Результат интеллектуальной деятельности: ПЕРЕДВИЖНОЙ УЛИЧНЫЙ КОНДИЦИОНЕР

Предлагаемое изобретение относится к энергетике, а именно к кондиционированию воздуха и, в частности, к устройствам для очистки уличного воздуха от вредных компонентов отработавших газов автомобильного транспорта.

Известно устройство для реабилитации уличного воздуха, состоящее из прямоугольного корпуса c заборной и распределительной решетками, закрытого крышей, поддоном, соединенным c питательным трубопроводом, насосом, циркуляционным контуром, дренажным трубопроводом и разделенного на камеру орошения, в которой размещены приточный вентилятор и оросительное устройство, и камеру очистки, в которой по ходу движения воздуха помещены съемные контейнеры с вертикальными перфорированными кассетами, покрытыми слоем гашеной извести (Ca(OH)₂) с вертикальными воздушными каналами между собой, сепарационные пластины, ионизатор, вытяжной вентилятор [Патент РФ №2301945, МКП F24F3/16, 2007].

Основными недостатками известного устройства являются небольшая поглотительная способность вертикальных перфорированных пластин, покрытых слоем гашеной извести, и обусловленная этим обстоятельством потребность частой замены их на регенерированные, невозможность проведения процесса регенерации перфорированных пластин непосредственно в самом кондиционере, а также значительный унос извести с поверхности перфорированных пластин потоком увлажненного очищенного воздуха, что снижает экономическую и экологическую эффективность уличного кондиционера.

Более близким к предлагаемому изобретению является уличный кондиционер, состоящий из прямоугольного корпуса, закрытого крышей, поддона, разделенного на камеру орошения и камеру очистки, причем камера орошения снабжена заборной решеткой, внутри ее размещены приточный вентилятор, оросительное устройство, в камере очистки по ходу движения воздуха в шахматном порядке расположены на опорных уголках съемные перфорированные корзины, заполненные гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 диаметром от 20 до 40 мм, промывочные устройства, сепарационные пластины, ионизатор, вытяжной вентилятор и распределительная решетка, а оросительное и промывочные устройства соединены трубопроводом с питательным насосом [Патент РФ №2425293, МКП F24F3/16, 2011].

Основными недостатками известного уличного кондиционера являются громоздкость его конструкции, снижающая его надежность, невозможность перемещения и оперативного использования в наиболее загазованных участках улиц, ограничивающая диапазон его использования, отсутствие регулировочной арматуры в оросительно-промывочных устройствах, не позволяющее автоматизировать процессы орошения и промывки, постоянный контакт с водной средой вентиляторов и ионизатора, уменьшающий надежность и долговечность их эксплуатации, высокий расход воды, что, в общем, снижает экономическую и экологическую эффективность очистки уличного воздуха от вредных компонентов отработавших газов автомобильного транспорта и пыли.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение экономической и экологической эффективности передвижного уличного кондиционера, осуществляемое путем упрощения конструкции и повышения надежности, расширения диапазона использования, снижения расхода воды и обеспечения возможности автоматизации процессов орошения и промывки.

Технический результат достигается тем, что передвижной уличный кондиционер содержит прямоугольный корпус, закрытый крышей, поддон, снабженный питательным и дренажным штуцерами, заборную решетку, пирамидальную крышку, в центре которой устроен вытяжной патрубок, закрытый распределительной решеткой, в котором помещены по ходу движения воздуха аэроионизатор и вытяжной вентилятор, внутри корпуса размещены параллельно заборной решетке вертикальные перфорированные контейнеры, заполненные гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 диаметром от 20 до 40 мм, между которыми размещена камера орошения, в центре которой расположено оросительное устройство, представляющее собой вертикальный оросительный стояк с горизонтальными ответвлениями, снабженными форсунками, размещенными параллельно вертикальным перфорированным контейнерам, питательный штуцер соединен с вертикальным оросительным стояком и шаровым импульсным клапаном, который состоит из корпуса, выполненного в форме барабана, снабженного соединенными с ним тангенциально входным и выходным штуцерами, внутри которого помещен свободно перемещающийся шар, причем шаровой импульсный клапан соединен через входной клапан с насосом или водопроводом, а корпус кондиционера установлен на опорную раму.

