Усовершенствованное устройство и способ удаления загрязнений из воздуха - RU2540427C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к усовершенствованному устройству для удаления загрязнений из воздуха и с поверхности.

Уровень техники

Чистота воздуха и способность последовательно удалять загрязнения, увлекаемые с воздухом, имеет очень большое значение, особенно в предположительно стерильных или санитарных окружающих средах, таких как больницы и кухни. Кроме того, желательно иметь обеззараженный воздух при хирургических операциях и в рабочей среде, что затрудняет распространение микроорганизмов и заболеваний.

Кроме микробиологических загрязнений, серьезную опасность могут представлять химические газы или пары, или в качестве побочных продуктов промышленной переработки или как злоумышленного террористического нападения, или применения химического оружия.

В более раннем патенте Заявителя (ЕР 1799330) разработан эффективный способ, где активным компонентом является гидроксильный радикал (^·ОН), который является вторым после фтора окислителем, но обладает тем преимуществом, что не оказывает существенного токсического действия на высшие организмы, хотя является смертоносным для патогенных бактерий и вирусов.

Гидроксильный радикал присутствует в тропосферном воздухе в большой концентрации, благодаря наличию родственных тропосферных компонентов, главным образом озона и ненасыщенных углеводородов. Эти компоненты отсутствуют или их количество очень мало в воздухе внутри помещения, поэтому концентрация гидроксильных радикалов в помещениях является весьма низкой. В более раннем изобретении Заявителя условия тропосферного воздуха воссоздаются внутри помещения, с целью увеличения содержания гидроксильных радикалов, которые снижают уровень вредных загрязнений в воздухе, особенно патогенных бактерий и вирусов, внутри помещения или замкнутой окружающей среде.

Хотя было установлено, что способ и устройство согласно описанию более раннего изобретения является весьма эффективным при воссоздании наружной окружающей среды внутри помещений, всегда есть потребность в повышении эффективности и надежности указанного устройства.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является разработка усовершенствованного устройства для удаления загрязнений из воздуха и с поверхностей.

В соответствии с первым замыслом настоящего изобретения, предложено устройство для удаления загрязнений из воздуха; указанное устройство содержит корпус, имеющий патрубки для входа и выхода воздуха, между которыми находится канал, средство для направления потока воздуха через корпус, причем в корпусе содержится камера нетепловой плазмы, устройство ультрафиолетового излучения и катализатор уменьшения содержания озона, при этом камера нетепловой плазмы содержит анод, диэлектрик и катод, который имеет форму ячеистой оболочки, которая окружает устройство ультрафиолетового излучения и катализатор уменьшения содержания озона с образованием реакционной камеры и ячейки Фарадея.

Предпочтительно внутри корпуса, ниже реакционной камеры по ходу потока, предусмотрен источник углеводорода, предпочтительно рядом или вблизи выхода. В качестве альтернативы или дополнительно может быть предусмотрен источник водяных капель, предпочтительно в виде распылителя, чтобы подавать очень тонкую струю деионизированной воды в реакционную камеру. Следует признать, что источник углеводорода и источник водяных капель могут быть соединены с соответствующими резервуарами, имеющими подходящие механизмы подачи.

Кроме того, в корпусе может находиться устройство для подачи микроволн с определенной длиной волны в реакционную камеру, такое как магнетрон. Это устраняет необходимость в отдельном энергетическом контуре для устройства ультрафиолетового излучения.

Предпочтительно предусмотрен вентилятор или турбинная мешалка на входе (или вблизи него) для направления воздуха через канал.

Предпочтительно анод содержит сетчатый проводящий или полупроводниковый материал, такой как углеродный и алюминиевый композит. Диэлектрик может быть любым подходящим непроводящим материалом или изолятором. В одном предпочтительном варианте осуществления диэлектрик содержит гранулы активированного оксида алюминия. Указанный материал может быть покрыт каталитическим материалом. В альтернативном варианте осуществления изобретения диэлектрик содержит капли или пары деионизированной воды.

С этой целью разработано устройство для удаления загрязнений из воздуха, которое включает в себя корпус, имеющий патрубки для входа и выхода воздуха, между которыми находится канал, средство для направления потока воздуха через корпус, причем в корпусе содержится камера нетепловой плазмы, устройство ультрафиолетового (УФ) излучения и катализатор уменьшения содержания озона, камера нетепловой плазмы содержит анод, диэлектрик и катод, причем диэлектрик содержит капли или пары деионизированной воды.

