Устройство очистки и обеззараживания воздуха

 

Изобретение касается санитарно-гигиенической обработки воздуха и может быть использовано как самостоятельно, так и в составе систем обеспечения чистоты воздуха помещений и технологических систем. Устройство содержит исполнительный орган в составе воздуховода и вентилятора и блок управления, включающий в себя генератор высокого напряжения, и отличается тем, что с целью повышения эффективности обеззараживания и управления этим процессом в зависимости от объема и загрязненности, а также очистки воздуха от органических соединений и нормализации показателя полярности ионного равновесия обработанной воздушной среды, в исполнительный орган введены источник ультрафиолетового излучения безозоновый с мощностью суммарного бактерицидного потока не менее 10 Вт, защитные решетки входа и выхода воздуховода, электродинамический катализатор в составе первого электрода, закрепленного вместе с источником ультрафиолетового излучения безозонового внутри второго электростатического электрода-воздуховода, а в блок управления введены схема включения источника ультрафиолетового излучения безозонового и узел автоматического включения устройства. Устройство повышает эффективность обеззараживания и управления этим процессом в зависимости от объема и загрязненности, а также обеспечивает очистку воздуха от органических соединений и нормализацию показателя полярности ионного равновесия обработанной воздушной среды. 2 ил.

Изобретение касается санитарно-гигиенической обработки воздуха и может быть использовано как самостоятельно, так и в составе систем обеспечения чистоты воздуха помещений и технологических систем.

В основу используемых устройств для санитарно-гигиенической обработки и очистки воздуха заложены принципы фильтрации с помощью специальных заменяемых фильтров, выполненных на основе синтетических материалов с последующим воздействием коротковолнового ультрафиолетового излучения или озонированием.

Известны устройства для очистки и обеззараживания воздуха в составе корпуса с приемником загрязненного воздуха и выходным отверстием с устройством вытяжки, камеры ионизации с двумя коронирующими катодами и осадительным электродом в виде емкости, размещенной в нижней части корпуса (1).

Недостатком известного решения является низкая эффективность обеззараживания, образование озона за счет коронирующих разрядов и недостаточная производительность, связанная с высоким сопротивлением воздушному потоку.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для электрофильтрации воздуха, содержащее цилиндрический корпус с входным патрубком для запыленного воздуха, снабженным завихрителем, и выходным для очищенного, цилиндрические осадительные электроды, выполненные в виде решетки и установленные коаксиально с образованием кольцевых каналов, бункер для сбора пыли и коронирующим электродом, выполненным из отдельных элементов с остриями (2).

Недостатком известного устройства является зависимость обеззараживающей эффективности от влажности воздуха (напряженность коронирующего разряда понижается при увеличении влажности), отсутствие дезодорирующего свойства вследствие недостаточного окисления газообразных продуктов жизнедеятельности. Кроме того, ионизация молекул продуктов окисления и пылевых частиц при воздействии коронным разрядом может быть причиной аллергических реакций у предрасположенных к такому заболеванию людей.

Технической сущностью полезной модели является устранение указанных недостатков и повышение эффективности обеззараживания и управления этим процессом в зависимости от объема и загрязненности, а также очистка воздуха от органических соединений и нормализация показателя полярности ионного равновесия обработанной воздушной среды.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство очистки и обеззараживания воздуха, содержащее исполнительный орган в составе воздуховода, вентилятора и блок управления, включающий в себя генератор высокого напряжения, в исполнительный орган введены источник ультрафиолетового излучения безозоновый с мощностью суммарного бактерицидного потока не менее 10 Вт, защитные решетки входа и выхода воздуховода, электродинамический катализатор в составе первого электрода, закрепленного вместе с источником ультрафиолетового излучения безозонового внутри второго электростатического электрода-воздуховода, а в блок управления введены схема включения источника ультрафиолетового излучения и узел включения устройства в составе формирователя сигнала задержки, элемента НЕ, элемента И, элемента ИЛИ, генератора тактовых импульсов, счетчика-делителя, коммутатора, схемы включения и электронного ключа, исполнительные выходы которого через выходы узла включения устройства соединены соответственно через схему включения источника ультрафиолетового излучения с источником ультрафиолетового излучения безозонового, со входами вентилятора и генератора высокого напряжения, первый и второй выход которого соединены соответственно с первым и вторым входами электродинамического катализатора, а управляющий вход электронного ключа соединен через схему включения ключа с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого через коммутатор соединен с выходами счетчика-делителя, а второй вход соединен с выходом элемента НЕ и первым управляющим входом счетчика-делителя, второй тактовый вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а второй вход - со входом элемента НЕ и выходом формирователя задержки.

