизатор установлен после каталитического фильтра. Ионизатор также имеет свой собственный источник высокого напряжения.

Недостаток этого устройства заключается в том, что оно имеет сложную конструкцию и малую производительность, низкий выход озона; большие удельные энергозатраты; необходимость осушения и очистки воздуха.

Цель полезной модели - улучшение качества санитарно-гигиенической обработки воздуха путем использования окислительных процессов, повышение степени очистки воздуха от пыли, сажи, бактерий, туманов, взвесей, вирусов, пыльцы, дыма, частичек металлов и механических примесей посредством механической фильтрации и ионизации с последующим их отделением из воздуха, и озонированием воздуха, катализа; для очистки воздуха от оксидов азота, снижение веса и габаритов, стоимости, энергозатрат, шума работы устройства очистки воздуха.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для санитарно-гигиенической обработки воздуха содержащее, расположенные в канале, для потока обрабатываемого воздуха ионизатор, противопыльный фильтр, каталитический фильтр с электропроводящими боковыми обкладками, в канале для обрабатываемого воздуха установлен плазматрон, выполненный в виде СВЧ-резонатора, снабженного системой острых металлических электродов, выполненных их тугоплавкого материала, и установленных в области максимума электрического поля вдоль линии напряженности поля.

К существенным отличиям заявленного решения от известных относится то, что плазматрон, выполненный в виде СВЧ-резонатора, снабженного системой острых металлических электродов, выполненных их тугоплавкого материала, и установленных в области максимума электрического поля вдоль линии напряженности поля, где в импульсно-периодическом псевдокоронном СВЧ-разряде атмосферного давления происходит плазменная обработка очищаемого воздуха.

Низкотемпературная газоразрядная плазма содержит заряженные (электроны и ионы), нейтральные (атомы и молекулы) частицы и некоторые активные продукты плазмохимических реакций, ультрафиолетовое и в ряде случаев рентгеновское излучение. Она способна окислять микроорганизмы, разрушать оболочки и ДНК бактерий и вирусов.

Оставаясь холодной, плазма при этом не разрушает термочувствительные материалы, что позволяет широко использовать ее как универсальный стерилизатор.

В сравнении с прототипом, в котором используется источник постоянного напряжения, в предлагаемом устройстве используется высоковольтный наносекундный импульсный источник питания. Использование наносекундных импульсов позволяет значительно повысить энерговклад в объемный разряд, (см. Е.П.Велихов и др. Физические явления в газоразрядной плазме. М.: Наука, 1987 г.).

Снижение энергозатрат по сравнению с прототипом обусловлено малой длительностью импульса тока, согласованием выхода импульсного генератора с параметрами разрядного промежутка.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованиям новизны.

Предлагаемый вариант реализации устройства для санитарно-гигиенической обработки воздуха заявленной полезной модели представлен в соответствии с фиг.1.

Устройство для санитарно-гигиенической обработки воздуха содержит расположенные в канале 1, для потока обрабатываемого воздуха, противопыльный фильтр 2, плазматрон 3, выполненный в виде СВЧ-резонатора, включающий в себя индуктор 4, разрядную камеру 5, источник электропитания 6, каталитический фильтр 7 с электропроводящими боковыми обкладками 8, снабженный собственным источником 9 высокого напряжения, ионизатор 10 с источником электропитания 11. Все элементы расположены по потоку воздуха в едином корпусе. Противопыльный фильтр 2 размещен перед плазматроном 3, а ионизатор 10 установлен после каталитического фильтра 7.

Устройство для санитарно-гигиенической обработки воздуха работает следующим образом. После организации движения потока очищаемого воздуха по каналу 1, поток воздуха, пройдя через противопыльный фильтр 2, очищается от пыли, в том числе и от твердых аэрозолей, входящих в состав дыма. В качестве противопыльного фильтра 2, например, можно применить фильтрующий материал, представляющий собой двухслойную композицию из полиакрилатных волокон лобового (пылеемкого) слоя, состоящего из волокон со средним диаметром 10...12 мкм, и последующего эффективного слоя со средним диаметром волокон порядка 3 мкм. Пройдя противопыльный фильтр 2, воздух попадает в зону разрядной камеры 5 в это время от источника 6 высокого напряжения подается питание на индуктор 4 плазматрона 3 в разрядной камере 5 возникает низкотемпературная плазма, характеризующаяся электростатическим полем высокой напряженности и при возникновении специального разряда, состоящего из большого количества потоков низкой интенсивности, широко охватывающих внутренний объем канала 1.

