SK1732022U1 - Viackomorový rúrkový odlučovač tuhých znečisťujúcich látok pre malé zdroje tepla - Google Patents

Abstract

Viackomorový rúrkový odlučovač tuhých znečisťujúcich látok pre malé zdroje tepla umiestnený za zdrojom tepla (1) medzi vstupným potrubím (2), kolenom (3) a výstupným potrubím (11) pozostáva zo spodnej redukcie (4), hornej redukcie (5) a komínovej rúry (6). V komínovej rúre (6) je v priamom kontakte umiestnená plechová priečka (7) rozdeľujúca odlučovací priestor na samostatné komory. V každej komore je umiestnená závitová tyč (8.1) s funkciou ionizačnej elektródy. Na závitových tyčiach (8.1) sú pripevnené plechové výstrižky (8.4) vytvárajúce ostré hrany pre vznik korónového výboja potrebného na správnu funkciu odlučovača. Elektródy spojené pomocou vodivých prípravkov vytvárajú sústavu (8) ionizačných elektród. Medzi vodivými prípravkami a oboma koncami priečky sú umiestnené izolačné podložky (9, 10) na izoláciu kladnej a zápornej elektródy. Pripojením sústavy (8) ionizačných elektród na záporný pól a komínovej rúry (6) a priečky (7) s funkciou zberných elektród na kladný pól externého zdroja napätia dochádza k odlučovaniu TZL z prúdu spalín.

Description

Oblasť techniky

Viackomorový rúrkový odlučovač tuhých znečisťujúcich látok pre malé zdroje tepla spadá do kategórie príslušenstva spaľovacích zariadení, konkrétne zariadení na zachytávanie tuhých znečisťujúcich látok. Technické riešenie spadá do oblasti strojárskeho priemyslu.

Doterajší stav techniky

Významným prvkom znečisťovania ovzdušia sú emisie tuhých znečisťujúcich látok (TZL). Jedná sa o malé tuhé častice s veľkosťou rádovo v mikrometroch, ktoré sa do atmosféry dostávajú pri procesoch spaľovania v kúreniskách, v spaľovniach, v domácnostiach, v priemyselnej výrobe, z poľnohospodárskej činnosti alebo z pohybu vozidiel v doprave. V závislosti od ich veľkosti, TZL priamo vplývajú na ľudské zdravie. Väčšie častice odborne označované PM10 (častice menšie ako 10 μm) sa môžu usádzať v horných dýchacích cestách. Čím sú častice menšie, tým hlbšie dokážu preniknúť do dýchacích ciest. Častice označované PM2,5 (častice menšie ako 2,5 μm) môžu prenikať až do dolných dýchacích ciest, pri menších rozmeroch až do krvného obehu a ovplyvňovať správnu funkciu jednotlivých orgánov.

Najväčším zdrojom emisií TZL na území Slovenskej republiky, ako aj celej strednej Európy, je oblasť vykurovania domácností malými zdrojmi tepla.

Elektrostatické odlučovače sa vyznačujú vysokou účinnosťou zberu TZL aj pri malých veľkostiach častíc (PM2,5). Princíp funkcie elektrostatického odlučovača vyplýva z poznatku, že na elektricky nabitú časticu pôsobí silovo elektrické pole. Častica sama o sebe nie je nositeľom elektrického náboja, ale môže ho za istých podmienok nadobudnúť. Pri TZL zo spalín sa pojednáva o častice tvorené prevažne uhlíkom, ktorý je elektronegatívnym prvkom, čiže viaže na seba voľné elektróny a vytvára záporný ión.

Elektrostatické odlučovače našli svoje uplatnenie v priemyselnej výrobe a energetike, kde sa využívajú veľké paralelné (komorové) odlučovače. Od rúrkových sa odlišujú veľkosťou a konštrukčným usporiadaním elektród. Ionizačné elektródy sú umiestnené medzi kovovými platňami, predstavujúcimi zberné elektródy a zároveň sú vo väčšine prípadov orientované kolmo na smer prúdenia plynu. V rúrkových odlučovačoch je zberná elektróda tvorená komínovou rúrou (za predpokladu, že sa jedná o kovovú rúru) a ionizačná elektróda je zväčša orientovaná v smere prúdenia znečisteného plynu, teda v osi komínovej rúry.