Предпочтительно катод содержит пористую сетку из токопроводящего материала, который сформован в виде структуры, подобной клетке, окружающей устройство УФ-излучения и катализатор. Предпочтительно в катоде также располагается микроволновый источник для подачи микроволн с определенной длиной волны для возбуждения устройства УФ-излучения. Предпочтительно микроволновый источник генерирует излучение с длиной волны в радиочастотном диапазоне 2200-2600 МГц, такой как 2450 МГц.

Предпочтительно, чтобы катализатор был расположен вокруг устройства УФ-излучения. Предпочтительно, устройство УФ-излучения представляет собой трубку, которая окружена сеткой устройства, катализирующего образование озона. Предпочтительно, покрытие на сетке образует катализатор.

Могут быть предусмотрены соответствующие несущие элементы между клеткой и УФ-источником/катализатором и/или между источником и катализатором. Предпочтительно, несущие элементы покрыты материалом, который катализирует взаимодействие, причем ему можно придать форму, обеспечивающую вихревое движение воздуха, проходящего через реакционную камеру.

Может быть предусмотрена другая форма камеры плазмы для устройства для того, чтобы повысить эффективность устройства. Замена диэлектрика на мелкие капли деионизированной воды, предпочтительно с минимальным сопротивлением, типично 18 МОм/см, минимизирует противодавление в системе подачи воздуха, снижает потребление энергии и уровень шума и, кроме того, повышает выход ОН^· радикалов.

С этой целью в третьем аспекте настоящего изобретения разработана камера нетепловой плазмы для устройства, удаляющего загрязнения из воздуха, причем камера плазмы содержит анод и катод с диэлектриком между ними, и диэлектрик содержит капли или пары деионизированной воды.

Следует признать, что указанная камера должна иметь соответствующий источник питания для анода. Предпочтительно, катод заземлен.

Предпочтительно, катод камеры нетепловой плазмы согласно третьему аспекту изобретения содержит полую трубку из токопроводящего материала. Предпочтительно, внутри трубки предусмотрен анод, расположенный в отдалении от стенок, образующих катод, чтобы предоставить пространство для диэлектрика между ними. Более предпочтительно анод закрепляется в центре, внутри трубки.

Предпочтительно резервуар с водой соединен с пространством для диэлектрика. Кроме того, для подачи воздуха в резервуар предусмотрен воздушный патрубок. Для подачи мелких водяных капель внутрь указанного пространства может быть предусмотрен распылитель. Предпочтительно предусмотрено подходящее устройство для движения воздуха, такое как вентилятор, чтобы приводить в движение водяные капли в пространство диэлектрика.

Кроме того, в камере плазмы может быть предусмотрен дополнительный воздушный патрубок для подачи воздуха из альтернативного источника, такого как воздух из окружающей среды, в пространство диэлектрика. И в этом случае, может быть предусмотрено устройство для движения воздуха, облегчающее такую подачу.

Следует признать, что согласно третьему аспекту настоящего изобретения, внутри устройства для удаления загрязнений из воздуха может быть предусмотрена камера плазмы, которая включает в себя корпус, имеющий воздушный патрубок для входа и выхода воздуха, между которыми находится канал, средство для направления потока воздуха через корпус, причем в корпусе содержится камера нетепловой плазмы, устройство ультрафиолетового излучения и катализатор уменьшения содержания озона.

Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения в устройстве предусмотрена камера нетепловой плазмы, включающая цилиндрическую ячейку, имеющая практически центральный анод, окруженный катодом с диэлектриком между ними.

Предпочтительно, катод образуют стенки колонны. Эта колонна может иметь любую трехмерную форму, но предпочтительно она представляет собой цилиндр. В качестве альтернативы, колонна может иметь многогранную форму, имеющую, по меньшей мере, пять граней. Предпочтительно, многогранник представляет собой правильный многогранник.

Предпочтительно, чтобы катод представлял собой сетку из токопроводящего материала, которая окружает диэлектрик, предусмотренный между анодом и катодом. В качестве диэлектрика может быть использован любой подходящий непроводящий материал, однако предпочтительно таким материалом являются гранулы активированного оксида алюминия или капли деионизированной воды.

Для анода должен быть предусмотрен подходящий источник питания, а катод предпочтительно заземлен.