Процесс конверсии вредных веществ происходит по следующему механизму: загрязненный воздух проходит через разрядную камеру 5, в которой происходит разрушение вредных веществ под действием низкотемпературной плазмы и других физико-химических факторов воздействия. В результате этих воздействий также происходит возбуждение молекул, атомов и радикалов, что качественно влияет на работу каталитического фильтра 7 очистки воздуха. В итоге газовый компонент представлен озоном, окислами азота, иногда оксидом углерода, также на обрабатываемый воздух оказывают воздействие электромагнитные колебания ультрафиолетового, инфракрасного, светового и высокочастотного диапазона спектра; высокая степень ионизации воздуха. Холодная плазма является эффективным средством инактивации различных микроорганизмов.

Электростатическое поле высокой напряженности и холодная плазма обеспечивают эффективную бактерицидную обработку потока воздуха. В процессе генерации плазмы происходит и частичная ионизация потока воздуха, в том числе и содержащихся в нем вредных примесей. В результате этого молекулы вредных примесей получают отрицательный заряд, что приводит к более активной их адсорбции на поверхности каталитического фильтра 7. Все это обеспечивает эффективную очистку потока воздуха от вредных примесей, в частности от углерода. Одновременно в каталитическом фильтре 7 осуществляется нейтрализация оставшегося озона.

От источника 9 высокого напряжения на электропроводящие боковые обкладки 8 каталитического фильтра 7 подается питание (12...15 кВ). В качестве электропроводящих обкладок может быть использована обычная металлическая сетка. В данном устройстве применяется низкотемпературный каталитический фильтр 7 (например, палладиевый катализатор - АК-62). Палладиевый катализатор обеспечивает окисление оксида углерода в диоксид. Слой купромита очищает воздух от углеводородов, окислов азота, аммиака и других вредных примесей и защищает палладиевый катализатор от отравления. Каталитический фильтр 7, благодаря плазмохимической ступени, начинает эффективно работать в диапазоне температур 20...500°C. Плазмокаталитическая технология очистки воздуха от газообразных вредных веществ уникальна, потому что позволяет производить глубокую очистку всего комплекса токсичных соединений до CO₂ и H₂O, начиная с низких температур. Кроме того, холодная плазма уникальна тем, что одновременно с газоочисткой происходит подавление болезнетворной микрофлоры воздуха.

На ионизатор 10 от источника 11 высокого напряжения подается напряжение 3...5 кВ.

После каталитического фильтра 7 воздух, очищенный от пыли, вредных примесей и бактерий поступает к ионизатору 10. Ионизатор 10 создает в потоке воздуха естественные уровни ионизации, после чего воздух направляется в помещение.

В основе работы устройства лежит воздействие низкотемпературной плазмы барьерного разряда звуковой частоты на токсичные вещества, содержащиеся в воздухе.

Низкотемпературная плазма барьерного разряда звуковой частоты эффективно разрушает и окисляет газообразные молекулы с одновременным удалением из воздушного потока мелкодисперсного аэрозоля (частиц с диаметром менее 1 мкм). Удаление мелкодисперсного аэрозоля из воздушного потока происходит вследствие приобретения им положительного электрического заряда достаточной величины при контакте с низкотемпературной плазмой барьерного разряда звуковой частоты.

Положительный эффект при использовании предлагаемого устройства заключается в повышении качества очистки воздуха, а следовательно, и качества обработки изделий на оборудовании, потребляющем очищенный воздух.

За счет использования трехстадийного процесса очистки, предусматривающего фильтрацию, антимикробную обработку и обработку ультрафиолетовым светом, при рециркуляции воздуха можно легко достичь уровня санации свыше 99%.

Предлагаемая установка выполняет полный комплекс очистки и дезодорации воздуха помещений, включающий дополнительный эффект дезинфекции и дезактивации (сушилки, раздевалки, душевые, квартиры и т.д.), при обработке воздуха синтезируется озон в регулируемом количестве, поэтому происходят не только окислительно-восстановительные реакции для очистки воздуха от газовых загрязнений, но и глубокая бактериологическая дезинфекция воздуха.

Устройство для санитарно-гигиенической обработки воздуха, содержащее расположенные в канале для потока обрабатываемого воздуха ионизатор, противопыльный фильтр, каталитический фильтр с электропроводящими боковыми обкладками, отличающееся тем, что в канале для обрабатываемого воздуха установлен плазматрон, выполненный в виде СВЧ-резонатора, снабженного системой острых металлических электродов, выполненных из тугоплавкого материала, и установленных в области максимума электрического поля вдоль линии напряженности поля.