Очиститель-увлажнитель газа
Изобретение относится к фильтрам мокрой очистки газов и может быть использовано для очистки воздуха производственных, бытовых помещений от пыли, запахов и обеспечения его увлажнения. Очиститель-увлажнитель газа содержит корпус 1 с входным 2 и выходными отверстиями, ванну 4 для жидкости. Вентилятор 5 с приводом 6 связаны с входным 2 отверстием корпуса 1. Фильтроэлементы выполнены в виде ведущих 7 и ведомых дисков 8 на осях 9, связанных с передаточным механизмом движения 10 к ним от привода. Блок управления 11 связан с приводом 6, с передаточным механизмом 10. Торцовые поверхности 12 дисков 7, 8 выполнены с шипами 13, расположенными с зазором друг относительно друга. Шипы 14 с гладкой наружной поверхностью радиально расположены на цилиндрической поверхности 15 дисков 8 с зазором друг относительно друга. Привод 6 приводит во вращение вентилятор 5, который всасывает запыленный газ через входное отверстие 2 и направляет его к фильтроэлементам в виде дисков 7, 8. При вращении поверхности дисков 7, 8 периодически окунаются в жидкость ванны 4, затем при выходе из жидкости обдуваются запыленным газом. При этом пыль прилипает к влажным поверхностям дисков 7, 8. При вхождении в жидкость пыль с дисков 7, 8 смывается. Наличие шипов 13, 14 на торцовых и цилиндрических поверхностях 12, 15 дисков 8 увеличивает площадь поверхности осаждения для соприкосновения с пылевыми частицами потока воздуха. Шипы 13, 14 перемешивают поток запыленного воздуха, создают турбулизацию в пространстве между дисками 8, увеличивают скорость потока у поверхности дисков 8, что также увеличивает вероятность контакта пыли с поверхностью осаждения дисков 8, шипов 13, 14. При этом шипы 13, 14 также очищаются от прилипших частиц пыли при вхождении в жидкость. Изобретение позволяет повысить эффективность очистки очищаемого газа и улучшить очистку (регенерацию) фильтроэлементов и их частей при работе фильтра. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к фильтрам мокрой очистки газов от пыли, капель, аэрозоля.
Известен фильтр, по которому через фильтроэлемент, выполненный в виде перфорированного каркаса, обтянутого фильтрующим материалом, установленного внутри корпуса, подают загрязненный газ, который частично задерживается фильтроэлементом (см. а.с. СССР №1329802, МКИ B 01 D, 45/08, оп. 1987 г.).
Недостатком фильтра является низкая эффективность очистки газа, отсутствие активной регенерации (промывки) фильтра в процессе очистки и увлажнение газа.
Известен фильтр мокрой очистки газов, по которому через фильтроэлемент, выполненный в виде нескольких перфорированных каркасов, обтянутых фильтрующим материалом, установленных внутри корпуса, подают загрязненный газ, при этом перед фильтроэлементом разбрызгивают, а по фильтроэлементу снаружи со стороны потока загрязненного газа пропускают смывную среду в виде жидкости (см. патент России №20509141, МКИ B 01 D, 46/00, oп. в Б.И. №36, 1995 г.).
Данный фильтр обладает более высокой эффективностью очистки газа, т.к. промывка жидкостью смывает определенную часть загрязнений, которые задерживают ячейки фильтрующего материала фильтроэлемента, а часть пыли осаживается перед фильтроэлементом из-за образования капель жидкости при дроблении струй о корпус. Данный фильтр обеспечивает увлажнение газа.
