способ очистки воздуха от вредных примесей и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ очистки воздуха от вредных примесей в относительно герметичных помещениях, преимущественно в салоне транспортного средства, заключающийся в том, что попеременно двумя потоками очищают подаваемый вентиляторами воздух из относительно герметичного помещения от влаги и органически вредных примесей посредством адсорбционных фильтров, от хемосорбируемых соединений посредством хемосорбента, от окиси углерода посредством низкотемпературного каталитического фильтра и каталитических газов посредством адсорбционных фильтров и хемосорбента в зависимости от количественно-качественного состава вредных примесей, производят поочередное в одном из потоков регенирирование неработающего в данный момент адсорбционного фильтра, каждый из которых включает двойной слой сорбента силикагель - активированный уголь, за счет влаги, адсорбированной на силикагеле, путем нагрева этого адсорбционного фильтра до 160^oC и охлаждения его вентилятором, при этом поддерживают баланс объемов воздуха, поступающего из атмосферы в относительно герметичное помещение и сбрасываемого в атмосферу в процессе регенерации.

2. Устройство для реализации данного способа в относительно герметичных помещениях, имеющих приточное и отводное отверстия, содержит два вентилятора, каждый из которых через адсорбционный фильтр и клапанную коробку соединен со входом низкотемпературного каталитического фильтра, нагреватель, регулируемую воздушную заслонку, установленную на входе приточного отверстия для обеспечения притока воздуха из атмосферы в помещение в соответствии со сбросом воздуха в процессе регенерации, блок анализа качества воздуха в атмосфере, обеспечивающий перекрытие воздушной заслонки при резком повышении концентрации вредных примесей в приточном воздухе, и блок анализа качества воздуха в помещении, обеспечивающий попеременное переключение клапанов в клапанной коробке и последовательное включение и выключение нагревателя для нагрева регенерируемого адсорбционного фильтра и вентилятора, соединенного с упомянутым фильтром, клапанная коробка выполнена с возможностью попеременного соединения каждого из адсорбционных фильтров с низкотемпературным каталитическим фильтром в процессе очистки воздуха или с отверстием для сброса воздуха в атмосферу при регенерации, при этом в адсорбционных фильтрах и низкотемпературном каталитическом фильтре размещено по два слоя сорбента в последовательности силикагель - активированный уголь в адсорбционных фильтрах и хемосорбент - катализатор в низкотемпературном каталитическом фильтре.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что клапанная коробка выполнена в виде двух клапанов ИЛИ, входы которых соединены с выходами адсорбционных фильтров соответственно, первые выходы соединены с низкотемпературным каталитическим фильтром, а вторые - с отверстиями сброса воздуха в атмосферу.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок анализа качества воздуха в помещении включает газочувствительные сенсоры на вредные примеси.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что нагреватель выполнен с возможностью попеременного нагрева адсорбционных фильтров до 160^oC.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что один из вентиляторов выполнен с расходом воздуха, равным объему воздуха приточной вентиляции, определяемой положением воздушной заслонки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам и устройствам очистки и кондиционирования воздуха от вредных примесей в относительно герметичных помещениях, преимущественно в салонах транспортных средств. Однако возможно их использование и в других относительно герметичных помещениях.

Известно устройство и способ для очистки от вредных примесей воздуха, который поступает в салон автомобиля. Устройство представляет собой специальный фильтр, задерживающий аллергены и канцерогенные частицы. ("За рулем", N 11, 1999. с. 52).

Недостатком данного устройства является то, что оно удаляет из воздуха только крупные частицы, при этом целый ряд вредных примесей, в частности окись углерода, окислы азота, углеводороды не удаляются.