Отдельные цилиндрические ячейки могут быть расположены в группе с образованием укрупненного агрегата нетепловой плазмы. Указанная группа может быть введена в устройство для удаления загрязнений из воздуха, чтобы обеспечить поле плазмы для пропускания очищаемого воздуха, который имеет пониженное противодавление относительно потока воздуха.

С этой целью в пятом аспекте настоящего изобретения разработана группа камер нетепловой плазмы, которая содержит множество камер нетепловой плазмы. Указанная группа камер нетепловой плазмы может быть предусмотрена внутри устройства для удаления загрязнений из воздуха, содержащего корпус, имеющий патрубок для входа и выхода воздуха с воздушным каналом между ними, средство для направления потока воздуха через корпус, причем корпус содержит группу камер нетепловой плазмы, устройство ультрафиолетового излучения и катализатор уменьшения содержания озона.

Предпочтительно, указанная группа содержит множество рядов цилиндрических камер согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, причем смежные ряды расположены уступами относительно друг друга. Отдельные камеры, составляющие группу, могут последовательно переключаться при частоте, достаточной для поддержания нетепловой плазмы в отдельных камерах, даже если в данный момент отсутствует источник питания указанной камеры. Такое последовательное переключение может быть получено с помощью любого подходящего средства, известного из уровня техники, например, с использованием специализированной технологии автомеханического распределения, электромеханического или твердотельного.

Предпочтительно, чтобы наружная стенка корпуса для группы камер плазмы была изолированной, например, с помощью слоистой структуры, такой как силиконовый каучук.

Необязательно, могут быть предусмотрены направляющие лопатки в местах внутри или вокруг указанной группы, для облегчения потока воздуха в агрегате.

Краткое описание чертежей

Теперь настоящее изобретение будет описано более конкретно, с помощью примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:

на фиг.1 показан вид на продольное сечение устройства для удаления загрязнений из воздуха, в соответствии с первым аспектом изобретения;

фиг.2 представляет собой вид на поперечное сечение устройства, показанного на фиг.1;

фиг.3а представляет собой принципиальную схему камеры нетепловой плазмы согласно другому аспекту настоящего изобретения;

фиг. 3b представляет собой поперечное сечение по линии А-А, показанной на фиг. 3а;

фиг. 4 вид сверху на продольное сечение группы камер нетепловой плазмы согласно еще одному аспекту настоящего изобретения;

фиг. 5 представляет собой вертикальное сечение отдельной камеры плазмы для группы, показанной на фиг. 4; и

на фиг. 6 приведено частичное изображение вида с торца группы камер нетепловой плазмы, показанной на фиг. 4.

Осуществление изобретения

Обратимся к фиг. 1 и 2 прилагаемых чертежей, где показано устройство для удаления загрязнений из воздуха согласно первому аспекту настоящего изобретения, которое включает корпус 1, имеющий проточный канал 2, воздушный патрубок 4 в проточный канал 2 и выход 6 для воздуха из канала 2. Предусмотрен генератор воздушного потока в виде вентилятора или крыльчатки 20 для нагнетания воздуха через корпус 1. В качестве меры безопасности может быть предусмотрена решетка (не показана) поперек воздушного патрубка 4 для предотвращения случайного доступа к работающей крыльчатке. Источник питания (не показан) может быть специализированным продуктом, но он должен обеспечивать подачу мощности при 12-25 кВ с частотой 10-30 кГц.

Камера нетепловой плазмы, показанная обобщенно как позиция 30 на фиг. 1, содержит анод или электрод 31 высокого напряжения, диэлектрик 32 и пористую сетку 33 в виде клетки, которая выполняет функцию не только катода, но также и конца реакционной камеры.

Анод 31 включает в себя сетчатый (объемный пористый) проводящий материал, который в данном случае представляет собой композицию алюминия и углерода. Однако может быть использован любой жесткий сетчатый проводящий или полупроводниковый материал. Диэлектрик 32 представляет собой гранулы активированного оксида алюминия, обычно диаметром от 3 до 4 мм. Однако и в этом случае диэлектрик 32 может быть любым подходящим материалом, который соответствует различным областям применения и конкретным требованиям. Указанный диэлектрик может состоять из непроводящей матрицы пористой пены и/или может быть покрыт каталитическим материалом. Указанный катализатор может быть выбран с целью разложения конкретного соединения или группы соединений. Катод 33 включает в себя пористую сетку из токопроводящего материала, такую как сетка из ячеистой нержавеющей стали, которая практически повторяет внутренний контур корпуса с образованием полой клетки. Эта сетка может играть роль "ячейки Фарадея" обеспечивающей блокирование внешних статических электрических полей и допускающей поступление только излучения с определенной длиной волны внутрь клетки. Указанная клетка может иметь внутреннее покрытие из материала, катализатора УФ-излучения, в данном случае анатаза - модификации диоксида титана.

