RU2262455C1

RU2262455C1 - Air cleaner

Info

Publication number: RU2262455C1
Application number: RU2004119860/11A
Authority: RU
Inventors: В.А. Михайлов (RU); В.А. Михайлов; Ю.В. Трофименко (RU); Ю.В. Трофименко; Т.Ю. Григорьева (RU); Т.Ю. Григорьева; А.В. Воронцов (RU); А.В. Воронцов; Д.В. Козлов (RU); Д.В. Козлов
Original assignee: Московский автомобильно-дорожный институт (Государственный технический университет); Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2005-10-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to ventilation and air conditioning systems for vehicle cabins and/or rooms of stationary objects and is designed for cleaning air from harmful impurities. Proposed air cleaner designed for cleaning air from gaseous impurities contains unit built into ventilation system and consisting of ultraviolet radiation source and photocatalytic element in form of at least one packet, both arranged in housing. Packet of photocatalytic element is made up of separate thin-walled plates with two-side longitudinal projections on their surfaces arranged at a distance for relative contact by tops in adjacent plates of packet to form channels for passing cleaned air. Novelty is that two-side projections of each plate in packet are made in form of rigid ribs, triangular in section, tilted at angle to on-coming flow of cleaned air and intersecting in space relative to each other at opposite sides of plate. Plates in packet are installed with possibility of intersection of ribs of adjacent plates. Projections can be made in form of fan-like arms diverging on one side of plate and converging on the other side.

EFFECT: improved efficiency of air cleaning, provision of resistance of packet of photocatalytic element to vibration loads, reduced labor input in manufacture.

2 cl, 5 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к средствам очистки воздуха от вредных примесей, преимущественно в системах вентиляции и кондиционирования кабин транспортных средств, а также помещений стационарных и других объектов.The proposed solution relates to air purification from harmful impurities, mainly in ventilation and air conditioning systems of cabs of vehicles, as well as premises of stationary and other facilities.

Известен очиститель воздуха кабины транспортного средства, содержащий встроенный в систему вентиляции блок, состоящий из размещенного в корпусе источника ультрафиолетового излучения и фотокаталитического элемента в виде ряда расположенных вдоль воздушного потока плоских пластин с нанесенным на их поверхности слоем порошка диоксида титана (см. патент ЕР №1118483 A1, Int. Cl⁷. В 60 Н 3/06, опубл. 25.07.2001 г.).A known vehicle cabin air purifier comprising a unit integrated in the ventilation system consisting of a UV source and a photocatalytic element in the form of a series of flat plates arranged along the air flow with a layer of titanium dioxide powder deposited on their surface (see patent EP No. 1118483 A1, Int. Cl ^7. B 60 H 3/06, published July 25, 2001).

Недостатками известного устройства являются низкая эффективность очистки воздуха и высокая трудоемкость изготовления фотокаталитического элемента. Пониженная эффективность очистки воздуха обусловлена относительно небольшой (слаборазвитой) площадью поверхности фотокаталитического элемента и ламинарным характером течения воздушного потока в каналах между пластинами. Высокая трудоемкость изготовления вызвана тем, что слой порошка диоксида титана наносится на пластины жалюзи щелевого воздуховода самой системы вентиляции.The disadvantages of the known device are the low efficiency of air purification and the high complexity of manufacturing a photocatalytic element. The reduced efficiency of air purification is due to the relatively small (underdeveloped) surface area of the photocatalytic element and the laminar nature of the flow of air in the channels between the plates. The high complexity of manufacturing is caused by the fact that a layer of titanium dioxide powder is applied to the louvre plates of the slotted duct of the ventilation system itself.

