PL248355B1 - Urządzenie do oczyszczania powietrza - Google Patents

Abstract

Urządzenie do oczyszczania powietrza, zawiera obudowę (2), która zawiera korpus, podstawę z otworami wlotowymi, pokrywę (5), drzwi rewizyjne, gniazdo zasilające oraz wewnątrz obudowy (2) — panel sterujący, wentylator (7), czujnik jakości powietrza, filtr fotokatalityczny (1) oraz lampę oświetlającą (8). Wentylator (7) jest umieszczony wewnątrz podstawy obudowy (2), zaś nad tym wentylatorem (7) zamocowana jest pierwsza lampa oświetlająca (8), która skierowana jest na filtr fotokatalityczny (1), który umieszczony jest w korpusie obudowy (2) i który ma postać plisowanej siatki ułożonej koncentrycznie, a powierzchnia jego siatki pokryta jest warstwą kompozytu oraz warstwą krzemionki, przy czym kompozyt zawiera dwutlenek tytanu. Od strony filtra fotokatalitycznego (1), w pokrywie (5) umieszczona jest druga lampa oświetlająca (13), a ponadto w pokrywie (5) obudowy (2) są otwory wylotowe (14) dla oczyszczonego powietrza.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do oczyszczania powietrza, zwłaszcza w pomieszczeniach powszechnego użytku, takich jak mieszkania, biura, gabinety lekarskie.

Obecnie, gdy stałemu pogorszeniu ulega stan środowiska, wzrasta poziom zanieczyszczeń i smogu oraz zwiększa się ryzyko wystąpienia infekcji wirusowych lub bakteryjnych. Coraz częściej, w celu zapewnienia zdrowego powietrza, w pomieszczeniach, w których przebywają ludzie, stosowane są urządzenia oczyszczające do usuwania alergenów, kurzu, bakterii, pleśni i pyłów zawieszonych smogu.

W urządzeniu do oczyszczania powietrza, duże znaczenie ma możliwość jego cichej pracy podczas jego użytkowania, która nie powinna przekraczać 25 dB oraz wydajność oczyszczacza, którą stanowi przepływ powietrza przez urządzenie, który jest mierzony w m³/h. Ważny jest również współczynnik oczyszczania, czyli to, ile razy w ciągu godziny urządzenie może przefiltrować powietrze w danym pomieszczeniu pracując na najwyższych obrotach. Optymalna wartość współczynnika oczyszczania wynosi 3, co oznacza, że w ciągu jednej godziny, urządzenie przefiltruje powietrze w pomieszczeniu trzykrotnie.

W znanych urządzeniach do oczyszczania powietrza, jako główną technologię stosuje się filtrację mechaniczną, która polega na przepuszczaniu powietrza przez różnego rodzaju filtry zatrzymujące zanieczyszczanie na sitach o różnej wielkości oczek. Najpowszechniej stosowane są do tego celu filtry EPA oraz HEPA, które zatrzymują cząsteczki większe od 0,3 μm. Drobniejsze cząsteczki, o wielkości 0,12 μm, zatrzymywane są na filtrach ULPA, natomiast cząsteczki gazów lub wirusów, które posiadają mniejsze wymiary, nie są zatrzymywane przez tego rodzaju filtry. Wadą tych znanych filtrów jest również ich zatykanie i konieczność ich częstej wymiany, zaś koszty filtrów są bardzo wysokie, tym wyższe im drobniejsze cząstki one zatrzymują. Wadą znanych urządzeń do oczyszczania powietrza jest również brak możliwości lub mała możliwość zatrzymywania bakterii i wirusów.

Z opisu patentowego US6761859B1 znane jest urządzenie do oczyszczania powietrza, które zawiera fotokatalizator do oczyszczania powietrza po naświetleniu światłem, lampę do oświetlania pierwszego członu nośnego fotokatalizatora oraz człon odbiorczy. W tym znanym urządzeniu do oczyszczania powietrza powietrze z pomieszczenia zasysane przez kratkę ssącą przepływa do tyłu i jest oczyszczane przez filtr wstępny, sekcję jonizacyjną, filtr rolkowy oraz człony nośne fotokatalizatora podczas przepływu. Oczyszczone powietrze jest wydmuchiwane z żaluzji umieszczonej nad górnym korpusem filtra powietrza, przez wentylator powietrza, po przejściu przez otwór.