Podľa patentového dokumentu PL228299B1 je v module na odstraňovanie prachu a sadzí inštalovaný elektrostatický odlučovač pozostávajúci z vertikálne záporných korónových elektród a kladných zberných elektród, z ktorých sú zberné elektródy mechanicky spojené s elektromotorom, ktorý generuje rázy týchto elektród, aby sa čistili od prachu a sadzí. U nich nastane gravitačný pád dolu do umiestnenej nádrže na prach a sadze, ktorá je na výstupe vybavená vypúšťacím uzáverom. Modul na odstraňovanie prachu a sadzí je zhora prepojený s ďalšími modulmi.

V patentovom dokumente US2017326557A1 je opísaný postup, filtračný modul a zariadenie na čistenie vzduchu zložené z filtračných modulov na vysoko účinné čistenie vzduchu. Princíp adhézneho a odpudzujúceho účinku sa využíva na zachytenie kontaminujúcich častíc. Podstatnou časťou vynálezu je filtračný modul, ktorý je vybavený elektródami napojenými na vysoké napätie. Elektródy sú obklopené krytom pozostávajúcim zo základnej dosky pripojenej na nulový potenciál, bočnými doskami a krycou doskou. Dve elektródy tvoria pár elektród a dva páry elektród tvoria modul filtra, kde sú páry elektród umiestnené tak, že existuje jedna elektróda opačného potenciálu inštalovaná medzi dvoma elektródami s rovnakým potenciálom. Patentový dokument EP3488933A1 opisuje elektrostatický vzduchový filter pripojený k vysokonapäťovému zdroju, obsahujúci vzduchový kanál so vstupom a výstupom, v ktorom je na strane vstupu vzduchu iónový generátor obsahujúci aspoň jednu korónovú elektródu a aspoň jednu zbernú elektródu, pričom korónové elektródy aj zberné elektródy sú navzájom elektricky spojené, pričom zberné elektródy sú od korónových elektród izolované, takže medzi nimi môže v dôsledku rozdielu potenciálov dochádzať ku korónovým výbojom, ktoré spôsobujú ionizáciu častíc nečistôt prítomných vo vzduchu prúdiacich vzduchovým kanálom.

Podstata technického riešenia

Viackomorový rúrkový odlučovač tuhých znečisťujúcich látok pre malé zdroje tepla rieši problematiku zachytávania TZL v komínovom priestore malých zdrojov tepla. Predkladané technické riešenie v sebe zahŕňa suchý rúrkový elektrostatický odlučovač pre malé zdroje tepla, umiestnený mimo zdroja tepla v komínovom

