Устройство и способ контроля загрязнения воздуха - RU2643388C2
Код документа: RU2643388C2
Чертежи
Описание
Область техники
Один или более вариантов осуществления изобретения относятся к устройству и способам контроля загрязнения воздуха и, в частности, контроля загрязнения воздуха вблизи проезжей части.
Введение
Загрязнение воздуха является постоянной экологической проблемой. Одним конкретным примером загрязнения воздуха является загрязнение проезжей части в результате выбросов из транспортных средств, движущихся по проезжей части, например, по автострадам. Данные выбросы могут существенно влиять на качество воздуха в районах вокруг проезжей части, особенно в пределах 300 метров от проезжей части. Это может быть особенно проблематичным, если проезжая часть находится вблизи жилого района.
Некоторые методы были разработаны в попытке контролировать загрязнение проезжей части. Например, в патенте US № 8048204 (Qiu et al.) описан способ смешивания загрязненного воздуха с менее загрязненным воздухом для создания умеренно загрязненного воздуха. В частности, способ Qiu et al. включает в себя деление воздуха вблизи проезжей части на «нижнюю часть», которая имеет высокую степень загрязнения, и "верхнюю часть", которая имеет низкую степень загрязнения. Загрязненный воздух из нижней части вынуждают подниматься вверх между двумя стенами, а затем выходить в верхней части стен, где он пересекается с менее загрязненным воздухом из верхней части. Это пересечение смешивает два воздушных потока, обеспечивая умеренно загрязненный воздух над стеной. После этого, умеренно загрязненный воздух продолжает двигаться по ветру.
В сущности, Qiu et al. описывает разбавление загрязненного воздуха путем смешивания его с менее загрязненным воздухом, тем самым снижая концентрацию в воздухе загрязняющих веществ без снижения общего количества загрязняющих веществ в воздухе.
Сущность изобретения
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления обеспечено устройство контроля загрязнения воздуха. Устройство содержит подветренную стену, расположенную рядом с загрязняемой областью, и наветренную стену, расположенную между подветренной стеной и загрязняемой областью. Подветренная стена и наветренная стена отстоят друг от друга, чтобы образовать между собой проходной канал для воздушного потока. Наветренная стена проходит вверх до первой высоты стены. Подветренная стена включает в себя верхний участок, проходящий до высоты первой стены. Верхний участок выполнен с возможностью направлять воздушный поток вниз через проходной канал для воздушного потока в направлении по меньшей мере одного отверстия, расположенного ниже первой высоты стены для отвода воздушного потока из проходного канала для воздушного потока.
По меньшей мере одно отверстие может быть выполнено с возможностью отводить воздух к подветренной области, которая находится с подветренной стороны подветренной стены.
Подветренная стена может иметь нижний участок, расположенный ниже первой высоты стены, и указанное по меньшей мере одно отверстие может быть расположено в нижнем участке.
Верхний участок подветренной стены может быть образован с дефлектором для направления воздушного потока вниз в проходной канал для воздушного потока. Дефлектор может по меньшей мере частично нависать над проходным каналом для воздушного потока. Дефлектор может быть наклонным или изогнутым.
Устройство может также содержать по меньшей мере одну установку для удаления загрязнений для удаления загрязняющих веществ из воздушного потока. Установка для удаления загрязнений может быть расположена с подветренной стороны указанного по меньшей мере от одного отверстия. Установка для удаления загрязнений может быть расположена вблизи подветренной стены. Установка для удаления загрязнений может включать в себя растительный материал.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления обеспечено устройство контроля загрязнения воздуха. Устройство содержит подветренную стену для размещения вблизи загрязняемой области и наветренную стену для размещения между подветренной стеной и загрязняемой областью, чтобы проходить вверх на высоту первой стены. Подветренная стена отстоит от наветренной стены, чтобы образовать между ними проходной канал для воздушного потока. Подветренная стена включает в себя верхний участок, проходящий выше первой высоты стены. Верхний участок выполнен с возможностью направлять воздушный поток вниз через проходной канал для воздушного потока в направлении по меньшей мере одного отверстия, расположенного ниже первой высоты стены для отвода воздушного потока из проходного канала для воздушного потока.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления обеспечен способ контроля загрязнения воздуха. Способ включает в себя установку по меньшей мере одной из наветренной стены и подветренной стены вблизи загрязняемой области. Наветренная стена расположена между подветренной стеной и загрязняемой областью. При этом подветренная стена отстоит от наветренной стены, чтобы обеспечить между ними проходной канал для воздушного потока. Способ также включает в себя направление воздушного потока вниз через проходной канал для воздушного потока в направлении указанного по меньшей мере одного отверстия для отвода воздушного потока из проходного канала для воздушного потока.
Способ может также включать в себя отвод воздуха к подветренной области, которая находится с подветренной стороны подветренной стены.
Воздушный поток может направляться вниз в проходной канал для воздушного потока верхним участком подветренной стены, который проходит над наветренной стеной. Воздушный поток может быть направлен вниз в проходной канал для воздушного потока с помощью дефлектора, образованного на верхнем участке подветренной стены.