Клетка, образованная катодом 33, вмещает устройство 40 ультрафиолетового излучения, которое включает в себя ультрафиолетовую трубку, окруженную фотокаталитическим материалом 42. Кроме того, клетка содержит микроволновый источник 60, соединенный с магнетроном 62. Дополнительно в клетке предусмотрен нагнетательный патрубок 70 (или выпускное отверстие), который соединен с резервуаром 72 деионизированной воды для подачи тонкой струи деионизированной воды 75.

Источник углеводорода, показанный обобщенно как позиция 50 на фиг.1, предусмотрен ниже ячейки Фарадея по ходу потока, рядом или вблизи выхода 6 из корпуса 1. Источник углеводорода 50 включает в себя повторно заправляемый углеводородом резервуар 55, содержащий жидкий ароматический углеводород, например олефин, такой как терпен. Система подачи источника углеводорода 50 включает в себя резьбовой стержень 52, который проходит через шаговый двигатель 53. Указанный стержень толкает поршень 54 внутри резервуара 55, вытесняя углеводород по трубке 56 наружу через распыляющую головку 57. Однако необходимо признать, что может быть использовано любое другое подходящее устройство для подачи испарившегося ароматического углеводорода в воздушный поток.

Устройство для удаления загрязнений из воздуха может приводиться в действие только от питающей электрической сети, только от аккумуляторной батареи, которая может повторно заряжаться, или подача питания может осуществляться селективно от обоих источников.

Устройство для удаления загрязнений из воздуха может быть изготовлено в виде портативного устройства, причем оно может иметь размер, приблизительно равный небольшому портфелю. В качестве альтернативы, устройство для удаления загрязнений из воздуха может быть изготовлено в виде более крупного устройства, предназначенного для монтажа в одном местоположении. Устройство последнего типа более подходит (но не ограничивается указанным) для промышленных или коммерческих установок и зданий.

При эксплуатации устройство для удаления загрязнений из воздуха располагается в местоположении, подлежащем очистке. Указанное устройство предназначается для очистки воздуха внутри зданий, камер, замкнутого пространства, вентиляционных каналов, труб, каналов или других закрытых или практически закрытых зон. Однако при достаточно высокой производительности они могут очищать воздух в открытой окружающей среде.

Устройство присоединяется к источнику питания, и вентилятор 20 генерирует поток атмосферного воздуха вдоль прохода 2 в корпусе 1, как показано стрелками на фиг. 1. Поток воздуха сначала сталкивается с анодом 31, диэлектриком 32 и катодом 33, который образует камеру 30 нетепловой плазмы. В этой камере используются характеристики нетепловой плазмы с целью ′плазменного разрушения′ составных частей воздуха внутри диэлектрического ядра. В общих чертах, электроны внешней орбиты в атомной структуре элементов, составляющих воздух (главным образом, кислород и азот), ′возбуждаются′ под действием интенсивного электронного поля, генерируемого нетепловой плазмой, обычно составляющего 10 кВ при 20 кГц. Возбужденные электроны освобождаются от энергии за счет столкновений. Однако выделяется немного тепла (или вообще не выделяется) из-за незначительной массы электронов и происходящей в последующем потери ионизации. Освобождаемая энергия является достаточной для генерирования свободных радикалов в воздушном потоке, таких как О′ и ОН′. Эти свободные радикалы являются мощными окислителями и могут окислять углеводороды, органические газы и частицы, обычный размер которых составляет 2,5 мкм (2,5×10^-6 м) и меньше, такие как бактерии, вирусы, споры, дрожжи, грибки и зловонные соединения. Обычно только наибольшая часть инертных элементов или соединений противостоят окислению.

Поскольку многие продукты окислительных реакций являются короткоживущими и поверхностно активными, из-за ничтожного давления паров, за счет обеспечения каталитического покрытия молекулярной толщины на части или всем материале диэлектрика нетепловой плазмы, может быть осуществлено окисление конкретных молекул или соединений, например нервно-паралитических газов, с помощью нетепловой плазмы.

