PL233491B1

PL233491B1 - Elektrostatyczny filtr powietrza

Info

Publication number: PL233491B1
Application number: PL42361717A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Ćwik
Original assignee: Cwik Krzysztof Pro Vent Systemy Wentylacyjne
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2019-10-31
Also published as: PL423617A1; EP3488933A1; US11364508B2; US20190160475A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest elektrostatyczny filtr powietrza, w szczególności powietrza wentylacyjnego.

Potrzeba filtracji powietrza wentylacyjnego doprowadzanego do stref przebywania ludzi lub do celów technologicznych jest powszechna. Problem zanieczyszczenia powietrza, a zwłaszcza smogu dotyczy praktycznie wszystkich terenów zurbanizowanych. Z powodu złego stanu powietrza bardzo szybko rośnie liczba ludzi z alergiami pochodzenia atmosferycznego. Stosuje się różne techniki eliminacji niepożądanych składników z powietrza.

Powszechnie znane jest stosowanie do usuwania cząstek stałych i aerozoli filtrów mechanicznych włókninowych, cyklotronowych, elektrostatycznych i innych. Do usuwania zanieczyszczeń gazowych stosuje się różne absorbery lub katalizatory, na przykład węgiel aktywny albo ozon.

Filtry mechaniczne występują głównie w formie odpowiednio gęstych mat włókninowych montowanych w formie płaskich, plisowanych bądź workowych elementów.

Znane w stanie techniki filtry elektrostatyczne wykorzystują zjawiska przyciągania elektrostatycznego i wyładowania koronowego, powodującego jonizację powietrza.

Wiele znanych filtrów elektrostatycznych montowanych jest z wielu elementów składających się z elektrod ulotowych, powodujących silną jonizację medium gazowego (np. powietrza), oraz z uziemionych elektrod osadczych. Pod wpływem silnego pola elektrycznego, które jest skierowane poprzecznie do kierunku przepływającego przez filtr powietrza, na elektrodach osadczych osadzane są naelektryzowane cząstki stałe i aerozole. Tego typu elektrofiltry mają zastosowanie przede wszystkim w przemyśle do usuwania zanieczyszczeń powstających w różnych procesach technologicznych, np. dymu kominowego itp.

Elektrofiltry przemysłowe nie nadają się do zastosowań wentylacyjnych z następujących powodów:

- w elektrofiltrze opisanego typu do skutecznej filtracji potrzebna jest względnie silna jonizacja cząstek, czyli duża emisja ładunków elektrycznych z wyładowań koronowych na elektrodach, co zawsze powoduje znaczną emisję szkodliwego dla ludzi ozonu i tlenków azotu;

- usuwanie z takiego elektrofiltra zgromadzonych na wielu metalowych elementach zanieczyszczeń wymaga częściowego demontażu urządzenia i skomplikowanego serwisu w celu okresowego czyszczenia.

Znane są też działające na zasadzie elektrofiltracji filtry do pomieszczeń mieszkalnych, tzw. „oczyszczacze powietrza”, ale z powodu konieczności ograniczenia wydzielania ozonu i tlenków azotu ich skuteczność jest niewielka, rzędu 20-50%, dlatego działają na zasadzie ciągłej recyrkulacji powietrza w danym pomieszczeniu.

Dodatkowym problemem filtrów bardzo dokładnych jest zapobieganie przeciekom powietrza w sposób omijający filtr. Nawet minimalna nieszczelność mocowania filtra powoduje znaczne ogra niczenie maksymalnej osiąganej sprawności.

Celem wynalazku było opracowanie elektrostatycznego filtra powietrza o skuteczności filtracji podwyższonej w stosunku do znanych filtrów tego rodzaju i o dużej chłonności w celu zmniejszenia częstotliwości obsługi, a także o zwartej konstrukcji.

Dodatkowym celem wynalazku było opracowanie filtra, który byłby łatwy w serwisowaniu, lecz w którym niefiltrowane powietrza nie przedostawałoby się wskutek nieszczelności do wylotu filtra.

Celem wynalazku było także opracowanie elektrostatycznego filtra powietrza, w którym wydzielanie ozonu i tlenków azotu byłoby ograniczone.

