Пристрій для термічної демеркуризації з індукційним нагрівачем

Пристрій для термічної демеркуризації з індукційним нагрівачем, що складений з високочастотного індукційного нагрівача, який відрізняється тим, що на забрудненій поверхні розташований негативно заряджений обідець, а система ежектування пари ртуті з повітрям складена з трьох ка 3 Недоліком цього пристрою є те, що він не забезпечує необхідного ступеня видалення ртуті, поглинутої елементами приміщень і речами, оскільки не передбачає спеціальної термічної чи іншої глибокої обробки забруднених елементів і не обмежує можливості циркулювання забрудненого повітря у всьому просторі приміщення і поглинання ртуті з нього стінами, підлогою, стелею і т.ін. Найближчим до пристрою, що заявляється, є пристрій для термічної демеркуризації [4], до складу якого, зокрема, входять: високочастотний індукційний нагрівач (індуктор), система ежектування пари ртуті з повітрям і сорбувальні фільтри. Цей пристрій, який вибраний за прототип, призначений для очищення від ртуті багатошарових і сорбуючих підлогових покриттів із різних неелектропровідних матеріалів, очищення повітря та видалення ртуті з речей домашнього вжитку. Робота його полягає у здійсненні термічної обробки забруднених ртуттю поверхонь і місць скопичення ртуті шляхом нагрівання безпосередньо диспергованих частинок металевої ртуті, ежекції пари ртуті разом з повітрям із локалізованого забрудненого ртуттю осередку, що обробляється, та очищенні цього повітря на сорбувальних фільтрах. При цьому нагрівання частинок металевої ртуті, які дисперговані у товщі матеріалів забрудненого осередку на глибину 150...300мм, здійснюється дією високочастотного електромагнітного поля, тобто застосовується індукційний нагрів. Очищення завершується, коли концентрація ртуті у повітрі зменшується до рівня 3.10-4мг/м3. Високочастотне поле, яке у пристрої для здійснення цього способу створюється індуктором, нагріває електропровідникові матеріали (дисперговані кульки металевої ртуті) і безпосередньо майже не впливає на непровідникові матеріали, завдяки чому не змінює їх властивості. Як відзначено у описі прототипу [4], глибина проникнення високочастотного поля в матеріал, що обробляється, складає 0,6 діаметра випромінювача (індуктора), що дає можливість термічне обробляти певну ділянку на глибину 150... 300мм. Недоліком пристрою є наявність незамкненої зовнішньої відсмоктувальної системи ежектування забрудненого ртуттю повітря через сорбувальні фільтри з насосом і його електричним приводом, яка сама може стати джерелом суттєвого вторинного ртутного забруднення навколишнього середовища. Корисна модель спрямована на досягнення високої ефективності термічної демеркуризації поверхонь приміщень і речей (виробів), а також внутрішнього повітряного простору приміщень за рахунок усунення недоліків відомих пристроїв, зокрема, саме створення пристрою без застосування зовнішньої незамкненої насосної системи ежектування забрудненого ртуттю повітря з електричним приводом, яка сама може бути суттєвим вторинним ртутним забруднювачем довкілля. Поставлена задача вирішується наступним чином. У пристрої, що заявляється, нагрівання сорбованих крапель ртуті для їх випаровування у тому числі з глибинних шарів ділянок приміщень, як і у 41446 4 прототипі, здійснюється високочастотним індукційним нагрівачем (індуктором), а ежектування пари ртуті з обмеженого ізольованого від всього простору приміщення об'єму над забрудненою ртуттю ділянкою (виробом), на відміну від прототипу, здійснюється замкненою системою циркуляції повітря, у якій направлений рух пари ртуті разом з повітрям створюється за рахунок електромеханічної дії на них електричного коронного розряду і додатково за рахунок молекулярної дифузії ртуті, зумовленої перепадом концентрації ртуті у повітрі у цьому напрямку. В результаті направленого руху забруднене ртуттю повітря направляється у охолоджену зону, де воно очищується від ртуті шляхом охолодження і конденсації пари ртуті. Далі це очищене повітря електромеханічною дією на нього електричного коронного розряду у зворотньому напрямку повертається у простір над забрудненою ртуттю ділянкою, завдяки чому створюється замкнений очищувальний