Недостатком фильтра является то, что часть пыли прилипает внутри ячеек (отверстий) фильтрующего материала, а смывная среда подается тангенциально только вдоль наружной поверхности с небольшой скоростью и малым значением расхода и не способна смыть эти частицы, которые находятся на внутренних стенках ячеек, отверстий фильтроматериала. Пыль закрепляется в местах переплетения плетеного материала или внутри волокон объемного материала. Уровень шума при подаче смывной среды значителен. С течением времени фильтроэлемент загрязняется и требует внешней регенерации (радиальной промывки высокоскоростными потоками) или его замены. Эффективность очистки газа и регенерации фильтроэлементов при работе фильтра невысокие. Применение фильтроэлементов с малым размером ячейки в целях повышения тонкости фильтрации приводит к быстрому их засорению и выходу из строя.
Известен очиститель-увлажнитель газа, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, ванну для жидкости, привод, вентилятор, связанный с входным отверстием корпуса, фильтроэлементы, выполненные в виде дисков, перпендекулярно расположенных на осях, связанных с передаточным механизмом движения, блок управления, связанный с приводом (см. патент DE 3308871, F 24 F 6/06, В 01 D 47/18, oп. 13.09.84).
Недостатком устройства является небольшая поверхность контакта дисков с запыленным газовым потоком и трудность их регенерации в процессе очистки.
Известен аппарат для мокрой очистки газа, содержащий частично заполненный жидкостью корпус, в котором установлен вращающийся барабан с закрепленными на его поверхности упругими нитями, подобными шипам. При вхождении поверхности барабана в жидкость происходит смачивание закрепленных на ней упругих нитей, поверхность которых является лиофильной, а в зоне прохождения запыленного газового потока происходит его контакт с запыленной жидкостью на нитях и с множеством мелких капель, что увеличивает поверхность контакта (см. a.c. SU 978895 A. B 01 D 45/12, оп. БИ 07.12.82). Высота шипов ограничена их малой жесткостью, увеличение диаметра барабана увеличивает габариты устройства и приводит к неэффективному использованию объема барабана.
Задачи изобретения - повышение эффективности очистки очищаемого газа, повышение тонкости фильтрации, улучшение очистки (регенерации) фильтроэлементов и их частей при работе очистителя-увлажнителя газа.
Поставленная задача решается тем, что в очистителе-увлажнителе газа, содержащем корпус с входным и выходным отверстиями, ванну для жидкости, привод, вентилятор, связанный с входным отверстием корпуса, фильтроэлементы, выполненные в виде дисков, перпендикулярно расположенных на осях, связанных с передаточным механизмом движения, блок управления, связанный с приводом, а поверхности фильтроэлементов выполнены с упругими нитевидными элементами на их цилиндрической части, расположенных с зазором друг относительно друга, торцовые и цилиндрические поверхности дисков выполнены с шипами, расположенными с зазором друг относительно друга и имеющими разнообразную форму поперечного сечения: круглую, вытянутую, прямоугольную с закругленными углами, эллиптическую, и снабжен датчиками влажности, связанными с поверхностями дисков и шипов в месте возможного входа дисков и шипов в жидкость, устройством ультразвукового излучения, прикрепленным к ванне, которые вместе с передаточным механизмом связаны с блоком управления, кроме этого:
- он снабжен элементом деформации шипов в виде неподвижно установленной пластины, связанной с корпусом, ванной и установленной с возможностью контакта и деформации шипов при вращении дисков;
- шипы выполнены с возможностью расположения под углом к потоку газа большой оси профиля;
- шипы расположены на торцовых поверхностях рядом стоящих дисков и расположены друг напротив друга с зазором, при этом высота шипов выполнена меньшей, чем половины зазора между дисками;
- шипы расположены на торцовых поверхностях рядом стоящих дисках в шахматном порядке с возможностью захода шипа одного диска между шипами другого диска, при этом высота шипов больше половины зазора между дисками;
- шипы расположены с наклоном, например, в направлении от оси вращения дисков;
- поверхности шипов выполнены с регулируемым микрорельефом - микроуглублениями в виде лунок, канавок, пазов, выступов, регулируемой шероховатости;
- выступы на поверхности шипов выполнены в виде дополнительных шипиков, расположенными под углом к оси шипов и с зазором друг относительно друга.