В некоторых примерах этап размещения может включать в себя размещение как наветренной стены, так и подветренной стены. Кроме того, наветренная стена и подветренная стена могут размещаться одновременно. В качестве альтернативы, одна из наветренной стены и подветренной стены может размещаться вслед за другой из наветренной стены и подветренной стены.
В других примерах этап размещения может включать в себя установку только одной из наветренной стены и подветренной стены. Например, одна из наветренной стены и подветренной стены может устанавливаться как часть модернизированной конструкции к оставшейся другой наветренной стене и к подветренной стене.
Другие аспекты и признаки станут очевидными для специалистов в данной области техники при рассмотрении последующего описания некоторых иллюстративных вариантов.
Краткое описание чертежей
Чертежи, включенные в данный документ, предназначены для иллюстрации различных примеров изделий, способов и устройств согласно настоящему документу и не предназначены для ограничения раскрываемого объема. На чертежах:
Фиг. 1 - вид сбоку стеновой конструкции предшествующего уровня техники, известной из Qiu et al., для нагнетания загрязненного воздуха в восходящем направлении между двумя стенами для смешивания с менее загрязненным воздухом;
Фиг. 2 - вид сбоку устройства контроля загрязнения воздуха в соответствии с одним вариантом осуществления;
Фиг. 3 - схематический вид сбоку устройства, показанного на Фиг. 2, имеющего установку для удаления загрязнений, которая включает в себя растение;
Фиг. 4 - серия графических диаграмм, сравнивающих смоделированную среднюю концентрацию загрязняющих веществ для воздушного потока с низкой скоростью вблизи проезжей части для ситуации, когда: (а) стена отсутствует, (b) стена прямая и (с) примерное устройство в соответствии по меньшей мере с некоторыми из принципов, описанных в настоящем документе;
Фиг. 5 - серия графических диаграмм, сравнивающих смоделированную среднюю концентрацию загрязняющих веществ для воздушного потока с более высокой скоростью вблизи проезжей части для ситуации, когда: (а) стена отсутствует, (b) стена прямая и (с) примерное устройство в соответствии по меньшей мере с некоторыми из принципов, описанных в настоящем документе;
Фиг. 6 - серия графических диаграмм, сравнивающих смоделированную среднюю скорость воздушного потока для воздушного потока с низкой скоростью, движущегося через: (а) отсутствующую стену, (b) прямую стену и (с) примерное устройство в соответствии по меньшей мере с некоторыми из принципов, описанных в настоящем документе;
Фиг. 7 - серия графических диаграмм, сравнивающих смоделированную среднюю скорость воздушного потока для воздушного потока с более высокой скоростью, движущегося через: (а) отсутствующую стену, (b) прямую стену и (с) примерное устройство в соответствии по меньшей мере с некоторыми из принципов, описанных в настоящем документе;
Фиг. 8 - серия графических диаграмм, сравнивающих совокупную среднюю концентрацию загрязняющих веществ для воздушного потока с низкой скоростью, движущегося через: (а) прямую стену в модели вычислительной газодинамики CFD, (b) прямую стену в аэродинамической трубе, (c) примерное устройство в модели вычислительной газодинамики (CFD) в соответствии по меньшей мере с некоторыми из принципов, описанных в настоящем документе, и (d) примерное устройство в аэродинамической трубе в соответствии, по меньшей мере, с некоторыми из принципов, описанных в настоящем документе;
Фиг. 9 - серия графических диаграмм, показывающих совокупную среднюю концентрацию загрязняющих веществ для воздушного потока с более высокой скоростью, движущегося через: (а) прямую стену в модели вычислительной газодинамики (CFD), (b) прямую стену в аэродинамической трубе, (c) примерное устройство в модели вычислительной газодинамики (CFD) в соответствии по меньшей мере с некоторыми из принципов, описанных в настоящем документе, и (d) примерное устройство в аэродинамической трубе в соответствии по меньшей мере с некоторыми из принципов, описанных в настоящем документе;
Фиг. 10 - вид сбоку устройства контроля загрязнения воздуха, имеющего стену с отверстием, расположенным в подветренной стене в соответствии с другим вариантом осуществления;
Фиг. 11 - вид сбоку устройства контроля загрязнения воздуха, имеющего подветренную стену с изогнутым дефлектором согласно другому варианту осуществления изобретения;
Фиг. 12 - вид сбоку устройства контроля загрязнения воздуха, имеющего подветренную стену по существу с прямым верхним участком в соответствии с другим вариантом осуществления; и
Фиг. 13 - блок-схема, показывающая способ контроля загрязнения воздуха в соответствии с другим вариантом осуществления.