Известен очиститель воздуха для транспортного средства, принятый в качестве прототипа, содержащий встроенный в систему вентиляции блок, состоящий из размещенного в корпусе источника ультрафиолетового излучения и фотокаталитического элемента в виде пакета, набранного из отдельных тонкостенных пластин с выполненными на их поверхностях двухсторонними продольными выступами в виде волнообразных гибких гофр. Последние расположены параллельно на расстоянии друг от друга с возможностью взаимного контакта своими вершинами в смежных пластинах пакета и формирования каналов для прохода очищаемого воздуха (см. описание к патенту Японии, номер публикации 2002 - 253662 от 10.09.2002 г. Int. Cl. A 61 L 9/20, A 61 L 9/22, В 60 Н 3/00, В 60 Н 3/06).A known air purifier for a vehicle, adopted as a prototype, comprising a unit integrated in the ventilation system, consisting of a source of ultraviolet radiation and a photocatalytic element in the form of a packet assembled from separate thin-walled plates with double-sided longitudinal protrusions made on their surfaces in the form of wave flexible corrugations. The latter are located in parallel at a distance from each other with the possibility of mutual contact of their peaks in adjacent plates of the package and the formation of channels for the passage of cleaned air (see the description of the patent of Japan, publication number 2002 - 253662 from 09/10/2002 Int. Cl. A 61 L 9/20, A 61 L 9/22, B 60 N 3/00, B 60 N 3/06).

Недостатками прототипа являются пониженная эффективность очистки воздуха, низкая устойчивость к вибрационным нагрузкам и высокая трудоемкость изготовления.The disadvantages of the prototype are the reduced efficiency of air purification, low resistance to vibration loads and the high complexity of manufacturing.

Пониженная эффективность очистки воздуха здесь даже при наличии довольно развитой площади поверхности фотокаталитического элемента обусловлена ламинарным характером течения воздушного потока в каналах между пластинами. Кроме того, в сотовой конструкции пакета высота и ширина воздушных каналов соизмеримы, что обуславливает значительное затенение поверхности пластин от воздействия ультрафиолетового излучения и вследствие этого снижение эффективности очистки воздуха.The reduced efficiency of air purification here, even with a rather developed surface area of the photocatalytic element, is due to the laminar nature of the air flow in the channels between the plates. In addition, in the honeycomb package design, the height and width of the air channels are comparable, which leads to significant shading of the surface of the plates from exposure to ultraviolet radiation and, as a result, a decrease in the efficiency of air cleaning.

Низкая устойчивость к вибрационным нагрузкам и высокая трудоемкость изготовления вызваны тем, что сборка пакета сотовой конструкции из отдельных тонкостенных пластин, не обладающих необходимыми жесткостью и прочностью, требует применения специального приспособления для исключения их повреждения при укладке в пакет, а также специальных технологических приемов для фиксации в местах контакта вершин параллельно расположенных гофр по всей длине (т.е. по линии) смежных пластин, например, их склеивания. В противном случае из-за вибрации при эксплуатации транспортного средства может произойти смещение вершин гофр смежных пластин относительно друг друга, и структура пакета нарушится.Low resistance to vibration loads and high laboriousness of manufacture are caused by the fact that the assembly of a package of a honeycomb structure from separate thin-walled plates that do not have the necessary rigidity and strength requires the use of special devices to prevent their damage when laying in a package, as well as special technological methods for fixing contact points of vertices of parallel corrugations along the entire length (i.e., along the line) of adjacent plates, for example, gluing them. Otherwise, due to vibration during operation of the vehicle, the displacement of the corrugation vertices of adjacent plates relative to each other may occur, and the structure of the package will be violated.

Техническими задачами изобретения являются повышение эффективности очистки воздуха, обеспечение устойчивости пакета фотокаталитического элемента к вибрационным нагрузкам и снижение трудоемкости изготовления.The technical objectives of the invention are to increase the efficiency of air purification, ensuring the stability of the photocatalytic element package to vibration loads and reducing the complexity of manufacturing.