На фиг.1 показана схема очистителя-увлажнителя газа; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1; на фиг.3, 4 - разрезы Б-Б, В-В фиг.2; на фиг.5 - вид Г на фиг.4; на фиг.6 - форма диска (разрез А-А); на фиг.7 - форма поверхности шипов; на фиг.8 - форма радиальных шипов; на фиг.9 - поперечное сечение (профиль) шипов.
Очиститель-увлажнитель газа (фиг.1) содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, ванну для жидкости 4, привод 5, вентилятор 6, связанный с входным отверстием 2 корпуса 1. Фильтроэлементы выполнены в виде ведущих 7 и ведомых дисков 8, которые перпендикулярно расположены и закреплены на осях 9, связанных с передаточным механизмом 10 (червячная, фрикционная или др. передачи) движения к ним от привода 5 или от автономного привода. Блок управления 11 связан с приводом 5. Торцовые поверхности 12 дисков 8 (фильтроэлементов) выполнены с шипами 13, 14, расположенными с зазором друг относительно друга, которые могут быть упругими, жесткими и выполнены в сечении круглой формы (фиг.9), вытянутой формы, например прямоугольной, эллиптической формы. Шипы 13 расположены на торцовых поверхностях 12 рядом стоящих дисков 8 друг напротив друга с зазором "а", при этом высота "h" шипов 13 выполнена меньшей, чем половины зазора "H" между дисками 8. Шипы 13 на рядом стоящих дисках могут быть расположены в шахматном порядке с возможностью захода шипа 13 одного диска 8 между шипами 13 другого диска 8, при этом высота шипов "h1" больше половины зазора "H" между дисками 8. Шипы 13 могут быть расположены и с наклоном, например, в направлении от оси 9. Шипы 14 радиально расположены на цилиндрической поверхности 15 дисков 8 с зазором друг относительно друга. Диск 8 может быть выполнен с небольшим наружным диаметром и большой ширины (один диск вместо множества) с множеством радиально расположенных длинных шипов 14 (фиг.6). Шипы 13, 14 дисков 8 могут быть выполнены с возможностью расположения под углом к потоку газа большой оси 25 профиля шипа 14 (некруглой формы). Большие оси 25 разных шипов могут располагаться под различными углами к потоку запыленного газа.
Очиститель-увлажнитель газа может быть снабжен элементами деформации упругих шипов 13, 14 (фиг.2, 3, 4) в виде неподвижно установленных пластин 16, 17, прикрепленных к корпусу 1 (ванне 4) и установленных с возможностью контакта и деформации шипов 13, 14 в жидкости при вращении дисков 8.
Очиститель-увлажнитель снабжен датчиками влажности 18 (фиг.1), связанными с поверхностями дисков 8, шипов 13, 14, которые вместе с передаточным механизмом 10 движения связаны с блоком управления 11.
Очиститель-увлажнитель газа может быть снабжен устройством ультразвукового излучения 19 (фиг.2), прикрепленным изнутри к ванне 4 и связанным с блоком управления 11.
В очистителе-увлажнителе газа поверхности шипов 13, 14 (фиг.7) могут быть выполнены и не гладкой формы, а с регулируемым
микрорельефом - микроуглублениями в виде лунок 20, канавок 21, пазов 22, выступов 23, регулируемого параметра шероховатости, например Rz 160...400.
Выступы 23 шипов 13, 14 дисков 8 (фиг.8) могут быть выполнены в виде расположенных под углом к их оси, например, перпендикулярно и с зазором друг относительно друга дополнительными шипиками 24 (фиг.9).
Жидкость в ванну 4 наливают чуть выше уровня осей 9.