Подробное описание
Обращаясь к Фиг. 1, в данном документе иллюстрируется стеновая конструкция 10 предшествующего уровня техники, в целом описанная в патенте US №8048204 (Qiu et al.). Стеновая конструкция 10 вынуждает загрязненный воздух 12 подниматься вверх для смешивания с менее загрязненным воздухом 14 над стеновой конструкцией 10, чтобы обеспечить умеренно загрязненный воздух над стеновой конструкцией 10. Менее загрязненный воздух 14 обычно находится на большей высоте в воздушном потоке и, хотя он обычно включает в себя некоторые загрязняющие вещества с проезжей части, они, как правило, имеют более низкие концентрации по сравнению с загрязненным воздухом 12.
Стеновая конструкция 10 включает в себя наружную стену 20, расположенную вблизи области проезжей части 16, и внутреннюю стену 22, которая расположена между областью проезжей части 16 и наружной стеной 20. Внутренняя стена 22 и наружная стена 20 отстоят друг от друга для образования между собой канала 24.
Внутренняя стена 22 включает в себя нижний участок 30, проходящий вертикально. Нижний участок 30 имеет отверстие 34 для направления нижней части 40 загрязненного воздуха 12 в проходной канал 24 и затем нагнетания загрязненного воздуха наверх через проходной канал 24 таким образом, чтобы смешивать с менее загрязненным воздухом 14 над стеновой конструкцией 10. Это смешение создает умеренно загрязненный воздух над стеновой конструкцией 10.
Внутренняя стена 22 также включает дефлектор 32, установленный на верхнем участке нижнего участка 30. Дефлектор 32 проходит в направлении области проезжей части 16. В соответствии с Qiu et al., когда верхняя часть 42 загрязненного воздуха 2 наталкивается на нижний участок 30, она создает область высокого давления, который направляет верхнюю часть 42 загрязненного воздуха 12 вверх через дефлектор 32 для смешивания с менее загрязненным воздухом 14.
Как правило, стеновая конструкция 10 предшествующего уровня техники предназначается для снижения концентрации загрязняющих веществ на низких высотах вблизи подветренной области 18, расположенной с подветренной стороны от стеновой конструкции 10. Тем не менее, концентрация загрязнения на верхних уровнях увеличивается. Это проблематично, поскольку загрязняющие вещества, расположенные на верхних уровнях, как правило, имеют тенденцию переноситься дальше по ветру за пределы подветренной области 18 и, в конечном итоге, могут оседать на земле (например, в жилом районе). Таким образом, хотя стеновая конструкция 10 может быть полезной для снижения концентрации загрязняющих веществ в подветренной области 18 вблизи стеновой конструкции 10, общее количество загрязняющих веществ остается неизменным. Вместо этого, загрязняющие вещества просто рассеиваются по большей площади.
Обращаясь теперь к Фиг. 2 и 3, на них проиллюстрировано устройство 100 контроля загрязнения воздуха в соответствии по меньшей мере с некоторыми из принципов, описанных в настоящем документе.
В целом, устройство 100 приспособлено для направления загрязненного воздуха вниз через проходной канал для воздушного потока между противоположными стенами. Это нисходящее движение может помогать контролировать загрязненный воздух. Например, нисходящий воздушный поток может заставлять захваченные загрязняющие вещества падать и оседать на поверхности 102 земли у основания устройства 100. Это может помочь уменьшить количество загрязняющих веществ в воздухе дальше с подветренной стороны от устройства 100 и может привести к общему снижению загрязнения воздуха.
В некоторых случаях загрязненный воздух вблизи основания стены может накапливаться или захватываться с помощью установки 160 для удаления загрязнений, которая может улучшить удаление загрязняющих веществ из воздуха.
В некоторых случаях устройство 100 может повышать концентрацию загрязняющих веществ в воздухе в основании или около основания подветренной стороны устройства 100. Это может повысить общую производительность установки 160 для удаления загрязнений и может уменьшить количество загрязняющих веществ в воздухе дальше с подветренной стороны от устройства 100.
Возвращаясь снова к Фиг. 2, в показанном варианте осуществления устройство 100 включает в себя наветренную стену 110 (также называемую внутренней стеной) и подветренную стену 112 (также называемую внешней стеной). Стены 110, 112 могут быть размещены на или над поверхностью 102 земли. Например, стены 110, 112 могут опираться на основание или другой тип фундамента.
Стены 110, 112, как правило, располагают вблизи области 106 загрязнения. Например, стены 110, 112 могут быть расположены в пределах 50 метров от проезжей части или другой области 106 загрязнения. В других примерах стены 110, 112 могут быть расположены ближе или дальше от области 106 загрязнения.
В некоторых примерах стены 110, 112 могут размещаться в направлении "по ветру" от области 106 загрязнения. Например, как показано Фиг. 2 и 3, направление "по ветру" определено как направление, проходящее обычно слева направо, как показано стрелкой DW, хотя следует понимать, что фактическое направление ветра фактически может меняться.
В общем, стены 110, 112 могут быть установлены между областью 106 загрязнения и областью, где желателен контроль загрязнения (например, жилым районом).
В некоторых примерах область 106 загрязнения может быть проезжей частью, например автострадой. Соответственно, область 106 загрязнения может включать в себя загрязняющие вещества, например выбросы из транспорта, придорожную пыль или мусор и тому подобное.