В основу работы предлагаемого передвижного уличного кондиционера положены очистка химического состава уличного воздуха, загрязненного вредными компонентами выхлопных газов автомобильного транспорта (диоксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, сажа, озон и т.д.) [Л.Ф. Голдовская. Химия окружающей среды. - М.: Мир, 2005, с.86-90, с.155], высокая растворимость диоксида углерода по сравнению с остальными компонентами воздуха в воде [Справочник химика, т. III. - М.-Л.: Химия, 1965, с. 316], высокая скорость реакции окисления NO в NO₂ и SO₂ в SO₃, которые хорошо растворяются в воде с образованием HNO₃ и H₂SO₄ в присутствии озона [Неницеску К. Общая химия. - М.: Высш. школа, 1958, с. 275; Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология.- М.: Высш. школа, 1985, с. 348], высокое значение модуля основности, которое придает гранулам металлургической пемзы основные свойства [Строительные материалы. Справочник. Под ред. Болдырева А.С. и др. - М.: Стройизд., 1989, с. 423; Домокеев А.К. Строительные материалы. - М.: Высш. школа, 1989, с. 163], позволяющие сорбировать на их поверхности вещества, обладающие кислыми свойствами, к которым относятся и вредные компоненты выхлопных газов автомобильного транспорта (NO_x, SO_x, СО), интенсификация процесса очистки гранул доменного шлака путем импульсной подачи воды.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид передвижного уличного кондиционера (ПУК), фиг. 2 - поперечный разрез, фиг. 3-5 - продольные разрезы, фиг. 6, 7 - узел шарового пульсационного клапана (разрезы В-В и Г-Г показаны без опорной рамы).

ПУК состоит из прямоугольного корпуса 1, закрытого сверху крышей 2, снизу - поддоном 3, с уличной стороны - фронтальной заборной решеткой 4, с пешеходной стороны - тыльной пирамидальной крышкой 5, в центре которой устроен вытяжной патрубок 6, закрытый распределительной решеткой 7, в котором помещены по ходу движения воздуха аэроионизатор 8 и вытяжной вентилятор 9, внутри корпуса 1 размещены параллельно заборной решетке 4 вертикальные перфорированные контейнеры 10, 11, заполненные гранулами пемзы 12, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 диаметром от 20 до 40 мм, между которыми размещена камера орошения 13, в центре которой расположено оросительное устройство 14, представляющее собой вертикальный оросительный стояк 15 с горизонтальными ответвлениями 16, снабженными форсунками 17, размещенными параллельно вертикальным перфорированным контейнерам 10 и 11, поддон 3 снабжен дренажным штуцером 18 и питательным штуцером 19, соединенным с вертикальным оросительным стояком 15 и шаровым импульсным клапаном 20, который состоит из корпуса 21, выполненного в форме барабана, снабженного соединенными с ним тангенциально входным и выходным штуцерами 22 и 23 соответственно, внутри которого помещен свободно перемещающийся шар 24, причем шаровой импульсный клапан 20 соединен через входной клапан 25 с насосом или водопроводом (на фиг. 1-7 не показаны), а корпус 1 установлен на опорную раму 26.

Очистка уличного воздуха от вредных компонентов отработавших газов автомобильного транспорта и пыли осуществляется следующим образом. Предварительно ПУК, транспортируемый, например, на автомобиле, устанавливают на границе проезжей и пешеходной части участка улицы, наиболее загруженного автотранспортом, таким образом, чтобы фронтальная заборная решетка 4 была обращена в сторону проезжей части, а вытяжной патрубок 6 тыльной пирамидальной крышки 5 - в сторону пешеходной части, и подключают его ко всем коммуникациям (электричеству, водоснабжению, канализации). При этом водоснабжение может осуществляться за счет водопроводной воды, и в этом случае насос не требуется. Соединение с канализацией осуществляется через ливневую канализацию ЛК или канализационный колодец (на фиг. 1-7 не показан). При необходимости опорная рама 26 оборудуется колесами (на фиг. 1-7 не показаны).