SK 173-2022 U1 potrubí. Odlučovač je súčasťou komínovej sústavy, umiestňuje sa vo vertikálnom smere medzi výstupné potrubie a koleno, ktoré je napojené na vstupné potrubie pripojené ku zdroju tepla. Odlučovač obsahuje redukcie kompenzujúce rozdiel medzi priemermi vstupného a výstupného potrubia a komínovej rúry odlučovača. Komínová rúra odlučovača má väčší priemer než vstupné a výstupné potrubie, z dôvodu navýšenia zbernej plochy odlučovača. V komínovej rúre je zvnútra pripevnená plechová priečka pozostávajúca optimálne z dvoch plechov spojených zvarovými spojmi do tvaru kríža, ktorý rozdeľuje odlučovací priestor na štyri rovnaké časti, komory. Priečku je možné realizovať buď minimálne z jedného kusu plechu, ale aj z iného počtu plechov. Z toho vyplýva, že odlučovací priestor je možné rozdeliť minimálne na dve komory, optimálnym riešením je rozdelenie priestoru na štyri komory. Zároveň je plechová priečka v priamom kontakte s komínovou rúrou, a tým plní funkciu zbernej elektródy, čo má za následok výrazné zväčšenie zbernej plochy odlučovača o plochu celej priečky bez ovplyvnenia vonkajších rozmerov odlučovača. Do každej z vytvorených komôr je aplikovaná ionizačná elektróda. V priestore nad a pod priečkou sa všetky ionizačné elektródy spájajú pomocou vodivých prípravkov do pravidelného tvaru podľa počtu ionizačných elektród. Vytvára sa tak sústava ionizačných elektród pripojených ku zápornému pólu zdroja napätia tvoriaca jeden celok. Ionizačné elektródy predstavujú závitové tyče, ktoré spĺňajú elektrické vlastnosti elektródy a zároveň spájajú konštrukciu tak, aby nedochádzalo k priestorovým vychýleniam sústavy. Horný vodivý prípravok obsahuje výstup pre pripojenie záporného pólu externého zdroja napätia. Medzi vodivými prípravkami spájajúcimi ionizačné elektródy a oboma koncami priečky sú umiestnené izolačné podložky za účelom izolácie kladnej a zápornej elektródy. Z dôvodu zníženia potrebného privádzaného napätia pre vznik korónového výboja sú na jednotlivé závitové tyče plniace funkciu ionizačných elektród umiestnené plechové výstrižky, ktoré vytvárajú na povrchu ionizačných elektród ostré hrany zintenzívňujúce silu elektrického poľa a umožňujú vznik korónového výboja aj pri nižších hodnotách privádzaného napätia. Plechové výstrižky sú pripevnené na závitové tyče pomocou skrutkových matíc, čo umožňuje skúmať vplyv vzájomnej vzdialenosti jednotlivých výstrižkov na odlučovací proces.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obrázku č. 1 je znázornený viackomorový rúrkový odlučovač tuhých znečisťujúcich látok pre malé zdroje tepla zapojený pomocou vstupného potrubia ku zdroju tepla s priečnym rezom komínovej rúry.

Na obr. 2 sú znázornené tvary plechových výstrižkov pre ionizačné elektródy.

Na obr. 3 je znázornená zostava samotného viackomorového rúrkového odlučovača tuhých znečisťujúcich látok pre malé zdroje tepla v pohľade spredu a zhora.

Príklady uskutočnenia

Príklad č. 1

Viackomorový rúrkový odlučovač tuhých znečisťujúcich látok pre malé zdroje tepla pozostáva z komínovej rúry 6, redukcií priemeru rúr, pričom spodná redukcia 4 je pomocou kolena 3 pripojená k vstupnému potrubiu 2 pripojenému na zdroj tepla 1. Nad komínovou rúrou 6 sa nachádza horná redukcia 5, vďaka ktorej je možné spojenie s výstupným potrubím 11 s totožným priemerom ako je priemer vstupného potrubia 2. Spodná redukcia 4 a horná redukcia 5 umožňujú spojenie s komínovou rúrou 6, ktorá slúži ako zberná elektróda a zároveň má väčší priemer ako vstupné potrubie 2 a výstupné potrubie 11. Do komínovej rúry 6 je aplikovaná plechová priečka 7 pozostávajúca z dvoch plechov zvarených do tvaru kríža, ktorá sa dotýka vnútornej steny komínovej rúry 6. Vďaka umiestneniu priečky je zberná plocha zariadenia a zároveň je rozdelený odlučovací priestor na štyri geometricky zhodné komory. V každej komore je vedená jedna ionizačná elektróda, ktorá je pomocou prípravkov spojená s ostatnými ionizačnými elektródami a spolu vytvárajú sústavu 8 ionizačných elektród. Štyri ionizačné elektródy sú tvorené štyrmi závitovými tyčami 8.1. Tie sú pomocou skrutkových spojov pripojené k hornému vodivému prípravku 8.2 a k spodnému vodivému prípravku 8.3. Horný vodivý prípravok 8.2 obsahuje výstup pre pripojenie záporného pólu externého zdroja napätia. Vďaka skrutkovým spojom závitových tyčí 8.1 sa vytvorí väzba, ktorá sústavu 8 ionizačných elektród sťahuje a zamedzí priestorovým vychýleniam konštrukcie. Aby sa predišlo kontaktu vodivých prípravkov a spodného vodivého prípravku 8.3 s priečkou 7, je medzi horný vodivý prípravok 8.2 a horný koniec priečky 7 umiestnená horná izolačná podložka 10, medzi spodný vodivý prípravok 8.3 a spodný koniec priečky 7 umiestnená spodná izolačná podložka 9. Tie zamedzujú priamym dotykom zbernej a ionizačnej elektródy. Na jednotlivé závitové tyče 8.1 je pomocou skrutkových matíc pripevnený plechový výstrižok 8.4 tvaru štvorcípej hviezdy. Vďaka