Z publikacji patentowej nr WO2020104878A1 znane jest urządzenie do oczyszczania powietrza zawierające otwory wlotowe i wylotowe powietrza, obudowę posiadającą korpus z otwieraną powierzchnią rewizyjną, podstawę, pokrywę, wentylator, czujnik przepływu powietrza, filtr fotokatalityczny i lampę oświetlającą. W tym rozwiązaniu wentylator umieszczony jest przy podstawie, a nad tym wentylatorem są lampy oświetlające, skierowane na filtr fotokatalityczny zawierający dwutlenek tytanu.

W opisie zgłoszeniowym wynalazku US2008286163A1 ujawniono filtr fotokatalityczny w postaci plisowanej siatki pokrytej warstwą dwutlenku tytanu.

Z kolei w opisie zgłoszeniowym wynalazku US2011142725A1 ujawniono filtr fotokatalityczny o koncentrycznym ułożeniu podłoża z fotokatalizatorem, przy czym podłoże fotokatalityczne jest plisowane i oprócz warstwy dwutlenku tytanu może zawierać warstwę krzemionki.

Celem wynalazku jest utworzenie nowego urządzenia do oczyszczania powietrza, które umożliwi usuwanie zanieczyszczeń o małych rozmiarach cząstek, takich jak zwłaszcza wirusy lub bakterie.

Urządzenie do oczyszczania powietrza, zawierające obudowę, która zawiera korpus, podstawę z otworami wlotowymi, pokrywę, drzwi rewizyjne, gniazdo zasilające oraz wewnątrz obudowy - panel sterujący, wentylator, czujnik jakości powietrza, filtr fotokatalityczny oraz lampę oświetlającą, przy czym wentylator umieszczony jest wewnątrz podstawy obudowy, a na d tym wentylatorem zamocowana jest pierwsza lampa oświetlająca, która skierowana jest na filtr fotokatalityczny, który umieszczony jest w korpusie obudowy i który ma postać plisowanej siatki ułożonej koncentrycznie, a powierzchnia jego siatki pokryta jest warstwą kompozytu oraz warstwą krzemionki, przy czym kompozyt zawiera dwutlenek tytanu, zaś w pokrywie, od strony filtra fotokatalitycznego umieszczona jest druga lampa oświetlająca, a ponadto w tej pokrywie obudowy są otwory wylotowe dla oczyszczonego powietrza, zaś lampami oświetlającymi są promienniki diodowe z diodami emitującymi światło ultrafioletowe, a panel sterujący jest wewnątrz korpusu obudowy i połączony jest on z płytką sterującą oraz zawiera co najmniej dwie diody LED oraz przycisk włączający, których wyjścia osadzone są w ścianie korpusu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w pokrywie, nad drugą lampą oświetlającą zamocowany jest bipolarny jonizator, który zawiera dwie elektrody jonizacyjne, zaś bipolarny jonizator połączony jest ze źródłem napięcia poprzez mikroprzełącznik, a ten mikroprzełącznik połączony jest z czujnikiem jakości powietrza.

Korzystnie diody LED w panelu sterującym są trzy albo cztery.

Dalsze korzyści uzyskuje się, jeśli mikroprzełącznik jest w panelu sterującym, a warstwa kompozytu na filtrze fotokatalitycznym zawiera nikiel albo srebro albo miedź albo azot.

Nowe urządzenie do oczyszczania powietrza pozwala na sterylizację zarówno powietrza w oczyszczanym pomieszczeniu, jak również wszystkich powierzchni, które się w nim znajdują. Dzięki zastosowaniu w nim filtra fotokatalitycznego, który umożliwia przeprowadzenie fotokatalitycznego utleniania zanieczyszczań organicznych i dzięki zastosowaniu bipolarnego jonizatora, który umożliwia przeprowadzenie technologii zimnej plazmy - bipolarnej jonizacji oraz na skutek powstania aktywnych cząstek utleniających możliwa jest dezaktywacja oraz usuwanie z powietrza mikroorganizmów, zarodników pleśni, bakterii, wirusów. Zastosowany w urządzeniu filtr fotokatalityczny pozwala na prowadzenie procesu fotokatalitycznej degradacji, który w łagodnych warunkach prowadzenia reakcji pozwala na całkowite usuwanie zanieczyszczeń, a jednocześnie dzięki temu, że nie wymaga on częstej wymiany, pozwala on na obniżenie kosztów procesu oczyszczania oraz wpływa na obniżenie kosztów eksploatacji urządzenia do oczyszczania powietrza, w którym jest zamontowany.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania został przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do oczyszczania powietrza w widoku z przodu, fig. 2 - to samo urządzenie w widoku z boku, fig. 3 - to samo urządzenie w widoku z tyłu, fig. 4 - to samo urządzenie w widoku z góry, fig. 5 - to samo urządzenie w widoku z dołu, fig. 6 - to samo urządzenie w przekroju wzdłużnym w widoku z boku, natomiast fig. 7 - to samo urządzenie w przekroju wzdłużnym w widoku z boku, przodu i góry.