Уличный воздух через фронтальную заборную решетку 4 и перфорацию вертикального контейнера 10 поступает в массу увлажненного гранулированного шлака 12, представляющего собой гранулы металлургической пемзы 12 диаметром от 20 до 40 мм, изготовленной из основных металлургических шлаков (диаметр гранул 12 назначен из условий обеспечения минимального аэродинамического сопротивления контейнеров 10, 11), в результате некоторого разрежения в отверстиях перфорированного контейнера 10, создаваемого вытяжным вентилятором 9. Основная металлургическая пемза представляет собой материал с высокопористой механически прочной структурой (прочность на сдавливание до 2,7 МПа), состоящий из оксида кальция, оксида кремния, оксида алюминия и частично из оксида магния (CaO, SiO₂, Al₂O₃, MnO) c модулем основности М>1. Высокое значение модуля основности придает гранулам 12 основные свойства, позволяющие сорбировать на их поверхности вещества, обладающие кислыми свойствами, к которым относятся и вредные примеси в выхлопных газах автомобилей (NO_x, SO_x, СО, СО₂). Кроме того, исходя из своего состава металлургические шлаки устойчивы к коррозионному воздействию кислых компонентов выхлопных газов, широко доступны и относительно дешевы. Адсорбированные из уличного воздуха NO_x, SO_x в порах гранул 12 обладают повышенной реакционной способностью, обусловленной их взаимодействием с поверхностью адсорбента - гранул шлаковой пемзы [Неницеску К. Общая химия - М.: Мир, 1968, с. 298], поэтому окисляются кислородом со скоростью большей, чем в газовой фазе, с образованием легко растворимых в воде NO₂ и SО₃, которые, в свою очередь, взаимодействуют с частицами подкисленной воды, остающейся в порах гранул 12, с образованием соответствующих кислот HNO₃ и H₂SO₄. Параллельно на поверхности и в порах гранул 12 адсорбируются оксиды углерода и свинца и оседают мелкодисперсные частицы (пыль, сажа и т. д.). Далее частично очищенный воздух из контейнера 10 поступает в камеру орошения, которая работает периодически исходя из заданного режима орошения, при автоматическом открытии и закрытии входного клапана 25. В камере 13 воздух контактирует с частицами воды, поступающей пульсирующим потоком за счет работы импульсного клапана 20 из форсунок 17, установленных на ответвлениях 16 оросительного стояка 15 по всей высоте камеры орошения 13, увлажняется и частично охлаждается. Клапан 20 работает следующим образом. Вода поступает в корпус 21, имеющий форму барабана, по тангенциальному вводу входного штуцера 22 и выходит также через тангенциальный выход штуцера 23, что обеспечивает ее вращательное движение в барабане, в результате которого шар 24 движется по окружности, прижимаясь к его периферии под действием центробежной силы, поочередно перекрывая отверстия штуцеров 22 и 23, обеспечивая импульсную подачу воды на гранулы шлака 12 в контейнерах 10. Вода, количество которой определяется заданным количеством поглощаемых вредных компонентов из уличного воздуха и его влагосодержания, поступает в оросительный стояк 15 через открытый входной клапан 25 и шаровой импульсный клапан 20 (открытие и закрытие входного клапана 25 осуществляется автоматически). Параллельно вышеописанным процессам в камере орошения 13 происходит улавливание водой частиц пыли и сажи, межфазный контакт разбрызгиваемой воды с воздухом, в результате чего происходит абсорбция этой водой диоксида углерода (СО₂), химическое взаимодействие оксидов азота (NO_x), оксидов серы (SO_x), озона (O₃), кислорода (O₂), воды (H₂O), оксида углерода (СО) между собой в газовой и жидкой фазах, хемосорбция образовавшихся диоксида азота (NO₂) и серного ангидрида (SO₃) водой с образованием азотной (HNO₃) и серной (H₂SO₄) кислот. При прекращении подачи воды увлажнение воздуха и вышеописанные процессы в камере орошения осуществляются за счет воды, остающейся в порах и на поверхности гранул шлака 12 в контейнерах 10, 11, которая выносится потоком очищаемого воздуха. Образовавшаяся подкисленная вода, насыщенная диоксидом углерода с механическими примесями, стекает в поддон 3 и вместе со шламом через дренажный штуцер 18 выводится в канализацию. Частично очищенный от диоксида углерода и некоторой части оксидов азота и серы, пыли и сажи, увлажненный и частично охлажденный уличный воздух с частицами подкисленной воды из камеры орошения 13 через перфорацию контейнера 11 поступает в массу увлажненного гранулированного шлака 12, где происходят вышеописанные процессы очистки воздуха, после чего очищенный воздух проходит через аэроионизатор 8, где обогащается легкими аэроионами и вытяжным вентилятором 9 через вытяжной патрубок 6 и предохранительную решетку 7 подается в пешеходную сторону улицы, а образовавшаяся подкисленная вода, насыщенная диоксидом углерода с механическими примесями, стекает в поддон 3. При этом импульсное воздействие частиц воды, обеспечиваемое шаровым импульсным клапаном 20, обеспечивает интенсивный гидросбив загрязнений с поверхности и пор гранулированного шлака 12 и, тем самым, повышает качество его очистки при меньшем расходе воды.

