Установка для фильтрации и очистки от органических соединений, способ ее производства и устройство для кондиционирования воздуха, оснащенное такой установкой - RU2331460C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к установке для фильтрации и очистки от органических соединений, способу производства такой установки, а также к устройству для кондиционирования воздуха, используемому, в частности, в зданиях, которое снабжено такой установкой.

Известно, что устройства для кондиционирования воздуха оснащаются фильтром с активированным углем, который позволяет адсорбировать органические молекулы, присутствующие в атмосфере, в частности, в момент наивысшего загрязнения окружающей среды. Адсорбирование с использованием активированного угля в настоящее время представляет собой одну из наиболее совершенных технологий очистки органических взвесей, присутствующих в промышленных газообразных отходах. Недостатком такого типа фильтров является относительно быстрое насыщение фильтрующего средства ввиду пористости угля.

С целью улучшения фильтрующих свойств некоторых средств рассматривался раскрытый в патенте FR-А-2812825 вариант объединения в одном фильтрующем средстве фотокатализатора и активированного угля, представленных двумя слоями, наносимыми на проницаемый каркас. Такое фильтрующее средство до настоящего момента не использовалось в устройствах для кондиционирования воздуха.

В то же время из патента EP-А-0798143 следует, что в автомобилях используется фотокаталитический фильтр для задержания преимущественно соединений типа NO_xc целью устранения запахов, в частности запаха табака, которые могут присутствовать в машине. Данные фильтры, выполненные с использованием технологии фотокатализа, могут сочетаться с различными абсорбционными фильтрами для устранения нейтральных газов, содержащих ароматические примеси. При применении фотокаталитического фильтра не предусматривалось использование в нем активированного угля. Более того, изготовленная таким образом фильтрационная установка предназначалась для раздельной установки, по деталям, в проходе для очистки воздуха и на практике была способна обрабатывать незначительное количество поступающего воздуха, что можно сравнить с обработкой воздуха, находящегося внутри автомобиля. Наконец, необходимая установка лампы в трубе, в которой размещены фильтры, отнимает много времени и является рутинным процессом.

Именно на устранение вышеперечисленных недостатков, в частности, было направлено данное изобретение, в котором предлагается использовать установку фильтрации и очистки от органических соединений для применяемых в зданиях устройств кондиционирования воздуха, имеющих удобную и совместимую конструкцию и обеспечивающих прохождение воздуха со скоростью до 3 м/с (см. далее).

Для решения этой задачи изобретением предложена установка фильтрации и очистки от органических соединений для устройств кондиционирования воздуха, которая снабжена, по меньшей мере, одним фильтрующим средством, в которой

- фильтрующее средство включает в себя адсорбирующее вещество и фотокатализатор;

- фильтрующее средство размещается в двух фильтрующих секциях, предназначенных для прохождения через них воздушных потоков, подлежащих фильтрации и очистке;

- средства освещения фотокатализатора размещены между фильтрующими секциями,

отличающаяся тем, что средства освещения располагаются в секции, через которую проходят потоки, и образуют вместе с фильтрующими секциями установку фильтрации.

В контексте настоящего изобретения устройство для кондиционирования воздуха представляет собой устройство, включающее в себя, по меньшей мере, один элемент очистки воздуха с целью разнообразить его физические свойства. Такое устройство может быть центральной установкой, конвекционным вентилятором, климатической установкой, щитом управления для локальной информационно-вычислительной техники и т.д.

Благодаря этому изобретению конструкция установки фильтрации и очистки воздуха, выполненная в виде трех секций, предназначенных для последовательного прохождения через них воздушных потоков, позволяет оптимизировать процесс ее изготовления, привести в соответствие поперечные размеры и характеристики ее различных секций с устройством, к которому она должна быть присоединена, а также типом воздуха, который необходимо профильтровать и очистить. Эта установка, состоящая из трех секций, представляет собой предпочтительно единую установку, которая может быть предварительно изготовлена и размещена на складе до ее последующей установки в устройстве для кондиционирования воздуха.

