Воздухоочиститель

Предлагаемое изобретение относится к энергетике, а именно к кондиционированию воздуха и, в частности, к устройствам для очистки воздуха помещений от вредных компонентов (например, СО₂ и водяных паров), выделяющихся при дыхании людей и животных, а также производственных загрязнений.

Известен кондиционер, содержащий проточный корпус с последовательно расположенными по ходу воздуха теплообменниками, сообщенными через конфузорный участок с входом центробежного вентилятора, выход которого через диффузорный участок сообщен с помещением, причем, кондиционер снабжен рециркуляционным воздушным каналом с осевым вентилятором, расположенным по касательной к диффузорному участку [Патент РФ №1572150, F24F1/00, 2006].

Основным недостатком известного устройства является невозможность очистки внутреннего воздуха от вредных компонентов (например, СО₂ и водяных паров), выделяющихся при дыхании людей и животных, а также производственных загрязнений, что снижает экологическую эффективность кондиционера.

Более близким к предлагаемому изобретению является мобильный уличный кондиционер, содержащий 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 cнизу патрубками, проходящими через перегородку в камеру очистки, в которой по ходу движения воздуха в шахматном порядке уложены на опорные уголки съемные перфорированные корзины (кассеты), заполненные гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>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, соединенный с питательным штуцером, питательный трубопровод с питательным и промывочным клапанами присоединен к оросительному устройству, состоящему из оросительного стояка с ответвлениями, снабженными форсунками, промывочное устройство присоединено к питательному трубопроводу с противоположной стороны и представляет собой промывочный стояк с ответвлениями, соединенных с перфорированными cнизу патрубками, а поддон корпуса установлен на передвижную платформу [Патент РФ № 2550328, МПК F24F 3/16, 2015].

Основными недостатками известного мобильного уличного кондиционера являются сложная и громоздкая конструкция оросительного и промывочного устройств и невозможность его использования в жилых и производственных помещениях, что снижает его экономическую и экологическую эффективность.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является упрощение конструкции промывочного устройства, обеспечение возможности работы комнатного очистителя воздуха в жилых и производственных помещениях, что повышает экономическую и экологическую эффективность воздухоочистителя.

Воздухоочиститель содержит корпус, состоящий из прямоугольного короба, снабженного вращающимися ножками с колесиками, съемным поддоном со сливным штуцером, съемной распределительной решетки, задней пирамидальной крышки, в правом верхнем углу которой устроена регулировочная ниша, а в центре расположен вентилятор, всасывающая сторона которого закрыта заборной решеткой, причем внутри корпуса расположена камера очистки, состоящая из расположенных друг над другом перфорированных кассет, торцы которых снабжены передними и задними поворотниками и соединены между собой через передние поворотники двумя передними неподвижными стойками, жестко соединенными с верхом и низом переднего торца прямоугольного короба, а через задние поворотники с двумя задними подвижными стойками с образованием между перфорированными кассетами воздушных каналов, при этом перфорированные кассеты заполнены гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1, передние и задние поворотники имеют одинаковую конструкцию, представляющую собой пару ушек, прикрепленных перпендикулярно к торцам перфорированных кассет, с отверстиями, через которые пропущен свободно вращающийся валик, жестко соединенный с передними неподвижными и задними подвижными стойками, к правой задней подвижной стойке перпендикулярно к ней, жестко присоединен регулировочный рычаг прямоугольного сечения, который пропущен через гнездо регулировочной щели, расположенной в регулировочной нише, прямоугольное отверстие передвижной планки, закрывающей регулировочную щель, упругий элемент и соединен выходным торцом через резьбовое соединение с наконечником, а для промывки гранулированной пемзы в комплект воздухоочистителя входит душирующее устройство.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1, 2 изображены общий вид и разрез воздухоочистителя (ВО), фиг. 3–6 – узел Б и его разрезы.

ВО содержит корпус 1, состоящий из прямоугольного короба 2, снабженного вращающимися ножками 3 с колесиками 4, съемным поддоном 5 со сливным штуцером 6, съемной распределительной решетки 7, задней пирамидальной крышки 8, в правом верхнем углу которой устроена регулировочная ниша 9, а в центре расположен вентилятор 10, всасывающая сторона которого закрыта заборной решеткой 11. Внутри корпуса 1 расположена камера очистки 12, состоящая из расположенных друг над другом перфорированных кассет 13, торцы которых снабжены передними и задними поворотниками 14 и 15, соответственно, и соединены между собой через передние поворотники 14 двумя передними неподвижными стойками 16, жестко соединенными с верхом и низом переднего торца прямоугольного короба 2 и через задние поворотники 15 с двумя задними подвижными стойками 17 с образованием между кассетами 13 воздушных каналов 18. При этом перфорированные кассеты 13 заполнены гранулами пемзы 19, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1, передние и задние поворотники 14 и 15 имеют одинаковую конструкцию, представляющую собой пару ушек 20, прикрепленных перпендикулярно к торцам перфорированных кассет 13, с отверстиями 21, через которые пропущен свободно вращающийся валик 22, жестко соединенный с передними неподвижными стойками 16 и задними подвижными стойками 17, к правой задней подвижной стойке 17 перпендикулярно к ней, жестко присоединен регулировочный рычаг 23 прямоугольного сечения, который пропущен через гнездо 24 регулировочной щели 25, расположенной в регулировочной нише 7, прямоугольное отверстие 26 передвижной планки 27, закрывающей регулировочную щель 25, упругий элемент 28 и соединен выходным торцом через резьбовое соединение (на фиг. 1–6 не показано) с наконечником 29, а для промывки гранулированной пемзы 19 в комплект ВО входит душирующее устройство 30.