Urządzenie do oczyszczania powietrza, według wynalazku, w pierwszym przykładzie wykonania zawiera filtr 1 fotokatalityczny umieszczony w obudowie 2, która zawiera korpus 3, podstawę 4, pokrywę 5 oraz drzwi rewizyjne 6. Filtr 1 fotokatalityczny umieszczony jest w korpusie 3 obudowy 2 i ma postać plisowanej siatki ułożonej koncentrycznie, o wielkości oczek 0,5 mm, której powierzchnia pokryta jest warstwą kompozytu TiO2/Ni zawierającego dwutlenek tytanu oraz domieszkę niklu - Ni. Powierzchnia siatki pokryta jest również warstwą krzemionki absorbującą wodę. Wewnątrz podstawy 4 umieszczony jest wentylator 7, ponad którym, w tej podstawie 4, zamocowana jest pierwsza lampa oświetlająca 8, która skierowana jest na filtr 1 fotokatalityczny usytuowany na całej wysokości korpusu 3. W korpusie 3 obudowy 2, po stronie przeciwnej do drzwi rewizyjnych 6, osadzony jest panel sterujący 9, który połączony jest z płytką sterującą 10 i który zawiera cztery diody 11 LED, przy czym pierwsza dioda 11a informuje o stanie jakości powietrza, druga dioda 11b informuje o trwającej fotokatalizie, zaś trzecia dioda 11c informuje o tym, czy urządzenie jest włączone. Ponadto panel sterujący 9 zawiera przycisk włączający 12. Wyjścia diod 11 oraz przycisku włączającego 12 są osadzone w ścianie korpusu 3 i wyprowadzone są one na zewnątrz. Diody 11 LED są włączane przez płytkę sterującą 10, w zależności od stanu pracy urządzenia. W pokrywie 5, od strony filtra 1 fotokatalicznego umieszczona jest druga lampa oświetlająca 13, która nakierowana jest na filtr 1 fotokatalityczny. Lampy oświetlające 8, 13 są promiennikami diodowymi z diodami emitującymi światło ultrafioletowe. Ponadto w pokrywie 5, nad drugą lampą oświetlającą 13 są otwory wylotowe 14 dla oczyszczonego powietrza, zaś w podstawie 4 są otwory wlotowe 15 dla zanieczyszczonego powietrza oraz gniazdo 16 wejściowe dla źródła zasilania. W pokrywie 5, nad drugą lampą oświetlającą 13 zamocowany jest bipolarny jonizator 17, który zawiera dwie elektrody jonizacyjne, zaś bipolarny jonizator 17 połączony jest ze źródłem napięcia poprzez mikroprzełącznik 18, który połączony jest z czujnikiem jakości powietrza, który z kolei jest wewnątrz obudowy 2.

Urządzenie do oczyszczania powietrza, według wynalazku, w drugim przykładzie wykonania, jest takie jak w przykładzie pierwszym, z tym, że filtr 1 fotokatalityczny ma siatkę pokrytą warstwą kompozytu TiO2/Ag zawierającego dwutlenek tytanu oraz domieszkę srebra - Ag oraz pokrytą warstwą krzemionki. Bipolarny jonizator 17 połączony jest z mikroprzełącznikiem 18 będącym w panelu sterującym 9, a ponadto w korpusie 3 obudowy 2 diody 11 LED są cztery, przy czym ta czwarta dioda 11d sygnalizuje działanie bipolarnego jonizatora 17.

Urządzenie do oczyszczania powietrza, według wynalazku, w trzecim przykładzie wykonania, takie jak w przykładzie drugim, z tym, że filtr 1 fotokatalityczny ma siatkę pokrytą warstwą kompozytu

TiO2/Cu zawierającego dwutlenek tytanu oraz domieszkę miedzi Cu oraz warstwą krzemionki. Mikroprzełącznik 18 jest w panelu sterującym 9 i połączony z czujnikiem jakości powietrza, przy czym po wykryciu przez ten czujnik zanieczyszczeń, bipolarny jonizator 17 uruchamiany jest przez mikroprzełącznik 18.