Сущность изобретения заключается в том, что в очистителе воздуха от газообразных примесей, содержащем встроенный в систему вентиляции блок, состоящий из размещенных в корпусе источника ультрафиолетового излучения и фотокаталитического элемента в виде по меньшей мере одного пакета, набранного из отдельных тонкостенных пластин с выполненными на их поверхностях двухсторонними продольными выступами, расположенными на расстоянии друг от друга с возможностью взаимного контакта своими вершинами в смежных пластинах пакета и формирования каналов для прохода очищаемого воздуха, согласно изобретению указанные двухсторонние выступы каждой из пластин в пакете выполнены в виде жестких ребер, наклоненных под углом к набегающему потоку очищаемого воздуха и перекрещивающихся в пространстве по отношению друг к другу с противоположных сторон пластины, причем пластины в пакете установлены с возможностью перекрещивания их ребер между собой в смежных пластинах. В варианте выполнения устройства выступы могут быть выполнены в виде веерных лучей, расходящихся на одной стороне пластины и сходящихся на другой.The essence of the invention lies in the fact that in the air purifier from gaseous impurities, containing a unit built into the ventilation system, consisting of a source of ultraviolet radiation and a photocatalytic element in the form of at least one packet assembled from separate thin-walled plates made on their surfaces double-sided longitudinal protrusions located at a distance from each other with the possibility of mutual contact with their peaks in adjacent plates of the package and the formation of channels for the passage of cleaned air, according to the invention, the specified two-sided protrusions of each of the plates in the package are made in the form of rigid ribs, inclined at an angle to the incoming flow of cleaned air and intersecting in space with respect to each other on opposite sides of the plate, and the plates in the package are installed with the possibility of crossing their ribs with each other in adjacent plates. In an embodiment of the device, the protrusions can be made in the form of fan rays diverging on one side of the plate and converging on the other.

Решение технических задач достигается за счет того, что перекрещивающиеся в смежных пластинах выступы формируют воздушные плоскощелевые каналы, в которых осуществляется искусственная турбулизация потока воздуха, в результате чего эффективность его очистки возрастает. Кроме того, жесткие перекрещивающиеся ребра на противоположных сторонах пластин обеспечивают необходимую прочность каждой пластины при сборке в пакет и устойчивость последнего к вибрационным нагрузкам, учитывая также, что выступы смежных пластин в пакете, перекрещиваясь, соприкасаются лишь в нескольких точках и поэтому не могут лишиться контакта при таких нагрузках. Последнее также упрощает монтаж пакета и снижает трудоемкость его изготовления.The solution of technical problems is achieved due to the fact that the protrusions that intersect in adjacent plates form air flat slot channels in which the turbulence of the air stream is artificially carried out, as a result of which its cleaning efficiency increases. In addition, rigid intersecting ribs on opposite sides of the plates provide the necessary strength of each plate when assembling in a package and the latter is resistant to vibration loads, taking into account that the protrusions of adjacent plates in a package, intersecting, touch only at several points and therefore cannot lose contact when such loads. The latter also simplifies the installation of the package and reduces the complexity of its manufacture.

Конструкция очистителя воздуха от газообразных примесей поясняется чертежами, где на фиг.1 показана общая схема устройства в составе системы вентиляции; на фиг.2 дана схема формирования параллельно расположенных на отдельной пластине выступов фотокаталитического элемента (вид сбоку); на фиг.3 представлена схема формирования выступов, расположенных в виде расходящихся и сходящихся лучей; на фиг.4 представлено сечение А-А на фиг.2; на фиг.5 изображено сечение Б-Б на фиг.3.The design of the air purifier from gaseous impurities is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a general diagram of a device as part of a ventilation system; figure 2 shows a diagram of the formation of parallel protrusions of the photocatalytic element (side view); figure 3 presents a diagram of the formation of protrusions located in the form of diverging and converging rays; figure 4 presents a section aa in figure 2; figure 5 shows a section bB in figure 3.

