Способ очистки атмосферного воздуха, нагнетаемого в замкнутые помещения или транспортные средства, и устройство для его осуществления

 

Использование: относится к способу очистки атмосферного воздуха, подаваемого в закрытые помещения или салон транспортных средств, и к устройству для его осуществления. Способ и устройство, его реализующее предназначены для получения воздуха, пригодного в санитарном отношении для дыхания людей. Сущность: для отделения пыли воздух фильтруют в две ступени, после чего кондиционируют до заданной температуры в диапазоне от 14 до 28 градусов С, потом подают на химическую очистку и затем через высокоэффективный фильтр подают в помещение или салон транспортного средства. Устройство содержит несколько фильтров 2, 3, 26 для улавливания пыли, кондиционер 6 для термической обработки обеспыленного воздуха, емкость 18 с коробками 19, 20, 21 сорбентов для улавливания из воздуха паров и газов токсичных веществ. При этом на выходе из кондиционера 6 установлена отделяющая его от емкости 18 герметичная заслонка 10 с приводом 17, управляемая датчиком 33 температуры воздуха, размещенным на выходе кондиционера 6. 2 с. и 10 з. п. ф-лы, 8 ил.

Настоящее изобретение относится к методам и средствам для вентиляции и кондиционирования атмосферного воздуха в состояние, оптимально пригодное в санитарном отношении для дыхания людей, а точнее к способу очистки атмосферного воздуха, нагнетаемого в замкнутое помещение или транспортные средства, и к устройству для его осуществления. Помещениями могут быть отдельные комнаты, квартиры, офисы, цеха, а также кабины грузовых и салоны легковых автомобилей, автобусов, купе и каюты и т.п.

Как известно, существующие санитарно-гигиенические нормы наряду с другими характеристиками регламентируют температуру, влажность, а также содержание пыли, токсичных газов и паров веществ в воздухе, которым дышат люди в производственных и бытовых помещениях.

Вместе с весовым ограничением на содержание пыли в единице объема воздуха имеются также ограничения на количественное присутствие в воздухе частиц пыли по размерам и особенно таких, которые могут вызывать легочные заболевания. Кроме того, поддержание естественного содержания кислорода в воздухе помещения или салона транспортного средства является необходимым условием для их кондиционирования и вентиляции.

В настоящее время известны различные способы и устройства, предназначенные для очистки и кондиционирования воздуха, подаваемого в помещения или транспортные средства, предназначенные обеспечить его соответствие принятым санитарно-гигиеническим нормам.

В частности, из патентной заявки ФРГ N 2625534, опубликованной 08.02.77 по классу F 24F 3/16, известно устройство для кондиционирования воздуха в помещении, содержащее фильтр для механической очистки воздуха от пыли, фильтр-конденсатор для осаждения аэрозолей из воздуха, поглощающий фильтр для обезвреживания токсичных веществ в воздухе, вентилятор для нагнетания воздуха и испаритель.

С помощью фильтра-конденсатора удается получить заданную температуру воздуха перед входом его в поглощающий фильтр, где он очищается от содержащихся в нем токсичных веществ. Выходящий из поглощающего фильтра обезвреженный от токсичных веществ воздух доохлаждается испарителем и подается в помещение. При этом режим работы указанных фильтра-конденсатора и испарителя контролируется двумя датчиками температуры, где один установлен перед фильтром-конденсатором, а другой на выходе из него.

В то же время, известное устройство может эффективно работать при температуре атмосферного воздуха свыше 20 градусов С, фильтрация пыли из воздуха в этом устройстве осуществляется только в одну ступень, причем улавливание частиц из воздуха после прохождения из поглощающего фильтра не предусмотрено.

По этим причинам трудно ожидать получение с помощью известного устройства в помещении качества воздуха, в полной мере отвечающего санитарно-гигиеническим нормам.

В патенте США N 4630530, опубликованном 23.12.86, раскрыто устройство для очистки воздуха в салоне автобуса, имеющее всасывающий вентилятор, забирающий воздух из туалетной комнаты внутри автобуса, и последовательно установленные фильтры грубой очистки воздуха от пыли, блок ультрафиолетовых ламп для бактериальной обработки воздуха, поглощающий фильтр на основе активированного угля для очистки воздуха от дурно пахнущих веществ и высокоэффективный фильтр типа НЕРА для тонкой пылевой и бактериальной очистки воздуха.

С помощью этого устройства возможна высокоэффективная очистка воздуха в салоне автобуса, оптимально пригодного для дыхания.

Однако эффективное применение известного устройства ограничивается только интерьером салона (помещением), и его нельзя использовать для очистки атмосферного воздуха из-за отсутствия в этом устройстве кондиционирующего средства. Устройство также не восстанавливает содержание кислорода в воздухе салона (помещений).

Из патентной заявки ФРГ N 3545664, опубликованной 02.07.87 по классу F 24F 3/16, известно также вентиляционное устройство для закрытых помещений, в котором по ходу движения вентилируемого воздуха расположены фильтр для очистки от частиц пыли, фильтр для улавливания аэрозолей из воздуха, вентилятор и фильтр для химического обезвреживания токсичных веществ, присутствующих в воздухе.