Według wynalazku opracowano elektrostatyczny filtr powietrza połączony ze źródłem wysokich napięć, zawierający kanał przepływu powietrza mający wlot i wylot, w którym od strony wlotu powietrza znajduje się generator jonów zawierający co najmniej jedną elektrodę ulotową i co najmniej jedną elektrodę zbiorczą, przy czym zarówno elektrody ulotowe jak i elektrody zbiorcze są połączone elektrycznie ze sobą, zaś elektrody zbiorcze są odizolowane od elektrod ulotowych, tak że między elektrodami ulotowymi i elektrodami zbiorczymi wskutek różnicy potencjałów mogą zachodzić wyładowania koronowe powodujące jonizację cząstek zanieczyszczeń znajdujących się w przepływającym przez kanał powietrzu.

Filtr według wynalazku charakteryzuje się tym, że za generatorem jonów w kanale przepływu powietrza znajduje się separator cząstek zanieczyszczeń zawierający elektrodę wejściową i umieszczoną w odstępie od niej elektrodę wylotową, przy czym obie te elektrody umożliwiają przepływ przez nie powietrza w kierunku od elektrody wejściowej do elektrody wyjściowej i dalej do wylo

PL 233 491 B1 tu kanału, zaś podczas pracy filtra między elektrodami ulotowymi a elektrodą wejściową istnieje różnica potencjałów i między elektrodą wejściową a elektrodą wylotową istnieje różnica potencjałów, tak że natężenie pola elektrycznego w przestrzeni między elektrodą wejściową i elektrodą wylotową jest skierowane przeciwnie do natężenia pola elektrycznego w przestrzeni między generatorem jonów i elektrodą wejściową.

Korzystnie, elektroda wejściowa jest przystosowana do osadzania się na niej cząstek zanieczyszczeń, korzystnie wykonana jest z przewodzącej włókniny lub materiału gąbczastego, ewentualnie pokrytego węglem aktywnym.

W przestrzeni między elektrodą wejściową i elektrodą wylotową korzystnie znajduje się warstwa filtrująca wykonana z materiału o małej przewodności elektrycznej.

Korzystnie, potencjał elektrod ulotowych i elektrody wylotowej jest dodatni, natomiast potencjał elektrody wejściowej jest równy zero.

Ewentualnie, potencjał elektrod ulotowych i elektrody wylotowej jest dodatni, natomiast potencjał elektrody wejściowej jest ujemny.

W innym wariancie, potencjał elektrod ulotowych i elektrody wylotowej może być ujemny, natomiast potencjał elektrody wejściowej jest wówczas równy zero.

W jeszcze innym wariancie potencjał elektrod ulotowych i elektrody wylotowej jest ujemny, natomiast potencjał elektrody wejściowej jest dodatni.

Ewentualnie, potencjał elektrody ulotowej jest dodatni, potencjał elektrody wejściowej jest ujemny, natomiast potencjał elektrody wylotowej jest równy zero.

W końcu, potencjał elektrody ulotowej może być ujemny, potencjał elektrody wejściowej dodatni, a potencjał elektrody wylotowej równy zero.

Kanał przepływu powietrza korzystnie stanowi obudowę filtra, w której generator jonów i separator cząstek zamontowane są w sposób szczelny i umożliwiający wymontowanie generatora jonów i separatora w celach serwisowych.

W obudowie kanału, między prowadnicami, w których osadzony jest separator, może znajdować się co najmniej jeden otwór łączący przestrzeń między prowadnicami i separatorem z otoczeniem zewnętrznym.

Korzystnie, przed generatorem jonów filtr według wynalazku zawiera filtr wstępny do mechanicznego oddzielania cząstek zanieczyszczeń.

Różnica potencjałów pomiędzy elektrodami ulotowymi i elektrodami zbiorczymi korzystnie jest regulowana i wynosi od 2 kV do 20 kV.

Korzystnie, różnica potencjałów pomiędzy elektrodami ulotowymi i elektrodą wejściową jest większa niż różnica potencjałów pomiędzy elektrodami ulotowymi i elektrodami zbiorczymi.

Elektroda wejściowa i elektroda wylotowa mogą mieć postać siatki lub perforowanej płaszczyzny, ewentualnie płaszczyzny z przetłoczeniami lub pofalowaniami, lub w postaci segmentów usytuowanych skośnie względem siebie.

Korzystnie, różnica potencjałów pomiędzy elektrodą wejściową i elektrodą wylotową jest regulowana i wynosi od 3 do 50 kV.