В камере 30 нетепловой плазмы в качестве одного из побочных продуктов образуется озон. Время полураспада озона зависит от условий в атмосфере и, поскольку озон является мощным окислителем, в обычных условиях длительное взаимодействие в воздухе будет продолжаться и после его возбуждения в ядре плазмы. Обычно это является неприемлемым при эксплуатации устройства особенно вблизи людей. Поэтому ячейка Фарадея, которую образует катод плазменного фильтра, содержит трубку 40, испускающую УФ-излучение, окружена сеткой устройства 42, катализирующего разложение озона. Пары ртути внутри трубки, испускающей УФ-излучение, возбуждаются под действием микроволн, генерируемых магнетроном 62 с частотой порядка МГц с постоянным или переменным выходом. Ультрафиолетовое излучение, испускаемое с пиковой длиной волны, равной обычно 254 и 313 нанометров, позволяет разложить озон, увлекаемый с воздушным потоком. Покрытие на сетке 42 катализирует разложение озона. Использование микроволнового возбуждения УФ-излучения устраняет потребность в компоновке отдельной схемы, чтобы питать энергией УФ-трубку, таким образом, уменьшается количество и степень сложности компонентов.

Кроме того, микроволны позволяют возбудить молекулы воды, которые имеются в газовых выделениях из камеры плазмы, из-за окисления углеводородов, что также будет повышать эффективность камеры плазмы. Для этого требуется, чтобы сетка компонента катода 33 была достаточно широкой, чтобы обеспечить прохождение микроволновой энергии через клетку и поступить в камеру плазмы. Кроме того, общеизвестно, что микроволны в указанном диапазоне частот повышают интенсивность поля нетепловой плазмы и таким образом обеспечивается повышение общей эффективности устройства.

Введение (необязательное) водного аэрозоля 75 деионизированной воды из резервуара 72 является достаточным, чтобы повысить относительную влажность воздуха, проходящего через устройство, до 90% и больше. Это обеспечивает увеличение выхода гидроксильных радикалов (ОН^·) и снижение содержания свободного озона и оксидов азота (NOx) в газовых выделениях из камеры плазмы. Деионизированная вода должна иметь сопротивление приблизительно 18,2 МОм/см. Повышение концентрации свободных радикалов ОН^· на этой стадии процесса увеличивает эффективность последующих стадий в начале кинетического маршрута реакции, таким образом, снижается потребность в содержании озона в воздухе, выбрасываемом в процессе.

Ячейка Фарадея/реакционная камера двойного действия также включает в себя опоры 90 для трубки 40 УФ-излучения. Указанные опоры покрыты материалом, который катализирует распад озона под действием молекул воды с образованием свободных радикалов ОН^·, и, кроме того, им придана форма, вызывающая образование вихря или вращение воздуха, проходящего через камеру. Подходящим материалом покрытия является диоксид титана в форме анатаза. Предпочтительно, чтобы все внутренние поверхности 11 имели аналогичное покрытие.

Указанное разложение (фотоокисление) озона увеличивает концентрацию свободных радикалов, и особенно содержание гидроксильных радикалов ОН^·, в воздушном потоке. Эти свободные радикалы также интенсивно окисляют загрязнения, оставшиеся в воздушном потоке.

Испытания показали, что свободные радикалы, присутствующие в воздушном потоке после фильтрации плазмы, значительно увеличивают скорость генерации гидроксильных радикалов в ходе фотоокислительного процесса.

Обработанный воздух, который прошел сквозь реакционную камеру и был выпущен из сетки 33, обогащен радикалами ОН^· и содержит небольшое количество озона, обычно меньше 100 частей на миллиард, и пары воды. Для того чтобы обеспечить отсутствие значительного количества озона, который поступает в камеру обработки воздуха, отработанный воздух смешивается с заданным объемом углеводорода, введенным с помощью распыляющей головки 57. Предпочтительным углеводородом является терпен, обычно мирцен, который, как известно, не обладает токсичностью. Ненасыщенные двойные связи в молекуле терпена преимущественно взаимодействуют с озоном, давая больше ОН^· радикалов. Взаимодействие озона с терпеном протекает внутри устройства настоящего изобретения таким образом, что только продукты реакции, которые, в свою очередь, генерируют ОН^· радикалы, выпускаются внутрь камеры/оболочки с целью обработки. Скорость вращения шагового двигателя 53 источника углеводорода 50 задает скорость подачи терпена. Путем соединения шагового двигателя с пультом управления (не показан) можно точно регулировать скорость подачи терпена и таким образом обеспечивается, чтобы масса свободного озона в отработанном воздухе взаимодействовала с соответствующей массой терпена. Воздушный поток, образующийся после указанных взаимодействий, включает в себя каскадные реакции, известные как ′′фактор открытого воздуха′′, который моделирует естественный процесс на открытом воздухе, который ответственен за непрерывное удаление загрязнений в открытом воздухе.