Фильтры и вентилятор соединены между собой системой магистралей с встроенными в них управляемыми клапанами, посредством которых можно избирательно включать в работу отдельные фильтры.

Это устройство достаточно эффективно при отделении частиц пыли от воздуха, так как его фильтрация происходит в несколько ступеней; экономично за счет того, что фильтр для химической очистки от токсичных веществ может быть выключен из процесса очистки в случае отсутствия их в атмосферном воздухе при его температуре в интервале 14 28 градусов С.

Вместе с тем, отсутствие кондиционера в конструкции устройства не позволяет работать ему с атмосферным воздухом при низких (- 50 градусов С) и высоких (+ 50 градусов С) температурах, так как нельзя регулировать температуру воздуха перед подачей его на фильтры. Кроме того, добиться строгого соответствия очищенного воздуха санитарно-гигиеническим нормам проблематично по той причине, что после прохода фильтра для химического обезвреживания воздух может содержать частицы сорбента фильтра с импрегнированными в них химическими элементами, а для их улавливания из воздуха в устройстве не предусмотрено какого-либо средства (фильтра).

Более близкое техническое решение из известных к предложенному приведено в авторском свидетельстве СССР N 1702111 от 25.01.90 по классу F 24F З/16, где описан кондиционер для обработки воздуха жилых и общественных помещений, включающий в себя установленные по ходу движения воздуха фильтр механической очистки его от пыли, он же и кондиционер для его термической обработки; вентилятор для нагнетания воздуха; кассету с кристаллическим йодом; емкость с сорбентами для очистки воздуха от присутствующих в нем токсичных веществ; высокоэффективный фильтр на основе полотна Петрянова; кассету с солями натрия и калия и ультрафиолетовые лампы для бактерицидной обработки воздуха после очистки.

Однако устройство этого типа также не сможет обеспечить очистку подаваемого в помещение атмосферного воздуха, соответствующую принятым санитарно-гигиеническим нормам, так как не исключен выход в помещение частиц солей натрия и калия, которые могут поступать в поток воздуха при прохождении им кассеты, заполненной солями этих химических веществ, устанавливаемой после высокоэффективного фильтра. Помимо этого, работа ультрафиолетовых ламп для бактерицидной обработки воздуха сопровождается выделением озона, содержание которого во вдыхаемой атмосфере регламентируется достаточно жестко (не более 0,1 мг/м³, что соответствует интенсивности ультрафиолетового излучения 5·10^-7 Вт/см²). А для бактерицидной обработки ультрафиолетовым излучением выдуваемого из устройства воздуха требуется доза излучения более 100 Дж/м², что соответствует интенсивности более, чем 10^-2 Вт/см². Поэтому работа устройства возможна лишь в отсутствии людей в помещении.

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы разработать более совершенные и экономичные способ и устройство для очистки атмосферного воздуха, который после очистки не только соответствовал бы требуемым санитарно-гигиеническим нормам для дыхания людей в помещении, но и подавался в количестве, требуемом для поддержания этого соответствия в воздухе помещения.

Поставленная техническая задача решается при разработке способа очистки атмосферного воздуха, нагнетаемого в замкнутые помещения или транспортные средства, в соответствии с которым воздух фильтруют от частиц пыли, отфильтрованный воздух кондиционируют по температуре, затем освобождают от токсичных газов и паров веществ, пропускают через высокоэффективный фильтр и подают в помещение или транспортное средство. В соответствии с изобретением воздух отделяют от частиц пыли путем последовательного пропускания его не менее чем через две ступени фильтрации, отфильтрованный от пыли воздух кондиционируют в интервале температур от 14 до 28 градусов С и при температуре, заданной в этом интервале температур подают, на очистку от токсичных газов и паров веществ.

Предпочтительно, чтобы обе ступени фильтрации воздуха от пыли обеспечивали общую эффективность фильтрации не хуже 90 99,99% по пыли с размером частиц от 0,5 мкм и более.

Отфильтрованный и кондиционированный воздух, имеющий определенную температуру, далее последовательно пропускают через сорбенты, которые обладают заданной избирательностью (назначением).

Сначала воздух пропускают через сорбенты газов и паров органических и галогенорганических соединений, затем через сорбенты кислых газов и паров и далее через сорбент окиси углерода.

При этом воздух выдерживают в контакте с сорбентами до тех пор, пока эти сорбенты не достигнут заданной температуры, а затем воздух подают на высокоэффективный фильтр.

Следует отметить, что нагнетаемый для очистки атмосферный воздух подают на очистку от содержащихся в нем токсичных газов и паров веществ в количестве не менее 30 литров в минуту на одного человека, находящегося в помещении или в транспортном средстве.