Работа очистителя-увлажнителя газа
Включают привод 5, который приводит во вращение вентилятор 6, при этом всасывается запыленный газ через входное отверстие 2 и направляет его к фильтроэлементам в виде дисков 7, 8. Передаточный механизм 10 приводит во вращение ведущие диски 7, которые приводят в движение ведомые диски 8, т.к. все диски 7, 8 связаны друг с другом через ось 9 (например, закреплены на ней) или с помощью других элементов связи между дисками. Передаточный механизм 10 связан с приводом 5 или с автономным приводом (не показан), предназначенным только для вращения дисков 7, 8. При вращении поверхности дисков 7, 8 периодически окунаются в жидкость ванны 4, затем при выходе из жидкости обдуваются запыленным газом. При этом пыль прилипает к влажным поверхностям дисков 7, 8. При вхождении в жидкость пыль с дисков 7, 8 смывается. Наличие шипов 13, 14 на торцовых 12 и цилиндрических 15 поверхностях дисков 8 увеличивает площадь поверхности дисков 8 для соприкосновения с пылевыми частицами потока воздуха. Шипы 13, 14 перемешивают поток запыленного газа, создают турбулизацию в пространстве между дисками 8, увеличивают скорость потока у поверхности дисков 8 и вероятность контакта пыли с поверхностью осаждения дисков 8 с шипами 13, 14.
Выполнение шипов 13 в шахматном порядке на рядом стоящих дисках 8 с возможностью захода шипа 13 одного диска 8 между шипами 13 другого диска 8, где высота шипов "hi" больше половины зазора "Н" между дисками 8, позволяет более интенсивно перемешивать поток загрязненного газа, заставлять его двигаться по зигзагообразной траектории. При этом на частицы пыли действуют центробежные силы, которые отбрасывают их на поверхности осаждения. Выполнение шипов 13 с наклоном, например, в направлении от оси 9 обеспечивает более сложную траекторию запыленного газа по зигзагообразной траектории, что улучшает процессы осаждения и смыва частиц пыли с шипов 13 (легче стекают вниз с шипов в жидкости под действием сил тяжести).
Выполнение шипов 14, радиально расположенных на цилиндрической поверхности 15 дисков 8 с зазором друг относительно друга, позволяют увеличить площадь осаждения для пыли.
Выполнение боковой поверхности дисков 7, 8 с шипами 13 увеличивает не только поверхность осаждения пылевых частиц за счет мнительной площади поверхности шипов 13. Так как они покрыты тонкой пленкой жидкости, то увеличивается площадь испарения влаги - интенсифицируется процесс увлажнения, а также процесс сорбции высокомолекулярных соединений: эфиров, смол (неприятные запахи), вредных газов (СО) в тонкой пленке жидкости большой площади.
Выполнение шипов 13, 14 с упругими свойствами позволяет им деформироваться, а после снятия усилия деформирования возвращаться в исходное состояние. При обдуве их запыленным газом они могут слегка деформироваться и вибрировать с небольшой амплитудой определенной частоты (при правильном расчете их упругих характеристик), а это улучшает процесс пылеотделения (увеличивается возможность контакта с частицами пыли при вибрации и перемешивании запыленного газа). Кроме этого, это свойство улучшает и процесс очистки шипов 13, 14 при вхождении в жидкость ванны 4. Введенные элементы деформации шипов 13, 14 в виде неподвижно установленных пластин 16, 17 (фиг.2, 3, 4), связанных с корпусом 1 с возможностью контакта и деформации шипов 13, 14, позволяют при вращении дисков 8 тормозить перемещение шипов 13, 14. Шипы 13, 14 при этом деформируются, прогибаются, затем соскальзывают с пластин 16, 17 с большой скоростью, некоторое время вибрируют в жидкости. Это обеспечивает эффективную их очистку, т.к. скорость вращения дисков 8 очень мала и пыль, которая прилипает к поверхности шипов 13, 14 и дисков 8, смывается с трудом, без такого устройства. При этом в жидкости создаются вихревые потоки, которые обеспечивают эффективную очистку не только верхушек шипов 13, 14, но и их оснований, поверхностей дисков 7, 8.
Выполнение шипов 13, 14 в виде щетинок (могут быть и жесткие) позволяет выполнить их с диаметром менее 1 мм (до 0.05 мм из углепластика, полиамида 6, полипропилена, например), что позволяет повысить тонкость фильтрации, расположить их с зазором 0.05...0.2 мм друг относительно друга, увеличить площадь осаждения для пыли за счет огромного количества щетинок.
Снабжение очистителя-увлажнителя газа датчиками влажности 18, связанными с поверхностями дисков 8 и шипов 13, 14 и с блоком управления 11, позволяет регулировать скорость вращения дисков 8 таким образом, чтобы поверхности дисков 8 и шипов 13, 14 были постоянно влажными при входе в жидкость для очистки после осаждения на их поверхностях пыли из потока запыленного газа. Если поверхности дисков 8 и шипов 13, 14 при прохождении потока запыленного воздуха успеет высохнуть до момента входа в жидкость и смыва грязи, то возможно вторичное загрязнения потока газа отставшими частицами пыли, либо хорошее адгезионное прикрепление к поверхности осаждения пыли дисков 8, шипов 13, 14 (цементация частиц пыли в конгломерат), что затрудняет в дальнейшем их смывание. Зачастую частицы пыли наэлектризованы, это усиливает их прилипание к поверхностям осаждения и в дальнейшем усложняет процесс их отделения. В зависимости от температуры, влажности запыленного газа, конструкции очистителя-увлажнителя газа (определяет скорости потоков газа) скорость испарения жидкости с поверхности дисков 8 и шипов 13, 14 будет различной, что требует изменения скорости их вращения.
Наличие шипов 13, 14, особенно выполнение их в виде щетины обеспечивает лучшее удержание жидкости на поверхности шипов 13, 14 дисков 7, 8 за счет капиллярного эффекта у основания шипов при обдуве загрязненным газом (по сравнению с гладкими дисками).
Выполнение поверхности шипов 13, 14 (фиг.7) с регулируемым микрорельефом - микроуглублениями в виде лунок 20, канавок 21, пазов 22, выступов 23, регулируемым параметром шероховатости обеспечивает удержание жидкости в них за счет капиллярного эффекта и подпитку пленки жидкости на шипах 13, 14, что снижает скорость ее высыхания при обдуве запыленным газом, исключает высыхание прилипших частиц пыли и улучшает процесс увлажнения газа.
Для шипов 13, 14, при выполнении их большой длины и малого диаметра дисков 8 (фиг.8) трудно обеспечить заданную жесткость. В этом случае они выполняются с увеличенным диаметром и с расположенными на их наружной поверхности выступами под углом к их оси, например перпендикулярно, шипиками 24, которые расположены с зазором друг относительно друга. При этом жесткость шипов 13, 14 увеличивается, а
тонкость фильтрации увеличивается за счет наличия шипиков 24, которые рассекают поток на микропотоки, увеличивают площадь осаждения для пыли. Выполнение в сечении шипов 13, 14 вытянутой формы, например прямоугольной с закруглениями по углам, эллипсной формы, с возможностью расположения вдоль потока и под небольшим углом к потоку газа большой оси 25 позволяет увеличить их жесткость в направлении потока газа (уменьшить толщину). Расположение больших осей 25 разных шипов 14 под различными углами к потоку запыленного газа обеспечивает движения газа по зигзагообразной траектории, интенсивное его перемешивание, действие инерционных усилий на частицы пыли, что повышает эффективность ее осаждения.
Снабжение очистителя-увлажнителя газа устройством ультразвукового излучения 19, прикрепленным к ванне 4, которое связано с блоком управления 11, позволяет улучшить процесс очистки шипов 13, 14 и дисков 8. Периодически включается ультразвуковой излучатель 19, ультразвуковые колебания передаются жидкости, при этом в ней создаются микровихревые потоки, приводящие к кавитации, что обеспечивает полную очистку поверхностей осаждения пыли дисков 8 и шипов 13, 14, которые в данный момент находятся в жидкости. При этом диски 8 с шипами 13, 14 и шипиками 24 можно никогда не разбирать для периодической очистки от загрязнений, которые с течением времени накапливаются из-за неполной их очистки в жидкости. Блок управления 11 включает устройство ультразвукового излучения 19 периодически, например, на 1...10 c раз в 1...5 мин, или раз в день (неделю) на время полного оборота диска 8. Возможно операцию очистки дисков 7, 8, шипов 13, 14 делать перед сменой загрязненной жидкости. При этом выключают вентилятор 5, включают механизм передачи движения так, что диски 7, 8 вращаются с повышенной скоростью (один оборот в 1...5 мин). В этот момент производят их ультразвуковую очистку. При этом можно менять частоту излучения, амплитуду по определенному закону для эффективной очистки поверхностей осаждения пыли.
Данный очиститель-увлажнитель газа может быть использован для очистки газов в промышленности и воздуха производственных, бытовых помещений от пыли, запахов, вредных аэрозолей с обеспечением его увлажнения.
1. Очиститель-увлажнитель газа, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, ванну для жидкости, привод, вентилятор, связанный с входным отверстием корпуса, фильтроэлементы, выполненные в виде дисков, перпендикулярно расположенных на осях, связанных с передаточным механизмом движения, блок управления, связанный с приводом, отличающийся тем, что торцовые и цилиндрические поверхности дисков выполнены с шипами, расположенными с зазором друг относительно друга и имеющими в поперечном сечении круглую или вытянутую форму, или прямоугольную с закругленными углами, или эллиптическую, при этом очиститель-увлажнитель снабжен элементом деформации шипов в виде неподвижно установленной пластины, связанной с корпусом, ванной и установленной с возможностью контакта с шипами при вращении дисков.
2. Очиститель-увлажнитель газа по п.1, отличающийся тем, что шипы выполнены с упругими свойствами.
3. Очиститель-увлажнитель газа по п.1, отличающийся тем, что шипы, имеющие в поперечном сечении вытянутую форму, выполнены с возможностью расположения под углом к потоку газа большой оси профиля.
4. Очиститель-увлажнитель газа по п.1, отличающийся тем, что шипы расположены на торцовых поверхностях рядом стоящих дисков и расположены друг напротив друга с зазором, при этом высота шипов выполнена меньшей, чем половины зазора между дисками.
5. Очиститель-увлажнитель газа по п.1, отличающийся тем, что шипы расположены на торцовых поверхностях рядом стоящих дисков в шахматном порядке с возможностью захода шипа одного диска между шипами другого диска, при этом высота шипов больше половины зазора между дисками.
6. Очиститель-увлажнитель газа по п.1, отличающийся тем, что шипы расположены с наклоном, например, в направлении от оси вращения дисков.
7. Очиститель-увлажнитель газа по п.1, отличающийся тем, что поверхности шипов выполнены с регулируемым микрорельефом - микроуглублениями в виде лунок, канавок, пазов, выступов, регулируемой шероховатости.
8. Очиститель-увлажнитель газа по п.7, отличающийся тем, что выступы на поверхности шипов выполнены в виде дополнительных шипиков, расположенными под углом к оси шипов и с зазором друг относительно друга.
9. Очиститель-увлажнитель газа по п.1, отличающийся тем, что он снабжен датчиками влажности, связанными с поверхностями дисков и шипов в месте возможного входа дисков и шипов в жидкость.
10. Очиститель-увлажнитель газа по п.1, отличающийся тем, что он снабжен устройством ультразвукового излучения, прикрепленным к ванне, которые вместе с передаточным механизмом связаны с блоком управления.