В основу работы предлагаемого ВО положены химический состав воздуха жилых и производственных помещений, определяемый выделяющимися при дыхании людей и животных компонентами (например СО₂ и водяных паров), или характером производства (например, СО, NO_х и SO_х), 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 гранул металлургической пемзы, которое придает им 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 вышеперечисленные вредные компоненты.

Очистка воздуха помещения от вредных компонентов (СО₂, СО, NO_х, SO_х, водяных паров) и пыли осуществляется ВО, в зависимости от характера вредностей и возможности водоснабжения двумя способами: сухим (при отсутствии постоянного орошения перфорированных кассет 13) и мокрым (при постоянном орошении водой кассет 13).

Первый способ используют в основном для очистки воздуха жилых помещений. ВО устанавливают в помещении таким образом, чтобы его тыльная сторона была обращена в сторону источника загрязнения, подключают его к электрической сети и включают вентилятор 10. Уровень очистки и нагрузку на электродвигатель вентилятора 10 регулируют изменением угла поворота перфорированных кассет 13, осуществляемым перемещением регулировочного рычага 23 в гнезда 24 регулировочной щели 25.

Воздух помещения через решетку 11 засасывается вентилятором 12 в камеру орошения 8, где он движется по наклонным каналам 18 и откуда поступает через отверстия в перфорированных кассетах 13, заполненные гранулами пемзы 19 диаметром от 10 до 20 мм, изготовленной из основных металлургических шлаков (диаметр гранул 19 назначен из условий обеспечения минимального аэродинамического сопротивления камеры очистки 12 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) c модулем основности М>1. Высокое значение модуля основности придает гранулам 19 основные свойства, позволяющие сорбировать на их поверхности вещества, обладающие кислыми свойствами, к которым относятся и многие вредные примеси в в воздухе помещений (СО₂, NO_x, SO_x, СО,). Кроме того, исходя из своего состава металлургические шлаки устойчивы к коррозионному воздействию кислых компонентов загрязненного воздуха, широко доступны и относительно дешевы. Адсорбированные из воздуха оксиды азота и серы в порах гранул 19 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 19, с образованием соответствующих кислот HNO₃ и H₂SO₄. Кроме того, на поверхности и в порах гранул 19 оседают мелкодисперсные частицы (пыль, сажа и т. д.). В результате воздух, поступающий после ВО очищается от значительной части вышеперечисленных вредных компонентов и экологические характеристики воздушной среды в помещении существенно улучшаются.

При падении активности гранул пемзы 19 в перфорированных кассетах 13 их подвергают регенерации, которую проводят в часы минимального загрязнения воздуха (например, в ночные часы). Процесс регенерации заключается в промывке гранул 19 от частиц пыли, сажи и кислой воды, содержащей уловленные оксиды углерода, серы и азота. Промывку осуществляют путем подачи водопроводной воды в камеру очистки 12 через душирующее устройство 30 при снятой распределительной решетке 7. Грязную воду из поддона 5 через штуцер 6 сливают в канализацию (при невозможности подключения к канализации поддон 5 отсоединяют от корпуса 1 и грязную воду сливают из поддона). Количество промывочной воды и время промывки устанавливают опытным путем. Полную замену гранул пемзы 19 проводят в зависимости от показателей их механической прочности и адсорбционной активности.

Второй способ очистки используют, в основном для производственных помещений при наличии широкого спектра загрязнений и возможности постоянного водоснабжения и подключения к канализации. ВО подключают к электрической сети, душирующее устройство 30 соединяют с источником водоснабжения, штуцер 6 соединяют с канализацией, после чего снимают распределительную решетку 7, включают вентилятор 10 и подают воду в душирующее устройство 30.

Примечание. Расход воды на орошение должен быть таким, чтобы не происходило заполнение пор гранулированного шлака 19 влагой и определяется опытным путем.

Воздух помещения через решетку 11 засасывается вентилятором 10 в камеру орошения 8, где он движется по наклонным каналам 18, одновременно орошаясь водой, поступающей из душирующего устройства 30 на кассеты 13, количество которой определяется заданным количеством поглощаемых вредных компонентов из воздуха помещения и его влагосодержания. Параллельно вышеописанным процессам, в камере очистки 12 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. Образовавшаяся подкисленная вода, насыщенная диоксидом углерода с механическими примесями, стекает в поддон 5 и вместе со шламом через штуцер 6 выводится в канализацию. Очищенный от диоксида углерода, оксидов азота и серы, пыли и сажи, увлажненный и частично охлажденный воздух из камеры очистки 12 через распределительную решетку 7, при контакте с которой он освобождается от уносимых частиц воды, поступает в помещение.

При этом подкисленная вода, сбрасываемая в канализацию через штуцер 6, 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.

Площадь сечения, число и объем перфорированных кассет 13, пористость, размер и количество гранул пемзы 19, мощность и производительность вентилятора 10, объем поддона 5, поглотительная способность камеры очистки 12, расход воды на орошение определяются производительностью по воздуху, его загрязненностью и требуемой степенью его очистки.

Таким образом, предлагаемый воздухоочиститель позволяет без применения дорогих и опасных химических реагентов очистить воздух жилых и производственных помещений от вредных компонентов, упростить его конструкцию и эксплуатацию и оперативно перемещать сам комнатный воздухоочиститель в места максимальных загрязнений, что увеличивает его экономическую и экологическую эффективность.