Расход и продолжительность периода подачи воды в камеру орошения 13 (открытый входной клапан 25) и прекращения подачи воды в нее (закрытый входной клапан 25) определяются опытным путем и зависят от степени загрязненности воздуха твердыми и газообразными компонентами.

При этом активность гранул пемзы 12 в перфорированных контейнерах 10, 11 в среднем остается постоянной, так как регенерация (которая заключается в промывке гранул 12 от частиц пыли, сажи и кислой воды, содержащей уловленные оксиды углерода, серы и азота) и увлажнение воздуха осуществляются одновременно в процессе работы ПУК в любое время суток, но при меньшем расходе воды.

В качестве источника воды, подаваемой в камеру орошения 13 для поглощения диоксида углерода в значительных количествах, можно использовать воду станций откачки подземных вод метрополитена (при условии отсутствия в ней вредных примесей), водопроводную воду или воду, подвозимую в автоцистернах, а сбрасываемая в канализацию через дренажный штуцер 5 подкисленная вода в связи со значительным содержанием диоксида углерода в ней будет способствовать процессам фотосинтеза [Комов В.П. и др. Биохимия. - М.: Дрофа, 2004, с. 210] на полях орошения городских очистных сооружений.

Высота ПУК определяется зоной максимальной загазованности уличного воздуха и допустимыми габаритами грузов, перевозимых автотранспортом, высотная отметка вытяжного патрубка находится на высоте расположения рабочей зоны стоящего человека с учетом угла расширения струи воздуха, вытекающей из распределительной решетки 7. Площадь сечения (высота и ширина), толщина перфорированных контейнеров 10, 11, пористость, размер и количество гранул пемзы 12, мощность и производительность вентилятора 9, ионизатора 8, насоса, объем поддона 3, расход воды на орошение в камере орошения 13 определяются производительностью по воздуху, его загрязненностью и требуемой степенью его очистки. При этом ПУК желательно изготавливать в виде типовых секций (на фиг. 1-7 показана 1 секция), каждая из которых может работать отдельно, что позволяет увеличивать или уменьшать производительность установки в целом в зависимости от экологической обстановки на улице.

Таким образом, предлагаемый передвижной уличный кондиционер позволяет без применения дорогих и опасных химических реагентов очистить уличный воздух от вредных компонентов выхлопных газов автомобильного транспорта (NO_x, SO_x, СО, СО₂, сажи, пыли и пр.), автоматизировать процессы орошения и промывки, уменьшить расход воды, увеличить надежность и долговечность эксплуатации основного оборудования и оперативно перемещать сам кондиционер в места максимальных загрязнений, что увеличивает его экономическую и экологическую эффективность.