Pomysł na budowę tego typu urządzenia zrodził się już dawno temu gdy zobaczyłem jak dużo zanieczyszczeń w domu zbiera odkurzacz z filtrem wodnym. Kurz, pyłki roślin, roztocza, smog no i wreszcie najbardziej aktualny temat - bakterie i wirusy przenoszone na aerozolach unoszących się w powietrzu. Wtedy o tych ostatnich jeszcze nie myślałem, najbardziej aktualnym zastosowaniem było usuwanie smogu oraz cząstek powodujących alergię.

Kolejną inspiracją dla tego projektu było urządzenie do utylizacji nie przereagowanych gazów technologicznych z systemu przemysłowego osadzania warstw metodą CVD czyli osadzania w plazmie w reakcji chemicznej z fazy gazowej. Nie przereagowane gazy były dopalane a substancje z reakcji były wychwytywane właśnie za pomocą filtru wodnego z rozwiniętym złożem kontaktowym.

W zastosowaniach o których wspomniałem zwykły filtr wodny jak w odkurzaczu nie za bardzo by się sprawdził, jego wydajność nie była by zbyt imponująca. Dlatego zarówno w urządzeniu do utylizacji gazów jak i w wielu innych zastosowaniach w przemyśle stosuje się tzw. aparat absorpcyjny z wypełnieniem, które znacząco rozwija powierzchnię kontaktu wody z gazem. Takie złoże rozwijające umieszczane jest w wysokiej kolumnie, gdzie od góry zraszane jest wodą a od dołu podawany jest gaz. W naszej pracowni powstał zgrubny projekt przedstawiony na poniższym obrazie.

Rys. 1 Projekt graficzny filtra płuczkowego.

 Do wykonania urządzenia postanowiliśmy użyć rur z przeźroczystego pleksiglasu oraz obrabianych na maszynie CNC płyt z grubego polietylenu. Z rury o średnicy 500mm wykonaliśmy główny zbiornik a z tej o średnicy 160mm obudowę złoża filtracyjnego. Pewne wyzwanie nastręczało połączenie ze sobą tych wszystkich części. Rozwiązaniem była już wiele razy stosowana przez nas metoda ściskania o-ringów. Gdy udało nam się w internecie znaleźć odpowiednie, gumowe o-ringi wykonaliśmy dodatkowe kołnierze ściskane wieloma śrubami.

Rys. 2 Podstawa zbiornika wodnego z pierścieniem zaciskającym o-ring.

 Na powyższym zdjęciu pokazaliśmy dolną podstawę zbiornika wody z wyciętym pierścieniem ściskającym o-ring, który uszczelni połączenie i zapewni także sztywność konstrukcji. Podstawę przykręciliśmy już także do aluminiowych profili na bazie których przygotujemy pozostałą konstrukcję urządzenia.

Rys. 3 Zamontowana rura z pleksy 500mm.

 Na etapie projektowania obawialiśmy się czy ten rodzaj połączeń się sprawdzi i rozważaliśmy także dobranie uszczelek o średnicy identycznej jak średnica rury a następnie ściśnięcie ich pomiędzy dolną i górną płytą z polietylenu dystansując je aluminiowymi profilami umieszczonymi w czterech rogach. Zrezygnowaliśmy jednak z tego pomysłu i okazało się to świetną decyzją. Połączenie kołnierzowe jest całkowicie szczelne i zapewnia bardzo mocną trwałość mechaniczną.

Rys. 4 Zawór spustowy zbiornika.

 W dolnej podstawie umieściliśmy zawór umożliwiający opróżnienie zbiornika, gdy woda ulegnie już znacznemu zanieczyszczeniu. Urządzenie będzie dość duże dlatego by ułatwić sobie przemieszczanie zamontowaliśmy blokowane kółka. Wystająca z jednej strony rama z profili aluminiowych posłuży do zamontowania komponentów maszyny oraz automatyki sterującej. Tak naprawdę wszystkie kolejne rozwiązania powstawały na żywo w trakcie montażu. W programie zaprojektowaliśmy jedynie główną część filtrującą.

Rys. 5 Próba szczelności zbiornika.

 Po ściśnięciu uszczelki pierwszym pierścieniem przyszedł czas na próbę szczelności, wypadła ona znakomicie. Ważne jest by równomiernie dokręcać wszystkie śruby na całym kołnierzu dla zapewnienia równomiernego ściskania i wycentrowaniu rury. Jeśli nie poświęci się tej czynności odpowiedniej staranności może dojść do deformacji pleksy lub uszkodzenia uszczelki.

Rys. 6 Górna część zbiornika wody i następne kołnierze mocujące obudowę złoża i rurę wlotu powietrza.

 Poruszając się z montażem w górę przyszedł czas na pokrywę. Do zbiornika będzie zamontowana w identyczny sposób jak u dołu. Górna jej część wyposażona została w dwa mniejsze kołnierze ściskające: dla rury złoża i rury wlotu powietrza. Na powyższym zdjęciu kołnierz ściskający pokazany jest od spodu, wycięliśmy w nich obszar w kształcie uszczelki dla jeszcze lepszego uszczelnienia i zabezpieczenia uszczelki przed deformacją w trakcie ściskania.

Rys. 7 Zmontowany zbiornik wody i wentylator nadmuchu powietrza.

 Teraz mamy już całkowicie zabudowany zbiornik wody, obsadzone górne pierścienie z o-ringami i zmontowany jest już aluminiowy stelaż na którym na razie widać jedynie wentylator nadmuchu powietrza. Połączenie wentylatora ze zbiornikiem wykonaliśmy rurkami o zmieniającej się średnicy i obsadziliśmy tam szybkozłączki pneumatyczne. Połączymy je z różnicowym przetwornikiem ciśnienia. Będzie to układ pomiaru przepływu powietrza, który w szczegółach opiszemy w dalszej części artykułu.

Rys. 8 Wypełnienie złoża sorpcyjnego.