В некоторых вариантах осуществления устройство 100 может также использоваться для контроля других видов загрязнения воздуха, которые не обязательно расположены возле проезжей части. Например, устройство 100 может располагаться вблизи промышленного объекта и использоваться для контроля загрязняющих веществ в воздухе, исходящих от объекта. Устройство 100 также может размещаться около области, предрасположенной к образованию пыли или грязи, например, около строительной площадки, железнодорожных путей или аэропорта.
Как показано на Фиг. 2 и 3, наветренная стена 110 расположена между подветренной стеной 112 и областью 106 загрязнения. Кроме того, подветренную стену 112 и наветренную стену 110 располагают на расстоянии друг от друга, чтобы обеспечить между ними проходной канал 116 для воздушного потока (или канал).
Проходной канал 116 для воздушного потока обычно имеет ширину W прохода, подобранную, чтобы облегчить движение воздуха через него. Например, ширина W прохода может составлять от около 10 сантиметров до около 100 сантиметров в некоторых вариантах осуществления. В других примерах ширина W прохода может быть больше или меньше.
Как показано на Фиг. 2, подветренная стена 12, как правило, выше, чем наветренная стена 110. Например, наветренная стена 10 в данном примере проходит вверх до первой H1 высоты стены над поверхностью земли (также называемой "опорной поверхностью"), в то время как подветренная стена 112 проходит вверх до второй высоты Н2 стены, которая больше, чем первая высота H1 стены.
Высоты H1, H2 стен могут быть выбраны в зависимости от конкретных характеристик области 106 загрязнения, а также других характеристик окружающей среды или условий эксплуатации. В некоторых случаях высоты H1, H2 стен могут быть выбраны с учетом контроля конкретного процента загрязняющих веществ в воздухе в зависимости от относительных концентраций загрязняющих веществ на разных высотах.
В некоторых примерах первая высота H1 стены может быть между около 2 метрами и 8 метрами. В некоторых конкретных примерах первая высота H1 стены может быть около 5 метров.
В некоторых примерах вторая высота Н2 стены может быть больше, чем первая высота H1 стены в пределах от около 0,2 метра до около 1 метра. В некоторых конкретных примерах вторая высота Н2 стены может быть на около 0,5 метра выше, чем первая высота H2 стены (например, вторая высота Н2 стены может быть около 5,5 метров, когда первая высота H1 стены составляет 5 метров). В других примерах разница между первой высотой стены и второй высотой стены может быть больше или меньше.
Хотя были описаны некоторые примерные высоты H1, H2 стен, в других примерах высоты H1, H2 стен могут быть больше или меньше.
Как показано, подветренная стена 112 включает в себя верхний участок 120, проходящий вверх над первой высотой H1 стены. Со ссылкой на Фиг. 3, верхний участок 120 выполнен с возможностью направлять по меньшей мере часть 123 воздушного потока вниз через проходной канал 116 для воздушного потока. Данная часть 123 воздушного потока может иметь более высокую концентрацию загрязняющих веществ по сравнению с другими частями воздушного потока (в частности, с теми частями воздушного потока, которые находятся на большей высоте).
Часть 123 воздушного потока, направленного вниз в проход 116 воздушного потока, затем проходит в направлении одного или нескольких отверстий 122. Отверстие 122, как правило, расположено ниже первой высоты H1 стены, а более конкретно, отверстие 122 может быть расположено в основании или вблизи основания подветренной стены 112.
Как описано выше, направление воздушного потока вниз в проходной канал 116 воздушного потока к отверстию 122 может помочь контролировать загрязнение воздуха. Например, нисходящий воздушный поток может нести захваченные газом загрязняющие вещества вниз к поверхности 102 земли, где эти загрязняющие вещества могут скапливаться и оседать. Кроме того, направление воздушного потока вниз может концентрировать загрязняющие вещества на основании или вблизи основания подветренной стороны подветренной стены, что может быть удобным для сбора загрязняющих веществ, с использованием установки 160 для удаления загрязнения.
В некоторых примерах верхний участок 120 подветренной стены 112 может быть образован с дефлектором 140. Дефлектор 140 может быть выполнен с возможностью помогать направлять или сопровождать воздушный поток вниз в проходной канал 116 для воздушного потока. Например, дефлектор 140 может проходить наверх в воздушный поток (например, в направлении наветренной стены 110) и, возможно по меньшей мере частично, или даже полностью, нависать над проходным каналом 116 для воздушного потока. Данный дефлектор 140 входного потока может помогать направлять или сопровождать воздушный поток вниз в проходной канал 116 для воздушного потока.
В некоторых примерах дефлектор 140 может быть наклонным. Например, как показано на Фиг. 2, подветренная стена 112 может иметь участок 142 основной конструкции (который в данном варианте является, в основном, вертикальным), и дефлектор 140 может образовывать угол 144 с участком 142 основной конструкции. Угол 144 может быть любым подходящим углом для направления воздушного потока вниз в проходной канал 116 для воздушного потока. Например, угол 144 может быть тупым углом, превышающим около 90 градусов. Более конкретно, угол 144 может находиться в диапазоне от около 90 градусов до около 180 градусов. В некоторых конкретных примерах угол 144 может быть около 135 градусов. В других примерах угол 144 может быть больше или меньше.