При анализе преимуществ предложенной установки фильтрации и очистки воздуха можно выделить следующие ее характеристики:

- адсорбирующее вещество и фотокатализатор распределяются, соответственно, на одной или, соответственно, на двух сторонах проницаемого каркаса. В данном случае можно предположить, что адсорбирующее вещество наносится на верхнюю сторону фильтрующего средства, размещенного в верхней фильтрующей секции, и на нижнюю сторону фильтрующего средства, размещенного в нижней фильтрующей секции, в то время как фотокатализатор наносится на нижнюю сторону фильтрующего средства, размещенного в верхней фильтрующей секции, и на верхнюю сторону фильтрующего средства, размещенного в нижней фильтрующей секции. Таким образом, фотокатализатор направлен на лампы осветительной секции, что способствует улучшению его работы, в то время как адсорбирующее вещество не нарушает поток излучения, в частности ультрафиолетового, которое пропускает некоторые электроны фотокатализатора из валентной зоны в зону проводимости. В качестве фотокатализатора может быть использована TiO₂или другое подходящее вещество, а в качестве адсорбционного вещества, например, активированный уголь;

- вышеупомянутые секции собраны реверсивным способом, что позволяет их разъединить для получения доступа к осветительной секции, например, с целью проведения регламентных работ по обслуживанию ламп;

- в осветительной секции установлены ультрафиолетовые лампы и, возможно, устройства питания этих ламп. Таким образом, освещение обеспечивается данной секцией;

- в осветительной секции предусматривается наличие, по меньшей мере, одной пластинки, разделяющей две рядом расположенные лампы и покрытой, по меньшей мере, с одной стороны фотокатализатором;

- фильтрующее средство в фильтрующих секциях имеет зигзагообразную форму в целях оптимизации фильтрующей поверхности и уровня освещенности, что позволяет увеличить площадь активной поверхности без увеличения поперечных размеров этих секций.

Изобретение относится также к способу изготовления установки фильтрации и очистки, как это было описано выше, включающему в себя следующие этапы:

- выбор корпуса секций в зависимости от размеров устройства для кондиционирования воздуха, которое предстоит оборудовать;

- выбор фильтрующего средства в зависимости от типа частиц, подлежащих обработке;

- выбор типа, количества и мощности ламп, устанавливаемых в осветительной секции;

- установка осветительной секции между двумя фильтрующими секциями.

Предпочтительно предусмотреть возможность сборки секций в единой установке, которую можно интегрировать в вышеупомянутое устройство.

Наконец, изобретение относится к устройству для кондиционирования воздуха, в частности, используемому на промышленных объектах, объектах сферы обслуживания и/или в резиденциях, оборудованных установкой фильтрации и очистки воздуха, описанной выше.

Предпочтительно, такое устройство включает в себя последовательно расположенные, по меньшей мере, фильтр грубой очистки, устройство обработки и вентилятор, а установка фильтрации и очистки располагается за указанным устройством до или после указанного вентилятора. Это позволяет контролировать, благодаря устройству обработки, эффективность фотокаталитических процессов, на которые оказывают влияние температура и влажность воздуха, вступающего в контакт с фильтрующим средством. Однако установка фильтрации может также монтироваться и в другой части устройства для кондиционирования воздуха, которое не содержит в обязательном порядке фильтр грубой очистки и вентилятор.

Изобретение станет более понятным, а его преимущества более наглядными в контексте нижеследующего описания способов изготовления устройства для кондиционирования воздуха в соответствии с изобретением, оснащенного установкой фильтрации и очистки в соответствии с изобретением, которые приводятся исключительно в качестве примеров и со ссылкой на прилагаемые фигуры чертежей, в числе которых:

Фиг.1 изображает продольный разрез устройства для кондиционирования воздуха в соответствии с изобретением;

Фиг.2 - вид в разборе установки фильтрации и очистки, снабженной устройством, изображенным на фиг.1;

Фиг.3 - вид в разрезе, представленный в увеличенном масштабе, детали III на фиг.2;

Фиг.4 - вид в перспективе, в разборе установки, показанной на фиг.2.

Установка А, изображенная на фиг.1, предназначена для всасывания воздуха как извне, так и из внутренних помещений здания В. С этой целью установка А оснащена ящиком для предварительного смешивания 10, в который воздух может поступать как извне (обозначено стрелкой F₁), так и из внутренних помещений здания В (показано стрелкой F₂).

В нижней части ящика 10 установлен фильтр 12 грубой очистки, предназначенный для задержания наиболее крупных загрязняющих частиц.

Обогревающая батарея 14, охлаждающая батарея 16 и увлажнитель 18 расположены соответственно перед фильтром 12 грубой очистки и вдоль оси поступления воздуха в установку А (направление потока воздуха показано стрелкой F₃). Элементы 14 и 18 представляют собой устройство очистки, позволяющее изменять некоторые физические свойства воздуха, проходящего через установку А.