Устройство для осуществления предложенного способа очистки атмосферного воздуха содержит фильтр очистки от пыли, кондиционер для термической обработки этого воздуха, вентилятор для нагнетания воздуха, емкость с сорбентами для очистки воздуха от находящихся в нем токсичных газов и паров веществ и высокоэффективный фильтр. В устройстве согласно изобретению фильтр очистки включает в себя префильтр и фильтр тонкой очистки от пыли, на выходе из кондиционера установлены герметичная заслонка с приводом, отделяющая емкость с сорбентами от кондиционера, и датчик температуры воздуха, оперативно связанный с приводом указанной герметичной заслонки.

Сорбенты для очистки воздуха от токсичных газов и паров веществ помещены в проницаемые для воздуха коробки, последовательно установленные по ходу его движения в емкости, в которой находятся указанные коробки.

В этой емкости первой по ходу движения воздуха расположена коробка с сорбентом газов и паров органических и галогенорганических соединений, второй коробка с сорбентами кислых газов и паров и третьей коробка с сорбентом окиси углерода.

Для определения наличия токсичных газов и паров веществ в нагнетаемом атмосферном воздухе на входе в кондиционер установлен основной датчик, оперативно связанный с приводом дополнительной герметичной заслонки, которая смонтирована на магистрали, соединяющей кондиционер с высокоэффективным фильтром.

В одном из вариантов выполнения устройства в нем на выходе из емкости, где размещены коробки с сорбентами, смонтирована герметичная заслонка с приводом, с которым оперативно связаны датчик температуры воздуха и вспомогательный датчик для определения наличия токсичных газов и паров веществ в воздухе, установленный на выходе из емкости, где размещены коробки с сорбентами.

Для экономичной работы устройства и поддержания оптимального режима его функционирования целесообразно применить в нем микропроцессор, оперативно связанный с датчиками, теплообменником кондиционера, приводами герметичных заслонок и вентилятора.

В результате использования описанных здесь технических решений удается создать устройство для очистки атмосферного воздуха, устойчиво работающее в диапазоне температур внешнего воздуха от + 50 градусов С до 50 градусов С и обеспечивающее качество воздуха, нагнетаемого в помещение или кабину/салон транспортного средства, соответствующее санитарно-гигиеническим нормам.

Существо настоящего изобретения и его преимущества станут более понятны из нижеследующего описания примеров его реализации со ссылкой на чертежи, на которых фиг. 1 показывает схему устройства для очистки атмосферного воздуха, выполненного в соответствии с изобретением; фиг. 2 (а, б) схему движения воздуха при работе предложенного устройства в режиме фильтрации от пыли и очистки от токсичных газов и паров веществ (а в режиме прогрева/охлаждения сорбентов, б в режиме очистки); фиг. 3 схему движения воздуха при работе предложенного устройства в режиме фильтрации от пыли;
фиг. 4 вариант размещения предложенного устройства в окне помещения для очистки атмосферного воздуха, подаваемого в помещение;
фиг. 5 вариант размещения предложенного устройства в автомобиле для очистки атмосферного воздуха, подаваемого в салон транспортного средства (вид сзади);
фиг. 6 то же, что и на фиг. 5 (вид сбоку);
фиг. 7 вариант напольного размещения устройства в помещении;
фиг. 8 картину степени загрязнения фильтрующего материала префильтра и фильтра тонкой очистки предложенного устройства после эксплуатации в течение года.

Как показано на фиг.1, в устройстве со стороны входа в него атмосферного воздуха установлен фильтр 1 очистки воздуха от пыли, состоящий из префильтра 2 и отстоящего от него на некотором расстоянии фильтра 3 тонкой очистки. В качестве префильтра 2 применена кассета (не показана), заполняемая рулонным фильтрующим синтетическим материалом с эффективностью улавливания пыли не хуже 90% для частиц пыли размером от 0,5 мкм и выше. Фильтр тонкой очистки также представляет собой кассету (не показана), заполненную тремя слоями рулонного фильтрующего синтетического материала с суммарной эффективностью улавливания пыли не хуже 99,9% для частиц пыли с размерами 0,5 мкм и более.

В совокупности оба фильтра 2 и 3 обеспечивают фильтрацию пыли из воздуха с эффективностью не хуже 99,99% для частиц пыли с размерами 0,5 мкм и более.

На некотором расстоянии от фильтра 3 тонкой очистки находится заборная часть 4 теплообменника 5 кондиционера 6 так, что между ней и фильтром 3 образована камера 7.

При работе кондиционера 6 в режиме охлаждения нагнетаемого атмосферного воздуха для охлаждения нагретых элементов теплообменника 5 предусмотрен отбор воздуха после фильтра 3 тонкой очистки из камеры 7 с помощью вентилятора 8, который размещен в обходной магистрали 9, сообщенной с внешней частью теплообменника 5. Прошедший через внешнюю часть теплообменника 5 кондиционера 6 охлаждающий и отобравший тепло воздух сбрасывается в атмосферу через патрубок 10, снабженный на выходе фильтром 11 того же типа, что и фильтр 3 тонкой очистки.

Для нагнетания атмосферного воздуха в предлагаемое устройство используется центробежный вентилятор 12, расположенный на выходе из теплообменника 5 кондиционера 6. Вентилятор 12 приводится в действие электродвигателем 13, питаемым переменным или постоянным током в зависимости от места использования устройства в помещении или в кабине/салоне транспортного средства.