Podstawową zaletą filtra powietrza według wynalazku jest to, że dzięki zastosowaniu separatora cząstek zanieczyszczeń do skutecznej filtracji wystarczą względnie niewielkie wyładowania koronowe zachodzące w generatorze jonów. Ma to duże znaczenie, ponieważ wyładowaniom koronowym zawsze towarzyszą niekorzystne zjawiska, jak produkcja ozonu i tlenków azotu oraz zakłócenia elektromagnetyczne. Ozon i tlenki azotu, które powstają w znanych elektrofiltrach przemysłowych są szkodliwe dla zdrowia i obniżają jakość powietrza. W filtrze według wynalazku zachodzi skuteczniejsza elektryzacja cząstek stałych, ponieważ w przestrzeni między elektrodami ulotowymi i zbiorczymi a elektrodą wejściową następuje dodatkowa zderzeniowa elektryzacja jonów pochodzących od wyładowania koronowego, a pozostałe wolne jony są w separatorze spowalniane i mają z cząstkami stałymi dłuższy kontakt umożliwiając ich efektywniejszą elektryzację.

Przedmiot wynalazku przedstawiony został w przykładach wykonania na rysunku, na którym: Fig. 1 przedstawia schematycznie przekrój podłużny w widoku z boku fragmentu kanału przepływu powietrza filtra według pierwszego przykładu wykonania wynalazku;

Fig. 2 przedstawia schematycznie zestaw elektrod ulotowych i elektrod zbiorczych filtra według drugiego przykładu wykonania wynalazku;

Fig. 3 przedstawia schematycznie przekrój podłużny w widoku z góry fragmentu kanału przepływu z fig. 1 wraz z filtrem wstępnym i wentylatorem nawiewnym;

PL 233 491 B1

Fig. 4 i 5 przedstawiają inne przykłady wykonania elektrod wejściowej i wylotowej;

Fig. 6 ilustruje zasadę działania filtra według wynalazku z pokazaniem różnic potencjałów i wektorów natężenia pola elektrycznego w poszczególnych obszarach filtra;

Fig. 7 przedstawia schematycznie przekrój podłużny w widoku z boku fragmentu kanału przepływu powietrza filtra według kolejnego przykładu wykonania wynalazku;

Fig. 8 przedstawia schematycznie przekrój podłużny w widoku z góry fragmentu kanału przepływu z filtra według kolejnego przykładu wykonania wynalazku.

Jak widać na fig. 1, filtr według wynalazku zawiera kanał przepływu powietrza 1, korzystnie stanowiący obudowę filtra, który ma wlot i wylot powietrza. Wlot i wylot nie są pokazane na figurach, ale należy rozumieć, że wlot znajduje się po lewej stronie kanału a wylot po stronie prawej. Strzałka wskazuje kierunek przepływu powietrza. W kanale przepływu powietrza 1, po stronie wlotu, znajduje się generator jonów 2 zawierający w tym przykładzie zestaw trzech połączonych elektrycznie ze sobą elektrod ulotowych 3 oraz trzech elektrod zbiorczych 4 umocowany ch w sztywnej izolacyjnej ramie 5. Elektrody są korzystnie wzajemnie równoległe. Elektrody ulotowe 3 mogą być wykonane np. z cienkiego metalowego drutu o średnicy w granicach 0,1-0,5 mm, natomiast elektrody zbiorcze 4 korzystnie wykonane są z przewodzących rur lub prętów o odpowiednio dużej średnicy, np. rzędu 5-30 mm.

Za generatorem jonów 2 znajduje się w kanale przepływu 1 separator cząstek zanieczyszczeń 6, zawierający elektrodę wejściową 7 oraz elektrodę wylotową 8. Elektrody 7 i 8 mają konstrukcję umożliwiającą przepływ przez nie powietrza w kierunku od elektrody wejściowej 7 do elektrody wylotowej 8 i dalej do wylotu kanału. Obie te elektrody wykonane są z materiału elektroprzewodzącego, bądź materiału o odpowiedniej przewodności elektrycznej umożliwiającej odprowadzanie zgromadzonego na nich ładunków elektrostatycznych. Korzystnie, elektroda wejściowa 7 oraz elektroda wylotowa 8 wykonane są z metalu i mogą mieć postać siatki lub perforowanej płaszczyzny. Elektroda wejściowa 7 lub/i elektroda wylotowa 8 może też być wykonana z przewodzącej włókniny lub materiału gąbczastego korzystnie pokrytego węglem aktywnym.

W przestrzeni 9 pomiędzy elektrodami 7 i 8 może się znajdować dodatkowa warstwa filtrująca 10 z materiału nieprzewodzącego elektrycznie, np. o budowie włókninowej lub gąbczastej. W przypadku, gdy filtrowane są cząstki nieprzewodzące, warstwa filtrująca 10 może wypełniać całą przestrzeń 9 pomiędzy elektrodami 7 i 8. W przypadku filtrowania cząstek przewodzących, na przykład sadzy węglowej, pomiędzy warstwą filtrującą 10 a elektrodą wylotową 8 korzystnie powinna być zachowana powietrzna przestrzeń elektroizolacyjna.

Zarówno generator jonów 2, jak separator 6 zamocowane są w odpowiednich prowadnicach 11 umożliwiających wysuwanie tych elementów z obudowy w celach serwisowych, a jednocześnie zapewniających odpowiednią szczelność.

Fig. 2 przedstawia inny przykład wykonania zestawu elektrod ulotowych 3 i elektrod zbiorczych 4. W tym drugim przykładzie wykonania, elektrody zbiorcze 4 umieszczone są w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny zestawu połączonych ze sobą elektrod ulotowych 3 i znajdują się przed tymi elektrodami. Elektrody zbiorcze 4 powinny być umocowane rozłącznie względem elektrod ulotowych 3, aby umożliwić ich niezależne serwisowanie. Podobnie jak na fig. 1, strzałki wskazują kierunek przepływu powietrza.

Na fig. 3 widać filtr w przekroju podłużnym. Filtr według wynalazku połączony jest ze źródłem wysokich napięć, ewentualnie zawiera takie źródło. Korzystnie, do zasilania i sterowania pracą filtra zamontowany jest poza jego obudową generator wysokich napięć oraz sterownik ustalający warunki pracy urządzenia. Elementy te nie są pokazane na rysunku.

Opcjonalnie, przed generatorem jonów 2 można umieścić wstępny filtr powietrza 12 do mechanicznego oddzielania cząstek zanieczyszczeń. Jeśli filtr według wynalazku zamontowany jest w układzie wentylacji za centralą wentylacyjną, wówczas wstępny filtr 12 nie jest potrzebny.

Obudowa filtra według wynalazku jest dostosowana do podłączenia do kanałowej instalacji wentylacyjnej za filtrem wstępnym 12 i wentylatorem nawiewnym świeżego powietrza 13, jak widać na fig. 3. Generator jonów 2 oraz separator 6 umieszczone są więc w szczelnej obudowie z obustronnymi króćcami podłączeniowymi odpowiednimi do konkretnego zastosowania. Mocowanie generatora 2 i separatora 6 w obudowie powinno być odpowiednio szczelne, lecz powinno umożliwiać wyjęcie ich z obudowy. Dodatkowo w obudowie korzystnie zamontowane są elementy 14 wyrównujące przepływ powietrza w całym przekroju filtra, np. w postaci kierownic powietrza, rozpraszaczy siatkowych itp. Równomierny przepływ powietrza w całym przekroju zwiększa skuteczność filtracji urządzenia.

PL 233 491 B1

Na fig. 4 i 5 pokazano inne przykłady wykonania elektrod 7 i 8. Mogą one być wykonane z przetłoczeniami lub pofalowaniami, które zwiększają konstrukcyjną sztywność (fig. 4) i/lub w postaci segmentów usytuowanych względem siebie skośnie, czyli pod pewnym kątem (fig. 5). Segmentowa budowa elektrod 7 i 8 (jak na fig. 5) zwiększa powierzchnię czynną dodatkowej warstwy filtrującej 10 separatora.

Na fig. 6 zilustrowana jest zasada działania filtra według wynalazku. Podczas pracy filtra, między elektrodami ulotowymi 3 i elektrodami zbiorczymi 4 zachodzą wyładowania koronowe powodujące jonizację cząstek zanieczyszczeń znajdujących się w powietrzu przepływającym przez kanał przepływu 1.

Elektrody ulotowe 3 znajdują się pod wysokim napięciem względem elektrod zbiorczych 4, wytwarzanym przez generator wysokich napięć. Różnica potencjałów U1 pomiędzy elektrodami ulotowymi 3 i zbiorczymi 4 może być regulowana i wynosi korzystnie od 2 do 20 kV.

Możliwe są różne warianty potencjałów między elektrodami ulotowymi 3, wejściowymi 7 i wylotowymi 8. Chodzi o to, aby wektor natężenia pola elektrycznego w przestrzeni 9 (między elektrodą wejściową 7 i elektrodą wylotową 8) był skierowany przeciwnie do wektora natężenia pola elektrycznego w przestrzeni 15 (między generatorem 2 i elektrodą wejściową 7), tak by siły wytwarzane przez te pola powodowały przyśpieszanie naładowanych cząstek w przestrzeni 15 oraz spowalnianie w przestrzeni 9.

W pierwszym wariancie potencjał elektrod ulotowych 3 i elektrody wylotowej 8 jest dodatni, natomiast potencjał elektrody wejściowej 7 jest równy zero.

W drugim wariancie, potencjał elektrod ulotowych 3 i elektrody wylotowej 8 jest dodatni, lecz potencjał elektrody wejściowej 7 jest ujemny.

W trzecim wariancie, potencjał elektrod ulotowych 3 i elektrody wylotowej 8 jest ujemny, natomiast potencjał elektrody wejściowej 7 jest równy zero.

W czwartym wariancie, potencjał elektrod ulotowych 3 i elektrody wylotowej 8 jest ujemny, lecz potencjał elektrody wejściowej 7 jest dodatni.

W piątym wariancie potencjał elektrody ulotowej 3 jest dodatni, elektrody wejściowej 7 ujemny a wylotowej 8 zero.

W szóstym wariancie potencjał elektrody ulotowej 3 jest ujemny, elektrody wejściowej 7 dodatni a wylotowej 8 zero.

W przypadku wariantów pierwszego i drugiego, tzn. przy dodatniej polaryzacji elektrod ulotowych 3, emisja ozonu jest mniejsza niż dla polaryzacji ujemnej.

Pod wpływem zjawiska wyładowania koronowego, powietrze przepływające przez generator jonów 2 ulega nasyceniu powstałymi w wyniku wyładowań koronowych jonami dodatnimi lub ujemnymi, zależnie od przyjętej polaryzacji elektrod ulotowych 3. Jony te przekazują ładunek elektryczny wszelkim zanieczyszczeniom obecnym w przepływającym powietrzu. Wyładowanie koronowe występuje praktycznie tylko na elektrodach ulotowych 3.

W generatorze jonów 2, następuje częściowe osadzanie tylko niewielkiej ilości cząstek zanieczyszczeń na elektrodach zbiorczych 4, na których osadza się od około 9 do około 10% cząstek. Większość naładowanych cząstek 16 przepływa dalej, do separatora cząstek zanieczyszczeń 6.

Po opuszczeniu generatora jonów 2 powietrze zawierające naelektryzowane cząstki zanieczyszczeń 16, przepływając przez przestrzeń 15 między generatorem jonów 2 a elektrodą wejściową 7, dostają się pod wpływ silnego pola elektrycznego wytwarzanego przez różnicę potencjałów U2 między elektrodami ulotowymi 3 a elektrodą wejściową 7 separatora 6.

Jak wspomniano powyżej, potencjał elektrody wejściowej 7 może być równy zero (elektroda jest uziemiona), lub korzystniej jest przeciwnego znaku w stosunku do elektrod ulotowych 3. Napięcie elektryczne U2 pomiędzy elektrodami ulotowymi 3 a elektrodą wejściową 7 jest regulowane i może wynosić od około 3 kV do około 50 kV. Wartość tego napięcia uzależniona jest od odległości pomiędzy elektrodami 3 i 7, ilości eliminowanych zanieczyszczeń oraz wymaganej skuteczności filtracji. Elektroda wejściowa 7, przez którą przepływa powietrze zbudowana jest z metalu bądź z materiału o odpowiedniej przewodności elektrycznej umożliwiającej odprowadzanie zgromadzonego na niej ładunku elektrycznego i może mieć postać siatki, perforowanej płaszczyzny lub/i włókniny przewodzącej, korzystnie zawierającej węgiel aktywny. W przestrzeni 15 pomiędzy separatorem jonów 2 a elektrodą wejściową 7 występuje też dodatkowa jonizacja powietrza, spowodowana istnieniem pola elektrycznego; poddane temu polu naładowane cząstki zanieczyszczeń 16 są przyśpieszane przez działanie siły elektrostatycznej F1, a poprzez liczne zderzenia mogą dodat

PL 233 491 B1 kowo elektryzować inne obojętne lub przeciwnie naładowane cząstki stałe lub płynne. W ten sposób liczba naładowanych cząstek zwiększa się, ale już nie jest to już bezpośredni skutek wyładowania koronowego. Cząstki 16, po dotarciu do elektrony wejściowej 7 separatora 6 w dużej części osiadają elektrostatycznie na jej powierzchni i na dodatkowej warstwie filtrującej 10 np. z włókniny przewodzącej (jeśli występuje). Część cząstek stałych przepł ywa z powietrzem do przestrzeni 9 pomiędzy elektrodami wejściową 7 i wylotową 8. Przestrzeń ta wraz z elektrodami 7 i 8 stanowi rodzaj kondensatora elektrycznego, w którym pod wpływem różnicy potencjałów U3 elektrod 7 i 8, wytworzone jest silne pole elektryczne o wektorze natężenia skierowanym przeciwnie do wektora natężenia pola elektrycznego w przestrzeni 15, powodujące wyhamowanie znajdujących się w przestrzeni 9 naładowanych cząstek 17 oraz gazowych jonów przez działanie siły elektrostatycznej F2. Wskutek tego, na elektrodzie wejściowej 7 oraz ewentualnie na dodatkowej warstwie filtrującej 10, osiadają wyhamowane cząstki 18. Obecność dodatkowej warstwy 10, np. włókniny znacznie zwiększa skuteczność filtracji. Napięcie U3 pomiędzy elektrodą wejściową 7 i elektrodą wylotową 8 może wynosić od kilku do kilkudziesięciu kilowoltów. Zarówno elektroda wejściowa 7, jak i wylotowa 8 mogą też zawierać warstwę z węglem aktywnym. Może to być postać włókniny, gąbki w formę węglowych granulek. Węgiel aktywny zmniejsza zawartość szkodliwych gazów oraz zapachów, jak również redukuje wytworzony w generatorze 2 śladowy ozon i tlenki azotu. W dodatkowej warstwie filtrującej 10 separatora 6 następuje bardzo dokładne oddzielenie praktycznie wszystkich cząstek stałych i aerozoli.

Elektrody ulotowe 3 znajdują się w odległości technologicznej X od elektrody wejściowej 7, dostosowanej do wielkości różnicy potencjałów U2 pomiędzy elektrodami ulotowymi 3 a elektrodą wejściową 7.

Wielkość filtra dobrana jest tak, aby prędkość V powietrza przepływającego przez separator 6 zawierała się w granicach od 0,2 m/s do 3 m/s. Dla takiego zakresu prędkości opory pneumatyczne całego filtra są względnie niewielkie i mieszczą się w granicach od 10 do 150 Pa. Im mniejsza jest prędkość przepływu, tym filtracja jest skuteczniejsza dla zadanej mocy elektrycznej.

W przypadku, gdy przed generatorem jonów 2 znajduje się filtr wstępny 12, następuje w nim mechaniczne oddzielenie cząstek dużych, powyżej około 0,5 mm.

Jak wyjaśniono powyżej, cechą szczególną całego procesu w porównaniu z innymi spotykanymi rozwiązaniami jest też to, że do skutecznej filtracji wystarczy względnie niewielkie wyładowanie koronowe. Separator 6 umożliwia bardzo efektywne wykorzystanie do elektryzacji usuwanych cząstek jonów powstałych podczas wyładowania koronowego w generatorze jonów 2. Dzięki temu, emitowany podczas wyładowania koronowego ładunek elektryczny, który jest niezbędny do skutecznego osadzania cząstek jest znacznie mniejszy. W konsekwencji, do osadzenia cząstek na elektro dzie 7 i w szczególności w warstwie filtrującej 10 potrzebna jest ilość energii, która jest dużo mniejsza w porównaniu do znanych rozwiązań. W typowych filtrach elektrostatycznych do skutecznego filtrowania niezbędne jest bardzo duże nasycenie powietrza jonami, a do tego niezbędne są silniejsze wyładowania koronowe i moc dostarczanej energii elektrycznej.

Praktyczna osiągana skuteczność oczyszczania powietrza z cząstek z zakresu od 0,1 do 100 μm wynosi 99,97% przy jednoczesnej emisji ozonu znacznie mniej niż 50 μg/m³ powietrza przepływającego przez filtr (dopuszczalna emisja ozonu wynosi 120 μg/m³).

Na fig. 7 pokazano kolejny korzystny przykład wykonania filtra według wynalazku, w którym w obudowie kanału 1, między prowadnicami 11, w których osadzony jest separator 6, wykonano otwór 20 łączący przestrzeń między prowadnicami 11 i separatorem 6 z otoczeniem zewnętrznym. Jeśli filtr zamontowany jest za wentylatorem nawiewnym 13 jak pokazano na fig. 3, to w przypadku istnienia nieszczelności w przestrzeni wokół separatora 6 i pomiędzy prowadnicami 11, w których jest on osadzony, panuje zawsze ciśnienie niższe niż w kanale 1. Jest to korzystne, gdyż zapobiega przedostawaniu się powietrza niefiltrowanego do wylotu filtra. Otwór 20 dodatkowo ułatwia wyprowadzenie niefiltrowanego powietrza z tej przestrzeni. Na fig. 7 pokazano przykładowy jeden otwór 20, lecz może ich być więcej, zarówno nad separatorem 6 jak i pod nim.

Jak widać na fig. 8, powietrze z otworu (lub otworów) 20 można dodatkowo skierować za stronę ssącą wentylatora 13 za pomocą przewodu wentylacyjnego 21 o niewielkim przekroju.

Filtr według wynalazku łączy cechy dwóch sposobów filtracji, tzn. działanie filtracji elektrostatycznej z działaniem filtrów tzw. „absolutnych mechanicznych włókninowych. Jego zale ty to:

- bardzo duża skuteczność (powyżej 99,5%) filtracji cząstek stałych i aerozoli nawet poniżej 10 mikronów;

PL 233 491 B1

- sterylizacja powietrza;

- znaczne zmniejszenie zawartości szkodliwych gazów takich jak benzopireny i inne związki aromatyczne, formaldehyd oraz nieprzyjemnych zapachów;

- bardzo duża chłonność filtra, co zmniejsza częstotliwość obsługi;

- relatywnie niewielkie opory hydrauliczne w porównaniu z innymi filtrami mechanicznymi absolutnymi;

- zwarta konstrukcja, długość całego filtra może wynosić tylko 7-10 cm;

- bardzo niskie zużycie energii elektrycznej, rzędu 8-20 Wh na 1000 m³ powietrza;