Фильтр 20, позволяющий обрабатывать проходящий через установку А воздух, располагается за увлажнителем 18 и перед вентилятором 22, выходное отверстие которого соединено с фильтром тонкой очистки 24, за которым расположена звуковая ловушка 26.

Структура фильтра 20 более детально представлена на фиг.2 и 4. Этот фильтр включает две фильтрующих секции 201 и 202, внутри которых расположены соответственно ленты фильтрующего средства 203 и 204.

Фильтрующее средство 203, расположенное в фильтрующей секции 201, сложено в виде зигзага внутри корпуса 201а данной секции и включает в себя проницаемый каркас 231, верхняя сторона которого покрыта слоем 232 активированного угля, а нижняя сторона - слоем 233 TiO₂. В рамках настоящего изобретения могут быть использованы и другие вещества-катализаторы, например другие окиси металлов, щелочно-земельные окиси, окиси актинида или редкоземельных металлов.

Наряду с активированным углем в качестве адсорбирующих веществ могут также использоваться, в частности, цеолит или полимерная смола.

В качестве фильтрующего средства может быть использовано, в частности, фильтрующее средство, известное из патента FR-А-2812825.

Фильтрующее средство 204, расположенное внутри корпуса 202а нижней фильтрующей секции 202, изготовлено из того же материала, что и средство 203, и включает в себя проницаемый каркас 241, слой 242 активированного угля и слой 243 вещества TiO₂. Слой 242 нанесен на нижнюю сторону каркаса 241, а слой 243 - на его верхнюю сторону.

Осветительная секция 205 находится между секциями 201 и 202 и включает в себя корпус 205а, внутри которого размещены ультрафиолетовые лампы 206, функционирующие с постоянной мощностью с целью оптимизировать срок эксплуатации установки. Эти лампы получают электрическое питание от одного или нескольких балластных сопротивлений 207, расположенных в корпусе 205а. Лампы отделены друг от друга разделительными пластинами 208, верхняя и нижняя поверхности которых покрыты слоями 283 TiO₂. В данном случае могут применяться и другие фотокатализаторы. На практике они аналогичны тем, которые используются в фильтрующих средствах.

Было установлено, что наличие разделительных пластин 208 не является обязательным условием, они предназначены для оптимизации фотокаталитического процесса на газовой фазе.

Воздушный поток последовательно проходит через секции 201, 205 и 202, образующие вместе трубу, по которой поток воздуха F₃перемещается в устройство 20. В частности, объединенные в единое целое секции 201, 205 и 202, которые составляют структуру устройства 20, не предназначены для установки в неудобную впускную трубку.

Объединение свойств активированного угля и фотокатализатора позволяет добиться очистки воздушного потока F₃ посредством физической адсорбции органических соединений на уровне активированного угля и путем фотокатализатора на уровне слоев TiO₂; причем используемый при этом гетерогенный фотокаталитический процесс подразделяется на пять этапов, в том числе: перемещение газообразных реагентов в направлении поверхности с нанесенным на нее фотокатализатором; адсорбция указанных газообразных реагентов на указанной поверхности; возникновение фотохимической реакции между адсорбированными газообразными реагентами и минерализация органических соединений; десорбция газообразных продуктов каталитического восстановления; вывод газообразных продуктов за пределы фотокаталитической поверхности. Энергия, полученная в результате ультрафиолетового излучения лампочек 206, позволяет электрону из слоя, покрытого TiO₂, переместиться из валентной зоны в зону проводимости данного материала, что создает центр каталитического окисления (дырка h⁺) в валентной зоне и центр каталитического восстановления (электрон е^-) в зоне проводимости. Дырки h⁺ вступают в реакцию с донорами электронов, являющимися органическими продуктами, которые адсорбируются на поверхности, покрытой TiO₂.Одновременно электроны е^- вступают в реакцию с акцепторами электронов.

Таким образом, электрон из восстановительной зоны может быть задержан молекулярным кислородом О₂, в то время как дырка валентной зоны задерживается группами основного поверхностного гидроксила или адсорбированной водой, что способствует образованию радикального гидроксила. Таким образом, происходит окислительно-восстановительный процесс и образование радикалов или ионов-радикалов. Последние преобразуются, вступая в реакцию друг с другом, или атакуют органические соединения, адсорбированные TiO₂, которые в результате этого разрушаются.

При изготовлении устройства 20 элементы 201, 202 и 205 соединяются, чтобы образовать устройство 20, и позволяют достаточно эффективно осуществлять фильтрацию определенного количества воздуха, перемещающегося с относительно высокой фронтальной скоростью (свыше 2 м/с), и обеспечивают относительно высокую пропускную способность.

Представляется возможным осуществить предварительный монтаж фильтрующих секций, аналогичных секции 201 или секции 202, с фильтрующими средствами различных типов, например, отличающихся качеством используемого активированного угля, порошкообразных или волокнистых, или в зависимости от геометрических размеров средств 203 и 204, в частности, отличающихся по типу сгибания.

Представляется также возможным выполнить предварительные монтажные работы осветительной секции 205, включающей в себя заранее подобранные лампы 206.

Наряду с этим можно смонтировать устройство 20 с учетом предполагаемого использования установки А, в которую оно будет интегрировано, или в зависимости от типа и/или размеров этой установки. В частности, секции 201 и 202 могут быть выбраны среди целого ряда секций с учетом типа частиц, подлежащих обработке, и/или показателей технико-экономической рентабельности.

Монтажные работы заключаются в сочленении секций 201, 202 и 205, как это показано стрелками F₄ и F₅, с последующим скреплением секций друг с другом соответствующим образом, например при помощи болтов.

Устройство 20 очень просто как в изготовлении, так и в процессе применения, поскольку нет необходимости задействовать, как это делается в других известных установках, систему регулировки, принимая при этом во внимание ту угрозу, которую может представлять пористость.

Секции 201, 202 и 205 собираются, как правило, способом, предполагающим возможность выполнения обратных действий, что позволяет их разъединить для того, чтобы иметь доступ к лампам 206, в частности, при проведении регламентных работ по их обслуживанию.

Структура устройства 20 позволяет также оптимизировать условия ее эксплуатации; температура воздуха, проходящего через устройство 20, может находиться в пределах от 10 до 60°С, а относительная влажность составлять 15-95%.

В частности, органические соединения, содержащиеся в воздушном потоке F_3, адсорбируются активированным углем слоя 232. Процесс адсорбирования постоянно наблюдается между слоями 232 и 233. Органические соединения, не измененные на уровне средства 203, и промежуточные соединения, которые являются результатом частичного окислительно-восстановительного процесса на уровне данного средства, в последующем очищаются при помощи средства 204.

Устройство 20 позволяет рассматривать возможность полного разрушения органических загрязняющих веществ, содержащихся в воздушном потоке, путем их минерализации.

Изобретение позволяет, в частности, осуществлять очистку воздушного потока, в котором содержатся улетучивающиеся или полуулетучивающиеся органические соединения, тетрахлорэтилен, двубутилен, анизол, фенол, озон, хлорамин, линдан и/или смесь этих продуктов. Изобретение позволяет также очищать поток воздуха, содержащего соединения, образующие такие запахи, как меркаптан или сигаретный дым. Кроме того, изобретение позволяет обрабатывать воздушный поток, в котором содержатся живые, потенциально болезнетворные микроорганизмы, к которым можно отнести бактерии, в том числе Legionella Pneumophila, или стафилококк, или даже вирусы, как, например, вирус SRAS.

В соответствии с одним вариантом изобретения, который не представлен в данном описании, в установке А фильтр 20 может быть размещен перед вентилятором 22.

Изобретение представлено единым устройством 20. Оно может также использоваться с установкой, составленной из разрозненных элементов.

Реферат

Изобретение относится к установке для фильтрации и очистки от органических соединений, которая может быть установлена в устройстве для кондиционирования воздуха. Установка (20) включает в себя фильтрующее средство (203, 204), содержащее абсорбирующее вещество (242) в виде активированного угля, и фотокатализатор (243) в виде TiO₂. Фильтрующее средство (203, 204) располагается в двух фильтрующих секциях (201, 202). Осветительная секция (205) с размещенными в ней средствами освещения (206) располагается между двумя фильтрующими секциями (201, 202), образуя устройство фильтрации (20). Установка при простоте в изготовлении и в процессе эксплуатации позволяет эффективно обрабатывать воздух, содержащий органические соединения, при температуре от 10 до 60°С и относительной влажности 15-95%. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула