Современные технологии на службе природы

Солнечная батарея

Gold — Mon, 19 Mar 2012 20:39:46 GMT

Солнечная батарея - — бытовой термин, используемый в разговорной речи или ненаучной прессе. Обычно под термином «солнечная батарея» подразумевается несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковыхустройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.

В отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя, солнечная батарея производит непосредственно электричество. Однако для производства электричества из солнечной энергии используются и солнечные коллекторы: собранную тепловую энергию можно использовать и для вырабатывания электричества. Крупные солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для приведения в действие тепловых и др. машин (паровой, газотурбинной, термоэлектрической и др.), называются Гелиоэлектростанции (ГЕЭС).

Различные устройства, позволяющие преобразовывать солнечное излучение в тепловую и электрическую энергию, являются объектом исследования гелиоэнергетики (от гелиос греч. Ήλιος, Helios — солнце). Производство фотоэлектрических элементов и солнечных коллекторов развивается быстрыми темпами в самых разных направлениях. Солнечные батареи бывают различного размера: от встраиваемых в микрокалькуляторы до занимающих крыши автомобилей и зданий.

Солнечные батареи — один из основных способов получения электрической энергии на космических аппаратах: они работают долгое время без расхода каких-либо материалов, и в то же время являются экологически безопасными, в отличие от ядерных ирадиоизотопных источников энергии.

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Искусственный фотосинтез

Gold — Mon, 19 Mar 2012 20:36:45 GMT

Искусственный фотосинтез (

Материал из Википедии — свободной энциклопедии)

Искусственный фотосинтез — попытки воспроизведения естественного процесса фотосинтеза. При этом под воздействием солнечного света вода и диоксид углеродапреобразуются в молекулярный кислород и глюкозу. Иногда к искусственному фотосинтезу относят разделение воды на водород и кислород под воздействием солнечной энергии.

Исследования направлены на реализацию разновидности фотосинтеза, связанной с разложением воды на водород и кислород. Этот процесс является первой стадией фотосинтеза в растениях (светозависимая фаза). Конверсия диоксида углерода не требует воздействия света. Водород, полученный на первой стадии искусственного фотосинтеза может быть использован в водородных двигателях для генерирования «чистой» энергии.

Светонезависимая реакция (т. н. «темновая фаза» или Цикл Кальвина) является второй стадией фотосинтеза, в ходе которой диоксид углерода конвертируется в глюкозу. Глюкоза является источником энергии, обспечивающим рост растений. Предполагается, что этот процесс, воспроизведённый в промышленных масштабах, поможет противостоять глобальному потеплению. Светонезависимая стадия фотосинтеза может быть использована для поглощения избыточного количества углекислого газа из атмосферы. Однако такой процесс будет требовать значительных источников энергии, как это происходит при фотосинтезе в растениях.

Косми́ческий лифт

Gold — Mon, 19 Mar 2012 20:30:39 GMT

Косми́ческий лифт — концепция инженерного сооружения для безракетного запуска грузов в космос. Данная гипотетическая конструкция основана на применении троса, протянутого от поверхности планеты к орбитальной станции находящейся на ГСО. Впервые подобную мысль высказал Константин Циолковский в 1895 году ^[1]^[2], детальную разработку идея получила в трудах Юрия Арцутанова. Предположительно, такой способ в перспективе может быть на порядки дешевле использования ракет-носителей.

Трос удерживается одним концом на поверхности планеты (Земли), а другим — в неподвижной над планетой точке вышегеостационарной орбиты (ГСО) за счёт центробежной силы. По тросу поднимается подъёмник, несущий полезный груз. При подъёме груз будет ускоряться за счёт вращения Земли, что позволит на достаточно большой высоте отправлять его за пределы тяготения Земли.

От троса требуется чрезвычайно большая прочность на разрыв в сочетании с низкой плотностью. Углеродные нанотрубки по теоретическим расчётам представляются подходящим материалом. Если допустить пригодность их для изготовления троса, то создание космического лифта является решаемой инженерной задачей, хотя и требует использования передовых разработок ибольших затрат иного рода. Создание лифта оценивается в 7—12 млрд долларов США. НАСА уже финансирует соответствующие разработки американского Института научных исследований, включая разработку подъёмника, способного самостоятельно двигаться по тросу.

Строительство

Строительство ведётся с геостационарной станции. Это единственное место, где может причалить космический аппарат. Один конец опускается к поверхности Земли, натягиваясь силой притяжения. Другой, для уравновешивания, - в противоположную сторону, натягиваясь центробежной силой. Это означает, что все материалы для строительства должны быть подняты на геостационарную орбиту традиционным способом, независимо от места назначения груза. То есть, стоимость подъёма всего космического лифта на геостационарную орбиту - минимальная цена проекта.

Экономия от использования космического лифта

Предположительно, космический лифт позволит намного снизить затраты на посылку грузов в космос. Строительство космических лифтов обойдётся дорого, но ихоперационные расходы невелики, поэтому их разумнее всего использовать в течение длительного времени для очень больших объёмов груза. В настоящее время рынок запуска грузов может быть недостаточно велик, чтобы оправдать строительство лифта, но резкое уменьшение цены должно привести к большему разнообразию грузов. Таким же образом оправдывает себя прочая транспортная инфраструктура — шоссе и железные дороги.

Стоимость разработки лифта сравнима со стоимостью разработки космического челнока. Пока ещё нет ответа на вопрос, вернёт ли космический лифт вложенные в него деньги или лучше будет вложить их в дальнейшее развитие ракетной техники.

Не следует забывать о лимите количества спутников-ретрансляторов на геостационарной орбите: в настоящее время международными соглашениями допускается 360 спутников — один ретранслятор на угловой градус, во избежание помех при трансляции в полосе K_u-частот. Для C-частот число спутников ограничено 180.

Таким образом, космический лифт минимально пригоден для массовых запусков на геостационарную орбиту и максимально пригоден для освоения внешнего космоса и Луны в частности.

Данное обстоятельство объясняет настоящую коммерческую несостоятельность проекта, так как основные финансовые затраты негосударственных организаций ориентированы на спутники-ретрансляторы, занимающие либо геостационарную орбиту (телевидение, связь), либо более низкие орбиты (системы глобального позиционирования, наблюдения за природными ресурсами и т. п.).

Однако лифт может быть гибридным проектом и помимо функции доставки груза на орбиту оставаться базой для других научно-исследовательских и коммерческих программ, не связанных с транспортом.

Геодезический купол

Gold — Mon, 19 Mar 2012 20:27:28 GMT

Геодезический купол — сферическое архитектурное сооружение, собранное из балок, образующихгеодезическую структуру, благодаря которой сооружение в целом обладает хорошими несущими качествами. Геодезический купол является несущей сетчатой оболочкой.

Форма купола образуется благодаря особому соединению балок — в каждом узле сходятся ребра слегка различной длины, которые в целом образуют многогранник, близкий по форме к сегменту сферы.

История

Элементы конструкции геодезического купола

Популяризатором геодезиков был Ричард Фуллер, изучавший в конце 1940-х годов свойства куполов. Позднее он получил патент на конструирование геодезических куполов.

Конструкция геодезического купола заинтересовала Фуллера прежде всего благодаря малой массе при большом внутреннем пространстве. Фуллер надеялся, что геодезики помогут решить послевоенный жилищный кризис.

Купола нашли свое применение в различных архитектурных строениях — больших оранжереях, планетариях, аудиториях, складах, ангарах. Жилые же купола не оправдали своих надежд из-за высокой стоимости.

Преимущества и недостатки геодезических куполов

Купола обладают рядом преимуществ, которые делают их уникальными архитектурными сооружениями. Купола обладают большой несущей способностью, причем чем больше купол, тем она выше. Простые сооружения создаются очень быстро из достаточно лёгких элементов силами небольшой строительной группы: структуры до 50 метров собираются даже без строительного крана. Купола также обладают идеальной аэродинамическойформой, благодаря чему их можно возводить в ветреных и ураганных районах.

Однако есть и недостатки. Обычно современные материалы для создания граней купола имеют прямоугольное сечение, их приходится дополнительно обрабатывать, придавая треугольное, из-за чего появляется много лишних отходов.

Упоминание в мировой культуре

Оранжерея Climatron вБотаническом саду Миссури, построенная в 1960 году. Дизайн проекта оказал влияние на оранжереи из фильма «Молчаливый бег»

Благодаря своему футуристическому виду геодезики попали во множество фантастических произведений. В ряде из них купола накрывают целые колонии людей, осваивающих планеты звёздных систем.

Также геодезические купола являются ключевым архитектурным элементом в произведениях из трилогии «Киберпространство» Уильяма Гибсона.

По данным сайта Википедия (http://ru.wikipedia.org/wiki)

Электромобиль

Gold — Mon, 19 Mar 2012 20:09:28 GMT

Электромобиль — автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием отаккумуляторов, топливных элементов и т. п., а не двигателем внутреннего сгорания. Электромобиль следует отличать от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и электрической передачей, а также от троллейбусов.

История

La Jamais Contente, 1899 г.

Электромобиль появился раньше, чем двигатель внутреннего сгорания. Первый электромобиль в виде тележки с электромоторомбыл создан в 1841 году. Первый двухместный электромобиль русского инженера-изобретателя Ипполита Романова образца 1899 года изменял скорость движения в девяти градациях — от 1,6 км в час до максимальной в 37,4 км в час. Изначально запас хода и скорость у электрических и бензиновых экипажей были примерно одинаковыми. Главным минусом электромобилей была сложная система подзарядки. Поскольку тогда ещё не существовало усовершенствованных преобразователей переменного тока в постоянный, зарядка осуществлялась крайне сложным способом. Для подзарядки использовался электромотор, работавший от переменного тока. Он вращал вал генератора, к которому были подсоединены батареи электромобиля. В 1906 году был изобретён сравнительно простой в эксплуатации выпрямитель тока, но это существенно проблему подзарядки не решило.

Электромобиль La Jamais Contente 29 апреля либо 1 мая 1899 года установил рекорд скорости на суше. Он первым в мире преодолел скорость 100 км/ч и достиг скорости 105,882 км/ч. Известный американский конструктор электромобилей Уолтер Бейкер получил скорость 130 км/ч. А электромобиль фирмы «Борланд Электрик» проехал от Чикагодо Милуоки (167 км) на одной зарядке. На следующий день (после перезарядки) электромобиль вернулся в Чикаго своим ходом. Средняя скорость составила 55 км/ч.

Приемущества

Электромобили отличаются низкой стоимостью эксплуатации. Ford Ranger потребляет 0,25 кВт·ч на один километр пути, Toyota RAV4 — 0,19 кВт·ч на километр. Средний годовой пробег автомобиля в США составляет 19 200 км (т. е. 52 км в день). При стоимости электроэнергии в США от 5 до 20 центов за кВт·ч стоимость годового пробега Ford Ranger составляет от $240 до $1050, RAV-4 — от $180 до $970.

В России стоимость электроэнергии — порядка 12 центов (3.8 руб) за кВт·ч по дневному тарифу и около 3 центов (0.95 руб) за кВт·ч ночью^[2]. Таким образом, стоимость эксплуатации электромобиля в России будет существенно ниже, чем в США, поскольку заряжаться он будет скорее всего ночью.

КПД тягового электродвигателя составляет 88 — 95 %.

Существует легенда, что низкий уровень шума электромобилей может создавать проблемы — пешеходы, переходя дорогу, зачастую ориентируются на звук автомобиля. Разумеется, резкий шум работающего мощного электродвигателя трудно с чем-то спутать, шум электроприводов троллейбуса (в основном воздушных компрессоров и вентиляторов в старых моделях), механических передач (дифференциал и карданная передача), электрокара, поезда метро широко известен, так что электромобилю необходимо обычное для транспорта шумоподавление. Да и шум современного автомобиля на небольшой скорости очень мал, в основном это шум трения колёс об асфальт, гравий или другое покрытие. Однако при использовании маломощных двигателей, как, например, в трамваях, шум действительно практически отсутствует и на некоторых выпускаемых электромобилях искусственно повышают уровень шума за счет специальных «свистков» работающих при скоростях до 30 км/ч.

Сравнение с автомобилями оснащенными ДВС

Преимущества

Отсутствие вредных выхлопов в месте нахождения автомобиля.
Высокая экологичность ввиду отсутствия применения нефтяных топлив, антифризов, трансмиссионных и моторных масел, а также фильтров для этих жидкостей.
Простота техобслуживания, большой межсервисный пробег.
Низкая пожаро- и взрывоопасность при аварии.
Простота конструкции (простота электродвигателя и трансмиссии; отсутствие необходимости в переключении передач ввиду высокой приспособляемости крутящего момента ТЭД к изменениям внешней нагрузки, низкой устойчивой чистоты вращения вала электродвигателя, возможности реверсирования электродвигателя) и управления, высокая надёжность и долговечность экипажной части (до 20—25 лет) в сравнении с обычным автомобилем.
Возможность подзарядки от бытовой электрической сети (розетки), но такой способ в 5—10 раз дольше, чем от специального высоковольтного зарядного устройства.
Автомобиль с электроприводом — единственный вариант применения на легковом автотранспорте дешевой (по сравнению с бензином) энергии, вырабатываемой АЭС,ГЭС и т. п.
Массовое применение электромобилей смогло бы помочь в решении проблемы «энергетического пика» за счёт подзарядки аккумуляторов в ночное время.
ТЭД имеют КПД до 90-95 % по сравнению с 22-42 % у ДВС.
Меньший шум за счёт меньшего количества движимых частей и механических передач.
Высокая плавность хода с широким интервалом изменения частоты вращения вала двигателя.
Возможность подзарядки аккумуляторов во время рекуперативного торможения.
Возможность торможения самим электродвигателем (режим электромагнитного тормоза) без использования механических тормозов — отсутствие трения и соответственно износа тормозов.
Простая возможность реализации полного привода и торможения путем применения схемы «мотор-колесо», что позволяет, помимо прочего, легко реализовать систему поворота всех четырех колес, вплоть до положения перпендикулярного кузову электромобиля.

