Результат интеллектуальной деятельности: МОБИЛЬНЫЙ 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 с заборной и распределительной решетками, закрытого крышей, поддоном, соединенным с 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, Мкл. F24F 3/16, 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, состоящее из стояка с форсунками, 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 M>1 диаметром от 20 до 40 мм, промывочное устройство, состоящее из стояка с перфорированными снизу патрубками, проходящими через перегородку в камеру очистки, сепарационные пластины, ионизатор, вытяжной вентилятор и распределительная решетка, а оросительное и промывочные устройства соединены трубопроводом с питательным насосом [Патент РФ №2425293, М кл. F24F 3/16, 2011].

Основными недостатками известного уличного кондиционера являются сложность его монтажа и эксплуатации, обусловленная тем, что питательный насос установлен под землей, невозможность установить его на передвижной платформе и автономно и оперативно использовать в наиболее загазованных участках улиц, что ограничивает диапазон его использования, громоздкость оросительно-промывочных устройств и отсутствие на них регулировочной арматуры, что не позволяет автоматизировать процессы орошения и промывки и, тем самым, 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 расширение диапазона использования уличного кондиционера путем установки его и питательного насоса на передвижную платформу и упрощение конструкции оросительно-промывочных устройств, что увеличивает экономическую и экологическую эффективность мобильного уличного кондиционера.

Технический результат достигается тем, что уличный кондиционер содержит прямоугольный корпус, закрытый крышей, поддон, снабженный питательным и дренажным штуцерами и разделенный на камеру орошения и камеру очистки, заборную и распределительную решетки, приточный и вытяжной вентиляторы, ионизатор, оросительное устройство, состоящее из стояка с форсунками, соединенное через питательный штуцер с питательным насосом, промывочное устройство, состоящее из стояка с перфорированными снизу патрубками, проходящими через перегородку в камеру очистки, в которой по ходу движения воздуха в шахматном порядке уложены на опорные уголки съемные перфорированные корзины, заполненные гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности M>1 диаметром от 20 до 40 мм, закрытые сбоку камеры очистки вертикальной дверью, причем наружная стенка камеры орошения в нижней части боковой стенки корпуса снабжена заборным патрубком, закрытым решеткой, внутри которого размещен приточный вентилятор, наружная стенка камеры очистки в нижней части боковой стенки корпуса снабжена выхлопным патрубком, закрытым решеткой, внутри которого размещены аэроионизатор и вытяжной вентилятор, питательный трубопровод, соединенный с питательным штуцером, снабжен питательным и промывочным клапанами и присоединен снизу к оросительному и промывочному устройствам с противоположных концов, а поддон корпуса и питательный насос установлены на передвижную платформу.

В основу работы предлагаемого мобильного уличного кондиционера положены химический состав 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, CO).

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид мобильного уличного кондиционера (МУК), фиг.2, 3 - поперечные разрезы, фиг.4 - продольный разрез.

МУК состоит из прямоугольного корпуса 1, закрытого крышей 2, поддона 3, снабженного питательным и дренажным штуцерами 4, 5, соответственно, разделенного от поддона 3 вертикальной перегородкой 6 с окном 7 между верхней кромкой перегородки 6 и крышей 2 на камеру орошения 8 и камеру очистки 9. Наружная стенка камеры орошения 8 в нижней части боковой стенки корпуса 1 снабжена заборным патрубком 10, закрытым решеткой 11, внутри которого размещен приточный вентилятор 12, наружная стенка камеры очистки 9 в нижней части боковой стенки корпуса 1 снабжена выхлопным патрубком 13, закрытым решеткой 14, внутри которого размещены аэроионизатор 15 и вытяжной вентилятор 16 (помещение приточного вентилятора 12, вытяжного вентилятора 16 и ионизатора 15 внутри патрубков 10 и 13 предохраняет от попадания на них брызг воды от промывочных и разбрызгивающих устройств, что увеличивает надежность и долговечность их работы). Внутри корпуса 1 расположены: соединенный с питательным штуцером 4 питательный трубопровод 17 с питательным и промывочным клапанами 18 и 19, присоединенное к нему оросительное устройство, представляющее собой оросительный стояк 20 с ответвлениями 21, снабженными форсунками 22, присоединенное к нему же с противоположной стороны промывочное устройство, представляющее собой промывочный стояк 23 с ответвлениями 24, соединенными с перфорированными снизу патрубками 25, пропущенными через вертикальную перегородку 6 в камеру очистки 9. В камере очистки 9 по ходу движения воздуха снизу-вверх, в шахматном порядке расположены съемные перфорированные корзины 26, заполненные гранулами пемзы 27, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности M>1 диаметром от 20 до 40 мм, закрытые сбоку камеры очистки 9 вертикальной дверью 28, причем питательный штуцер 4 соединен трубопроводом с питательным насосом 29, а поддон 3 корпуса 1 и питательный насос 29 установлены на передвижную платформу 30.

Очистка уличного воздуха от вредных компонентов отработавших газов автомобильного транспорта и пыли осуществляется следующим образом. Предварительно МУК, транспортируемый на шасси автомобиля или на автомобильном прицепе (передвижной платформе 30), устанавливают на границе проезжей и пешеходной частей участка улицы, наиболее загруженного автотранспортом, таким образом, чтобы заборный патрубок был обращен в сторону проезжей части, а выхлопной патрубок 12 - в сторону пешеходной части, и подключают его ко всем коммуникациям (электричеству, водоснабжению, канализации). При этом МУК может быть снят с передвижной платформы 30 и функционировать будучи установлен на специальные опоры (на фиг.1-4 не показаны) или оставаться на платформе 30. МУК может быть почти полностью автономным, а именно электроснабжение вентиляторов и насоса может осуществляться за счет автомобильного электрогенератора, а водоснабжение осуществляться за счет подвоза воды автоцистернами (на фиг.1-4 не показаны). В этом случае должно быть обеспечено только соединение с канализацией (через ливневую канализацию ЛК или канализационный колодец (на фиг.1-4 не показан)).