На чертежах приняты следующие обозначения:In the drawings, the following notation:

α - угол между направлением набегающего потока очищаемого воздуха и продольными ребрами на одной стороне отдельной пластины в пакете;α is the angle between the direction of the oncoming flow of the cleaned air and the longitudinal ribs on one side of the individual plate in the package;

h и b - геометрические параметры сечения каналов в пакете для прохода очищаемого воздуха.h and b are the geometric parameters of the cross section of the channels in the package for the passage of cleaned air.

Очиститель воздуха от газообразных примесей выполнен в виде блока 1 и содержит размещенные в корпусе 2 источник ультрафиолетового излучения, например, в виде двух ламп 3, и фотокаталитический элемент в виде по меньшей мере одного или, например, двух пакетов 4. Блок 1 встроен в систему вентиляции и кондиционирования (на чертеже не обозначена), оборудованную фильтром 5 для очистки воздуха от твердых частиц, теплообменником 6 отопителя, теплообменником 7 воздухоохладителя, камерой 8 и вентилятором 9.The air purifier from gaseous impurities is made in the form of a block 1 and contains a source of ultraviolet radiation placed in the housing 2, for example, in the form of two lamps 3, and a photocatalytic element in the form of at least one or, for example, two packets 4. Block 1 is built into the system ventilation and air conditioning (not shown in the drawing), equipped with a filter 5 for cleaning air from solid particles, a heat exchanger 6, a heat exchanger 7, an air cooler, a chamber 8 and a fan 9.

Пакеты 4 фотокаталитического элемента набраны из установленных в них отдельных тонкостенных пластин 10, изготовленных, например, из пористой пластмассы или пористой керамики. На поверхностях каждой из пластин 10 выполнены двухсторонние продольные выступы 11 и 12. Последние расположены на расстоянии друг от друга с возможностью взаимного контакта своими вершинами 13 в смежных пластинах 10 пакета 4 и формирования щелевых каналов 14 для прохода очищаемого воздуха. Согласно изобретению указанные двухсторонние выступы 11 и 12 каждой из пластин 10 в пакете 4 выполнены в виде жестких ребер, имеющих сечение, например, в виде треугольника и наклоненных под углом α к направлению набегающего потока 15 очищаемого воздуха. При этом выступы 11 в виде ребер на одной стороне каждой из пластин 10 выполнены перекрещивающимися в пространстве по отношению к выступам 12 в виде ребер с противоположной стороны той же пластины. Выступы 11 и 12 на каждой стороне плоских пластин 10 пакета 4 могут располагаться параллельно друг другу, как это показано на фиг.2, т.е. под одинаковым углом α к направлению набегающего потока 15 очищаемого воздуха, как это описано в прототипе. Причем пластины 10 в пакете 4 установлены с возможностью перекрещивания их ребер между собой в смежных пластинах (см. фиг.4 и 5), в результате чего в пакете образуются воздушные щелевые каналы 14 шириной b и высотой h.Packages 4 of the photocatalytic element are selected from separate thin-walled plates 10 installed in them, made, for example, of porous plastic or porous ceramics. Bilateral longitudinal projections 11 and 12 are made on the surfaces of each of the plates 10. The latter are located at a distance from each other with the possibility of mutual contact with their peaks 13 in adjacent plates 10 of the package 4 and the formation of slotted channels 14 for the passage of cleaned air. According to the invention, said double-sided protrusions 11 and 12 of each of the plates 10 in the bag 4 are made in the form of rigid ribs having a cross-section, for example, in the form of a triangle and inclined at an angle α to the direction of the incoming flow 15 of the cleaned air. In this case, the protrusions 11 in the form of ribs on one side of each of the plates 10 are made intersecting in space with respect to the protrusions 12 in the form of ribs on the opposite side of the same plate. The protrusions 11 and 12 on each side of the flat plates 10 of the package 4 can be parallel to each other, as shown in figure 2, i.e. at the same angle α to the direction of the oncoming flow 15 of the cleaned air, as described in the prototype. Moreover, the plates 10 in the package 4 are installed with the possibility of crossing their ribs together in adjacent plates (see Figs. 4 and 5), as a result of which air gap channels 14 of width b and height h are formed in the package.

В варианте исполнения устройства выступы 11 и 12 могут быть выполнены в виде веерных лучей, расходящихся на одной и сходящихся на другой стороне пластины 10. При этом двухсторонние выступы 11 и 12 в пластинах 10 пакета 4 имеют каждый свое определенное значение угла наклона α к направлению набегающего потока 15 очищаемого воздуха.In the embodiment of the device, the protrusions 11 and 12 can be made in the form of fan rays diverging on one and converging on the other side of the plate 10. Moreover, the two-sided protrusions 11 and 12 in the plates 10 of the package 4 each have their own specific value of the angle of inclination α to the direction of the incident stream 15 of the cleaned air.

Устройство работает следующим образом. Загрязненный поток воздуха 15 при включении вентилятора 9 проходит последовательно фильтр 5, где очищается от твердых примесей, и поступает в теплообменник 6 отопителя. Здесь в случае необходимости воздух нагревается и проходит затем в блок 1 собственно очистителя от газообразных примесей. Поверхности пластин 10 каждого из пакетов 4 покрыты активным фотокаталитическим порошком, например диоксида титана TiO₂, который при воздействии на него ультрафиолетового излучения от ламп 3 за счет явления фотокатализа разлагает и нейтрализует вредные газообразные примеси (оксид углерода, предельные и ароматические углеводороды, хлорсодержащие соединения, фенолы, альдегиды, спирты, кетоны), превращая их в безвредные вещества. Перекрещивающиеся в смежных пластинах выступы 11 и 12 в виде ребер формируют воздушные плоскощелевые каналы 14, в которых осуществляется интенсификация процесса массообмена загрязненного воздуха с поверхностью фотокаталитического элемента путем искусственной турбулизации воздушного потока при обтекании наклоненных к нему под углом α выступов 11 и 12 вследствие дросселирования проходного сечения воздушных каналов 14 около вершин 13 этих выступов и дополнительного "закручивания" потока как при встрече с выступами под углом α, так и в местах их перекрещивания. В результате эффективность очистки воздуха возрастает. При этом в плоскощелевых каналах 14, высота h которых существенно превышает их ширину b, создаются условия удовлетворительного, более равномерного воздействия ультрафиолетового излучения на поверхность пластин 10. В варианте веерного расположения выступов из-за уменьшения затененных участков создаются лучшие условия воздействия со стороны источника ультрафиолетового излучения, что также способствует повышению эффективности очистки воздуха. После обработки в блоке 1 воздушный поток проходит через теплообменник 7, например испаритель хладонового (фреонового) кондиционера, где в случае необходимости охлаждается. Затем, минуя камеру 8 выравнивания давления, воздушный поток засасывается вентилятором 9. Откуда воздушный поток 16 подается потребителю, в частности в кабину транспортного средства.The device operates as follows. When the fan 9 is turned on, the contaminated air stream 15 passes sequentially through the filter 5, where it is cleaned of solid impurities, and enters the heat exchanger 6 of the heater. Here, if necessary, the air is heated and then passes to the unit 1 of the purifier itself from gaseous impurities. The surfaces of the plates 10 of each of the packages 4 are coated with an active photocatalytic powder, for example titanium dioxide TiO ₂ , which, when exposed to ultraviolet radiation from lamps 3, decomposes and neutralizes harmful gaseous impurities (carbon monoxide, saturated and aromatic hydrocarbons, chlorine compounds, due to the phenomenon of photocatalysis) phenols, aldehydes, alcohols, ketones), turning them into harmless substances. The protrusions 11 and 12 intersecting in adjacent plates form ribs in the form of ribs 14, in which the process of mass exchange of contaminated air with the surface of the photocatalytic element is intensified by artificially turbulizing the air flow around the protrusions 11 and 12 tilted to it at an angle α due to throttling of the passage section air channels 14 near the peaks 13 of these protrusions and an additional "twisting" of the flow both when meeting with the protrusions at an angle α, and in places X crossover. As a result, the efficiency of air purification increases. At the same time, in plane-slit channels 14, the height of which substantially exceeds their width b, conditions are created for a satisfactory, more uniform exposure to ultraviolet radiation on the surface of the plates 10. In the fan-shaped arrangement of protrusions, due to the reduction of shaded areas, better exposure conditions are created from the side of the ultraviolet radiation source , which also helps to improve the efficiency of air purification. After processing in block 1, the air flow passes through a heat exchanger 7, for example, a refrigerant (freon) air conditioner evaporator, where it is cooled if necessary. Then, bypassing the pressure equalization chamber 8, the air stream is sucked in by the fan 9. From where the air stream 16 is supplied to the consumer, in particular to the vehicle cabin.