Недостатки

Аккумуляторы за полтора века эволюции так и не достигли характеристик, позволяющих электромобилю на равных конкурировать с автомобилем по запасу хода и стоимости, несмотря на значительное усовершенствование конструкции. Имеющиеся высокоэнергоёмкие аккумуляторы либо слишком дороги из-за применения драгоценных или дорогостоящих металлов (серебро,литий), либо работают при слишком высоких температурах (рабочая температура натрий-серного аккумулятора — более 300 °С). Кроме того, такие аккумуляторы отличаются высоким саморазрядом. Одним из перспективных направлений стала разработка никель-металл-гидридных аккумуляторов с оптимальным соотношением энергоёмкости и себестоимости, однако из-за патентных ограничений на NiMH-аккумуляторы^[4] на электромобилях вынуждены применять свинцово-кислотные АКБ. Впрочем, энергоёмкость таких АКБ увеличилась за XX век в 4 раза (до 40—45 Вт·ч/кг) и они не требуют обслуживания в течение всего срока службы. Значительно повысить отдачу от аккумуляторов позволило применение электронных систем оперативного контроля за состоянием и зарядкой-разрядкой АКБ. Возможно выходом из этой ситуации будет применение топливных элементов, в частности дешевеющих PEM-элементов.
Аккумуляторы хорошо работают при движении электромобиля на постоянных скоростях и при плавных разгонах. При резких стартах тяговые АКБ теряют много энергии. Для увеличения пробега электромобиля необходимы специальные стартовые системы, например, на конденсаторах, а также применение систем рекуперации энергии (экономия до 25 %).
Проблемой является производство и утилизация аккумуляторов, которые часто содержат ядовитые компоненты (например, свинец или литий) и кислоты.
Часть энергии аккумуляторов тратится на охлаждение или обогрев салона автомобиля, а также питание прочих бортовых энергопотребителей (например, свет иливоздушный компрессор). Предпринимаются усилия, чтобы решить эту проблему с использованием топливных элементов, ионисторов и фотоэлементов.
Для массового применения электромобилей требуется создание соответствующей инфраструктуры для подзарядки аккумуляторов («автозарядные» станции).
При массовом использовании электромобилей в момент их зарядки от бытовой сети возрастают перегрузки электрических сетей «последней мили», что чревато снижением качества энергоснабжения и риском локальных аварий сети.
Длительное время зарядки аккумуляторов по сравнению с заправкой топливом.
Малый пробег от одного заряда. Литиевая батарея ёмкостью 24 кВт·ч при средних условиях движения (60-90 км/ч, ближний свет фар (фары на светодиодах), без отопления салона, без кондиционера) позволяет электромобилю проехать около 160 км. Использование кондиционера, отопителя салона, движение с частым разгоном/торможением, движение со скоростью более 90-100 км/ч, загрузка электромобиля пассажирами или грузом уменьшают пробег от одного заряда до 2-х раз (до 80 км).
Высокая стоимость литиевых батарей, или высокий вес достаточно ёмких свинцовых батарей. Литиевая батарея ёмкостью 24 кВт·ч стоит порядка 6000-9000 $ (даёт около 160 км пробега). Свинцовые батареи весом порядка 400 кг позволяют иметь пробег всего около 80 км, к тому же свинцовые батареи очень не любят глубокого разряда. Использование большего количества свинцовых батарей приводит к перегрузке электромобиля, а использование литиевых батарей большей ёмкости сильно удорожает электромобиль. Другие типы батарей в электромобилях практически не используются.
Ухудшение характеристик (ёмкости, при заряде и при расходе энергии) батарей на холоде.
Деградация литиевых и других батарей с возрастом. В лучших моделях литиевых батарей через 5-8 лет остается менее 80 % емкости.

По данным сайта Википедия (http://ru.wikipedia.org/wiki)

Воздухоочистители. Современные фильтры для тяжелой техники

Gold — Mon, 19 Mar 2012 19:53:05 GMT

Фильтрующие материалы

В настоящее время для изготовления фильтрующих материалов для автотракторных фильтров в основном используют волокна из целлюлозы (бумага), стекловолокна, синтетики или их комбинации (см. таблицу).

Чем тоньше волокна, используемые при изготовлении фильтрующих материалов, тем больше их поверхность в единице объема, что в свою очередь повышает грязеемкость фильтра. Из всех перечисленных материалов регенерации (восстановлению) после предельного загрязнения могут подвергаться только фильтры из сетчатого материала, однако они могут применяться только для фильтрации жидких сред и задерживают частицы размером более 25 мкм.

Наиболее эффективная форма укладки материала в штору при изготовлении фильтрующих элементов для очистки различных веществ серповидная. Шевронная форма – средняя по эффективности, а звездообразная – наименее эффективная. Притом чем реже гофры, тем меньше площадь фильтрующего материала, а следовательно, грязеемкость фильтра. На гофрах делают вмятины, препятствующие их слипанию под напором потока воздуха. Для упрочнения снаружи гофрированная фильтрующая штора защищена металлической или полимерной сеткой, а внутри установлена перфорированная трубка.

Наиболее перспективным фильтрующим материалом является 100-процентная синтетика. Однако в данное время стоимость этого материала выше, чем бумаги из целлюлозы, что ограничивает его применение.

Одна из пионерных разработок компании Cummins Filtration – синтетический материал из полимерного волокна StrataPore. В отличие от целлюлозы и микростекловолокна StrataPore имеет многослойную структуру, причем число слоев выбирают в зависимости от потребной эффективности фильтрации. Благодаря более равномерному размеру пор у StrataPore снижено сопротивление потоку на 50% по сравнению с традиционными фильтрующими материалами. У обычного фильтровального материала может быть либо высокая тонкость отсева, либо большая грязеемкость. StrataPore благодаря своей структуре имеет и высокую тонкость отсева, и большую грязеемкость.

В перспективе внедрение наноматериалов, имеющих волокна толщиной около 0,2 мкм, позволит значительно повысить ресурс фильтров, так как площадь фильтрующей поверхности из наноматериала во много раз превышает площадь поверхности из целлюлозы и микростекловолокна. Например, материал NANOWEB® – это созданная из нановолокон микропористая структура. Из этого материала можно изготавливать фильтры большой площади и очень малой массы. Материал является отличным тепло- и шумоизолятором. Технология NANOWEB® позволяет изменять диаметр волокон, размер пор и толщину фильтрующего слоя в зависимости от назначения фильтра. Фильтры из NANOWEB® прекрасно работают в системах кондиционирования кабин (в том числе для фильтрации пыльцы, вызывающей аллергию) и очистки поступающего в двигатель воздуха. Благодаря химической стойкости они отлично работают в топливных и масляных фильтрах, надежно задерживая воду. Благодаря высокой однородности структуры фильтрующего материала качество и стабильность фильтрации значительно повышаются.

Производители фильтрующих материалов

В настоящее время в мире главными производителями фильтрующих материалов являются крупные корпорации Ahlstrom и Hollingworth & Vose, производящие их на мировой рынок, в том числе для России. Однако наиболее крупные мировые фирмы-производители фильтров, такие как Donaldson и Pall, самостоятельно работают над созданием новых фильтрующих материалов.

Производителем фильтровальной бумаги для фильтров отечественного производства является Цюрупинский бумажный комбинат (Херсонская обл., Украина). В период распада СССР он прекратил свою деятельность, но в настоящее время с помощью австрийского инвестора опять начал производство. В России уже несколько лет действует собственный производитель фильтровальных материалов для автотракторных фильтров ЗАО «Фильтровальные материалы» (Санкт-Петербург). Предприятие полностью обеспечивает фильтровальной бумагой ОАО «Невский фильтр» и другие компании, изготавливающие фильтры.

В настоящее время для производства только фильтров для мобильной техники в мире используется более 250 тыс. т фильтровальных материалов, из них объем производства однослойной целлюлозы (бумаги) составляет 80%, многослойных комбинированных материалов 12%, а синтетических – 8%. При этом потребности США и Канады составляют около 100 тыс. т (43%), ЕС – 75 тыс. т (30%), Японии и стран Юго-Восточной Азии – 52,5 тыс. т (21%) в год. Россия вместе со странами СНГ потребляет фильтровальных материалов порядка 25 тыс. т (8%). Из них только около 3,5 тыс. т выпускают собственные производители, остальное количество приобретается по импорту, но есть вероятность, что постепенно производство данного материала будет переходить к отечественным компаниям.

Очистка воздуха

Современный двигатель внутреннего сгорания расходует примерно от 50 до 4000 куб.м/ч воздуха. Запыленность воздуха может колебаться от 0,001 г/куб.м до 1 г/куб.м, а в особо сложных условиях эксплуатации, например, при движении гусеничных машин (танков) в колонне, может достигать и 2 г/куб.м. Почти всю эту пыль должен задержать фильтр. Минеральные частицы пыли в окружающей машину среде могут иметь размеры от 0,1 до 200 мкм. Установлено, что 75% общей массы частиц пыли имеют размеры от 5 до 100 мкм.

Абразивные частицы, попадающие в современный двигатель, вызывают не только повышенный износ деталей, но и отказы вспомогательных устройств, например датчиков, находящихся на впуске воздуха в двигатель, электронного оборудования и др.

Технические требования к воздушным фильтрам отечественной автотракторной техники регламентированы ОСТ 37.001.622–2007, а методы их испытаний – ГОСТ 8002. В зарубежной практике показатели фильтров являются предметом согласования между изготовителем фильтра и потребителем для каждой конкретной модели машины.