Наклонный дефлектор 140 обычно имеет длину L. В некоторых примерах длина L дефлектора может составлять от около 0,2 метров до около 2 метров. В других примерах длина L дефлектора может быть больше или меньше.
Хотя Фиг. 2 и 3 показывают наклонный дефлектор, в некоторых примерах дефлектор 140 может иметь другие формы и конфигурации, такие как изогнутый дефлектор (например, как показано Фиг. 11).
После движения вниз через проходной канал 116 для воздушного потока, часть 123 воздушного потока выходит через отверстие 122 (например, как отводимый воздушный поток 125). В некоторых примерах отверстие 122 может быть выполнено с возможностью отводить воздух к первой области 109 подветренной области 108, которая находится в основании подветренной стены 112 или вблизи него.
Отвод воздушного потока в направлении подветренной области 108 может помогать уменьшать концентрацию загрязняющих веществ с подветренной стороны подветренной стены 112. Например, в некоторых случаях отводимый воздушный поток 125 может иметь достаточно высокую скорость, чтобы обеспечивать эффект Вентури. В частности, высокая скорость отведения воздушного потока 125 может создавать вблизи поверхности земли турбулентную область низкого давления. Это может вызывать вертикальное смешивание, что может помогать разрежать любые оставшиеся в воздухе загрязняющие вещества для дополнительного снижения концентрации загрязняющих веществ в подветренной области.
Отводимый поток воздуха 125 с увеличенной скоростью и турбулентностью вдоль поверхности 102 земли также может способствовать уменьшению вихревого следа за подветренной стеной 112. Это может уменьшать области обратного потока, который в противном случае может позволить загрязняющим веществам в воздушном потоке накапливаться в высоких концентрациях около подветренной стены 112.
В некоторых примерах отверстие 122 может быть расположено внутри подветренной стены 112. Например, подветренная стена 112 может иметь нижний участок 130, расположенный ниже первой высоты H1 стены, и отверстие 122 может быть расположено в нижнем участке 130.
Как показано на Фиг. 2, отверстие 122 может быть образовано вырезом вдоль нижней части нижнего участка 130 подветренной стены 112. Отверстие 122 может проходить от верхней кромки 132 нижнего участка 130 до поверхности 102 земли. В некоторых вариантах осуществления размер отверстия 122 может быть в пределах от около 0,2 метра до около 2 метров. В других примерах размер отверстия 122 может быть больше или меньше.
Выполнение отверстия 122 у поверхности 102 земли может быть полезным. Например, когда воздушный поток выходит из отверстия 122, загрязняющие вещества находятся близко к поверхности 102 земли в области 109, и загрязняющие вещества могут падать и оседать на поверхности 102 земли раньше, чем в том случае, если бы отверстие 122 было расположено на большей высоте.
Хотя в представленном примере показано одно отверстие 122, в некоторых примерах может быть несколько отверстий 122. Например, стены 110, 112 могут проходить на некоторое расстояние вдоль поверхности земли (например, вдоль проезжей части). В таких примерах может быть множество отверстий, периодически расположенных вдоль подветренной стены 112. Дополнительно, отверстия 122 могут быть расположены между стойками 150, которые поддерживают подветренную стену 112.
Хотя в представленном примере показано отверстие 122, расположенное вдоль подветренной стены 112, в других примерах отверстие 122 может размещаться в других местах, например в уровне поверхности 102 земли (например, с заходом в подземный трубопровод).
Как описано выше, устройство 100 может включать в себя установку 160 для удаления загрязнений из воздушного потока. В некоторых примерах установка 160 для удаления загрязнений может включать в себя биологический фильтр. Например, как показано на Фиг. 3, биологический фильтр может включать в себя одно или несколько растений, например кустарник, живую изгородь, небольшое дерево или другой растительный материал. Растения могут помогать удалять загрязняющие вещества из воздуха, фильтруя частицы или иным образом захватывая или накапливая загрязняющие вещества. Кроме того, растения имеют низкие эксплуатационные расходы и могут нуждаться в незначительном или не нуждаться ни в каком ручном уходе. Дополнительно, растения обычно позволяют воздушному потоку проходить в подветренную область 108 без значительного ограничения скорости воздушного потока.
В других примерах установка 160 для удаления загрязнений может включать в себя активную систему распыления воды, электростатический осадитель (ESP), химические средства, наносимые на стены 110, 112 (например, диоксид титана), другие типы воздушных фильтров и тому подобное.