Снабжение каждой тонкостенной пластины 10 наклоненными жесткими ребрами, перекрещивающимися по отношению друг к другу на ее противоположных сторонах, обеспечивает необходимую прочность пластины на изгиб при сборке в пакет и достаточную устойчивость к вибрационным нагрузкам, чему способствует также то, что выступы смежных пластин при укладке в пакет, перекрещиваясь, соприкасаются лишь в нескольких точках. Последнее дает возможность упростить монтаж и собрать пакет путем свободной укладки пластин, не прибегая к специальной оснастке и тем более к их склеиванию, так как возможное смещение вершин выступов смежных пластин относительно друг друга не влияет на прочность всей конструкции.The supply of each thin-walled plate 10 with inclined rigid ribs that intersect with respect to each other on its opposite sides provides the necessary flexural strength of the plate during assembly into the bag and sufficient resistance to vibration loads, which also contributes to the fact that the protrusions of adjacent plates when laying in the bag when crossing, they touch only at a few points. The latter makes it possible to simplify installation and assemble the package by freely laying the plates, without resorting to special equipment and especially to gluing them, since the possible displacement of the vertices of the protrusions of adjacent plates relative to each other does not affect the strength of the entire structure.

Помимо указанного потребителя блок 1 может быть использован в системах вентиляции и кондиционирования помещений стационарных и других объектов, а также в качестве только очистителя воздуха при оснащении этого блока соответствующим вентилятором.In addition to the specified consumer, unit 1 can be used in ventilation and air conditioning systems of stationary and other facilities, as well as only an air purifier when equipping this unit with an appropriate fan.

Таким образом, изобретение позволяет повысить эффективность процесса очистки воздуха за счет обеспечения интенсификации процесса массобмена воздуха с фотокаталитическим покрытием пластин в пакете, а также дает возможность обеспечить достаточную прочность собранного пакета и как следствие устойчивость к вибронагрузкам. При этом конструктивное выполнение устройства позволяет значительно снизить трудоемкость изготовления очистителя.Thus, the invention improves the efficiency of the air purification process by ensuring the intensification of the process of mass transfer of air with a photocatalytic coating of the plates in the package, and also makes it possible to ensure sufficient strength of the assembled package and, as a consequence, resistance to vibration loads. Moreover, the constructive implementation of the device can significantly reduce the complexity of manufacturing a cleaner.

Claims

1. An air purifier from gaseous impurities, comprising a unit built into the ventilation system, consisting of an ultraviolet radiation source and a photocatalytic element in the form of at least one packet assembled from separate thin-walled plates with double-sided longitudinal protrusions located on their surfaces distance from each other with the possibility of mutual contact with their peaks in adjacent plates of the package and the formation of channels for the passage of cleaned air, characterized in that the said two-sided protrusions of each of the plates in the package are made in the form of rigid ribs with a section in the form of a triangle, inclined at an angle to the incoming flow of cleaned air and intersecting in space with respect to each other on opposite sides of the plate, and the plates in the package are installed with the possibility of crossing their ribs with each other in adjacent plates.

2. The air purifier according to claim 1, characterized in that the protrusions are made in the form of fan rays diverging on one and converging on the other side of the plate.