Воздухоочистители мобильных машин, используемые для разных уровней запыленности воздуха, имеют различное устройство, например, одноступенчатые – для городских условий работы легковых автомобилей и многоступенчатые – для сельскохозяйственных, землеройных, дорожных машин, работающих в условиях повышенной запыленности.

Срок службы воздушного фильтра зависит от характера и объема загрязнений, поступающих с воздухом. Так, если в воздухе содержится много сажи, она засорит фильтрующий элемент гораздо быстрее, чем песчаная пыль. А большой процент влаги, мелкие капли воды в воздухе вызывают набухание фильтровальной бумаги, что увеличивает ее сопротивление потоку воздуха.

Насколько засорен воздушный фильтр, сложно определить на глаз. Поэтому современные воздушные фильтры часто снабжают указателями засоренности, которые указывают, когда сопротивление на входе в фильтр достигает примерно 635 мм. вод. ст. (напомним, что у нового воздушного фильтра сопротивление на входе обычно составляет примерно 200 мм. вод. ст.). Указатели бывают механическими и электрическими.

Эффективность воздухоочистителей повышают, применяя специальные фильтровальные материалы, а также повышая пылеемкость единицы объема воздухоочистителя и применяя предочистители. При этом решаются две задачи – продляют срок службы и межсервисный период работы фильтра, а также уменьшают его габариты*. Последнее необходимо потому, что постоянное повышение мощности двигателей приводит к увеличению объема воздухоочистителя, который все труднее разместить на машине.

Способствует увеличению срока службы фильтра и установка фильтров-предочистителей циклонного типа, особенно актуальная в тяжелых условиях эксплуатации. Так, в лаборатории концерна Donaldson проведены тесты эффективности различных систем предварительных фильтров циклонов, давшие следующие результаты:

Понимая это, многие производители уделяют большое внимание фильтрам-циклонам.

Например, компания Cummins Filtration разработала неподвижную пластмассовую крыльчатку, которая может находиться снаружи или внутри корпуса воздушного фильтра, закручивает поступающий в фильтр воздух, из которого под действием центробежных сил выпадают крупные частицы пыли. Также Cummins Filtration разработала фильтрующий элемент OptiAir с увеличенной грязеемкостью.

Известна простая, но довольно эффективная конструкция «эжектор пыли», представляющая собой насадку на входе в воздухозаборник, состоящую из ряда трубок, внутри которых установлены спиральные пластинки. Воздух закручивается внутри трубок, центробежные силы отбрасывают крупные частицы пыли на стенки трубок, затем пыль высыпается из эжектора а в воздуховод поступает частично очищенный от пыли воздух. Однако эжектор быстро засоряется, и в этом его главный недостаток.

Компания Sy-Klone International разработала ряд одно-, двух- и трехступенчатых предочистителей. Предочистители аналогичной конструкции по лицензии выпускают компании Caterpillar (CAT Turbine PreCleaner) и John Deere (Rotary Ejector). Конструкция представляет собой неподвижную крыльчатку, закручивающую поступающий воздух, из которого под действием центробежной силы выпадает крупная пыль. Затем воздух поступает на подвижную крыльчатку, раскручивает ее до высоких оборотов, и под действием центробежной силы частицы пыли выбрасываются через вертикальную щель в корпусе фильтра.

Компания Champion Laboratories Inc. выпускает различные фильтры под брендом Luber-finer. Для очистки воздуха она разработала инновационную технологию и волоконный материал MicroGold Fiber Technology, который, по утверждению фирмы, имеет грязеемкость на 50% выше, чем фильтры из обычных материалов, а коэффициент очистки b = 99,97%. Фильтрующие элементы Luber-finer имеют увеличенное число гофр, в конструкцию входят специальные укрепляющие гофры детали и приклеенные снаружи ленты.

Разработки компании Donaldson

Являясь самым крупным в мире инвестором в НИР по фильтрации газов и жидких сред, Donaldson за свою историю разработал большое количество революционных систем и материалов.

На рис. 1 представлена инновационная разработка фирмы Donaldson – новая серия воздухоочистителей Power Core для двигателей. PowerCore™ является революционной технологией, совершенно не похожей на традиционные фильтры. В ее основе лежит структура фильтроэлемента воздушного фильтра (см. рисунок), состоящая из параллельных продольных каналов, разделенных мембраной из фильтроматериала и закрытых полиуретановыми пробками с разных сторон. Таким образом, воздух, подающийся с открытой стороны входного канала, упирается в пробку в его конце и проходит через мембрану в параллельные выходные каналы, закрытые пробкой со стороны входа. При этом материал в отличие от стандартной мембраны располагается многослойно (рулоном).

В результате воздушный фильтр обладает в несколько раз большей поверхностью фильтрации при том же входном сечении. Это кардинально увеличивает пропускную способность и грязеемкость воздушного фильтра, значительно снижает сопротивление воздушного потока или позволяет выполнить фильтр более компактным при тех же характеристиках, так как отсутствуют большие объемы снаружи и внутри фильтроэлемента, необходимые для работы традиционного воздушного фильтра. Дополнительной полезной особенностью нового материала является возможность создавать воздушные фильтры любой формы (не только круглые), что дает конструкторам спецтехники больше возможностей для улучшения эргономики.

Дополнительные преимущества воздушным фильтрам Donaldson приносит применение разработанных концерном синтетических фильтровальных наноматериалов, созданных по технологии Ultra-Web™, разработанной и запатентованной Donaldson в 1995 г. Эти материалы исправляют основной недостаток целлюлозы, относительно крупные и неравномерно распределенные волокна которой диаметром 10...50 мкм плохо задерживают частицы загрязнений меньше 10 мкм. В то же время разработанный Donaldson материал имеет размер волокон от 1 до 5 мкм и в 2...5 раз большую частоту на 1 кв.см при высокой равномерности распределения. На рис. 2 приведено изображение материалов из целлюлозы (слева) и синтетических микроволокон (справа) в масштабе к частицам 2 и 5 мкм.

В воздушных фильтрах слои синтетического микроволокна используются в комбинации с целлюлозой или другими более толстыми синтетическими волокнами, что увеличивает общую прочность фильтроматериала, а также его грязеемкость за счет эшелонированной работы слоев (крупные частицы задерживаются на одном уровне, мелкие – на другом).

По сравнению с фильтровальной бумагой новый материал с диаметром волокна менее 10 мкм, разработанный Donaldson, имеет пылеемкость выше приблизительно в 2,4 раза, габариты меньше, а эффективность очистки у него 99,99% против 99,85% у обычного фильтра. Воздухоочистители серии Power Core изготавливают полностью из пластмассы.

Cерьезной инновационной разработкой Donaldson является фильтр предварительной очистки – моноциклон мод. TOP-SPIN. По данным фирмы, циклон имеет следующие характеристики: эффективность улавливания пыли по SAE ACCТD в зависимости от расхода воздуха колеблется вблизи 85% всей пыли и свыше 99% тяжелой пыли размером 20 мкм и более при оптимальном сопротивлении для таких типов очистителей порядка 200…250 мм. вод. ст.

Другая современная разработка Donaldson – предварительные фильтры-циклоны Strataclone, предназначенные в основном для коммерческого транспорта и обеспечивающие степень очистки до 80%. Работа таких фильтров-циклонов основана на технологии активных циклонных элементов, эффективность которых не зависит от пространственного положения. При этом сами элементы могут собираться в пакеты любого размера, конфигурации и пропускной способности.

Концерн Donaldson проводил с 1993-го по 1999 г. эксплуатационные исследования различных машин с воздухоочистителями из разных фильтрующих материалов: фильтровальной бумаги, целлюлозы, пропитанной специальными смолами, и синтетики. В испытаниях участвовали автомобили разных типов – легковые, а также легкие и среднетоннажные грузовики. Испытания проводили в разных условиях (город, шоссейные дороги, внедорожные трассы, разные погодные условия). Испытания показали, что во всех рассмотренных условиях эксплуатации воздухоочистители с фильтроэлементами из синтетических материалов служат дольше. В нормальных условиях эксплуатации воздухоочиститель может поглощать от 2 до 4 г пыли на 100 км, а при высокой запыленности – в 3...5 раз больше. Условия эксплуатации и даже состав пыли в США отличаются от российских, поэтому результаты испытаний можно рассматривать лишь в общем виде, без конкретных цифр. К сожалению, такие широкомасштабные и длительные испытания воздухоочистителей в России не проводились.

Салонные фильтры

Салонный фильтр имеет в машине особое назначение, он защищает человека от вредных для здоровья включений, находящихся в воздухе. Во время работы машины в салоне или кабине могут присутствовать следующие загрязнения, отрицательно влияющие на здоровье людей:

• частицы – пыльца растений, дым, пыль, бактерии, влага (капли воды);

• газы – углеводород, окись азота; окись серы, озон, пары топлива, толуол.

Некоторые из указанных загрязнений в воздухе помимо влияния на здоровье человека также создают неприятные запахи.

При работе разных мобильных машин состав и концентрация указанных включений в воздухе салона или кабины могут быть совершенно различными. Если в автобусе, работающем в городе с высокой плотностью движения, в воздухе салона содержится больше газов, то в сельском местности или на стройплощадке основным загрязнителем воздуха в кабине является пыль.

Технические требования к показателям работы салонных фильтров автомобилей, как правило, согласовываются между изготовителями фильтров и потребителями – автопроизводителями.

В России технические требования к рабочему месту оператора трактора регламентируются ГОСТ 12.2.120–88 «Кабины и рабочие места операторов тракторов, самоходных строительно-дорожных машин… и самоходных сельскохозяйственных машин». В нем нормируется только два параметра воздуха: концентрация окиси углерода в кабине при работающем двигателе – не выше 20 мг/куб.м и концентрация пыли в кабине машины в зависимости от содержания SiO2, которая не должна быть больше указанной в таблице.

У нас в стране отсутствуют стандарт и соответствующее оборудование для испытаний салонных фильтров на фильтрацию всех указанных выше загрязнителей воздуха. Оценку салонных фильтров проводят только по улавливанию частиц минеральной пыли, используя ГОСТ 8002 на испытания воздухоочистителей двигателей. За рубежом для этих целей действует два международных стандарта: ISO 11155-1 – оценка салонных фильтров на улавливание твердых частиц и ISО 11155-2 – оценка салонных фильтров на улавливание газов. Для таких испытаний используется комплекс специального испытательного оборудования.

Типичная конструкция осовремененных салонных фильтров включает в себя каркас, на котором закреплен двухслойный нетканый материал, не содержащий пропиточных фенолформальдегидных смол и других токсичных компонентов. Один слой менее плотный, второй – из более тонких синтетических волокон, улавливающих частицы размером более 0,5 мкм. Фильтр имеет низкое начальное сопротивление (не более 200 МПа). Существуют также модели салонных фильтров из такого же двухслойного нетканого материала со слоем, насыщенным активированным углем, с помощью которого улавливаются газы и устраняются неприятные запахи.

Указанные фильтры производят практически все зарубежные фирмы, выпускающие автотракторные фильтры (FRAM, Mann+Hummel и др.). В России салонные фильтры для тяжелой автотракторой техники выпускают ОАО «Салют-фильтр», ЗАО «Невский фильтр», ОАО «Цитрон».

Автором (Абдюшев Д.) использованы материалы из статьи Д.Г. Купрюнина и В.Е. Маева (ОАО «НАТИ») «Современные тенденции в развитии конструкций бортовых фильтров для мобильных машин»

По данным сайта Основные средства №4/2010 журнал о спецтехнике и автотранспорте (http://www.os1.ru/article/technology/2010_04_A_2010_04_26-15_59_33/)

Абдюшев Д.

Современные очистители воздуха

Gold — Mon, 19 Mar 2012 19:44:48 GMT

Для хорошего самочувствия, человеку необходимо дышать свежим воздухом, пить чистую воду. Не секрет, что в наше экологически нелегкое время, в любом воздухе и воде содержится большое множество загрязняющих веществ.

Очистителями воздуха называют устройства, функция которых очищать воздух в помещениях от пыли, дыма, вредных примесей, запахов, газовых выделений, пыльцы растений и так далее.

Основными деталями типового воздухоочистителя является насос и фильтр. Обычно, современные воздухоочистители оснащены целым набором разных фильтров, для достижения более высокой степени очистки воздуха.

ВИДЫ ОЧИСТИТЕЛЕЙ ПО ПРИНЦИПУ ОЧИСТКИ

В работе типового очистителя используются разные фильтры, по которым можно относительно классифицировать эти приборы, однако, чаще всего современные воздухоочистители оснащены сразу несколькими фильтрами, что значительно улучшает их качество работы.

механические фильтры

Механические фильтры обычно устанавливаются во всех, без исключения, приборах очистки воздуха. Состоят такие фильтры из мелкой металлической сетки, поролона и грубой ткани. В первую очередь они предназначены для удаления крупной пыли и шерсти животных.

угольные фильтры

Главной задачей угольных фильтров является улавливание токсичных примесей воздуха. В состав этих фильтров входит активированный уголь, который уже традиционно используются во многих устройствах, предназначенных для поглощения вредных веществ. Как правило, угольные фильтры используются в воздухоочистителях только в комплекте с другими фильтрами, по той причине, что они неэффективны для очистки воздуха от типичных загрязнений воздуха, таких как пыль, шерсть, неприятные запахи и т.д.

электростатические фильтры

Электростатические фильтры предназначены для удаления мелких частиц из воздуха – до 0,01 мкм. Такие фильтры хорошо очищают воздух от пыли, копоти, однако не справляются с загрязнением окислов азота, углерода и других органических соединений. Принцип их работы заключается в притяжении электрозарядов разной полярности – воздух проходит через специальную камеру (ионизационную), где загрязненные частицы приобретают положительный заряд и оседают на пластинах с отрицательным зарядом. Такими фильтрами оснащено большинство бытовых очистителей воздуха, по причине их невысокой производительности – 50-60 м3/ч. Также, очистители, оснащенные электростатическими фильтрами, практически бесшумны в работе и экономны в потреблении электроэнергии.

фильтры типа НЕРА

Фильтры типа НЕРА классифицируются в зависимости от качества фильтрации воздуха – чем выше класс, тем лучше очистительные качества воздуха. Всего существует пять классов НЕРА фильтров – Н-10, Н-11, Н-12, Н-13, Н-14. Фильтры НЕРА внешне чем-то напоминают картон, однако они изготовлены из специального волокнистого материала, который хорошо всасывает в себя бактерии, цементную пыль, пыльцу, однако практически бессилен в борьбе с мелкими вирусами и табачным дымом. Также, стоит отметить, что фильтры НЕРА требуют обязательной замены один раз в три-четыре месяца, так как эффективность их работы значительно снижается по мере загрязнения, а очистки они не поддаются.

фотокаталитические фильтры

Фотокаталитическими фильтрами оснащены очистители воздуха нового поколения. Дело в том, что работа таких фильтров построена на совершенно новой технологии – фотокатализ, которая позволяет не накапливать вредные вещества в фильтре, а принудительно их обезвреживать. Такое обезвреживание происходит под действием ультрафиолетового излучения и с помощью фотокатализатора, изготовленного из диоксида титана. Мелкие частицы, разлагаются до состояния полностью обезвреженного воздуха. Однако, стоит отметить, что такие фильтры не очень эффективны при очистке воздуха от крупной пыли и в местах, где воздух загрязнен чрезмерно. Главным преимущество работы такого фильтра является долгий срок его службы без необходимости очистки.