Наиболее близким к изобретению является устройство и способ очистки воздуха от вредных примесей в относительно герметичных помещениях, преимущественно в салоне транспортного средства, заключающийся в том, что очищают подаваемый вентилятором воздух из относительно герметичного помещения (салона транспортного средства) от влаги и органически вредных примесей посредством адсорбционных фильтров, от окиси углерода посредством низкотемпературного каталитического фильтра в зависимости от содержания вредных примесей. Устройство содержит газовый трубопровод, вентилятор, два последовательно работающих адсорбционных фильтра, низкотемпературный каталитический фильтр, клапанную коробку. В устройстве последовательно работают два адсорбционных фильтра, удаляющих органические вредные примеси, а низкотемпературный каталитический фильтр предназначен для удаления оксида углерода. (Л.С. Бобе, Ю. Е. Синяк, А.А. Берлин, В.А. Солоухин. Эколого-технические системы. М.: Изд. МАИ. 1992. с. 38).

Недостатком данного устройства является невозможность удаления окислов азота, окислов серы, аммиака и целого ряда других соединений, плохо сорбируемых на активированном угле. При этом велика вероятность попадания в низкотемпературный каталитический фильтр вредных примесей, обладающих свойством каталитического яда. К таким соединениям относятся, например, окислы серы, сероводород. Кроме того, включение и выключение устройства проводится вручную, так как отсутствуют оперативные данные по степени загрязненности атмосферы вредными примесями. Также недостатком этих способа и устройства является восполнение сбрасываемого во время регенерации воздуха за счет использования газовых баллонов.

В основу изобретения положена задача создания способа и устройства очистки воздуха от вредных примесей из относительно герметичных помещений (например, салонов автомобилей, самолетов и т.д.) с поддержанием баланса газовых потоков приточной вентиляции и сбрасываемого в процессе регенерации воздуха, позволяющего быстро проводить процесс охлаждения регенерированного адсорбционною фильтра и оперативно проводить включение-выключение устройства в зависимости от количественно-качественного состава вредных примесей в относительно герметичном помещении.

Поставленная задача достигается тем, способ очистки воздуха от вредных примесей в относительно герметичных помещениях, преимущественно в салоне транспортного средства, заключается в том, что попеременно двумя потоками очищают подаваемый вентиляторами воздух из относительно герметичного помещения (салона транспортного средства) от влаги и органически вредных примесей посредством адсорбционных фильтров, от хемосорбируемых соединений посредством хемосорбента, от окиси углерода посредством низкотемпературного каталитического фильтра и каталитических газов посредством адсорбционных фильтров и хемосорбента в зависимости от количественно-качественного состава вредных примесей, производят поочередное в одном из потоков регенирирование неработающего в данный момент адсорбционного фильтра, каждый из которых включает двойной слой сорбента силикагель - активированный уголь, за счет влаги, адсорбированной на силикагеле, путем нагрева этого адсорбционного фильтра до температуры 160^oC и охлаждения его вентилятором, при этом поддерживают баланс объемов воздуха, поступающего из атмосферы в относительно герметичное помещение и сбрасываемого в атмосферу в процессе регенерации.

Устройство для реализации данного способа в относительно герметичных помещениях, имеющих приточное и отводное отверстия, содержит два вентилятора, каждый их которых через адсорбционный фильтр и клапанную коробку соединен со входом низкотемпературного каталитического фильтра, нагреватель, регулируемую воздушную заслонку, установленную на входе приточного отверстия для обеспечения притока воздуха из атмосферы в помещение в соответствии со сбросом воздуха в процессе регенерации, блок анализа качества воздуха в атмосфере, обеспечивающий перекрытие воздушной заслонки при резком повышении концентрации вредных примесей в приточном воздухе и блоком анализа качества воздуха в помещении, обеспечивающий попеременное переключение клапанов в клапанной коробке и последовательное включение и выключение нагревателя для нагрева регенерируемого адсорбционного фильтра и вентилятора, соединенного с упомянутым фильтром, клапанная коробка выполнена с возможностью попеременного соединения каждого из адсорбционных фильтров с низкотемпературным каталитическим фильтром в процессе очистки воздуха или с отверстием для сброса воздуха в атмосферу при регенерации, при этом в адсорбционных фильтрах и низкотемпературном каталитическом фильтре размещено по два слоя сорбента в последовательности силикагель - активированный уголь в адсорбционных фильтрах и хемосорбент-катализатор в низкотемпературном каталитическом фильтре.

Кроме этого клапанная коробка выполнена в виде двух клапанов "или", входы которых соединены с выходами адсорбционных фильтров соответственно, первые выходы соединены с низкотемпературным каталитическим фильтром, а вторые - с отверстиями сброса воздуха в атмосферу.

Кроме того блок анализа качества воздуха в помещении включает газочувствительные сенсоры на вредные примеси.

Кроме этого нагреватель выполнен с возможностью попеременного нагрева адсорбционных фильтров до температуры 160^oC.

Кроме того один из вентиляторов выполнен с расходом воздуха равным объему воздуха приточной вентиляции, определяемой положением воздушной заслонки.

Использование двух вентиляторов позволяет проводить процесс охлаждения регенерированного адсорбционного фильтра при одновременной работе другого адсорбционного фильтра по очистке атмосферы. В этом случае время охлаждения значительно снижается за счет принудительного сброса тепла, что дает возможность уменьшить размеры фильтров и объем сорбента.

Использование двойного слоя сорбента силикагель - активированный уголь позволяет проводить процесс регенерации" угля за счет влаги, адсорбированной на силикагеле, что значительно снижает температуру регенерации (с 220-250 до 160^oC). Расположение перед катализатором хемосорбента дает возможность удалить из воздуха хемосорбируемые соединения, а также каталитические яды, например серусодержащие соединения. Таким образом, последовательное пропускание воздуха через несколько слоев поглотителей дает возможность достичь высокой степени очистки воздуха и избежать отравления низкотемпературного катализатора.

Для поддержания баланса газовых потоков устройство снабжено регулируемой воздушной заслонкой, которая программно связана с расходом воздуха через регенерируемый адсорбционный патрон. При этом достигается равенство потоков приточной вентиляции, определяемое положением воздушной заслонки и расходом воздуха через регенерируемый фильтр. В этом случае восполнение сбрасываемого во время регенерации воздуха производится за счет естественного притока внешнего воздуха, что не требует дополнительных газовых баллонов, как в прототипе.

Важным достоинством устройства является использование газочувствительных сенсоров, что позволяет оперативно в автоматическом режиме проводить включение-выключение устройства в зависимости от количественно-качественного состава вредных примесей в атмосфере. Это в свою очередь экономит энергопотребление устройства и срок службы его отдельных узлов.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата.

Способ очистки воздуха от вредных примесей в относительно герметичных помещениях, преимущественно в салоне транспортного средства заключается в том, что попеременно двумя потоками очищают подаваемый вентиляторами воздух из относительно герметичного помещения от влаги и органически вредных примесей посредством адсорбционных фильтров, от хемосорбируемых соединений посредством хемосорбента, от окиси углерода посредством низкотемпературного каталитического фильтра и каталитических газов посредством адсорбционных фильтров и хемосорбента в зависимости от количественно-качественного состава вредных примесей. Затем производят поочередное в одном из потоков регенирирование неработающего в данный момент адсорбционного фильтра за счет влаги, адсорбированной на силикагеле указанного фильтра, путем нагрева его до температуры 160^oC и охлаждения его вентилятором. При этом поддерживают баланс объемов воздуха, поступающего из атмосферы в относительно герметичное помещение и сбрасываемого в атмосферу в процессе регенерации. Каждый адсорбционный фильтр включает двойной слой сорбента силикагель - активированный уголь.

На чертеже изображено устройство для очистки воздуха.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.

Устройство работает следующим образом. Воздух из внешней атмосферы 1 поступает в относительно герметичное помещение 2, например салон транспортного средства, с расходом воздуха Q. Блок контроля качества воздуха 3 в помещении проводит непрерывный контроль качества воздуха в нем. В случае чистой атмосферы система очистки не включается и воздух сбрасывается через негерметичности помещения 4. При этом естественно приток воздуха 1 равен его сбросу 4.

Если воздух в помещении 2 загрязнен, то блок контроля качества 3 включает вентилятор 5. Воздух последовательно проходит фильтр 6 с двойным слоем силикагель - активированный уголь, в котором удаляется влага (на силикагеле) и органические вредные примеси (на угле) и далее через клапанную коробку 7 с клапаном "или" 10 направляется в фильтр с слоем хемосорбент-катализатор 9, в котором удаляются окислы азота, серы, аммиак и другие хемосорбируемые соединения и оксид углерода. Очищенный воздух выбрасывается в объем помещения 2.

После нескольких часов работы фильтра 6 вентилятор 5 выключается и в клапанной коробке 7 происходит переключение клапанов "или". Клапан "или" 10 перекрывается и соединяется с атмосферой отверстием 11, а клапан "или" 12 открывается и соединяется с объемом помещения. При этом включается второй вентилятор 13 и воздух через второй фильтр 14 с силикагелем и активированным углем направляется через клапанную коробку 7 и клапан "или" 12 в фильтр 9 и далее поступает в объем помещения. В это же время фильтр 6 нагревается до температуры 160^oC, после чего нагреватель выключается и включается вентилятор 5 с расходом воздуха, равным расходу воздуха приточной вентиляции 1, которая программно определяется положением заслонки 15. Водяной пар, десорбированный из силикагеля, вытесняет из угля адсорбированные вредные примеси и парогазовая смесь с теплом сбрасывается в через отверстие 11 в наружную атмосферу. После окончания процесса регенерации и выработки ресурса фильтра 14 происходит повторное переключение клапанов "или" и процесс регенерации проводится с фильтром 14 со сбросом продуктов регенерации и тепла через отверстие 16 наружу. При этом фильтр 6 очищает воздух в помещении. Устройство также имеет блок 17 анализа качества воздуха в атмосфере, обеспечивающий переключение воздушной заслонки 15 при резком повышении концентрации вредных примесей в приточном воздухе 1.

Заявленные изобретения подтверждаются конкретным примером реализации.

Наружный воздух через заслонку с расходом 6 м/ч. содержащий вредные примеси, поступает в салон транспортного средства, в котором находятся три пассажира. Устройство снабжено металлооксидными полупроводниковыми сенсорами на CO, окислы азота и углеводороды. При достижении концентрации одного из соединений уровня ПДК по команде от газочувствительных сенсоров включается один из вентиляторов системы очистки с расходом 15 м/ч. Воздух последовательно проходит через патрон с двойным слоем сорбента силикатель марки КСМ - активированный уголь марки ФАС и далее через патрон с двойным слоем хемосорбент марки ХПСБ - катализатор марки АК-62. Эффективность удаления вредных примесей составляет 98% по NO₂, 96% по CO и 95% по CnHm.

При концентрации загрязнителей во входном воздухе, равной 15 мг/м CO и метаболической скорости выделения CO 4,7 мг/ч, 7 мг/м³ окислов азота и 8 мг/м³ углеводородов, концентрация данных соединений в салоне транспортного средства в результате очистки снизится до 5,1 мг/м³ для CO, 2,0 мг/м для окислов азота и 2,4 мг/м³ для углеводородов.

Спустя 4 ч работы фильтра происходит переключение клапанов, в результате которых включается второй сорбционный фильтр со вторым вентилятором, который с этого момента очищает салон транспортного средства. При этом первый сорбционный фильтр нагревается до температуры 160^oC. При достижении данной температуры нагреватель выключается и включается первый вентилятор с расходом 6 м/ч, который равен расходу воздуха приточной вентиляции, программно определяемой положением заслонки. Пары воды вытесняют из угля адсорбированные молекулы гексана и парогазовая смесь удаляется наружу. Принудительный отвод тепла охлаждает сорбционный фильтр до нормальной температуры, после чего он готов к повторному использованию.

Изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость", поскольку его реализация возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологических операций.