цикл, і далі це знову забруднене повітря аналогічним чином очищується у охолодженій зоні. Багаторазове повторне автоматичне циркулювання повітря у замкненій системі забезпечує високу ефективність цього пристрою. Ці суттєві ознаки і якості пристрою, що заявляється, досягаються його оригінальною будовою (Фіг.) і викладеною вище його сутністю. Зокрема, до його складу, як і у прототипі, входить високочастотний індукційний нагрівач (індуктор) 3, а відрізняється він від прототипу тим, що його система ежектування пари ртуті складається з трьох камер (камери видалення забруднення 4, холодильної камери 5 і камери зворотнього руху повітря 9), які послідовно зістиковані між собою і через отвори утворюють замкнений циркуляційний контур. В камері для видалення забруднень (крім індуктора на її початку) встановлені коронуючі електроди з мінусовою полярністю у вигляді дуже тонких циліндричних електропровідних ниток з діаметром до декількох десятих міліметра, в наступній (холодильній) камері для конденсації пари ртуті встановлені осаджувальні електроди 6 з плюсовою полярністю у вигляді металевих пластин з регульованим нахилом і в останній камері (камері зворотнього руху повітря) на її початку розміщені аналогічні коронуючі електроди 8 з мінусовою полярністю, а в кінці - електрод 10 з плюсовою полярністю у вигляді металевої пластини. Даний пристрій також відрізняється тим, що він встановлюється на ізольований обідець 11 з мінусовою полярністю. Відштовхувальною дією обідця з мінусовою полярністю попереджається вихід негативно заряджених у коронному розряді молекул пари ртуті через щілини між забрудненою ртуттю поверхнею і циркуляційним контуром. Для очищення забрудненого повітря у всьому просторі приміщення камера зворотнього руху повітря розкривається і повітря з простору приміщення коронним електричним розрядом і додатково молекулярною дифузією проганяється через холодильну камеру пристрою і поступово очищується до концентрації ртуті, яка є допустимою для 3 приміщень чи меншою за неї (≤0,0003мг/м ). Далі терміном „іонний вітер", як прийнято в технічній літературі, називається направлений рух 5 повітря під дією коронного електричного розряду. Під терміном ежектування тут щодо ртуті треба розуміти видалення пари ртуті з повітрям. Ежектування пари ртуті у замкненому контурі попереджає розповсюдження випареної ртуті у навколишній простір і відповідно додаткове забруднення нею інших елементів приміщень в результаті великої здатності більшості з них до сорбування ртутної пари. Багаторазове циркулювання тієї самої обмеженої маси повітря у замкненому контурі через холодильну камеру для очищення від ртуті шляхом конденсування пари ртуті дає можливість суттєво підвищити ефективність демеркуризації приміщень і таким чином скоротити її тривалість. Регульований нахил осаджувальних електродів в холодильній камері створює умови для скочування з них крапель ртуті безпосередньо у збирач. Обгрунтуванням доцільності цього є те, що прилипання рідкої ртуті до металевих осаджувальних електродів не є міцним через її великий поверхневий натяг, досить малу в'язкість і надзвичайну рухливість кульок ртуті, через що вони легко поділяються на мілкіші і досить легко розкочуються по поверхні. Встановленням пристрою на поверхню негативно зарядженого ізольованого металевого обідця перешкоджається вихід на межі пристрою молекул ртуті і повітря, які також дією коронного розряду заряджені негативно і тому відштовхуються від обідця (виникаючих нещільностей) назад у пристрій. В результаті інтенсивного конденсування пари ртуті в холодильній камері створюється перепад її концентрації у повітрі, який додатково сприяє ежектування пари ртуті за рахунок молекулярної дифузії. На фігурі зображена схема будови розробленого пристрою. Можливість здійснення розробленого пристрою підтверджується розробленим з цією метою макетом пристрою, який відповідає схемі, наведеній на Фіг.. У макетному зразку цього пристрою в якості холодильної камери пристосований лабораторний мініхолодильник з заміною кришки на кришку з отворами і кріпленнями до камери видалення забруднень і камери зворотнього руху повітря. У якості блоків збудження і живлення коронного розряду використані лабораторні джерела живлення, які спеціально призначені для утворення коронного електричного розряду. Можливість ежектування пари ртуті і повітря коронним електричним розрядом підтверджується відомими його властивостями. Зокрема, коронний електричний розряд виникає при атмосферному і вищому за нього тиску і різкій неоднорідності електричного поля (високих значеннях градієнту потенціала) біля одного з електродів, які мають протилежні полярності і достатньо віддалені один від одного. Для цього між електродами подається достатньо висока напруга. У разі високої напруженості електричного поля біля електроду електрони вириваються з нього і стікають у повітря біля цього електроду. Ці вільні 41446 6 електрони під дією електричного поля рухаються у бік електроду з плюсовою полярністю (аноду) і, як встановлено, пристають до нейтральних молекул газу (повітря), пари і різних частинок, у тому числі металевих, і таким чином заряджають їх негативним (мінусовим) зарядом. В результаті вони також вимушено під дією електричного поля (сили Кулона) направлено рухаються у бік аноду. Оскільки ж під час руху заряджені молекули і частинки на своєму шляху пружно зштовхуються з молекулами і частинками, що могли залишитися електричне нейтральними, вся маса повітря разом з домішками рухається у бік аноду, утворюючи так званий „іонний вітер". Цей „іонний вітер" і забезпечує багаторазове ежектування повітря у замкненому контурі корисної моделі. Пристрій працює таким чином. Від джерел живлення 1 і 7 (Фіг.1) між електродами 2 і 6 та 8 і 10 з вказаною на Фіг. полярністю подається електрична напруга, достатня для утворення коронного розряду біля електродів 1 і 8, а індуктор (індукційний нагрівач) 3 підмикається до джерела живлення з частотою напруги біля 2Мгц. Під дією високочастотного електричного поля, яке створюється індуктором у товщі забрудненого ртуттю об'єкту, дисперговані у цьому об'єкті крапельки ртуті нагріваються і випаровуються (у тому числі з глибоко розташованих шарів) в камеру видалення забруднень 4. В цій камері молекули пари ртуті, як і інші присутні у повітрі молекули, коронним розрядом заряджаються негативно і під дією електричного поля між електродами 2 і 6 і додатково під дією молекулярної дифузії переносяться у бік холодильної камери 5 (на Фіг. цей напрямок руху показаний суцільними лініями зі стрілками). В холодильній камері завдяки її низькій температурі пара ртуті конденсується. В ній заряджені негативно молекули пари ртуті притягуються до позитивно заряджених і відповідно нахилених осаджувальних електродів, з яких сконденсовані крапельки ртуті скочуються у збирач, зокрема, на липку стрічку. Низька температура в холодильній камері створює значний перепад температури і відповідно градієнт концентрації пари ртуті у повітрі на шляху з камери 4 у камеру 5, який додатково спричинює направлений рух пари ртуті у холодильну камеру вже за рахунок молекулярної дифузії. Після певного очищення від пари ртуті повітря з холодильної камери надходить у камеру зворотнього руху 9, в якій його молекули коронним розрядом біля електроду 8 заряджаються негативно і під дією електричного поля між електродами 8 і 10 знову повертаються в камеру видалення забруднення. В ній повітря повторно забруднюється парою ртуті і далі очищується від неї. В результаті утворюється замкнений контур циркулювання і очищення повітря, який на Фіг. показаний пунктирною лінією зі стрілками. Завдяки тому, що обідець 11 і молекули пари ртуті в камері видалення забруднення заряджені однойменно, відштовхуванням цих зарядів перешкоджається вихід молекул пари ртуті за межі камери забруднення через нещільності між обідцем і поверхнею, на яку встановлюється пристрій. 7 41446 Джерела інформації: 1. Пугачевич П.П. Работа со ртутью в лабораторных и производственных условиях. - М.: Химия, 1972, с.301-302. 2. Патент РФ №2288021.Способ конденсации пара из газа и устройство для его осуществления Комп’ютерна верстка А. Крулевський 8 от 09.08.07. 3. Капцов Н.А. Коронный разряд и его применение в электрофильтрах. - М.:Гостехиздат, 1947. - 145 с. 4. Патент РФ №2219270 (прототип). Способ термической демеркуризации от 20.12.03. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601