В распределительной камере 14 центробежного вентилятора 12 на входе в нагнетательную магистраль 15 смонтирована герметичная заслонка 16 с приводом 17, служащая для закрывания и открывания магистрали 15 с целью регулирования расхода нагнетаемого вентилятором 12 атмосферного воздуха. Привод 17 герметичной заслонки 16 выполнен в виде сельсин-приемника переменного тока.

Указанная нагнетательная магистраль 15 выходит в емкость 18, в которой последовательно установлены по ходу движения воздуха коробки 19, 20 и 21, заполняемые сорбентами для очистки воздуха от содержащихся в нем токсичных газов и паров веществ. Коробки 19, 20, 21 с сорбентами могут быть расположены в емкости 18 в несколько параллельных рядов, как это показано тонкими линиями на фиг. 1, в зависимости от требуемого расхода подаваемого на очистку воздуха.

Емкость 18 имеет выходное окно 22, перекрываемое герметичной заслонкой 23 с приводом 24 в виде сельсин-приемника переменного тока. К окну 22 емкости 18 через камеру 25 примыкает высокоэффективный фильтр 26, который может быть изготовлен из фильтрующего материала типа полотна Петрянова или ему подобного (например, TYVEC DUPONT), или из композиции рулонных фильтрующих материалов, используемых в фильтре 3 тонкой очистки.

В вышеуказанной распределительной камере 14 смонтирована еще одна управляемая герметичная заслонка 27 с приводом 28 в виде сельсин-приемника, предназначенная для закрывания и открывания магистрали 29, которая выходит в камеру 25 перед фильтром 26 конечной ступени, минуя емкость 18 с коробками 19, 20 и 21 для сорбентов. Эта магистраль 29 включается в работу, когда концентрация токсичных газов и паров веществ в воздухе составляет меньше предельно допустимых значений.

В камере 7 между фильтром 3 тонкой очистки и теплообменником 5 кондиционера 6 размещены датчик 30 для измерения температуры атмосферного воздуха на входе в теплообменник 5 кондиционера 6 и основной датчик 30 для определения наличия токсичных газов и паров веществ в атмосферном воздухе на входе в кондиционер 6. Датчик 30, как и другие, о которых будет сказано ниже, представляет собой терморезистор, а в качестве датчика 31 может использоваться многоканальный (например, термохимический) датчик. Датчик 30 для измерения температуры воздуха на входе в теплообменник 5 кондиционера 6 оперативно связан с микропроцессором 32 и через него задает режим (нагрев или охлаждение) работы кондиционера 6, при этом данные с датчика 30 используются микропроцессором 32 для определения мощности, необходимой для поддержания заданной температуры воздуха в распределительной камере 14 на входе в емкость 18 при заданном расходе воздуха.

Основной датчик 31 для определения наличия токсичных газов и паров веществ в атмосферном воздухе также оперативно связан с микропроцессором 32. В случае наличия в воздухе токсичных газов и паров веществ микропроцессором 32 выдается команда на открытие герметичной заслонки 16 и на запрещение открытия герметичной заслонки 27.

При отсутствии в атмосферном воздухе токсичных газов и паров веществ микропроцессором 32 выдается команда на запрещение открытия герметичной заслонки 16 и на открытие герметичной заслонки 27.

Датчик 33 для измерения температуры воздуха на выходе из кондиционера 6, расположенный в распределительной камере 14, оперативно связан с микропроцессором 32, который формирует команду на открытие герметичных заслонок 16 или 27. Конструкция датчика 33 аналогична конструкции датчика 30.

В емкости 18 вблизи ее выходного окна 22, перекрываемого герметичной заслонкой 23, смонтирован датчик 34 для измерения температуры воздуха после взаимодействия его с сорбентами в емкости 18, оперативно связанный с микропроцессором 32 и подобный по конструкции датчикам 30 и 33. Данные с датчика 34 используются в микропроцессоре 32 при определении мощности, подаваемой на теплообменник 5 кондиционера 6, и формировании команды на открытие герметичной заслонки 23, перекрывающей окно 22 емкости 18. До поступления этой команды герметичная заслонка 23 после включения устройства по команде от микропроцессора 32 устанавливается в положение "открыто" на магистраль 35 рециркуляции воздуха из емкости 18 на вход в кондиционер 6.

Там же в емкости 18 размещен датчик 36 (например, термохимический ) для определения наличия токсичных газов и паров веществ в воздухе после взаимодействия его с сорбентами в коробках 19, 20 и 21, оперативно связанный с микропроцессором 32, который по данным от датчика 36 выдает команду на разрешение или запрещение открытия герметичной заслонки 23, перекрывающей окно 22 емкости 18.