В некоторых вариантах осуществления установка 160 для удаления загрязнений может быть расположена с подветренной стороны от отверстия 122. Например, как показано на Фиг. 2, установка 160 для удаления загрязнений может быть расположена на поверхности 102 земли с подветренной стороны от отверстия 122 (например, в области 109). В некоторых примерах установка 160 для удаления загрязнений может быть расположена на расстоянии от отверстия 122 (например, как показано Фиг. 2). В других примерах установка 160 для удаления загрязнений может располагаться по существу вблизи подветренной стены 112 с подветренной стороны от отверстия 122 (как показано на Фиг. 3).
В некоторых примерах установка 160 для удаления загрязнений может размещаться в других местах, например в проходном канале 116 для воздушного потока (например, как показано на Фиг. 10), в отверстии 122, в уровне поверхности земли, и так далее.
Стены 110, 112 могут быть изготовлены из любого подходящего материала. Например, стены могут быть выполнены из бетона, металла, кирпича, стекла или других материалов, или их комбинации. В некоторых примерах стены 110, 112 могут быть изготовлены из или могут включать в себя ослабляющий шум материал, например звукопоглощающий материал или звукоотражающий материал.
Хотя представленный пример показывает устройство 100, расположенное на одной стороне области 106 загрязнения (например, вдоль одной стороны проезжей части), в некоторых примерах может быть два или более устройств 100, расположенных на двух или более сторонах области 106 загрязнения (например, вдоль противоположных сторон проезжей части). Например, если область 106 загрязнения является прямоугольной строительной площадкой, устройство 100 может размещаться на всех четырех сторонах площадки, чтобы помочь контролировать пылевое загрязнение.
В некоторых примерах одна из наветренной стены 110 или подветренной стены 112 может быть уже существующей стеной, и другая стена может быть добавлена как часть модернизированной конструкции к существующей стене. Например, одна из наветренной стены 110 или подветренной стены 112 может быть выполнена с возможностью монтажа на существующую конструкцию стены таким образом, чтобы направлять воздух вниз между стеновыми конструкциями.
Обращаясь теперь к Фиг. 4-9, компьютерное моделирование и физические испытания проводились на примерном устройстве, аналогичном устройству, показанному на Фиг. 2 и 3.
При компьютерном моделировании испытания примерного устройства включали наветренную стену, имеющую высоту около 4,3 метров, и подветренную стену, имеющую высоту около 5,5 метров. Стены были разнесены друг от друга, чтобы обеспечить ширину прохода около 35 сантиметров. Дефлектор был установлен под углом примерно 125 градусов и имел длину 0,8 метров. Отверстие в нижней части подветренной стены имело размер около 1 метра. Примерное устройство не включало в себя установку для удаления загрязнения. Моделирование проводили также без устройства (т.е. без стены) и со стандартной прямой стеной, имеющей высоту 5 метров.
Компьютерное моделирование проводили с использованием программы гидродинамического расчета для двумерной среды, имеющей сетку 1000×600. При моделировании примерное устройство помещалось в 20 метрах с подветренной стороны от области загрязнения. Область загрязнения содержала источник загрязнения, находящийся в 1 метре над поверхностью земли, и загрязнение производилось с интенсивностью 0,025 кг/сек. Отдельные эксперименты по компьютерному моделированию и испытания проводили с входящими воздушными потоками, имеющими скорость 1,39 м/сек и 2,78 м/сек. Отслеживались данные на расстоянии 60 метров с подветренной стороны от устройства.
Физические испытания проводили в аэродинамической трубе с применением модели в масштабе 1:13,5 на основе масштабных параметров, эквивалентных тем, которые использовали в компьютерном моделировании.
Обращаясь к Фиг. 4 и 5, смоделированная средняя концентрация загрязняющих веществ показана для (а) отсутствующей стены, (b) обычной прямой стены и (с) примерного устройства, для восходящих воздушных потоков со скоростями 1,39 м/сек и 2,78 м/сек, соответственно. На основе графических представлений примерное устройство в среднем уменьшает концентрацию загрязняющих веществ с подветренной стороны от устройства по сравнению с (а) отсутствующей стеной и (b) обычной прямой стеной.
Например, как показано Фиг. 4(с), для потока воздуха со скоростью 1,39 м/сек средняя концентрация загрязняющих веществ обычно ниже 2500 ppm (пропромилле) на расстояниях, превышающих примерно 12 метров с подветренной стороны от устройства. В противоположность этому, как показано на Фиг. 4(b), средняя концентрация не падает настолько низко, пока находится на расстояниях, превышающих около 20 метров с подветренной стороны от стандартной прямой стены.
Кроме того, как показано Фиг. 5(с), при потоке воздуха, движущегося со скоростью 2,78 м/сек, средняя концентрация загрязняющих веществ обычно ниже 1000 ppm (пропромилле) на расстояниях, превышающих около 15 метров с подветренной стороны от устройства. В противоположность этому, как показано на Фиг. 5(b), средняя концентрация не падает настолько низко, пока находится на расстояниях, превышающих около 30 метров с подветренной стороны от обычной прямой стены.
