PL232865B1 - Urządzenie do oczyszczania spalin odprowadzanych kominem - Google Patents

Abstract

Urządzenie do oczyszczania spalin odprowadzanych kominem składa się z obudowy urządzenia (1), w której znajduje się kanał odprowadzania spalin (2) z wentylatorem (3) oraz filtr ceramiczny piankowy (4) w kształcie walca, który zamocowany jest w ten sposób, że jego część znajduje się w kanale odprowadzania spalin (2), a oś obrotu połączona jest z wałem napędowym silnika (5). Powierzchnie filtra ceramicznego piankowego (4) pokryte są substancją katalityczną.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do oczyszczania spalin odprowadzanych kominem, zwłaszcza odprowadzanych kominem kotłowni lub domowego pieca grzewczego.

Dotychczas znane są różnego rodzaju urządzenia do oczyszczania spalin w przewodach kominowych. W urządzeniach tych najczęściej ze spalin usuwa się cząstki aerozolowe na różnego rodzaju materiałach filtracyjnych. Wyróżniane są wówczas filtry wstępnego oczyszczania spalin, których zadaniem jest wydzielenie ze spalin grubszych cząstek aerozolowych. Wyróżniane są też filtry dokładne i końcowe do oczyszczania spalin z cząstek submikrometrowych.

W zgłoszeniu patentowym WO2009011685 (A) przedstawione jest urządzenie filtrujące, którego zadaniem jest oczyszczanie odprowadzanych kominem gazów odlotowych. Urządzenie składa się z nakładanej na komin komory z otworem wlotowym i wylotowym spalin, w której umieszczony jest wymienialny lub podlegający recyklingowi ceramiczny wkład filtracyjny.

Z opisu patentowego US8083574 (B1) znane jest urządzenie do oczyszczania spalin w formie nakładki na wylot rury odprowadzającej gazy odlotowe. Nakładka ta wyposażona jest w wymienialny katalityczny filtr, który oczyszcza przechodzące przez niego spaliny.

Oprócz urządzeń filtracyjnych znane są również urządzenia do bezwładnościowego, odśrodkowego i elektrostatycznego oczyszczania spalin. Mogą to być urządzenia, w których spaliny oczyszcza się zarówno metodami suchymi jak i mokrymi. Z opisu patentowego US9084964 (B1) znane jest urządzenie do oczyszczania spalin składające się z suchego skrubera i radialnego filtra tkaninowego oraz centralnie usytuowanego osiowego wentylatora, który wymusza przepływ spalin. Z opisu wzoru użytkowego CN201200847 (Y) znane jest urządzenie, w którym realizowane jest kilkustopniowe mokre oczyszczanie spalin. Urządzenie składa się z połączonych szeregowo odpylaczy wyposażonych w zraszacze wody. Spaliny, których ruch jest wymuszany za pomocą wentylatora przechodzą kolejno przez poszczególne odpylacze i są stopniowo oczyszczane. W opisie zgłoszenia patentowego CN106871147 (A) przedstawione jest urządzenie do oczyszczania spalin odprowadzanych z kotła węglowego składające się z elementu wymuszającego ruch spalin, elementu rozpraszającego wodną mgły i elementu filtrującego.

Podobne urządzenie, które można instalować na kominie odprowadzającym spaliny przedstawione jest w opisie zgłoszenia wzoru użytkowego CN206027343 (U). Gazy spalinowe w tym rozwiązaniu przechodzą przez warstwę wody i są poddawane podwójnemu oczyszczaniu na filtrach.

Rozpowszechnionymi urządzeniami do oczyszczania spalin, w których wykorzystuje się działanie sił odśrodkowych na cząstki zanieczyszczeń są różnego rodzaju odpylacze cyklonowe. Przykładem jest urządzenie do odpylania spalin i gazów przemysłowych przedstawione w opisie patentowym PL216644 (B1).

Elektrostatyczne oczyszczanie spalin przeprowadza się w elektrofiltrach. Przykładowe rozwiązania konstrukcji elektrofiltrów przedstawione są w opisach patentowych DE1078096 (B) i EP2451582 (B1). W opisie patentowym US6621136 (B2) przedstawiony jest elektrostatyczny odpylacz posiadający centralną wysokonapięciową elektrodę i rozmieszczony wokół niej porowaty materiał zatrzymujący naładowane cząstki aerozolowe. W zgłoszeniu patentowym US3400513 (A) zaprezentowany jest elektrostatyczny odpylacz wykonany w postaci zwężki kanałowej przypominającej strumienicę. Urządzenie opisane w zgłoszeniu patentowym US3222848 (A) posiada wymienne ramki z elektrodami osadczymi, które oczyszcza się po określonym czasie pracy urządzenia. Natomiast opis patentowy US6783575 (B2) przedstawia elektrostatyczny filtr instalowany wewnątrz kanału odprowadzającego gazy odlotowe.