Как уже отмечалось выше, коробки 19, 20 и 21 с сорбентами располагаются в емкости 18 в определенной последовательности по ходу движения воздуха. Согласно этой последовательности первой по ходу движения воздуха установлена коробка 19 с сорбентами для поглощения органических и галогенорганических газов и паров веществ из воздуха. Именно коробка 19 обладает наибольшим временем защитного действия по сравнению с временем защитного действия коробок 20 и 21 в рамках избирательности каждой из них. Второй по ходу движения воздуха располагается коробка 20 с сорбентами для поглощения кислых газов и паров из воздуха, третьей коробка 21 с сорбентами для поглощения окиси углерода. Указанные коробки 19, 20 и 21, изготовленные из металла, пластмассы, картона и тому подобных материалов, имеют входные и выходные отверстия (не показаны) для прохода очищаемого воздуха, при этом воздух проходит через заполняющие коробки 19, 20 и 21 сорбенты с достаточной для полной очистки скоростью при расходе очищаемого воздуха не более 60 литров в минуту через один ряд последовательно расположенных коробок 19, 20 и 21.

Состав сорбентов, заполняющих коробки 19, 20 и 21, является широко известным, применяются такие сорбенты в коробках обычных противогазов, имеют подтвержденный ресурс и могут быть легко подобраны по общедоступным справочникам средств индивидуальной защиты органов дыхания.

Режимы работы предложенного устройства, а именно температура и расход воздуха, задаются с пульта 37 управления. Состояние работы устройства - закрытие, открытие герметичных заслонок, режим (нагрев или охлаждение) кондиционера отображаются на индикаторной панели 38 пульта 37 управления.

Предлагаемый способ очистки воздуха приводится далее при описании принципа работы устройства.

Целесообразно сначала рассмотреть принцип действия устройства в режиме фильтрации воздуха от пыли и очистки от токсичных газов и паров веществ со ссылкой на фиг. 1 и фиг. 2 (а, б).

В выключенном состоянии все герметичные заслонки 16, 23 и 27 находятся в состоянии "закрыто". При включении устройства микропроцессором 32 запускается программа самотестирования. Проверяется состояние микропроцессора 32, начальные установки датчиков 30, 31, 33, 34, 36 и положение герметичных заслонок 16, 23, 27. После приведения системы в исходное состояние запускается математическое обеспечение функционирования устройства.

После этого устройство находится в режиме ожидания до поступления команд от пользователя. Пользователю необходимо задать с пульта 37 температуру, расход воздуха, продолжительность работы и дать команду на запуск устройства.

После поступления команды на запуск устройства микропроцессор 32 производит опрос датчика 30 температуры атмосферного воздуха на входе в теплообменник 5 кондиционера 6 и по данным с датчика 30 устанавливает режим работы (нагрев или охлаждение) и предварительно задает мощность, подаваемую на теплообменник 5 кондиционера 6.

Затем микропроцессор 32 формирует команды на включение вентилятора 12 устройства и включение кондиционера 6. В случае включения кондиционера 6 в режиме охлаждения также формируется команда на включение вентилятора 8 для обдува теплообменника 5. Далее микропроцессор 32 производит опрос датчика 33 измерения температуры воздуха на выходе из кондиционера 6 и основного датчика 31 для определения наличия токсичных газов и паров веществ в атмосферном воздухе.

В случае поступления с основного датчика 31 сигнала о наличии токсичных газов и паров веществ в воздухе микропроцессор 32 переводит устройство в режим очистки, иллюстрируемый фиг. 2а. Микропроцессор 32 формирует команду на привод 17 герметичной заслонки 16 на открытие нагнетательной магистрали 15 в емкость 18 с сорбентами, команду на привод 28 герметичной заслонки 27 на закрытие магистрали 29 и команду на перемещение герметичной заслонки 23 в положение "открыто" на магистраль 35 для перепуска воздуха на вход кондиционера 6. На индикаторную панель 38 пульта 37 управления выдается сообщение, что устройство работает в режиме очистки.

Затем микропроцессор 32 производит опрос датчика 34 температуры воздуха после взаимодействия с сорбентами. При достижении на датчике 34 заданной температуры микропроцессор 32 формирует команду на перемещение герметичной заслонки 23 в положение "открыто" на высокоэффективный фильтр 26. Перемещение герметичной заслонки 23 производится дискретно с подтверждением соответствия температуры на датчике 34, заданной на каждом шаге. При отклонении температуры воздуха на датчике 34 от заданной микропроцессор 32 прекращает перемещение заслонки 23 и вновь производит опрос датчика 34.

После получения микропроцессором 32 сигнала обратной связи с привода 24 герметичной заслонки 23 о полном закрытии магистрали 35 рециркуляции воздуха на вход кондиционера 6, микропроцессор 32 переходит в режим поддержания параметров работы устройства по схеме, иллюстрируемой фиг. 2б, о чем выдается сообщение на индикаторную панель 38 пульта 37 управления.

В режиме поддержания параметров работы устройства микропроцессор 32 производит периодический опрос датчика 30 температуры воздуха на входе в кондиционер 6, датчика 33 температуры воздуха на выходе из кондиционера 6, а также датчика 34 температуры воздуха после взаимодействия с сорбентами в емкости 18 (в режиме очистки). На основании данных с указанных выше датчиков микропроцессор 32 управляет режимом работы кондиционера 6 с целью минимизации электропотребления.