- w wariancie z otworami w obudowie eliminacja problemu przedostawania się niefiltrowanego powietrza z wnętrza obudowy do wylotu filtra.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Elektrostatyczny filtr powietrza połączony ze źródłem wysokich napięć, zawierający kanał przepływu powietrza (1) mający wlot i wylot, w którym od strony wlotu powietrza znajduje się generator jonów (2) zawierający co najmniej jedną elektrodę ulotową (3) i co najmniej jedną elektrodę zbiorczą (4), przy czym zarówno elektrody ulotowe (3) jak i elektrody zbiorcze (4) są połączone elektrycznie ze sobą, zaś elektrody zbiorcze (4) są odizolowane od elektrod ulotowych (3), tak że między elektrodami ulotowymi (3) i elektrodami zbiorczymi (4) wskutek różnicy potencjałów (U1) mogą zachodzić wyładowania koronowe powodujące jonizację cząstek zanieczyszczeń znajdujących się w przepływającym przez kanał (1) powietrzu, znamienny tym, że za generatorem jonów (2) w kanale przepływu powietrza (1) znajduje się separator cząstek zanieczyszczeń (6) zawierający elektrodę wejściową (7) i umieszczoną w odstępie od niej elektrodę wylotową (8), przy czym obie te elektrody umożliwiają przepływ przez nie powietrza w kierunku od elektrody wejściowej (7) do elektrody wyjściowej (8) i dalej do wylotu kanału (1), zaś podczas pracy filtra między elektrodami ulotowymi (3) a elektrodą wejściową (7) istnieje różnica potencjałów (U2) i między elektrodą wejściową (7) a elektrodą wylotową (8) istnieje różnica potencjałów (U3), tak że natężenie pola elektrycznego w przestrzeni (9) między elektrodą wejściową (7) i elektrodą wylotową (8) jest skierowane przeciwnie do natężenia pola elektrycznego w przestrzeni (15) między generatorem jonów (2) i elektrodą wejściową (7).
2. Filtr powietrza zastrz. 1, znamienny tym, że elektroda wejściowa (7) jest przystosowana do osadzania się na niej cząstek zanieczyszczeń, korzystnie wykonana jest z przewodzącej włókniny lub materiału gąbczastego, ewentualnie pokrytego węglem aktywnym.
3. Filtr powietrza zastrz. 1, znamienny tym, że w przestrzeni (9) między elektrodą wejściową (7) i elektrodą wylotową (8) znajduje się warstwa filtrująca (10) wykonana z materiału o małej przewodności elektrycznej.
4. Filtr powietrza zastrz. 1, znamienny tym, że potencjał elektrod ulotowych (3) i elektrody wylotowej (8) jest dodatni, natomiast potencjał elektrody wejściowej (7) jest równy zero.
5. Filtr powietrza zastrz. 1, znamienny tym, że potencjał elektrod ulotowych (3) i elektrody wylotowej (8) jest dodatni, natomiast potencjał elektrody wejściowej (7) jest ujemny.
6. Filtr powietrza zastrz. 1, znamienny tym, że potencjał elektrod ulotowych (3) i elektrody wylotowej (8) jest ujemny, natomiast potencjał elektrody wejściowej (7) jest równy zero.
7. Filtr powietrza zastrz. 1, znamienny tym, że potencjał elektrod ulotowych (3) i elektrody wylotowej (8) jest ujemny, natomiast potencjał elektrody wejściowej (7) jest dodatni.
8. Filtr powietrza zastrz. 1, znamienny tym, że potencjał elektrody ulotowej (3) jest dodatni, potencjał elektrody wejściowej (7) jest ujemny, natomiast potencjał elektrody wylotowej (8) jest równy zero.
9. Filtr powietrza zastrz. 1, znamienny tym, że potencjał elektrody ulotowej (3) jest ujemny, potencjał elektrody wejściowej (7) jest dodatni, natomiast potencjał elektrody wylotowej (8) jest równy zero.
10. Filtr powietrza zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że kanał przepływu powietrza (1) stanowi obudowę filtra, w której generator jonów (2) i separator cząstek (6) zamontowane są w sposób szczelny i umożliwiający wymontowanie generatora jonów (2) i separatora (6) w celach serwisowych.

PL 233 491 B1
11. Filtr powietrza zastrz. 1, znamienny tym, że w obudowie kanału (1), między prowadnicami (11), w których osadzony jest separator (6), znajduje się co najmniej jeden otwór (20) łączący przestrzeń między prowadnicami (11) i separatorem (6) z otoczeniem zewnętrznym.
12. Filtr powietrza zastrz. 1, znamienny tym, że przed generatorem jonów (2) zawiera filtr wstępny (12) do mechanicznego oddzielania cząstek zanieczyszczeń.
13. Filtr powietrza zastrz. 1, znamienny tym, że różnica potencjałów (U1) pomiędzy elektrodami ulotowymi (3) i elektrodami zbiorczymi (4) jest regulowana i wynosi od 2 do 20 kV.
14. Filtr powietrza zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że różnica potencjałów (U2) pomiędzy elektrodami ulotowymi (3) i elektrodą wejściową (7) jest większa niż różnica potencjałów (U1) pomiędzy elektrodami ulotowymi (3) i elektrodami zbiorczymi (4).
15. Filtr powietrza zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że elektroda wejściowa (7) i/lub elektroda wylotowa (8) mają postać siatki lub perforowanej płaszczyzny, ewentualnie płaszczyzny z przetłoczeniami lub pofalowaniami, lub w postaci segmentów usytuowanych skośnie względem siebie.
16. Filtr powietrza zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że różnica potencjałów (U3) pomiędzy elektrodą wejściową (7) i elektrodą wylotową (8) jest regulowana i wynosi od kilku do kilkudziesięciu kV, korzystnie od 2 do 50 kV.