водные фильтры

Водные фильтры, чаще всего, устанавливаются в климатических комплексах. Работают такие фильтры по принципу забора воздуха вентилятором, с последующим перенаправлением на специальные смачивающие диски, которые имеют противоположный частицам воздуха заряд. После этого пыль смывается в специально отведенный поддон. Преимущество таких фильтров в том, что они не требуют замены и имеют достаточно большой срок эксплуатации.

ВИДЫ ОЧИСТИТЕЛЕЙ ПО СФЕРЕ ПРИМЕНЕНИЯ

В зависимости от своего назначения и скорости очистки, очистители воздуха подразделяются на следующие категории.

бытовые

Бытовые очистители воздуха предназначены для очистки воздуха в жилых помещения. Они очищают воздух от пыли, дыма, шерсти животных и других загрязненных частиц воздуха, которые могут вызывать аллергию и раздражение дыхательных путей.

Большинство бытовых воздухоочистителей работают по принципу механической системы фильтрации, то есть витающие в воздухе загрязненные частицы оседают на специальных фильтрах, изготовленных из мелкой сетки, грубой ткани и поролона. Также, в последнее время появились бытовые очистители воздуха с фотокаталическим фильтром. Такие очистители окисляют и расщепляют загрязняющие вещества на молекулярном уровне. Однако, в основной своей массе, современные бытовые очистители воздуха оснащены сразу несколькими фильтрами, которые позволяют добиться более качественной очистки воздуха. Также многие модели оснащены и системой ионизации воздуха.

Стандартные бытовые очистители воздуха достаточно экономны в потреблении электроэнергии – от 5 до 150 Ват, в зависимости от возможностей обслуживающей площади. Необходимая производительность очистителя воздуха рассчитывается таким образом, чтобы воздух помещения, в котором работает прибор, смог пройти через очиститель три раза. То есть, для очистки воздуха в помещении площадью 15 квадратных метров, необходим воздухоочиститель с производственной мощностью 45 куб.м/ч. Обычно, сведения по производительности прибора указываются в его технических характеристиках. Там может быть указана как мощность воздухообмена (куб.м/ч), так и общая площадь помещения, на которую рассчитан прибор. В основной своей массе бытовые очистители воздуха рассчитаны на обслуживание площади 15-25 квадратных метров. Их устанавливают на кухнях, в спальнях, ванных комнатах и других помещениях, где может происходить скопление пыли, шерсти животных, дыма и других различных неприятных запахов.

Бытовые очистители сегодня являются не роскошью, а необходимостью, особенно для домов, которые расположены вдоль оживленных трас, вблизи от крупных строительных объектов и при наличии домашних животных, шерсть которых может раздражать дыхательные пути человека и вызывать аллергию.

промышленные

Промышленные очистители воздуха применяются в разных областях производства, а также в магазинах, кафе, барах и офисах. Отличие промышленных очистителей воздуха от бытовых состоит в том, что они снабжены более эффективной системой фильтрации и более мощной скоростью работы, которая позволяет очищать воздух в больших помещениях. С помощью таких установок обеспечивают установленные нормативами рабочие условия персонала, предотвращают загрязнения окружающей среды и обеспечивают технологические циклы при производстве. Также, широкое применение получили воздухоочистители для курительных помещений на предприятиях, либо в кафе, барах и ресторанах.

Промышленные очистители воздуха могут монтироваться на стене, в потолке или устанавливаться свободно с помощью специальной подставки.

Современные промышленные очистители воздуха в основном оснащены трехуровневой системой фильтрации и полностью автоматизированы. Главная функция автоматики воздухоочистителя заключается в беспрерывном сканировании качества воздуха в помещении, с последующим выбором и включением необходимой программы по его очистке.

Помимо этого, промышленные очистители хоть и обладают высокой производительностью, позволяющей производить очистку воздуха в больших помещениях, являются достаточно энергоэкономными.

Также, практически все модели современных промышленных воздухоочистителей оснащены таймером, который позволяет программировать время работы, пультом дистанционного устройства, для переключения режимов работы, жидкокристаллическим дисплеем, на котором отображается информация о времени работы, режиме работы и так далее.

автомобильные

Автомобильные очистители воздуха рассчитаны для работы в маленьких внутренних объемах, таких как салоны легковых автомобилей, микроавтобусов, кабины грузовиков и так далее. Эти компактные устройства, использующие различные виды очистки воздуха, уже давно получили свое признание особенно среди тех автомобилистов, которые по специфике своей работы, длительное время проводят в салоне автомобиля. Часто автомобильные очистители воздуха оснащены сразу и функцией ионизации, благодаря которой воздух в салоне автомобиля не только очищается от вредных частиц, а еще и приносит пользу для здоровья.

по данным сайта (http://www.proclimatgroup.ru/cat-24-0-1.html

)

Малоотходные и безотходные технологии как способ сохранения нашей планеты

Gold — Mon, 19 Mar 2012 19:30:37 GMT

Малоотходная технология - промежуточная ступень перед созданием безотходной технологии, подразумевающая приближение технологического процесса к замкнутому циклу. При малоотходной технологии вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарными органами. Часть сырья всё же превращается в отходы и подвергается длительному хранению или захоронению. Оценить степень приближения к безотходной технологии можно с помощью материального индекса производства.

Материальный индекс производства - коэффициент, позволяющий оценить степень близости технологии производства к безотходной. Вычисляется как отношение суммы масс исходного сырья и вспомогательных материалов к массе готовой продукции.

Для безотходной технологии материальный индекс производства равен 1.

Безотходная технология - технология, подразумевающая наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии в производстве, обеспечивающее защиту окружающей среды.

Безотходная технология - принцип организации производства вообще, подразумевающий использование сырья и энергии в замкнутом цикле. Замкнутый цикл означает цепочку первичное сырьё - производство - потребление - вторичное сырьё.

Принципы безотходной технологии

Системный подход
Комплексное использование ресурсов
Цикличность материальных потоков
Ограничение воздействия на окружающую среду
Рациональная организация

Безотходная технология в энергетике

Твёрдое и жидкое топливо при сжигании используются не полностью, а также образуют вредные продукты. Существует методика сжигания топлива в кипящем слое, которая более эффективна и экологически безопасна. Газовые выбросы необходимо очищать от оксидов серы и азота, а золу, образующуюся как результат фильтрации, использовать при производстве строительных материалов.

Безотходная технология в металлургии

Необходимо широкое использование твёрдых, жидких и газообразных отходов чёрной и цветной металлургии вместе с одновременным снижением выбросов и сбросов вредных веществ. В цветной металлургии перспективно применение метода плавки в жидкой ванне, требующее меньших затрат энергии и вызывающее меньший объём выбросов. Получаемые же в результате серосодержащие газы могут использоваться в производстве серной кислоты и элементарной серы. Порошковая металлургия также является безотходной технологией. Коэффициент использования материала - 98-99%.

Технология перекачиваемого льда

Gold — Mon, 19 Mar 2012 19:08:19 GMT

Технология перекачиваемого льда - (англ. Pumpable ice technology) — это технология производства текучих сред и вторичных холодильных агентов, также называемых хладоносителями, с вязкостью воды или желе и потенциалом холода льда. Перекачиваемый лёд — это, как правило, суспензия, состоящая из кристаллов льда размерами от 5 до 10 000 микронов, рассола или морской воды, или пищевой жидкости и пузырьков газа, например, воздуха, озона, углекислого газа.

История

Впервые возможность смешивать воду со льдом и транспортировать ПЛ была реализована американской компанией North Star Ice Equipment Corporation, назвавшей эту смесь «жидкий лёд». В большинстве случаев, пресная вода используется для производства твёрдого кристаллического льда, например, чешуйчатого, пластинчатого, трубчатого, скорлупчатого или кубикого льда. Затем этот лёд дробится или размалывается и перемешивается с морской или соленой водой. Затем смесь перекачивается обычным водяным насосом к потребителю. Помимо общих терминов — «перекачиваемый», «желе» или «ледяная суспензия»,- существует много других торговых марок для данного хладоносителя, таких как «Белуга», «Оптим», «текущий», «студенистый», «бинарный», «жидкий», «Максим», «взбитый», «Deepchill», «bubble slurry» лёд. Эти товарные знаки защищены в качестве интеллектуальной собственности рядом промышленных компаний в Австралии, Канаде, Китае, Германии, Исландии, Израиле, России, Испании, Великобритании, США.

Технологический процесс

Существуют два относительно простых метода производства ПЛ.

Первый заключается в производстве, широко используемых форм, кристаллического твердого льда, таких как плиточный, трубчатый, скорлупчатый или чешуйчатый, дальнейшем его измельчении и смешивании с водой. Эта смесь может содержать различную концентрацию льда (отношение массы ледяных кристаллов к массе воды). Размеры кристаллов льда меняются от 200 микрометра (мкм) до 10 миллиметра (мм). В дальнейшем, смесь перекачивается с помощью насосов из накопительного бака к потребителю.

Идея второго метода заключается в создании процесса кристаллизации внутри объема охлаждаемой жидкости. Кристаллизация внутри объема жидкости может быть достигнута путем вакуумирования или охлаждения. При использовании вакуумной технологии, при низком давлении небольшая часть воды испаряется, а оставшаяся часть воды замерзает, формируя водо-ледяную смесь. В зависимости от концентрации растворённых в воде веществ, конечная температура ПЛ меняется от нуля до минус 4°C. Большой объем паров и рабочее давление около 6 мбар (600 Па) обуславливают использование компрессора водяного пара с большим прокачиваемым объёмом.

Такая ТПЛ экономически обоснована и может быть рекомендована для систем с холодопроизводительностью 300 TХ (1 TХ = 1 тонна холода = 3,516 кВт) или больше.

Системы «прямого» контакта ТПЛ

Хладагент непосредственно вводится внутрь жидкости.

Преимуществом этого метода является отсутствие каких-либо промежуточных устройств между хладагентом (Х) и жидкостью (Ж). Однако, отсутствие потери тепла между Х и Ж в процессе теплового взаимодействия (передачи тепла / холода) обуславливает некоторые недостатки, которые сдерживают широкое применение этого метода в промышленности. Основными недостатками этого метода являются высокий требуемый уровень безопасности и трудности в производстве кристаллов одинаковых размеров.

Системы «косвенного» контакта ТПЛ

Высококонцентрированный Перекачиваемый Лёд

В системах «косвенного» контакта ТПЛ, испаритель (теплообменник-кристаллизатор) устанавливается горизонтально или вертикально. Он имеет внешнюю трубу, в которой размещаются от одной до ста внутренних труб. Хладагент «кипит» (испаряется) между корпусом (наружной трубой) и внутренними трубами. Жидкость протекает через трубы малого диаметра. Внутри объема испарителя создаются условия для охлаждения, переохлаждения и замерзания жидкости за счет теплообмена с охлаждённой стенкой кристаллизатора.

Идея состоит в использовании испарителя (теплообменника скребкового типа) с хорошо отполированной внутренней поверхностью и соответствующих, вращающихся вдоль оси испарителя, механизмов для предотвращения прилипания за счёт адгезии эмбрионов ледяных кристаллов к трубам, а также от роста и утолщения льда на внутренней поверхности охлаждения. Обычно в качестве механизмов для удаления льда используют шнек, металлический стержень или вал с, размещёнными на нём, металлическими или пластиковыми ножами («дворниками» / «омывателями»).

Посредством систем «косвенного» контакта ТПЛ производится ПЛ, состоящий из кристаллов размерами от 5 до 50 микронов. Такой ПЛ имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами водо-ледяных смесей. Так производство 1 000 кг чистого льда требует низких затрат энергии от 60 до 75 кВт·ч, по сравнению с 90-130 кВт·ч, необходимых для производства обычного водяного льда (плиточного, чешуйчатого, скорлупчатого типа). Дальнейшее улучшение конструкции испарителей позволит достичь ещё более низких затрат электроэнергии от 40 до 55 кВт·ч на производство 1 000 кг чистого льда и высокой удельной производительности льда, отнесённой к поверхности охлаждения испарителя (до 450 кг/(м²·ч)).

Иногда газ вводится в жидкость, протекающую через испаритель. При этом газовые пузырьки разрушают пристеночный ламинарный слой жидкости на поверхности охлаждения теплообменника-кристаллизатора, увеличивают турбулентность потока и уменьшают среднюю вязкость ПЛ.

В процессе производства ПЛ используются жидкости, такие как морская вода, фруктовый или овощной сок, рассол или раствор пропиленгликоля с концентрацией (3-5)% и более, причём температура плавления (кристаллизации) должна быть не выше минус 2 °C.

Как правило, оборудование для производства, накопления и перекачки ПЛ включает льдогенератор(ы), накопительный танк (резервуар), теплообменник, трубопроводы, насосы, электрические и электронные приборы и устройства.

ПЛ с максимальной концентрацией льда 40 % можно качать прямо от льдогенератора к потребителю. Максимально возможная концентрация льда в накопительном баке для хранения составляет 50 %. Максимальное значение энергии охлаждения ПЛ, накопленного в резервуаре для хранения в виде гомогенной (однородной) смеси, составляет около 700 кВт·ч, что соответствует (10-15) м³ внутреннего объема бака для хранения. Смеситель (миксер) используется для предотвращения разделения льда и охлажденной жидкости и обеспечивает поддержание концентрации льда, равномерной по высоте резервуара и неизменной по времени. В этом случае ПЛ может подаваться из бака к месту потребления, находящимися на расстоянии сотни метров друг от друга. На практике, соототношение между требуемой электрической мощностью двигателя смесителя (кВт) и хорошо перемешанным объёмом ПЛ (м³) составляет 1:1.

В баках с объёмом, превышающим 15 м³, ПЛ не перемешивается. В этом случае энергия холода, накопленная в виде льда, утилизируется только за счёт конвективноготеплообмена между льдом и жидкостью, которая циркулирует между накопительном баком и потребителем холода. Существующим конструкциям накопительных резервуаров присущи следующие недостатки:

Хаотический неконтролируемый подъём ледяных торосов, которые возникают из-за неравномерного разбрызгивания отеплённого раствора. Эта жидкость поступает из теплообменника и подается в резервуар со льдом для дальнейшего охлаждения путём непосредственного контакта с поверхностью льда. В результате, из-за, непостоянной во времени и пространстве, скорости подачи раствора, лед тает неравномерно. Таким образом, ледяные шипы поднимаются над поверхностью льда, что приводит к разрушению распылительных устройств и необходимости снижения уровня раствора в баке, чтобы избежать поломок.

Накопленный в баке лед превращается в большой цельный айсберг. Тёплая жидкость, которая поступает из системы кондиционирования воздуха может создавать каналы, по которым жидкость возвращается в систему, не будучи охлажденной. В результате этого, накопленный лёд плохо плавится, а потенциал холода не используется в полном объёме.

Неэффективное использование объема накопительного бака приводит к уменьшению максимальной достижимой концентрации льда и неспособности заполнить весь рабочий объем накопительного бака.

Результаты проводимых научно-исследовательских и опытно-кострукторских работ обуславливают возможность по преодолению вышеуказанных недостатков в ближайшее время, что приведёт к массовому производству дешевых, надежных и энергоэффективных конструкций накопительных танков. Эти танки гарантируют повышение качества (например, увеличение концетрации ледяной смеси) и создают условия для полной утилизации накопленного холодильного потенциала.

Приложения

Многие научно-исследовательские центры, фирмы-производители льдогенераторов, изобретатели стимулируют прогресс в ТПЛ. Благодаря высокой эффективности использования энергии, относительно небольшим размерам кристаллизаторов Перекачиваемого льда, снижению требуемой массы хладагента, а также тому, что ТПЛ может быть адаптирована к конкретным техническим и технологическим требованиям в различных отраслях промышленности, существует много применений этой технологии.

Очистка сточных вод

ТПЛ может быть рекомендована для очистки (осветления) осадков сточных вод. В этом случае используется метод «замораживания-плавления». Этот метод основан на двух процессах: «правильное» (с заданной скоростью) замораживание осадков с последующим плавлением и разделение жидкой и твердой фаз. «Замораживание иплавление» приводит к изменению физико-химической структуры осадков. Этот метод реализуется за счет перераспределения любых форм связи влаги с твердыми частицами осадков. Очевидно, что этот метод предпочтительнее химической коагуляции (физико-химический процесс слипания коллоидных частиц) осадков реагентами. Замораживание осадка способствует увеличению свободного количества воды в осадках и улучшает эффективность осаждения осадка. Таким образом, если скорость выращивания кристаллов не превышает 0,02 м/ч, молекуле воды достаточно времени, чтобы выйти из коллоидных клеток к поверхности, где она замерзает. После оттаивания, быстроосаждённые твёрдые частицы удаляются шнеком для последующей эффективной фильтрации. Очищенная вода готова к сбросу в водохранилище.

Опреснение морской воды

К существующим коммерческим методам опреснения морской воды относятся различные дистиляционные методы, обратный осмос и электродиализ. Теоретически, замораживание имеет некоторые преимущества по сравнению с вышеуказанными методами. Эти преимущества включают более низкую потребность в электроэнергии, минимальный потенциал для коррозии и отсутствие зарастания накипью поверхностей теплообменников. Недостатком является то, что замораживание подразумевает производство льдо-водяных смесей, перемещение и обработка которых весьма затруднительна. Небольшое количество опреснительных станций было построено за последние 50 лет, но процесс не имел коммерческого успеха при производстве пресной воды для муниципальных нужд. Вместе с тем, льдогенераторы ПЛ (ЛПЛ) предлагают доступную альтернативу благодаря высокой эффективности процесса кристаллизации. Существующие модели, однако, не имеют необходимого потенциала для промышленных опреснительных установок большой мощности, но небольшие ЛПЛ достаточны и удобны для малых потребностей в опреснении.

Mедицина

Разработан технологический защитный процесс охлаждения на основе использования специально изготовленной ледяной суспензии для медицинских применений. В этом случае ПЛ может быть введен внутрь артерии, внутривенно, а также на наружные поверхности органов при использовании лапароскопии, или даже через эндотрахеальную трубку. Результаты исследований подтверждают тот факт, что ПЛ может быть использован для выборочного охлаждения органов с целью предотвращения или ограничения ишемического повреждения после инсульта или сердечного приступа. Завершены медицинские тесты на животных, моделирующие условия проведения стационарных лапароскопических операций на почку. Результаты исследований французских и американских учёных должны быть одобрены американским Управлением по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарственных препаратов, (англ. Food and Drug Administration, FDA, US FDA).

Преимущества ТПЛ в применении к медицине:

ПЛ может легко перекачиваться через узкие игольные катетеры, обеспечивающие высокую подводимую холодильную мощность и быстрое охлаждение органов;
ПЛ позволяет обеспечить защитное охлаждение и контроль температуры целевых органов во время операции;
ПЛ помогает людям, которым требуется срочная медицинская помощь, включая даже случаи остановки сердца и инсульт.

по данным сайта Википедия (http://ru.wikipedia.org/wiki/Технология_перекачиваемого_льда)

Очистка сточных вод

Gold — Mon, 19 Mar 2012 18:48:21 GMT

Очистка сточных вод — комплекс мероприятий по удалению загрязнений, содержащихся в бытовых и промышленныхсточных водах. Обычно осуществляется в КОС установках.

Очищение происходит в несколько этапов:

механический
биологический
физико-химический
иногда дезинфекция сточных вод

Механический этап

Производится предварительная очистка поступающих на очистные сооружения сточных вод с целью подготовки их к биологической очистке. На механическом этапе происходит задержание нерастворимых примесей.

Сооружения для механической очистки сточных вод:

решётки (или УФС — устройство фильтрующее самоочищающееся) и сита;
песколовки;
первичные отстойники;
мембранные элементы;
септики.

Для задержания крупных загрязнений органического и минерального происхождения применяются решётки и для более полного выделения грубодисперсных примесей —сита. Максимальная ширина прозоров решётки составляет 16 мм. Отбросы с решёток либо дробят и направляют для совместной переработки с осадками очистных сооружений, либо вывозят в места обработки твёрдых бытовых и промышленных отходов.

Затем стоки проходят через песколовки, где происходит осаждение мелких частиц (песок, шлак, бой стекла т. п.) под действием силы тяжести, и жироловки, в которых происходит удаление с поверхности воды гидрофобных веществ путём флотации. Песок из песколовок обычно складируется или используется в дорожных работах.

В последнее время мембранная технология становится перспективным способом при очистке сточных вод. Очистка сточных вод с использованием прогрессивной мембранной технологии применяется в комплексе с традиционными способами, для более глубокой очистки стоков и возврат их в производственный цикл.

Очищенные таким образом сточные воды переходят на первичные отстойники для выделения взвешенных веществ. Снижение БПК составляет 20-40 %.

В результате механической очистки удаляется до 60-70 % минеральных загрязнений, а БПК5 снижается на 30 %. Кроме того, механическая стадия очистки важна для создания равномерного движения сточных вод (усреднения) и позволяет избежать колебаний объёма стоков на биологическом этапе.

Биологический этап

Биологическая очистка предполагает деградацию органической составляющей сточных вод микроорганизмами (бактериями и простейшими).

На данном этапе происходит минерализация сточных вод, удаление органического азота и фосфора, главной целью является снижение БПК5.

Могут использоваться как аэробные, так и анаэробные микроорганизмы.

С технической точки зрения различают несколько вариантов биологической очистки. На данный момент основными являются активный ил (аэротенки), биофильтры иметантенки (анаэробное брожение).

Первичные отстойники, куда на этом этапе попадает вода, предназначены для осаждения взвешенной органики. Это железобетонные резервуары глубиной пять метров и диаметром 40 и 54 метра. В их центры снизу подаются стоки, осадок собирается в центральный приямок проходящими по всей плоскости дна скребками, а специальный поплавок сверху сгоняет все более легкие, чем вода, загрязнения, в бункер.

Также в биологической очистке, после первичных отстойников, существует вторая линия радиальных отстойников. Это илососы. Они предназначены для удаления активного ила со дна вторичных отстойников очистных сооружений промышленных и хозяйственных стоков.

Физико-химический этап

Для улучшения параметров очистки могут быть применены различные химические методы, как, например, дополнительная седиментация фосфора солями Fe и Al,хлорирование, озонирование, а также физико-химические методы, такие как электрофлотация или эвапорация.

Дезинфекция сточных вод

Для окончательного обеззараживания сточных вод предназначенных для сброса на рельеф местности или в водоем применяют установки ультрафиолетового облучения.

Для обеззараживания биологически очищенных сточных вод, наряду с ультрафиолетовым облучением, которое используется, как правило, на очистных сооружениях крупных городов, применяется также обработка хлором в течение 30 минут.

Хлор уже давно используется в качестве основного обеззараживающего реагента практически на всех очистных городов в России. Поскольку хлор довольно токсичен и представляет опасность очистные предприятия многих городов России уже активно рассматривают другие реагенты для обеззараживания сточных вод такие как гипохлорит, дезавид и озонирование.

Мобильные устройства водоочистки

Наряду со стационарными станциями очистки сточных вод в случаях, когда имеется потребность в очистке небольших их объемах или не постоянно, применяются мобильные станции водоочистки. Как правило, они состоят из барбатера, угольного фильтра, емкости обеззараживания и циркуляционного насоса.

по данным сайта Википедия (http://ru.wikipedia.org/wiki)