Urządzenie do oczyszczania powietrza, według wynalazku, w czwartym przykładzie wykonania, takie jak w przykładzie drugim, z tym, że filtr 1 fotokatalityczny ma siatkę pokrytą warstwą kompozytu TiO2/N zawierającego dwutlenek tytanu oraz domieszkę miedzi i azotu.

Zasada działania urządzenia do oczyszczania powietrza według wynalazku została opisana poniżej.

Oczyszczanie powietrza, z wykorzystaniem nowego urządzenia do oczyszczania powietrza jest prowadzone podczas reakcji fotokatalizy, która przebiega przez absorpcję światła przez warstwę kompozytu - fotokatalizatora, umieszczonego na filtrze 1 fotokatalitycznym. W pierwszym etapie następuje absorpcja promieniowania emitowanego przez promienniki diodowe z diodami emitującymi światło ultrafioletowe - lampy oświetlające 8, 13 przez fotokatalizator - warstwę kompozytu umieszczoną na filtrze 1 fotokatalitycznym.

Elektroniczna struktura pasmowa materiału fotokatalitycznego jakim jest kompozyt zawierający TiO2 składa się z pasma walencyjnego wypełnionego elektronami i pustego pasma przewodzenia, które są oddzielone szczeliną pasmową, stanowiącą barierę energetyczną dla elektronów. Podczas promieniowania świetlnego, gdy półprzewodnik pochłania energię fotonów o wystarczającej energii, elektrony w paśmie walencyjnym mostkują barierę energetyczną i są pobudzane do pasma przewodzenia, pozostawiając za sobą równą liczbę dziur w paśmie walencyjnym. Oba te nośniki ładunku stają się następnie dostępne do rozproszenia na powierzchni fotokatalizatora, gdzie reagują. Zachodzą reakcje redoks: elektrony e- reagują z akceptorami elektronów, zwłaszcza z O2, tworząc reaktywne formy tlenu takie jak rodnik tlenowy lub nadtlenek wodoru, a dziury h+ reagują z dawcami elektronów, zwłaszcza z H2O, przez utlenianie tworząc silnie utleniające rodniki hydroksylowe.

Dla procesu oczyszczania szczególne znaczenia mają pary elektronowe e^- oraz dziury elektronowe h⁺. Cząsteczki wody, zaabsorbowane przez krzemionkę, która umieszczona jest na powierzchni filtra 1 fotokatalitycznego ulegają dysocjacji, zaś jony wodorotlenowe OH^-, pod wpływem dziury elektronowej h⁺, zostają przekształcone w rodniki wodorotlenowe OH^-, które posiadają wysoki potencjał utleniający, przez co są one bardzo aktywne. Na skutek działania tych rodników hydroksylowych, następuje rozkład zanieczyszczeń organicznych, którego produktami są dwutlenek węgla i woda. Utleniająca aktywność fotokatalizatora, a tym samym sprawność filtra 1 fotokatalitycznego, zależy od obecności wody na jego powierzchni.

Po uruchomieniu bipolarnego jonizatora 17 mikroprzełącznikiem 18, poprzez źródło napięcia prąd podawany jest na elektrody bipolarnego jonizatora 17, wokół których wytwarzane jest pole jonizacji i generowane są jony dodatnie i jony ujemne. Strumień powietrza wypływający, poprzez otwory wylotowe 14 w pokrywie 5, z urządzenia do oczyszczania powietrza, rozprowadza wygenerowane jony do wszystkich pomieszczeń. Te jony oddziałują na cząsteczki kurzu oraz alergeny i powodują ich naładowanie. Przeciwnie naładowane cząsteczki zanieczyszczeń łączą się ze sobą w większe aglomeracje zwiększając przez to masę i objętość. Następnie, pod wpływem ciężaru, zostają one zrzucone w dół. Wolne związki organiczne oraz gazowe związki chemiczne, pod wpływem jonów zostają rozłożone na dwutlenek węgla i wodę. Pod wpływem jonów zostaje również przerwana zdolność rozrodcza bakterii, wirusów, pleśni i zarodników pleśni, które kurczą się, a redukcji ulega ich zdolność zakażania. Jony dodatnie i ujemne emitowane przez bipolarny jonizator 17 urządzenia do oczyszczania powietrza, przekształcają cząsteczki tlenu w reaktywne formy tlenu - nadtlenki i anionorodniki ponadtlenkowe oraz umożliwiają wytwarzanie rodników hydroksylowych z wody. Te reaktywne cząstki skupiają się wokół mikrocząsteczek zanieczyszczeń takich jak zawieszone w powietrzu cząsteczki pleśni, wirusy, bakterie, alergeny i otaczają je. Bipolarna jonizacja powoduje unieszkodliwianie mikroorganizmów nie powodując jednocześnie uszkodzeń w DNA człowieka. W przeciwieństwie do znanych obecnie chemicznych i fizycznych czynników dezynfekujących, zwłaszcza promieniowania UV, radioaktywności lub żrących substancji chemicznych, bipolarna jonizacja jest całkowicie bezpieczna i nie wpływa negatywnie na środowisko. Wprowadzenie, poprzez urządzenie do oczyszczania powietrza, jonów dodatnich i jonów ujemnych, do krążącego powietrza powoduje unieszkodliwianie zanieczyszczeń w otaczającym to urządzenie środowisku dezynfekując go w sposób ciągły.

Technologia bipolarnej jonizacji zastosowana w nowym urządzeniu do oczyszczania powietrza polega na nano-wymiarowym, elektrostatycznym rozpylaniu cząstek wody istniejących w wilgotnym powietrzu co następuje pod wpływem wysokiego napięcia. Na skutek tego powstają wysoce reaktywne rodniki hydroksylowe OH·. Rodniki OH· reagują z wodorem H zawartym w błonach komórkowych pyłków, bakterii, wirusów i lotnych związkach organicznych, zmieniają ich charakter i dezaktywując je. Następnie rodniki OH· połączone z wodorem H wracają do atmosfery jako woda.

Claims (8)

1. Urządzenie do oczyszczania powietrza, zawierające obudowę (2), która zawiera korpus (3), podstawę (4) z otworami wlotowymi (15), pokrywę (5), drzwi rewizyjne (6), gniazdo (16) zasilające oraz wewnątrz obudowy (2) - panel sterujący (9), wentylator (7), czujnik jakości powietrza, filtr (1) fotokatalityczny oraz lampę oświetlającą, przy czym wentylator (7) umieszczony jest wewnątrz podstawy (4) obudowy (2), a nad tym wentylatorem (7) zamocowana jest pierwsza lampa oświetlająca (8), która skierowana jest na filtr (1) fotokatalityczny, który umieszczony jest w korpusie (3) obudowy (2) i który ma postać plisowanej siatki ułożonej koncentrycznie, a powierzchnia jego siatki pokryta jest warstwą kompozytu oraz warstwą krzemionki, przy czym kompozyt zawiera dwutlenek tytanu, zaś w pokrywie (5), od strony filtra (1) fotokatalitycznego umieszczona jest druga lampa oświetlająca (13), a ponadto w tej pokrywie (5) obudowy (2) są otwory wylotowe (14) dla oczyszczonego powietrza, zaś lampami oświetlającymi (8, 13) są promienniki diodowe z diodami emitującymi światło ultrafioletowe, a panel sterujący (9) jest wewnątrz korpusu (3) obudowy (2) i połączony jest on z płytką sterującą (10) oraz zawiera co najmniej dwie diody (11) LED oraz przycisk włączający (12), których wyjścia osadzone są w ścianie korpusu (3), znamienny tym, że w pokrywie (5), nad drugą lampą oświetlającą (13) zamocowany jest bipolarny jonizator (17), który zawiera dwie elektrody jonizacyjne, zaś bipolarny jonizator (17) połączony jest ze źródłem napięcia poprzez mikroprzełącznik (18), a mikroprzełącznik (18) połączony jest z czujnikiem jakości powietrza.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że diody (11) LED w panelu sterującym (9) są trzy.

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że diody (11) LED w panelu sterującym (9) są cztery.

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że mikroprzełącznik (18) jest w panelu sterującym (9).

5. Urządzenie według jednego z zastrz. od 1 do 4, znamienne tym, że warstwa kompozytu na filtrze fotokatalitycznym (1) zawiera nikiel.

6. Urządzenie według jednego z zastrz. od 1 do 4, znamienne tym, że warstwa kompozytu na filtrze fotokatalitycznym (1) zawiera srebro.

7. Urządzenie według jednego z zastrz. od 1 do 4, znamienne tym, że warstwa kompozytu na filtrze fotokatalitycznym (1) zawiera miedź.

8. Urządzenie według jednego z zastrz. od 1 do 4, znamienne tym, że warstwa kompozytu na filtrze fotokatalitycznym (1) zawiera azot.