Уличный воздух через решетку 11 и заборный патрубок 10 засасывается приточным вентилятором 12 в камеру орошения 8, где скорость его резко падает, далее воздух движется снизу - вверх, контактирует в перекрестном токе с частицами воды, поступающей из форсунок 22, установленных на ответвлениях 21 оросительного стояка 20 по всей высоте камеры орошения 8, увлажняется и частично охлаждается. Вода, количество которой определяется заданным количеством поглощаемых вредных компонентов из уличного воздуха и его влагосодержания, подается в оросительный стояк 20 питательным насосом 29 через питательный штуцер 4, питательный трубопровод 17 при открытом питательном клапане 18 и закрытом промывочном клапане 19 (открытие и закрытие клапанов 18 и 19 осуществляется автоматически). Параллельно вышеописанным процессам в камере орошения 8 происходит улавливание водой частиц пыли и сажи, межфазный контакт разбрызгиваемой воды с воздухом, в результате чего происходит абсорбция этой водой диоксида углерода (CO₂), химическое взаимодействие оксидов азота (NO_x), оксидов серы (SO_x), озона (O₃), кислорода (O₂), воды (H₂O) между собой в газовой и жидкой фазах, хемосорбция образовавшихся диоксида азота (NO₂) и серного ангидрида (SO₃) водой с образованием азотной (HNO₃) и серной (N₂SO₄) кислот. Образовавшаяся подкисленная вода, насыщенная диоксидом углерода с механическими примесями, стекает в поддон 3 и вместе со шламом через дренажный штуцер 5 непрерывно выводится в канализацию. 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 8 через окно 7 поступает в камеру очистки 9 и проходит сверху вниз через перфорированные корзины 26, заполненные гранулами пемзы 27 диаметром от 20 до 40 мм, изготовленной из основных металлургических шлаков (диаметр гранул 27 назначен из условий обеспечения минимального аэродинамического сопротивления камеры очистки 9 и номенклатуры размеров гранул металлургической пемзы). 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) с модулем основности M>1. Высокое значение модуля основности придает гранулам 27 основные свойства, позволяющие сорбировать на их поверхности вещества, обладающие кислыми свойствами, к которым относятся и вредные примеси в охлаждаемых дымовых газах (NO_x, SO_x, CO, CO₂). Кроме того, исходя из своего состава, металлургические шлаки устойчивы к коррозионному воздействию кислых компонентов выхлопных газов, широко доступны и дешевы. Адсорбированные из уличного воздуха оксиды азота и серы в порах гранул 27 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 SO₃, которые, в свою очередь, взаимодействуют с частицами подкисленной воды, остающейся в порах гранул 27, с образованием соответствующих кислот НNO₃ и H₂SO₄. Кроме того, на поверхности и в порах гранул 27 оседают мелкодисперсные частицы (пыль, сажа и т.д.), в результате чего очищенный, охлажденный и осушенный воздух при проходе через ионизатор 15 обогащается легкими аэроионами и вытяжным вентилятором 16 через патрубок 13 и распределительную решетку 14 подается в пешеходную сторону улицы.

При падении активности гранул пемзы 27 в перфорированных корзинах 26 их подвергают регенерации, которую проводят в часы минимального транспортного потока (например, в ночные часы) в самом кондиционере. Процесс регенерации заключается в промывке гранул 27 от частиц пыли, сажи и кислой воды, содержащей уловленные оксиды углерода, серы и азота. Промывку осуществляют путем подачи питательной воды в камеру очистки 9 через промывочный стояк 23, ответвления 24, соединенные с перфорированными снизу патрубками 25, путем автоматического открытия промывочного клапана 19 и закрытия оросительного клапана 18. Количество промывочной воды и время промывки устанавливают опытным путем. Полную замену гранул пемзы 27 проводят один раз в сезон.

В качестве источника воды, подаваемой в камеру орошения 8 для поглощения диоксида углерода в больших количествах, можно использовать воду станций откачки подземных вод метрополитена (при условии отсутствия в ней вредных примесей) 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 уличного кондиционера определяется зоной максимальной загазованности уличного воздуха и допустимыми габаритами грузов, перевозимых автотранспортом, высотная отметка приточного и выхлопного патрубков находится на высоте расположения рабочей зоны стоящего человека с учетом угла расширения струи воздуха, вытекающей из распределительной решетки 14. Площадь сечения, число и объем перфорированных корзин 26, пористость, количество гранул пемзы 27, мощность и производительность вентиляторов 12 и 16, ионизатора 15, насоса 29, объем поддона 3, поглотительная способность камеры очистки 9, расход воды на орошение в камере орошения 8 и рециркуляцию определяются производительностью по воздуху, его загрязненностью и требуемой степенью его очистки. При этом уличный кондиционер желательно изготавливать в виде типовых секций (на фиг.1-4 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 мобильный уличный кондиционер позволяет без применения дорогих и опасных химических реагентов очистить уличный воздух от вредных компонентов выхлопных газов автомобильного транспорта и частично охладить его, автоматизировать процессы орошения и промывки и оперативно осуществлять очистку воздуха в местах максимальных загрязнений, что увеличивает его экономическую и экологическую эффективность.