SK 173-2022 U1 nemu sa na povrchoch závitových tyčí 8.1 vytvoria ostré hrany, na ktorých vzniká korónový výboj potrebný k správnej funkcii odlučovača. Pripojením sústavy 8 ionizačných elektród na záporný pól a pripojením komínovej rúry 6 a priečky 7 s funkciou zberných elektród na kladný pól externého zdroja napätia dochádza k odlučovaniu stredne veľkých až menších častíc TZL z prúdu spalín.

Príklad č. 2

Viackomorový rúrkový odlučovač tuhých znečisťujúcich látok pre malé zdroje tepla zostrojený ako v príklade č. 1 s tým rozdielom, že na závitových tyčiach 8.1 sú pripevnené minimálne dva plechové výstrižky 8.4 vhodného tvaru napríklad podľa obr. č. 2 pre vznik korónového výboja a zväčšenie sily elektrického poľa 10 v závislosti od privádzaného napätia.

Priemyselná využiteľnosť

Viackomorový rúrkový odlučovač tuhých znečisťujúcich látok pre malé zdroje tepla je využiteľný ako odlučovač menších, stredne veľkých a väčších frakcií tuhých znečisťujúcich látok zo spalín v komínovom trakte malých zdrojov tepla používaných najmä v domácnostiach.

SK 173-2022 U1

Zoznam vzťahových značiek

- Zdroj tepla

- Vstupné potrubie

3 - Koleno

- Spodná redukcia

- Horná redukcia

- Komínová rúra

- Priečka

8 - Sústava ionizačných elektród

8.1 - Závitová tyč

8.2 - Horný vodivý prípravok

8.3 - Spodný vodivý prípravok

8.4 - Plechový výstrižok

9 - Spodná izolačná podložka

- Horná izolačná podložka

- Výstupné potrubie

Claims (4)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Viackomorový rúrkový odlučovač tuhých znečisťujúcich látok pre malé zdroje tepla umiestnený za zdrojom tepla (1) medzi vstupným potrubím (2), kolenom (3) a výstupným potrubím (11), vyznačujúci
2. 5 sa tým, že pozostáva zo spodnej redukcie (4) napojenej na koleno (3), hornej redukcie (5) napojenej na výstupné potrubie (11) a komínovej rúry (6), v ktorej je umiestnená sústava (8) ionizačných elektród, ktorá je tvorená horným vodivým prípravkom (8.2), spodným vodivým prípravkom (8.3), minimálne dvomi závitovými tyčami (8.1) a minimálne jedným plechovým výstrižkom (8.4), v komínovej rúre (6) je ďalej v priamom kontakte s ňou umiestnená priečka (7) pozostávajúca minimálne z jedného plechu rozdeľujúceho odlučovací
3. 10 priestor na komory, pričom medzi spodným koncom priečky (7) a spodným vodivým prípravkom (8.3) je umiestnená spodná izolačná podložka (9) a medzi horným koncom priečky (7) a horným vodivým prípravkom (8.2) je umiestnená horná izolačná podložka (10), ďalej že horný vodivý prípravok (8.2) a spodný vodivý prípravok (8.3) sú pripevnené k závitovým tyčiam (8.1) na spojenie týchto ionizačných elektród do pravidelného tvaru, pričom horný vodivý prípravok (8.2) má výstup pre pripojenie záporného pólu externého
4. 15 zdroja napätia, ďalej že v každej komore sa nachádza jedna závitová tyč (8.1) a na každú závitovú tyč (8.1) je pomocou skrutkových matíc pripevnený minimálne jeden plechový výstrižok (8.4) vhodného tvaru vytvárajúci na povrchu ionizačných elektród ostré hrany na zintenzívnenie sily elektrického poľa a umožnenie vzniku korónového výboja aj pri nižších hodnotách privádzaného napätia.