Znane są też rozwiązania wykorzystujące właściwości zjonizowanej materii. Urządzenie opisane w zgłoszeniu patentowym CN106731544 (A) zawiera komorę, przez którą przechodzą spaliny i w której przy wlocie spalin zainstalowany jest filtr tkaninowy do usuwania cząstek stałych. W środku komory znajduje się jeden lub klika reaktorów plazmowych, których zadaniem jest oczyszczanie spalin z zanieczyszczeń chemicznych a na wylocie komory zainstalowany jest co najmniej jeden wentylator. Urządzenie wyposażone w palniki gazowe, których zadaniem jest dopalanie zawartych w spalinach cząstek stałych oraz pozostałych palnych substancji przedstawione jest w zgłoszeniu wzoru użytkowego CN206073093 (U). W zgłoszeniu patentowym CN106322408 (A) opisane jest katalityczne urządzenie do spalania, które zawiera komorę spalania, wymiennik ciepła, filtr gazów spalinowych i wentylator, przy czym filtr gazów spalinowych znajduje się za wymiennikiem ciepła.

PL 232 865 B1

Znane są również urządzenia wykorzystujące procesy fotokatalitycznego utleniania. W opisie patentowym US7951327 (B2) przedstawiony jest moduł fotokatalitycznego usuwania zanieczyszczeń powietrza. Głównym elementem urządzenia jest filtr z tkaniną filtracyjną pokrytą TiO2 oraz aktywująca lampa UV. W zgłoszeniu patentowym US20040007453 (A1) przedstawiony jest oczyszczacz powietrza o cylindrycznym kształcie, wewnątrz którego umieszczona jest lampa UV oświetlająca specjalnie ukształtowane włókna pokryte fotokatalityczną substancją. Urządzenie fotokatalityczne, w którym na drodze przepływu zanieczyszczonego gazu koncentrycznie rozmieszczone są elementy, których powierzchnie pokryte są materiałem fotokatalitycznym oraz źródła światła UV przedstawione jest w zgłoszeniu patentowym US20100209312 (A1).

Oczyszczanie spalin może być realizowane w urządzeniach, w których w różnorodnych kombinacjach łączone są różne metody oczyszczania. Na przykład odpylanie spalin można realizować w urządzeniach, w których na cząstki zanieczyszczeń jednocześnie działają siły bezwładności, siły odśrodkowe i siły elektrostatyczne. W rozwiązaniu przedstawionym w opisie patentowym PL194549 (B1) cząstki zanieczyszczeń wydzielane są ze spalin w urządzeniu posiadającym cylindryczną porowatą przegrodę, centralnie umieszczony dolny kanał do usuwania cząstek i górny kanał do odprowadzania oczyszczonych spalin. Z opisu patentowego PL216297 (B1) znane jest urządzenie do odśrodkowego oczyszczania spalin o konstrukcji zbliżonej do odpylacza cyklonowego. Urządzenie posiada elektrodę generującą wyładowania koronowe oraz koncentrycznie rozmieszczone pionowe żaluzje spełniające funkcję elektrod rozładowczych.

Celem wynalazku jest oczyszczanie spalin odprowadzanych kominem, zwłaszcza odprowadzanych kominem kotłowni lub domowego pieca grzewczego.

Istotą urządzenia do oczyszczania spalin odprowadzanych kominem posiadającego obudowę i wentylator, według wynalazku, jest to, że w obudowie urządzenia znajduje się kanał odprowadzania spalin z wentylatorem oraz filtr ceramiczny piankowy w kształcie walca, który zamocowany jest w ten sposób, że jego część znajduje się w kanale odprowadzania spalin, a oś obrotu połączona jest z wałem napędowym silnika. Powierzchnie filtra ceramicznego piankowego pokryte są substancją katalityczną. Na wlocie spalin do urządzenia znajdują się pierwsze czujniki temperatury i ciśnienia spalin oraz pierwsze czujniki stężenia cząstek aerozolowych i zanieczyszczeń chemicznych. W kanale odprowadzania spalin, przed wentylatorem znajdują się drugie czujniki temperatury i ciśnienia spalin oraz drugie czujniki stężenia cząstek aerozolowych i zanieczyszczeń chemicznych. Czujniki temperatury i ciśnienia spalin oraz czujniki stężenia cząstek aerozolowych i zanieczyszczeń chemicznych połączone są z modułem sterowania, który połączony jest z wentylatorem lub z silnikiem. Dodatkowo wentylator, moduł sterowania i silnik połączone są z przetwornicą napięcia, która połączona jest z modułem zasilania. Korzystnie jest, gdy moduł zasilania połączony jest z panelem fotowoltaicznym, który zamocowany jest do komina lub do obudowy urządzenia poprzez mechanizm sterujący jego położeniem.

Korzystnym skutkiem zastosowania wynalazku jest to, że przy niskich kosztach inwestycyjnych i eksploatacyjnych ze spalin emitowanych z komina usuwane są szkodliwe zanieczyszczenia. Niezależnie od jakości spalanego paliwa i efektywności procesu spalania jakość emitowanych spalin jest akceptowalna. Oczyszczanie spalin związanych z tzw. niską emisją pochodzącą z kominów lokalnych kotłowni i domowych pieców grzewczych w istotnym stopniu ogranicza powstawanie smogu.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie złożone z wyrwaniem w widoku perspektywicznym, fig. 2 - przekrój poprzeczny urządzenia a fig. 3 - widok urządzenia z góry.

Urządzenie do oczyszczania spalin przedstawione w przykładzie wykonania na rysunku zamontowane zostało na kominie 12, którego prostokątny przekrój kanału spalinowego miał wymiary 0,20x0,27 m. W obudowie urządzenia 1 znajdował się kanał odprowadzania spalin 2 z wentylatorem 3 oraz filtr ceramiczny piankowy 4 w kształcie walca. Zastosowano wentylator firmy Systemair ZRS 180 ze stali nierdzewnej o maksymalnym wydatku 518 m³/h. Filtr ceramiczny piankowy 4 firmy Drache o porowatości 20 ppi umiejscowiony był w ten sposób, że jego część znajdowała się w kanale odprowadzania spalin 2, a oś obrotu była równoległa do osi komina 12 i połączona była trzpieniem z wałem napędowym elektrycznego silnika 5 zamocowanego do obudowy urządzenia 1. Zastosowano silnik szczotkowy DC 24V 500 W 1020 MAGMA z przekładnią zębatą. Nad filtrem ceramicznym piankowym 2, którego powierzchnie pokryte były substancją fotokatalityczną na bazie dwutlenku tytanu (TiO2) firmy Nanopac znajdował się wentylator 3 wymuszający przepływ spalin przez urządzenie. Zastosowano wentylator firmy Systemair ZRS 180 ze stali nierdzewnej o maksymalnym wydatku 518 m³/h. Na wlocie spalin do urządzenia

PL 232 865 B1 znajdowały się pierwsze czujniki temperatury i ciśnienia spalin 6a oraz pierwsze czujniki stężenia cząstek i zanieczyszczeń chemicznych 7a, zaś pomiędzy filtrem ceramicznym piankowym 4 a wentylatorem 3 znajdowały się drugie czujniki temperatury i ciśnienia spalin 6b oraz drugie czujniki stężenia cząstek i zanieczyszczeń chemicznych 7b. Czujnikami temperatury i ciśnienia spalin 6a, 6b były odpowiednio czujniki rezystancyjne PtlOOO i sondy stalowe połączone z przetwornikiem różnicowym ciśnienia DE28. Czujnikami stężenia cząstek i zanieczyszczeń chemicznych 7a, 7b były sondy analizatora spalin testo 380. Czujniki temperatury i ciśnienia spalin 6a, 6b oraz czujniki stężenia cząstek i zanieczyszczeń chemicznych 7a, 7b połączone były z modułem sterowania 8 w postaci regulatora DP1S, który z kolei połączony był z wentylatorem 3. Przetwornica napięcia 9, którą był transformator firmy TELTO połączona była z modułem zasilania 10. Moduł zasilania 10 w postaci akumulatora i inwertera firmy SMA Sunny Island połączony był z panelem fotowoltaicznym 11 zamocowanym do obudowy urządzenia 1. Położenie panelu fotowoltaicznego 11 względem słońca ustawiane było za pomocą mechanizmu sterującego jego położeniem 13 składającego się z dwóch siłowników. W przetwornicy napięcia 9 wytwarzane było stałe napięcie 24 V, którym zasilany był silnik 5 oraz przetwornik różnicowy ciśnienia DE28. Z przetwornicy napięcia 9 dostarczane było również napięcie 230 V, którym zasilany był wentylator 3 i moduł sterowania 8.

Oczyszczanie spalin z kotłowni, w której spalano węgiel i inne paliwa przeprowadzono z zastosowaniem urządzenia przedstawionego w przykładzie wykonania. Oczyszczanie polegało na tym, że spaliny emitowane z komina 12 były kierowane na znajdujący się w kanale odprowadzania spalin 2 filtr ceramiczny piankowy 4. Ze spalin usuwano z 90% skutecznością cząstki aerozolowe zawierające wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne i metale ciężkie a następnie odprowadzano oczyszczone spaliny do powietrza zewnętrznego. Podczas rozpalania w kotle moduł sterowania 8 ustawiał wentylator 3 na optymalne obroty. Ułatwiało to rozpalenie kotła i przeciwdziałało zadymianiu pomieszczenia 5 kotłowni. Po rozpaleniu kotła informację o tym fakcie czujniki temperatury i ciśnienia spalin 6a i 6b przekazywały do moduł sterowania 8, który przechodził na tryb sterowania prędkością obrotową wentylatora utrzymujący w kanale kominowym wymaganą wartość podciśnienia w zakresie od 10 do 25 Pa. Wzrost oporów przepływu spalin na skutek gromadzenia się zanieczyszczeń na filtrze ceramicznym piankowym zwiększał różnicę ciśnienia spalin na wlocie i wylocie z urządzenia. Na podstawie sygnałów z czujników temperatury i ciśnienia spalin 6a i 6b moduł sterowania 8 zwiększał odpowiednio prędkość obrotową wentylatora 3. W czasie ustalonego palenia w kotle stabilizowana była wartość podciśnienia ciągu kominowego. Po przekroczeniu zadanej maksymalnej prędkości obrotowej wentylatora 3 moduł sterowania 8 wysyłał sygnał do silnika 5, który obracał filtr ceramiczny piankowy 4 w ten sposób, że do kanału odprowadzania spalin wprowadzana była jeszcze nie używana jego część. Oczyszczanie spalin prowadzono do momentu „zatkania się” tej części filtra sygnalizowanego przez przekroczenie zadanej maksymalnej prędkości obrotowej wentylatora 3. Sekwencję tę powtórzono trzykrotnie. Po czwartym sygnale o „zatkaniu się” filtra wysyłany był sygnał informujący o konieczności wymiany filtra. Wygaśnięcie kotła wykrywane było przez czujniki temperatury i ciśnienia spalin 6a i 6b. Moduł sterowania 8 wyłączał wówczas działanie wentylatora 3. Przy nie ciągłej pracy urządzenia związanej z okresowym paleniem w kotle filtr ceramiczny piankowy 4 wymieniano co dwadzieścia dni.

Wykaz oznaczeń

- obudowa urządzenia

- kanał odprowadzania spalin

- wentylator

- filtr ceramiczny piankowy

- silnik

6a, 6b - czujnik temperatury i ciśnienia spalin

7a, 7b - czujnik stężenia cząstek aerozolowych i zanieczyszczeń chemicznych

- moduł sterowania

- przetwornica napięcia

- moduł zasilania

- panel fotowoltaiczny

- komin

- mechanizm sterujący

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do oczyszczania spalin odprowadzanych kominem posiadające obudowę i wentylator znamienne tym, że w obudowie urządzenia (1) znajduje się kanał odprowadzania spalin (2) z wentylatorem (3) oraz filtr ceramiczny piankowy (4) w kształcie walca, który zamocowany jest w ten sposób, że jego część znajduje się w kanale odprowadzania spalin (2), a oś obrotu połączona jest z wałem napędowym silnika (5).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że powierzchnie filtra ceramicznego piankowego (4) pokryte są substancją katalityczną.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że na wlocie spalin do urządzenia znajdują się pierwsze czujniki temperatury i ciśnienia spalin (6a) oraz pierwsze czujniki stężenia cząstek aerozolowych i zanieczyszczeń chemicznych (7a), zaś w kanale odprowadzania spalin (2), przed wentylatorem (3) znajdują się drugie czujniki temperatury i ciśnienia spalin (6b) oraz drugie czujniki stężenia cząstek aerozolowych i zanieczyszczeń chemicznych (7b), przy czym czujniki temperatury i ciśnienia spalin (6a, 6b) oraz czujniki stężenia cząstek aerozolowych i zanieczyszczeń chemicznych (7a, 7b) połączone są z modułem sterowania (8), który połączony jest z wentylatorem (3) lub z silnikiem (5).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że wentylator (3), moduł sterowania (8) i silnik (5) połączone są z przetwornicą napięcia (9), która połączona jest z modułem zasilania (10).
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że moduł zasilania (10) połączony jest z panelem fotowoltaicznym (11), który zamocowany jest do komina (12) lub do obudowy urządzenia (1) poprzez mechanizm sterujący jego położeniem (13).