Обращаясь к Фиг. 6 и 7, моделируемая средняя скорость воздушного потока показана для (а) отсутствующей стены, (b) стандартной прямой стены и (с) примерного устройства для восходящих воздушных потоков, движущихся со скоростью 1,39 м/сек и 2,78 м/сек, соответственно. На основании графических представлений примерное устройство имеет меньший вихревой след с подветренной стороны от устройства по сравнению со стандартной прямой стеной.
Например, как показано на Фиг. 6(b), имеется 10-метровый карман застойного воздуха, который движется со скоростью менее 1,0 м/сек за обычной прямой стеной. В противоположность этому, как показано на Фиг. 6(с), за примерным устройством имеется только небольшой 1-метровый карман застойного воздуха.
Кроме того, как показано на Фиг. 7, имеется карман меньшего размера более медленно перемещающегося воздуха за пределами примерного устройства по сравнению со стандартной прямой стеной.
Как описано выше, считается, что уменьшение размера вихревого следа за подветренной стеной может снизить концентрацию загрязняющих веществ. Например, меньший вихревой след может обеспечить меньшее количество застойных областей, в пределах которых собираются загрязняющие вещества, переносимые по воздуху. Кроме того, обеспечивая более высокую скорость воздушного потока через подветренную область, можно помочь увеличить вертикальное смешивание, и, таким образом, разбавить чистым воздухом остальные загрязняющие вещества для дальнейшего снижения концентрации в приземном слое.
Обращаясь к Фиг. 8 и 9, предоставлены диаграммы, показывающие среднюю концентрацию загрязняющих веществ на различных высотах и расстояниях с подветренной стороны от стандартной прямой стены и примерного устройства для восходящих воздушных потоков, которые движутся со скоростью 1,39 м/сек и 2,78 м/сек, соответственно. Графики показывают результаты как компьютерного моделирования, так и физических испытаний.
Почти во всех случаях примерное устройство обеспечивает более низкую среднюю концентрацию загрязняющих веществ по сравнению со стандартной прямой стеной. Кроме того, примерное устройство показывает снижение средней концентрации загрязняющих веществ на величину до около 50% по сравнению со стандартной прямой стеной. Считается, что это снижение может быть связано с: (а) турбулентным перемешиванием, генерируемым устройством, или (b) повышенной скоростью воздушного потока через подветренную область, или и с тем, и с другим.
Обращаясь теперь к Фиг. 10, показано еще одно устройство 200 контроля загрязнения воздуха в соответствии с другим вариантом осуществления. Устройство 200 аналогично в некоторых отношениях устройству 100, описанному ранее, и подобным элементам даны аналогичные ссылочные позиции, увеличенные на сто. Например, устройство включает в себя наветренную стену 210 и подветренную стену 212 с проходным каналом 216 для воздушного потока между ними. Дополнительно, подветренная стена 212 включает в себя верхний участок 220, образованный наклонным дефлектором 240 для направления воздушного потока вниз через проходной канал 216 для воздушного потока к отверстию 222.
В данном варианте осуществления отверстие 222 смещено от поверхности земли 202 на расстояние OD смещения. Более конкретно, отверстие 222 проходит от верхней кромки 232 нижнего участка 230 вниз до нижней кромки 234, которая расположена выше поверхности 202 земли на расстоянии OD смещения. В некоторых вариантах осуществления расстояние ОD смещения может быть между около 0,2 метра и около 1 метра.
При такой конфигурации считается, что некоторые загрязняющие вещества, переносимые по воздуху, могут скапливаться вдоль поверхности 202 земли в области 250 сбора, расположенной между стенами 210, 212. Например, твердые частицы, вовлекаемые в нисходящий воздушный поток, могут продвигаться в область 250 сбора, когда воздушный поток выходит через отверстия 222.
В некоторых вариантах осуществления устройство 200 может включать в себя установку 260 для удаления загрязнений, которая может быть подобной установке 160 для удаления загрязнений. Как показано в данном варианте осуществления, установка 260 для удаления загрязнений может быть расположена внутри проходного канала 216 для воздушного потока.
Обращаясь теперь к Фиг. 11, показано еще одно устройство 300 контроля загрязнения воздуха. Устройство 300 аналогично в некоторых отношениях устройству 100, описанному ранее, и на подобные элементы даны аналогичные ссылочные позиции, увеличенные на двести. Например, устройство 300 включает в себя наветренную стену 310 и подветренную стену 312 с проходным каналом для воздушного потока между ними. Дополнительно, подветренная стена 312 включает в себя верхний участок 320 с дефлектором 340 для направления воздушного потока 323 вниз через проходной канал для воздушного потока к отверстию 322.
В данном варианте осуществления дефлектор 340 является изогнутым. Например, как показано, дефлектор 340 может иметь изогнутую форму, по меньшей мере частично нависая над проходным каналом для воздушного потока. Обеспечение изогнутого дефлектора 340 может помочь постепенно направлять воздушный поток вниз в проходной канал для воздушного потока и избежать поверхностных неоднородностей, которые могут увеличивать турбулентность.