Микропроцессор 32 также производит периодический опрос основного датчика 31 определения наличия токсичных газов и паров веществ в атмосферном воздухе на входе в кондиционер 6. Данные с датчика 31 используются для изменения режима работы (фильтрация/фильтрация и очистка) устройства в случае изменения концентрации токсичных газов и паров веществ в воздухе. По достижении на датчике 33 заданной температуры и отсутствии сигнала с основного датчика 31 о наличии токсичных газов и паров веществ микропроцессор 32 формирует команду на привод 28 герметичной заслонки 27 на открытие магистрали 29 для подачи воздуха в камеру 25 на высокоэффективный фильтр 26 и выдает на индикаторную панель 38 пульта 37 управления сообщение, что устройство работает в режиме фильтрации, иллюстрируемом на фиг. 3.

При работе устройства в режиме очистки микропроцессор 32 периодически производит опрос датчика 36 наличия токсичных газов и паров веществ в воздухе за емкостью 18 с сорбентами. Как только датчик 36 сигнализирует о превышении концентрации токсичных газов и паров веществ, микропроцессор 32 выдает на индикаторную панель 38 пульта 37 управления сообщение о необходимости замены коробок 19, 20, 21 с сорбентами и формирует команду на электродвигатель 13 вентилятора 12 на уменьшение числа оборотов и соответственно снижение расхода воздуха через устройство. Уменьшение расхода воздуха производится дискретно и прекращается по сигналу с датчика 36 о снижении концентрации токсичных газов и паров веществ в воздухе до нормы.

В случае вынужденного снижения расхода воздуха ниже определенного предела микропроцессор 32 последовательно формирует команды на выключение кондиционера 6, электродвигателей вентиляторов 12 и 8 и перевод герметичных заслонок 16, 23, 27 в положение "закрыто". На индикаторную панель 38 выдается сообщение о необходимости смены коробок 19, 20, 21 с сорбентами.

Режим работы устройства может быть изменен в любой момент времени введением нового пакета команд с пульта 37 управления.

При выключении устройства ( за исключением случая аварийного отключения электропитания ) микропроцессор 32 последовательно выдает команды на выключение кондиционера 6, электродвигателей вентиляторов 12 и 8, перевод заслонок 27, 16, 23 в положение "закрыто", обесточивание силовых электроцепей. Последняя установка режима работы устройства сохраняется в энергонезависимом запоминающем устройстве (не показано) микропроцессора 32 и может быть использована при последующем включении устройства.

Важно отметить, что стабильная эксплуатация предложенного устройства определяется ресурсом применяемых в нем сорбентов. В свою очередь время работы сорбентов при прочих равных условиях зависит от химической чистоты атмосферного воздуха, в том числе и от содержащейся в нем пыли, влажности воздуха и его температуры.

Как известно, пыль и влага присутствуют в атмосферном воздухе в виде твердых частиц и различных композиций влаги. Кроме того, в атмосферном воздухе могут присутствовать пары токсичных жидкостей и газы, которые также осаждаются на твердых частицах пыли и растворяются во влаге воздуха. Поэтому необходимым условием повышения ресурса работы сорбентов является максимальное удаление из атмосферного воздуха частиц пыли и влаги, прежде чем этот воздух поступит к сорбентам. Именно этим обусловлена достаточно высокая фильтрация атмосферного воздуха с помощью префильтра 2 и фильтра 3 тонкой очистки, которые экономически доступны для потребителя.

Нужно также отметить, что ресурс работы сорбента зависит от температуры взаимодействующего с ним воздуха и температуры самого сорбента, которые, как правило, близки при длительном взаимодействии. Практикой установлено, что для сорбентов, используемых для улавливания из воздуха большинства токсичных газов и паров веществ, максимальный рабочий ресурс достигается в интервале рабочих температур от 14 до 28 градусов С. В противном случае ресурс работы сорбентов заметно уменьшается как при повышении, так и при понижении температуры взаимодействия сорбентов и воздуха.

Поэтому атмосферный воздух только после его фильтрации и достижения им заданной температуры (в указанном диапазоне) поступает в емкость 18, где размещены коробки 19, 20 и 21 с сорбентами. Когда сорбенты в этих коробках 19, 20 и 21 достигнут заданной температуры, воздух подают на высокоэффективный фильтр 26. Эффективность фильтрации фильтра 26 также зависит от постоянства температуры подаваемого на него воздуха, которая может изменяться лишь на 1-2 градуса С в интервале времени 30 60 минут. То же самое происходит и при работе устройства в режиме фильтрации, когда атмосферный воздух подается на высокоэффективный фильтр 26 только после достижения воздухом заданной температуры в указанном диапазоне от 14 до 28 градусов С.

При всех режимах работы устройства, в том числе при его нерабочем состоянии, когда сорбенты не взаимодействуют с нагнетаемым воздухом по прямому назначению, целесообразно ограничивать воздухообмен в емкости 18 с помощью заслонок 16 и 27 с тем, чтобы продлить ресурс сорбентов.