Продукты указанных предпочтительных реакций обладают нулевым давлением паров и поэтому конденсируются на любых частицах, оставшихся в воздушном потоке или на поверхности. В результате, когда очищаемый воздушный поток покидает выход 6 из корпуса 1, происходит быстрое удаление загрязнений в воздухе окружающей среды и медленнее на поверхности.

Указанные инициированные реакции конденсации вне устройства для удаления загрязнений могут вызвать ′рост′ небольших твердых частиц, что, в предельных случаях, приводит к видимой дымке или туману. Это нежелательно. Однако, благодаря тому, что в устройстве для удаления загрязнений из воздуха происходит эффективная рециркуляция и повторная очистка воздуха в окружающей среде, эти мелкие твердые частицы в любом случае удаляются внутри фильтра нетепловой плазмы.

Фактически, наличие мелких твердых частиц является выгодным, поскольку они способствуют образованию гидроксильных радикалов при рециркуляции внутри камеры 30 плазмы. Таким образом, хотя частицы видимой дымки являются нежелательными, они выгодно повышают эффективность устройств удаления загрязнений и таким образом повышают безопасность воздуха окружающей среды.

Предпочтительно источник питания для устройства включает контур обратной связи, который обеспечивает работу камеры нетепловой плазмы при оптимальной резонансной частоте указанной камеры плазмы при различных условиях окружающей среды. Экспериментально было обнаружено, что резонансная частота камеры и ее емкостное сопротивление значительно изменяются, когда сами компоненты воздуха, проходящего через камеру, отклоняются от нормы. Таким образом, обеспечивается постоянное соответствие источника питания изменяющимся условиям резонанса, с целью получения оптимальной эффективности.

Более того, источник питания предпочтительно включает в себя контур детектора (не показан), с помощью которого отслеживаются изменения емкостного сопротивления и резонансной частоты. Для сигнала из этого контура может потребоваться усиление. Указанный сигнал может быть использован для приведения в действие индикатора, который будет указывать оператору на изменения условий компонентов воздуха, например, с целью предупреждения о газовой или биологической атаке. Кроме того, этот сигнал может быть использован для осуществления переключения, чтобы приводить в действие разнообразные или дублированные компоненты, расположенные внутри устройства, и таким образом обеспечивается улучшенное удаление загрязнений в ответ на возрастающие вызовы.

Генератор воздушного потока может быть приведен в обратное действие, что обеспечивает удаление загрязнений внутри устройства за счет извлечения избытка свободных радикалов, увлекаемых с воздушным потоком обратно через устройство. По существу, устройство в значительной степени является самоочищающимся.

На фиг.3а и 3b прилагаемых чертежей показан альтернативный аспект настоящего изобретения, в котором диэлектрик в камере плазмы заменен мелкими каплями деионизированной воды. В этом варианте осуществления минимизируется противодавление в системе подачи воздуха, что снижает энергетические затраты и уровень шума. Кроме того, в присутствии водяных капель в нетепловой плазме резко увеличивается выход ОН^· радикалов, а также снижается содержание озона за счет повышения концентрации пероксида водорода и пероксона (или пероксиозона), по сравнению с более традиционной конструкцией плазмы с "многослойным диэлектриком", применяемой ранее.

Более подробно, камера плазмы 200 содержит трубчатый компонент 201, в котором стенка трубки служит катодом, причем трубка имеет закрепленный в центре анод 203, подключенный к высоковольтному/высокочастотному источнику питания 205, который необходим для создания нетепловой плазмы в пространстве диэлектрика 210, предусмотренного между анодом и катодом. Катод 212 заземлен.