Устройство (фиг. 1) содержит исполнительный орган 1 в составе воздуховода 2, защитных решеток 3 входа и 4 выхода, источника 5 ультрафиолетового излучения безозонового, катализатора 6 электродинамического, содержащего первый 7 электрод и второй 8 электрод электростатический, и вентилятора 9, а также блок 10 управления в составе генератора 11 высокого напряжения, схемы 12 включения источника ультрафиолетового излучения и узла 13 включения устройства.

Узел 13 включения устройства (фиг. 2) содержит формирователь 14 задержки, элемент 15 НЕ, элемент 16 И, элемент 17 ИЛИ, генератор 18 тактовых импульсов, счетчик 19 делитель, коммутатор 20, схему 21 включения ключа, ключ 22 электронный.

Исполнительный орган 1 устройства выполнен из декоративного воздуховода 2, внутри которого по его длине закреплен источник 3 ультрафиолетового излучения безозоновый, представляющий собой дуговую ртутно-кварцевую лампу со специальным покрытием, пропускающим излучение в диапазоне 205-315 нм с максимумом излучения 254-265 нм, исключающим образование озона. Суммарная спектральная плотность потока излучения источника ультрафиолетового излучения (Ф_лбк) должна быть не менее 10 Вт. С этой целью может быть использована, например, кварцевая лампа низкого давления ДРБ-40 с селективно пропускающим покрытием, например, выполненным тетраэтоксисилан-тетрабутоксититановой композицией. Источник ультрафиолетового излучения может также быть выполнен в виде дуговой газоразрядной лампы с колбой из кварцевого стекла, покрытого смесью окиси кремния и окиси титана, образующейся в процессе сжигания 4-х хлористого кремния и 4-х хлористого титана в направленной кислородно-водородной горелке при нанесении покрытия.

Входное отверстие воздуховода закрыто защитной решеткой 3 входа, пропускающей в воздуховод воздух, но не пропускающей прямое коротковолновое ультрафиолетовое излучение во внешнее пространство. Для этого жалюзи решетки выполнены, например, под углом в 45 градусов. Выходное отверстие перед вентилятором также закрыто решеткой 4 выхода для защиты от попадания ультрафиолетового излучения на полимерные части вентилятора и его разрушения при длительном воздействии ультрафиолетового излучения высокой мощности.

Катализатор 6 электродинамический закреплен у выхода воздуховода и расположен таким образом, чтобы вмещать в себя не менее трети объема обрабатываемого в установке воздуха. Первый 7 электрод и второй 8 электрод электростатический выполнены из меди, причем первый электрод изготовлен из нарезанных полос медной сетки с острыми краями. Соединенные между собой полосы медной сетки закреплены вокруг источника ультрафиолетового излучения. Второй 8 электрод электростатический представляет собой медный листовой воздуховод, размещенный сверху первого электрода. Причем, воздух после обработки его ультрафиолетовым излучением должен поступать внутрь электрода 8 электростатического воздуховода для каталитической его обработки статически заряженных медных электродов катализатора 6 электродинамического.

Вентилятор 9 служит для активной прокачки воздуха через установку и расположен у ее выхода таким образом, чтобы забирать уже обработанный воздух непосредственно из катализатора 6 электродинамического.

Блок 10 управления устройства содержит узел 13 включения, который представляет собой управляемый таймер периодического включения и заданной длительностью работы. Режимы работы узла 13 задаются в зависимости от объема воздуха, подлежащего обработке за определенный период времени, или объема помещения, в котором необходимо постоянно поддерживать заданную чистоту воздуха.

Узел 13 с помощью исполнительного ключа в составе своей схемы подключен к вентилятору 9, генератору 11 высокого напряжения и схеме 12 включения источника 5 ультрафиолетового излучения, на которые он подает с заданной временной периодичностью нагрузку питания.

Генератор 11 представляет собой схему формирования высокого постоянного напряжения 2,5 - 5 кВ, первый выход напряжения отрицательной полярности которого подключен к первому 7 электроэффлювиальному электроду, а второй выход напряжения положительной полярности подключен ко второму 8 электростатическому электроду.

Схема 12 включения источника 5 ультрафиолетового излучения безозонового может быть выполнена, например, по схеме генератора высокой частоты и достаточного напряжения для питания источника 5 или с использованием известной дроссельно-стартерной схемы запуска дуговых ртутно-кварцевых ламп, что в данном случае принципиального значения не имеет.

Узел 13 включения (фиг. 2) содержит формирователь 14 задержки, выполненный, например, по схеме емкостного накопителя, выход которого соединен со входом одновибратора. Выход одновибратора в составе формирователя 14 сигнала задержки подключен ко второму управляющему входу элемента 16 И и через элемент 15 НЕ подключен к управляющему входу счетчика 19 делителя и ко второму входу элемента 17 ИЛИ. Генератор 18 тактовых импульсов через первый вход элемента 16 И соединен со счетным входом счетчика 19 делителя. Выходы счетчика 19 делителя подключены ко входам коммутатора 20 для выбора продолжительности периода работы устройства, сигнал окончания работы и повторного запуска которого поступает с выхода коммутатора 20. Сигнал продолжительности работы подается на первый вход элемента 17 ИЛИ, а на второй вход этой схемы поступает сигнал с выхода элемента 15 НЕ задержки включения, сформированный в момент первого включения устройства. С выхода элемента 17 ИЛИ управляющие сигналы подаются на вход схемы 21 включения ключа электронного.

Схема 21 включения ключа электронного выполнена, например, по схеме составного транзистора, который подключен к тринистору, включенному в диагональ диодного моста ключа 22 электронного. Когда на выходе элемента 17 ИЛИ уровень логической единицы, составной транзистор открыт, тринистор в это время закрыт и через диагональ моста ключа 22 ток нагрузки не поступает. При перемене на выходе элемента 17 ИЛИ сигнала на логический ноль, составной транзистор закрывается, и тринистор открывается током через резистор нагрузки по известной схеме составного транзистора. Тринистор включен в диагональ выпрямительного моста, поэтому через нагрузку протекает переменный ток, питающий основные узлы устройства. Такая схема включения является в данном случае оптимальной, так как основным ее условием является защита от пиковых значений тока в момент включения устройства, что продлевает срок службы источника ультрафиолетового излучения в среднем в два-три раза.

Устройство работает следующим образом. При включении устройства напряжение подается на емкостной накопитель, а с него на вход формирователя-одновибратора в составе формирователя 14 задержки. После того, как напряжение на емкостном накопителе достигнет определенного уровня, например, через 0,5-1 с на выходе одновибратора, выполненного по схеме ждущего мультивибратора, формируется логическая единица, которая подается на второй вход элемента 16 И и через элемент 15 НЕ уже логический ноль подается на управляющий вход счетчика 19 делителя, обнуляя его сигналом установки, и на второй вход элемента ИЛИ, с выхода которого сигнал логического нуля с помощью схемы 21 включения запускает ключ 22 электронный.

В это время тактовые импульсы с генератора 18, разрешающим сигналом логической единицы на втором входе элемента 16 И, поступают на счетный вход счетчика 19 делителя, набирая определенное число импульсов, соответствующее времени работы устройства. После того, как количество импульсов достигнет определенной величины, соответствующей заданному времени, с помощью коммутатора 20, подключенного к соответствующему выходу счетчика 19, сигнал логической единицы подается через элемент 17 ИЛИ и схему 21 включения, выключая тем самым ключ 22 электронный и прекращая работу устройства. После набора количества импульсов соответствующего времени "молчания" устройства, процесс его включения повторяется, но уже только сигналом с выхода счетчика 19 логического нуля.

Включением ключа 22 разрешается подача нагрузки на исполнительные органы установки: включается вентилятор 9 воздушного потока, проходящего через воздуховод 2, запускается генератор 11 высокого напряжения и с помощью схемы 12 включения запускается источник 5 ультрафиолетового излучения безозоновый.

Воздух в воздуховод поступает через защитную решетку 3 входа и попадает в ограниченное пространство воздуховода 2, облучаемое коротковолновым ультрафиолетовым излучением источника 5. Под действием ультрафиолетового излучения происходят химические реакции, приводящие к гибели и распаду микроорганизмов и вирусов, а также органических газообразных соединений.

Воздушный поток с продуктами распада органических соединений и возбужденного, под действием коротковолнового излучения, кислорода воздуха, поступает в катализатор 6 электродинамический и уже полностью обработанный выбрасывается в пространство с помощью вентилятора 9.