Один из вариантов практического использования предложенного устройства для очистки воздуха, подаваемого в помещение, можно видеть на фиг. 4, где собственно устройство 39 согласно изобретению с помощью крепежных элементов 40 и 41 встроено в форточку 42 оконной рамы 43 помещения. Заборное устройство 44, в которое выходят префильтр и фильтр тонкой очистки (не показаны), расположено в данном случае в нижней части устройства 39, а высокоэффективный фильтр (не показан) в торцевой части устройства 39. При этом вентилятор и кондиционер устройства 39 расположены за пределами форточки 42 снаружи рамы 43.

Вариант использования предложенного устройства для очистки атмосферного воздуха, подаваемого в салон транспортного средства (автомобиля), представлен на фиг. 5 и 6. Здесь устройство 45 размещено в передней части багажного отделения 46 автомобиля. Одно из вентиляционных окон 47 в боковой стенке автомобиля используется для нагнетания воздуха в устройство 45, а другое вентиляционное окно 48 в противоположной боковой стенке автомобиля для сброса воздуха охлаждающего теплообменник кондиционера устройства 45. Очищенный и кондиционированный воздух подается в салон автомобиля через два окна 49 в панели 50 за задним сидением 51. Целесообразно при такой компоновке применить сильфонные шланги 52 для соединения вентиляционных окон 47 и 48 с устройством 45.

Еще один вариант использования устройства в помещении показан на фиг. 7. В данном случае устройство 53 состоит из двух частей 54 и 55. Часть 54 устройства 53, содержащая префильтр, фильтр тонкой очистки, вентилятор и кондиционер (не показаны), установлена вне помещения, на улице, за окном 56, а часть 55 устройства 53, содержащая емкость с коробками сорбентов, микропроцессор и высокоэффективный фильтр (не показаны), расположена в самом помещении и соединена с частью 54 сильфонным шлангом 57.

Об эффективности предложенных способа и устройства для очистки атмосферного воздуха можно судить по нижеприведенному примеру реализации в ходе опытных проверок работы устройства.

Пример. Проблема очистки и кондиционирования воздуха возникла в связи с необходимостью обеспечения приемлемых санитарно- гигиенических условий работы персонала в помещении, расположенном вблизи оживленной городской автомагистрали. Высокая запыленность и загрязненность атмосферного воздуха не позволяла проводить вентиляцию и кондиционирование воздуха помещения.

Летом, в безветренную погоду концентрация пыли в атмосферном воздухе достигала в отдельные дни 40 50 предельно допустимых концентраций (ПДК) при среднем повышении не ниже 7 ПДК. Концентрация газов и паров токсичных веществ в атмосферном воздухе достигала 32 40 ПДК при среднем повышении около 5 ПДК.

В ветреную и дождливую погоду, зимой максимальная концентрация пыли в атмосферном воздухе резко снижалась и редко превышала предельно допустимую концентрацию. Однако при понижении температуры в воздухе повышалось содержание сажи из-за конденсации паров продуктов сгорания автомобильного топлива. Концентрация газов, в основном СО и NO, уменьшалась по сравнению с летними значениями только в ветреную и дождливую погоду.

Для очистки и кондиционирования воздуха в помещении использовали устройство, смонтированное по схеме, изображенной на фиг. 4.

Сначала при открытой форточке и неработающем устройстве были проведены измерения содержания в атмосферном воздухе пыли, токсичных газов и паров веществ. Измерения соответствовали значениям предельно допустимых концентраций, указанных выше. После проведения этих измерений форточку закрыли и включили устройство. Устройство работало в среднем 10 часов в сутки, расход воздуха через устройство составлял в среднем 180 л/мин.

Через сутки измерения в помещении были повторены, при этом количество работающих там сохранилось, и рабочий процесс не прерывался.

Температура в помещении в течение рабочего дня менялась мало от 1 до 2 градусов С, хотя обычно без работающего устройства она возрастала на 5 6 градусов С в течение дня и несколько падала после захода Солнца.

Концентрация пыли в воздухе помещения была ниже предельно допустимой концентрации. Чистота воздуха вблизи устройства соответствовала классу 70К - 80К по децимальной системе стандарта FS 209 В США для частиц размером от 0,5 мкм до 5 мкм. Содержание СО и NO в воздухе помещения было ниже предельно допустимой концентрации. Привычных запахов ароматических углеводородов, как и запахов выхлопных газов от автомобилей не ощущалось.

В течение довольно длительного срока опытной проверки устройства проводились измерения концентрации пыли, токсичных газов и паров веществ внутри помещения. В некоторые дни наблюдалось некоторое (ощущаемое) повышение концентрации токсичных газов и паров веществ в начале рабочего дня, которое исчезало через 1-2 часа после включения устройства в работу. Более заметным фактором стала пылевая чистота помещения. На оборудовании и столах стало заметно меньше пыли, а через две недели пыль стала не заметна. Ранее наблюдавшееся суточное осаждение пыли теперь стало наблюдаться через неделю.