Диэлектрик в пространстве диэлектрика 210 предусмотрен в виде мелких капель деионизированной воды. Водяные капли должны быть достаточно мелкими, чтобы свободно витать в воздухе, причем это может быть осуществлено с использованием, например, специализированного ультразвукового распылителя, предусмотренного в резервуаре 220. Вентилятор 222 перемещает пары деионизированной воды из резервуара в пространство диэлектрика 210, и воздушный патрубок 230 подает исходный воздух в резервуар, где он насыщается каплями воды, и воздух нагнетается в направлении В в трубчатую камеру плазмы 200. Воздух С их окружающей среды (то есть помещения или камеры, которые очищаются) вводится по отдельному патрубку 240 и нагнетается в пространство диэлектрика под действием вентилятора 245.

Регулирование относительной скорости вентиляторов 222, 245 обеспечивает контроль и корректировку содержания водяных капель деионизированной воды в пространстве диэлектрика.

На фиг.4-6 прилагаемых чертежей показана альтернативная камера плазмы 300, и группа таких камер 400, согласно другому аспекту настоящее изобретения. Каждая камера плазмы 300 из группы 400 является цилиндрической и имеет центральный высоковольтный высокочастотный электрод 302, окруженный диэлектриком - гранулами активированного оксида алюминия 304, обычно диаметром 5-6 мм. Указанные гранулы активированного оксида алюминия удерживаются на месте, относительно центрального анода с помощью катодной сетки 306 подходящего размера, которая удерживает гранулы. Когда соответствующий источник питания 315, обычно 10 кВ с частотой 20 кГц, подключается к электродам, создается нетепловая плазма в диэлектрике 304 между анодом 302 и катодом 306. Экспериментально было обнаружено, что эффективное поле 308 нетепловой плазмы (показанное пунктиром на фиг.4 и 5) немного выступает за физические размеры камеры, возможно, благодаря электронам, высвобождаемым под действием энергии, поданной в камеру.

Расположение отдельных цилиндрических ячеек в виде рядов с уступами, как показано на фиг.4, обеспечивает использование "протяженного" поля 308 плазмы для обработки воздуха (показан стрелками на фиг.4), который направляется через группу ячеек, при минимальном противодавлении внутри системы удаления загрязнений. И в этом варианте получается более эффективное и экономичное устройство. Для каждой наружной стенки в группе ячеек предусмотрена изоляция, например, в виде слоистой структуры 310, например из силиконового каучука, как показано на фиг.5.

Дополнительно предусмотрены направляющие лопатки 312 на внутренней стенке групп 400 и между рядами камер, чтобы направлять воздух между отдельными камерами плазмы 300. Поля плазмы 308 контактируют или перекрываются (в зависимости от расположения камер и приложенного поля) и таким образом, воздух, проходящий сквозь указанную группу, обязательно переходит в состояние плазмы. Физическое регулирование воздуха направляет воздушный поток в колонны плазмы, обеспечивая частичную адсорбцию укрупненных частиц и молекул на диэлектрическом материале 304, что дает увеличение длительности воздействия поля плазмы 308, и соответствующее усиление окислительного действия, под действием которого разрушаются укрупненные частицы загрязнений.

Отдельные камеры, составляющие группу, могут последовательно переключаться с частотой, достаточной для поддержания нетепловой плазмы в отдельных камерах, даже если источник питания указанной камеры в настоящее время отсутствует. Это обосновывается наблюдением, что состояние пульсирующей нетепловой плазмы существует несколько сотен секунд дольше, чем импульс электрической энергии, необходимый для создания плазмы. Указанное последовательное переключение может быть осуществлено с использованием технологии специализированного автомеханического распределения, электромеханического или твердотельного распределения.

Описанные выше варианты осуществления приведены только в качестве примера, причем модификации будут очевидны для специалистов в этой области техники, без отклонения от объема изобретения, который определен в прилагаемой формуле изобретения.

Реферат

Изобретение относится к области гигиены и может быть использовано для очистки воздуха. Устройство для удаления загрязнений из воздуха содержит корпус (1), имеющий патрубки для входа (4) и выхода (6) воздуха, между которыми находится канал (2), средство (20) для направления потока воздуха через корпус, причем в корпусе содержится камера нетепловой плазмы (30), устройство ультрафиолетового излучения (40) и катализатор уменьшения содержания озона (42). При этом камера нетепловой плазмы содержит анод (31), диэлектрик (32) и катод (33), который имеет форму ячеистой оболочки, которая окружает устройство ультрафиолетового излучения и катализатор уменьшения содержания озона, с образованием реакционной камеры и ячейки Фарадея. Изобретение обеспечивает повышение эффективности очистки воздуха за счет блокирования внешних статических электрических полей. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула