Установка для плазмокаталитической стерилизации и очистки воздуха
Изобретение относится к плазмокатилитической очистке и стерилизации воздуха в бытовых, общественных и производственных помещениях от вирусов, бактерий, паров и аэрозолей органических соединений. Установка включает корпус, имеющий входной и выходной каналы, последовательно расположенные между ними блок питания, газоразрядный узел, и каталитическую секцию. Перед газоразрядным узлом установлен вентилятор с блоком управления. Газоразрядный узел выполнен в виде плазмогенератора, имеющего изолирующую кассету с набором пластин из высокопористого ячеистого материала, диэлектрика, и электропроводящей пластины. Каталитическая секция содержит теплогазоизолирующую перегородку, тепловые нагревательные элементы, закрепленные на каталитических блоках секции, выполненных из высокопористого ячеистого металла и каталитические блоки из высокопористых ячеистых материалов. Каталитические блоки использованы в качестве конструкционного, формообразующего и несущего материала каталитической секции. Изобретение позволяет увеличить производительность, что приводит к возможности очистки воздуха от высоких концентраций загрязняющих веществ (до 10 г/м3). 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к плазмокаталитической очистке и стерилизации воздуха бытовых, общественных и производственных помещений, а именно к устройству для плазмокаталитической стерилизации дезодорации и очистке воздуха от вирусов, бактерий, паров и аэрозолей органических соединений.
Известен плазмохимический реактор для переработки природных горючих газов, дымовых газов, выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от содержащихся в них нежелательных химических соединений, в частности СО и H2S, NO2, CO2. Реактор содержит реакционную камеру с окнами для ввода газа и вывода переработанного газа и с расположенными в ней, по меньшей мере, двумя электродами, причем один электрод имеет заостренную форму, а другой электрод - форму гладкой поверхности. Электроды подключены к различным полюсам источника высокого напряжения, причем электрод, имеющий заостренную форму, подключен к положительному полюсу источника высокого напряжения, а электрод, имеющий форму гладкой поверхности, подключен к отрицательному полюсу источника высокого напряжения. В реакторе создают непрерывно горящий стримерный разряд между гладким электродом катода и заостренными электродами анода и пропускают перерабатываемый газ (Патент РФ 2184601 от 07.10.2002, МКИ В01D 53/32).
Недостатками устройства аналога являются большие габариты реактора и источника питания, как следствие высокая материалоемкость реактора. Известен газоконвертор "Ятаган" (патент РФ на полезную модель №40013 от 31.05.04, МКИ В03С 3/02, бюл. №24, 2004 г.). Устройство создано для очистки воздуха от газообразных загрязняющих или дурнопахнущих веществ, воздухоподготовки и стерилизации приточного воздуха. Принцип действия газоконвертора "Ятаган" основан на совместном воздействии объемного барьерного разряда, озона высокой концентрации и каталитического воздействия на молекулы газообразных загрязнений и патогенную микрофлору. При этом продуктами окисления являются СО2 и Н2О. Конструктивно газоконвертор "Ятаган" состоит из трех основных блоков, соединенных рукавами. Это блок предварительной очистки (фильтр), газоразрядный блок и каталитический блок, с насыпным катализатором. В газоразрядный блок входит источник питания, выдающий на электроды переменный ток частотой от 50 до 90000 Гц и напряжением от 5 до 20 кВ. Воздух проходит вдоль сборки электродов, в которой один из электродов плоский и закрыт с обоих сторон стеклом, второй представляет собой сетку с расположенными на ней перпендикулярно плоскости сетки металлическими иглами.
К недостаткам прототипа следует отнести большой вес и габариты устройства, учитывая, что в него не входит вентилятор, температурные ограничения по условиям работы от 0 до 50°С, ограничения по нагрузке загрязняющих веществ до 1 г/м.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является установка для плазмокаталитической стерилизации и очистки воздуха, включающая корпус, имеющий входной и выходной каналы, последовательно расположенные между ними блок питания, газоразрядный узел, выполненный в виде плазмогенератора, каталитическую секцию, перед газоразрядным узлом установлен вентилятор с блоком управления. (Установка для плазмокаталитической очистки воздуха «Плазкат-АЭРО» Интернет: URL:http//www.ele-spb.ru/st_batai.php).
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание малогабаритной установки высокой производительности, которая позволяет производить очистку воздуха от высоких концентраций загрязняющих веществ до 10 г/м3).
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как установка для очистки воздуха, включающая корпус 1, имеющий входной 2 и выходной 3 каналы, последовательно расположенные между ними блок питания 9, газоразрядный узел 5, выполненный в виде плазмогенератора, каталитическую секцию 6, перед газоразрядным узлом установлен вентилятор 7 с блоком управления 8, и отличительных, существенных признаков, таких как газоразрядный узел 5 имеет изолирующую кассету 9 с набором пластин из высокопористого ячеистого материала 10, диэлектрика 11, и электропроводящей пластины 12, при этом каталитическая секция содержит теплогазоизолирующую перегородку 13, тепловые нагревательные элементы 14, закрепленные на каталитических блоках 15 секции, выполненных из высокопористого ячеистого металла, и каталитические блоки из высокопористых ячеистых материалов 16.
В пункте 2 формулы изобретения отражена особенность выполнения газоразрядного узла, а именно пластина из высокопористого ячеистого материала и электропроводящая пластина, образующие газоразрядную пару, подключены к блоку питания.
Конструктивная особенность выполнения каталитических блоков нашла отражение в пункте 3 формулы изобретения, а именно каталитические блоки, выполненные из высокопористого ячеистого материала, использованы в качестве конструкционного, формообразующего и несущего материала каталитической секции.
Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его примера реализации. На чертеже показан разрез установки, общий вид.
Устройство состоит из прямоугольного металлического корпуса 1, входного канала с металлической сеткой-фильтром 2 и выходного канала 3, в котором расположены блок питания 4, газоразрядный узел 5, выполненный в виде плазмогенератора, каталитическая секция 6 и вентилятор 7 с блоком управления 8. Газоразрядный узел в виде плазмогенератора 5 состоит из изолирующей кассеты 9 с набором пластин из электропроводящего высокопористого ячеистого материала (ВПЯМ) 10, диэлектрика 11, электропроводящей пластины 12. Каталитическая секция 6 состоит из теплогазоизолирующей перегородки 13, тепловых нагревательных элементов ТЭНов 14, закрепленных на каталитических блоках секции 6, выполненных на основе металлических ВПЯМ 15, каталитических блоков из высокопористых ячеистых материалов 16, креплений 17 для ТЭНов.
Устройство работает следующим образом.
При включении блок управления 8 включает питание вентилятора 7, после чего включается питание ТЭНов 14, и через реле задержки времени током питания ТЭНов включается блок питания 4 плазмогенератора. При такой схеме включения обеспечивается безопасность эксплуатации установки блокировкой потенциально опасных узлов - плазмогенератора и ТЭНов.
Воздух нагнетается вентилятором 7 в корпус 1 через канал с металлической сеткой-фильтром 2, охлаждает силовые элементы блока питания 4 и, проникая через высокопористый ячеистый материал 10, охлаждает также диэлектрик 11, на котором происходит поверхностный разряд.
Блок питания 4 (импульсный высоковольтный источник питания) построен по схеме полумостового преобразователя. Основной индуктивный элемент - трансформатор - работает в режиме перекачки и не накапливает магнитную энергию. Его работа проходит в симметричном режиме при небольших токах намагничивания, поэтому такой трансформатор имеет меньшие габариты при одинаковых мощностях, и расчет его проще. Малый ток намагничивания означает малую накапливаемую энергию в индуктивности рассеяния, поэтому для ее гашения не требуются сложные демпфирующие цепи, и процессы переключения в преобразователе значительно "спокойнее".
В качестве разрядного электрода использован высокопористый ячеистый металл 10, проницаемый для очищаемой среды, подсоединенный к одному полюсу источника питания, другой полюс подсоединен к электропроводящей пластине 12 на противоположной стороне диэлектрика 11. Длина каналов разряда ограничена расстоянием между ячейками ВПЯМ и с ростом напряжения растет число микроразрядов. Тем самым растет их плотность и появляется возможность более эффективно использовать поверхность, вкладывая больше энергии в площадь разряда. При этом возникает очень высокая генерация озона. Воздушный поток, попадая в газопроницаемый ВПЯМ-электрод турбулизуется, взаимодействуя с хаотической сетчато-ячеистой структурой материала электрода. В зоне поверхностного разряда между диэлектриком и ближайшими к нему перемычками ВПЯМ происходит насыщение очищаемого воздуха озоном. Далее, протекая через пористый материал электрода происходит турбулентное перемешивание озоно-воздушной среды и выравнивание концентраций. Также в зоне поверхностного разряда происходит разрушение молекул загрязняющих веществ (органические соединения, аммиак, сероводород, оксид углерода) и инактивация бактериальных и вирусных организмов под действием как низкотемпературной плазмы разряда, так и высокой концентрации озона. ВПЯМ-электрод 10 выполняет также роль осадительного саморегенерируемого воздушного фильтра. При ударном механизме улавливания на перемычках эффективно осаждаются и агрегатируются наиболее мелкодисперсные частицы, включая сажевые. Плазменный разряд и высокая концентрация озона выжигает и окисляет накапливающиеся частицы, непрерывно регенерируя фильтр. Равновесная озоно-воздушная смесь выходит из ВПЯМ-электрода и смешивается с остальным воздухом.
Начавшиеся в газовой смеси свободнорадикальные реакции окисления и деструкции органических соединений в газовой фазе под воздействием озона продолжаются после поступления воздуха за разделительную перегородку 13. ТЭНы 14, поджатые креплениями 17 к поверхности металлических каталитических блоков 15, нагревают воздух и блоки до 50°С, что превышает температуру точки росы и не дает возможности образования на их поверхности пленки влаги. На высокоразвитой поверхности ВПЯМ, с каталитическим покрытием на основе оксидов алюминия и окислов редкоземельных и переходных металлов, по всему объему блока происходит окончательная очистка воздуха от паров и аэрозолей органических соединений за счет окисления атомарным кислородом, образующимся при одновременно происходящем разложении озона. Каталитические блоки из пеноматериала (в качестве основы может быть как металл, так и керамика или полимер) с меньшим диаметром ячеек доводят содержание озона в очищенном воздухе до санитарных норм и дополнительно фильтруют воздух от аэрозольных частиц. Очищенный и подогретый воздух выходит через защищенный сеткой канал 3.
Вышеприведенный конкретный пример свидетельствует о промышленной применимости предлагаемого технического решения.
Из описания и практического применения настоящего изобретения специалистам будут очевидны и другие частные формы его выполнения. Данное описание и примеры рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.
1. Установка для очистки воздуха, включающая корпус, имеющий входной и выходной каналы, последовательно расположенные между ними блок питания, газоразрядный узел, выполненный в виде плазмогенератора, каталитическую секцию, перед газоразрядным узлом установлен вентилятор с блоком управления, отличающаяся тем, что газоразрядный узел имеет изолирующую кассету с набором пластин из высокопористого ячеистого материала, диэлектрика, и электропроводящей пластины, при этом каталитическая секция содержит теплогазоизолирующую перегородку, тепловые нагревательные элементы, закрепленные на каталитических блоках секции, выполненных из высокопористого ячеистого металла, и каталитические блоки из высокопористых ячеистых материалов.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что пластина из высокопористого ячеистого материала и электропроводящая пластина, образующие газоразрядную пару, подключены к блоку питания.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что каталитические блоки, выполненные из высокопористого ячеистого материала, использованы в качестве конструкционного, формообразующего и несущего материала каталитической секции.