Периодически контролировалось загрязнение префильтра и фильтра тонкой очистки. В качестве материала для префильтра использовался рулонный фильтрующий материал, три слоя такого материала применялись в фильтре тонкой очистки. Засорение фильтра (префильтра и фильтра тонкой очистки) контролировали по перепаду давления на фильтре. Повышение перепада давления до 50 Паскалей было зафиксировано на префильтре через 1900 часов работы устройства. Уровень загрязнения материала префильтра и фильтра тонкой очистки показан на фиг. 8 в виде изменяющейся по цвету отдельной колонки 58 и кривой 59 на графике, где ось ординат отражает степень загрязненности фильтрующего материала префильтра и фильтра тонкой очистки, а ось абсцисс количество слоев фильтрующего материала в них. По цвету частей колонки 58 можно определить, что особо сильное загрязнение имел поверхностный (несколько миллиметров) слой префильтра с видимыми следами сажи и грязи на поверхности материала. Видимое изменение цвета от белого к серому на той же колонке 58 имел также первый слой материала фильтра тонкой очистки, последующие слои его материала практически не изменили цвета. Перепад давления на фильтре тонкой очистки после 1900 часов работы устройства не изменился. Высокоэффективный фильтр не имел видимых глазом загрязнений по глубине фильтрующего материала. Через 1900 часов работы наработка устройства в режиме химической очистке воздуха на одном комплекте коробок с сорбентами составила около 720 часов. Ресурс коробок при этой наработке, при расходе воздуха 120 литров в минуту был практически исчерпан.

Таким образом, в результате реализации настоящего изобретения стало возможным создание экономичного и надежно работающего устройства для очистки воздуха, подаваемого в помещение.

Понятно, что описанное здесь изобретение может иметь отдельные видоизменения и модификации, однако не выходящие за рамки формулы изобретения. 2

Формула изобретения

1. Способ очистки атмосферного воздуха, нагнетаемого в замкнутые помещения или транспортные средства, в соответствии с которым атмосферный воздух фильтруют от частиц пыли, отфильтрованный воздух кондиционируют, затем очищают от токсичных веществ, пропускают через высокоэффективный фильтр и подают в помещение или транспортное средство, отличающийся тем, что воздух отделяют от частиц пыли методом последовательного пропускания не менее, чем через две ступени фильтрации, отфильтрованный от пыли воздух кондиционируют до температуры, задаваемой в интервале 14 28^oС и при заданной температуре подают на очистку от токсичных газов и паров веществ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздух от частиц пыли с размерами 0,5 5 мкм фильтруют с эффективностью не хуже 90-99,99
3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что кондиционированный до заданной температуры воздух последовательно пропускают через сорбенты различного назначения.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что кондиционированный до заданной температуры воздух последовательно пропускают сначала через сорбенты газов и паров органических и галогенорганических соединений, затем через сорбенты кислых газов и паров и далее через сорбент окиси углерода.

5. Способ по пп.3 и 4, отличающийся тем, что кондиционированный воздух выдерживают в контакте с сорбентами до достижения последними заданной температуры и затем воздух подают на высокоэффективный фильтр.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что нагнетаемый атмосферный воздух подают на очистку от токсичных газов и паров веществ в количестве не менее, чем 30 л в минуту на человека.

7. Устройство для очистки атмосферного воздуха, нагнетаемого в замкнутые помещения или транспортные средства, содержащее фильтр механической очистки от пыли, вентилятор для нагнетания воздуха, кондиционер для термической обработки этого воздуха, емкость с сорбентами для очистки воздуха от находящихся в нем токсичных веществ и высокоэффективный фильтр, отличающееся тем, что фильтр очистки воздуха от пыли включает в себя префильтр и фильтр тонкой очистки, а на выходе из кондиционера установлены герметичная заслонка с приводом, отделяющая емкость с сорбентами от кондиционера, датчик температуры воздуха, оперативно связанный с приводом герметичной заслонки.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что сорбенты для очистки воздуха от токсичных газов и паров веществ помещены в проницаемые для воздуха коробки, последовательно установленные по ходу его движения внутри емкости.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что в емкости первой по ходу движения воздуха расположена коробка с сорбентами газов и паров органических и галогенорганических, второй коробка с сорбентами кислых газов и паров и третьей коробка с сорбентом окиси углерода.

10. Устройство по пп.7-9, отличающееся тем, что на входе в кондиционер установлен основной датчик для определения наличия токсичных газов и паров веществ в нагнетаемом воздухе, оперативно связанный с приводом дополнительной герметичной заслонки, смонтированной на магистрали, соединяющей кондиционер с высокоэффективным фильтром.

11. Устройство по пп.7-10, отличающееся тем, что на выходе из емкости, где размещены коробки с сорбентами, смонтирована еще одна герметичная заслонка с приводом, с которым оперативно связан датчик температуры воздуха и вспомогательный датчик для определения наличия токсичных газов и паров веществ в воздухе, установленный на выходе из емкости, где размещены коробки с сорбентами.

12. Устройство по пп.7-11, отличающееся тем, что в нем применен микропроцессор с пультом управления и отображения, оперативно связанный с датчиками, теплообменником кондиционера, приводами герметичных заслонок и вентилятора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8