Катализатор 6 электродинамический работает следующим образом. Первый 7 электрод выполнен по принципу электроэффлювиальной конструкции с целью увеличения площади соприкосновения воздушного потока с поверхностью статически заряженной, напряжением отрицательной полярности, медного катализатора. Второй 8 электрод-воздуховод электростатический направляет воздушный поток, который проходит по поверхности положительно заряженного медного катализатора. Разница потенциала между электродами в 2,5-5 кВ не достаточна для образования коронирующего разряда, что в данном случае изменило бы течение фотохимических реакций под действием ультрафиолетового излучения и привело бы к образованию озона и опасных для здоровья оксидов азота. Потенциал высокого напряжения указанного уровня выполняет роль нейтрализатора избыточного числа положительно и отрицательно заряженных частиц, образовавшихся при воздействии ультрафиолетового излучения на примеси, содержащиеся в воздушном потоке. При этом металлическая медь электродов выполняет роль катализатора в распаде углеводородов в обрабатываемом воздухе.

Биологический и физико-химический смысл обработки воздуха следующий.

Бактерицидная эффективность устройства связана со специфичностью действия ультрафиолетового излучения в диапазоне 205-315 нм и определяется поглощением его квантов молекулами нуклеиновых кислот, белков, липидов и ряда других биохимических компонентов клеток микроорганизмов и фотохимическое повреждение молекул вирусов, что приводит к их разрушению.

Процессы очищения воздуха от газообразных органических соединений зависят от конкретных свойств веществ и их структуры. Например, некоторые углеводородные соединения при мощности ультрафиолетового излучения в диапазоне 205-315 нм не менее 10 Вт, сопровождающегося образованием электронно возбужденного кислорода в воздушном потоке, вступают в фотохимические процессы, приводящие к образованию углеводородных олигомеров.

Формирование направленности фотохимического процесса и нейтрализацию зарядов полимолекулярных продуктов в устройстве выполняет специальный электродинамический катализатор, который нормализует количество и качество ионов в обработанном воздухе и способствует образованию полиолигомеров. Последние вместе с пылевыми частицами воздуха формируют взвешенные образования, которые осаждаются из воздуха.

Таким образом, происходит очищение воздуха помещения от болезнетворных возбудителей, газообразных органических соединений и пылевых частиц с помощью устройства без фильтров, требующих замены. При этом не только нормализуется ионное равновесие, но и уменьшается содержание оксидов азота в воздухе, что делает его свежим и приятным.

Этот процесс происходит непрерывно и в присутствии людей.

Выполненные испытания устройства показали его исключительно высокую эффективность, и изделие рекомендовано комитетом по медицинской технике МЗ России для промышленного производства.

Источники информации, принятые во внимание 1. Патент РФ 1798024, М.кл. B 08 B 15/00, опубл. Бюлл. 8, 1993 г.

2. Патент РФ 1824240, М.кл. B 03 C 3/14, опубл. Бюлл. 24, 1993 г.

Формула изобретения

Устройство очистки и обеззараживания воздуха, содержащее исполнительный орган в составе воздуховода и вентилятора и блок управления, включающий в себя генератор высокого напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности обеззараживания и управления этим процессом в зависимости от объема и загрязненности, а также очистки воздуха от органических соединений и нормализации показателя полярности ионного равновесия обработанной воздушной среды, в исполнительный орган введены источник ультрафиолетового излучения безозоновый с мощностью суммарного бактерицидного потока не менее 10 Вт, защитные решетки входа и выхода воздуховода, электродинамический катализатор в составе первого электрода, закрепленного вместе с источником ультрафиолетового излучения безозонового внутри второго электростатического электрода-воздуховода, а в блок управления введены схема включения источника ультрафиолетового излучения безозонового и узел включения устройства в составе формирователя сигнала задержки, элемента НЕ, элемента И, элемента ИЛИ, генератора тактовых импульсов, сетчика-делителя, коммутатора, схемы включения ключа электронного и электронного ключа, исполнительные выходы которого через выходы узла включения устройства соединены соответственно через схему включения источника ультрафиолетового излучения с источником ультрафиолетового излучения безозонового, со входами вентилятора и генератора высокого напряжения, первый и второй выход которого соединены соответственно с первым и вторым входами электродинамического катализатора, а управляющий вход электронного ключа соединен через схему включения ключа электронного с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого через коммутатор соединен с выходами счетчика-делителя, а второй вход соединен с выходом элемента НЕ и первым управляющим входом счетчика-делителя, второй тактовый вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а второй вход - со входом элемента НЕ и выходом формирователя задержки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2