В данном варианте осуществления подветренная стена 312 поддерживается наветренной стеной 310. Например, как показано, могут быть использованы один или несколько монтажных кронштейнов 370, чтобы навесить на подветренную стену 312 наветренную стену 310. Монтажные кронштейны 370 могут прикрепляться к каждой соответствующей стене 310, 312 с помощью крепежных деталей, таких как болты, винты, клей и т.п.
Одно из преимуществ нависания подветренной стены 312 с наветренной стены 310 состоит в том, что отверстие 322 выполнено в виде непрерывного проходного канала ниже подветренной стены 312. Это может помочь обеспечить беспрепятственный отвод воздушного потока 323.
В некоторых вариантах осуществления монтажные кронштейны 370 могут быть также использованы как часть комплекта модернизированной конструкции, чтобы добавить подветренную стену 312 к уже существующей прямой стене (например, наветренной стене 310).
Обращаясь теперь к Фиг. 12, показано еще одно устройство 400 контроля загрязнения воздуха. Устройство 400 аналогично в некоторых отношениях к устройству 300, описанному ранее, и подобные элементы имеют аналогичные ссылочные позиции, увеличенные на сто. Например, устройство 400 включает в себя наветренную стену 410 и подветренную стену 412 с проходным каналом для воздушного потока между ними. Дополнительно, подветренная стена 412 включает в себя верхний участок 420 для направления воздушного потока 423 вниз через проходной канал для воздушного потока к отверстию 422.
В данном варианте осуществления верхний участок 420 проходит в основном вертикально вверх от нижнего участка без дефлектора. Эта конфигурация может быть проще в изготовлении. Кроме того, считается, что часть воздушного потока, падающего на верхний участок 420, будет по-прежнему направлена вниз в проходной канал для воздушного потока (например, как показано на Фиг. 12).
Обращаясь теперь к Фиг. 13, показана блок-схема, иллюстрирующая способ 500 контроля загрязнения воздуха. Способ включает в себя этапы 510 и 520.
Этап 510 включает в себя размещение по меньшей мере одной из наветренной стены и подветренной стены около загрязняемой области. Стены размещают так, что наветренная стена располагается между подветренной стеной и загрязняемой областью. Дополнительно, подветренная стена отстоит от наветренной стены таким образом, чтобы обеспечить между ними проходной канал для воздушного потока.
В некоторых примерах этап 510 может включать в себя размещение обеих стен. Например, как наветренная стена, так и подветренная стена могут размещаться одновременно. В других примерах одна из стен может размещаться вслед за другой стеной.
В некоторых примерах этап 510 может включать в себя размещение только одной из стен. Например, одна из стен может размещаться как часть модернизированной конструкции к другой стене, которая может быть уже существующей стеной.
В некоторых примерах этап 510 может включать в себя модификацию уже существующих стен и затем добавление другой стены. Например, существующая прямая стена может быть модифицирована для образования подветренной стены путем образования отверстия в нижней части стены, а затем более короткая наветренная стена может быть расположена между подветренной стеной и загрязняемой областью.
Этап 520 включает в себя направление воздушного потока вниз через проходной канал для воздушного потока в направлении по меньшей мере одного отверстия для отвода воздушного потока из проходного канала для воздушного потока.
В некоторых примерах воздушный поток может направляться вниз через проходной канал для воздушного потока от верхней части подветренной стены, которая проходит вверх над наветренной стеной. Например, верхний участок может быть выполнен с дефлектором для направления воздушного потока вниз в проходной канал для воздушного потока (например, как показано в примерах, показанных на Фиг. 2, 3, 10 и 11). Кроме того, верхний участок может быть по существу прямым и может не включать в себя дефлектор (например, как показано на Фиг. 12).
Способ 500 также может включать в себя этап 530 отвода потока воздуха в сторону подветренной области, которая находится с подветренной стороны от подветренной стены. В таких случаях отверстие может быть выполнено с возможностью отводить воздух к подветренной области. Например, отверстие может быть расположено вдоль подветренной стены или проходить сквозь нее.
Хотя приведенное выше описание содержит примеры одного или более устройств, способов или систем, следует понимать, что могут быть другие устройства, способы и системы в пределах объема формулы изобретения в интерпретации специалиста в данной области техники.
Реферат
Устройство и способ относятся к области контроля загрязнения воздуха вблизи проезжей части. Устройство контроля загрязнения воздуха включает в себя подветренную стену, расположенную рядом с загрязняемой областью, и наветренную стену, расположенную между подветренной стеной и загрязняемой областью. Подветренная стена и наветренная стена разнесены друг от друга, чтобы образовать межу собой проходной канал для воздушного потока. Наветренная стена проходит вверх до высоты первой стены. Подветренная стена включает в себя верхний участок, проходящий над первой высотой стены. Верхний участок выполнен с возможностью направлять воздушный поток вниз через проходной канал для воздушного потока в направлении по меньшей мере одного отверстия, расположенного ниже первой высоты стенки для отвода воздушного потока из проходного канала для воздушного потока. Технический результат – снижение загрязнения воздуха. 3 н. и 28 з.п. ф-лы, 13 ил.
