Jak funguje vodní vysavač?

Není náhodou, že mokré čištění bylo vždy považováno za nejlepší alternativu k zametání a vysávání. Účinnost mokrého čištění je jasně prokázána na makroúrovni. Vysavače s vodním filtrem fungují na fenoménu přilnavosti vody. A je zde několik zajímavých bodů.

Vysavač klasického „suchého“ provedení zachovává hrubé médium, tedy velké částice, jejichž průměr se měří ve stovkách mikrometrů. A menší prachové částice procházejí takovým vysavačem při přepravě a vylétají z odvzdušňovacího ventilu v podobě jemných prachových částic o velikosti 20, 15, 10 mikrometrů nebo méně. Ukazuje se, že takové vysavače čistí povrchy od velkého prachu, ale znečišťují okolní vzduch jemným prachem. U lidí se zdravým dýchacím ústrojím to není nijak zvlášť patrné, ale astmatik to stejně jako alergik okamžitě pocítí, pokud prach obsahuje alergen. Není náhodou, že mokré čištění bylo vždy považováno za nejlepší alternativu k zametání a vysávání. Účinnost mokrého čištění je jasně prokázána na makroúrovni. Absolutně všechny fáze čištění jsou založeny na jednom komplexním, ne zcela pochopeném jevu:

• adheze je fyzikální proces, kdy se povrchy různých těles k sobě lepí a fáze mohou být jak „pevné/pevné“, tak „tuhé/kapalné“, stále neexistuje žádná definitivní teorie, která by adhezi plně vysvětlovala, existuje jen několik základních (adsorpční, elektrická, mechanická, elektronická, difúzní, chemická), předpokládá se, že v praxi dochází k implementaci všech teorií, jen s převahou jedné či druhé různé v závislosti na konkrétním procesu.
• Je zřejmé, že vysavače s vodním filtrem fungují na fenoménu přilnavosti vody. A zde je několik zajímavých bodů:
• prostý průchod prachu vodním polštářem proudem vzduchu nepřinese žádné zvláštní výsledky – ve vodě zůstanou pouze velké částice, které jsou jasně viditelné pouhým okem, zatímco všechny ostatní v důsledku fluktuačního narušení médií , skončí ve vzduchových bublinách-kapslích a budou volně vycházet;
• částice o průměru menším než 10 mikrometrů díky své malé velikosti vykazují slabší adhezní vazby s vodními kapkami, než je intermolekulární interakce molekul vody v těchto kapičkách, takže nedochází ke smáčení (přilnutí vody k cizímu médiu);
• konečně prach se může skládat z částic, které vykazují výrazné hydrofobní vlastnosti, například pokud tyto částice obsahují lipidy (tuky).

Aby aquafiltr skutečně zachytil prachové částice jakékoli chemické povahy a jakékoli velikosti, byla vyvinuta tři technologická řešení:

• turbulentní aquafiltr;
• aktivní separátor;
• HEPA filtr.

Turbulentní aquafiltr

Podstatou této technologie je, že v oblasti, kde se nachází vodní fáze, se zakřivením přepážek naruší pohyb proudění vzduchu a vznikne jakýsi hurikán. V meteorologii dokonce existuje specifická obdoba tohoto jevu: výškové panelové budovy dokážou proměnit obyčejný nárazový vítr ve skutečnou bouři, protože je zasáhne proud vzduchu. Taková turbulence vytváří chaotický závoj vodního prachu a turbulence vede k tomu, že drobné kapičky vody (velikost srovnatelné s jemným prachem 8-10 mikrometrů) začnou doslova bombardovat prachové částice. To vše zlepšuje proces smáčení. A jakmile se kapka vody přichytí na prachovou částici, okamžitě zvětší svou hmotnost a částice je unášena dolů do společného „oceánu“.

Aktivní separátor

Pokud lze předchozí možnost srovnat s modelováním chaotického hurikánového větru, pak zde mluvíme o modelování tornáda. Výkonná lopatková turbína, jejíž otáčky se v závislosti na modelu pohybují od 20 do 40 tisíc otáček za minutu, tvoří ve vysavači minichrlič vody. Za takových podmínek, jak tvrdí výrobci, je 99,999 % veškerého prachu smáčeno. Hlavním problémem těchto vysavačů je jejich cena. I vysavač s vodním filtrem, kde vznikají turbulence, je mnohem dražší než jeho „suché“ protějšky. Zde je nutné vytvořit turbínový mechanismus z odolných materiálů a vybavit jej výkonnými bateriemi, které stačí k přeměně vodní zóny na vodní chrlič. V nákupech ve spotřebitelském sektoru proto převažují vysavače s turbulentním aqua filtrem. A pro zvýšení účinnosti této technologie byl do takových vysavačů zaveden třetí prvek: HEPA filtr.

HEPA filtr

Geometricky podobný filtr se skládá z řad náhodně umístěných vláken navrstvených na sobě. Vlákna se skládají z polymerních materiálů s různými inkluzemi. Průměr takových vláken se pohybuje od 0,5 do 5 mikrometrů a mezery mezi nimi se pohybují od 5 do 50 mikrometrů. A to i přesto, že HEPA filtr je navržen tak, aby zachytil prachové částice o velikosti od 0,01 do 10 mikrometrů. Navíc mnohé z nich budou stále vykazovat hydrofobní vlastnosti. Jak je to možné? Fungování HEPA filtru je založeno na 4 fyzikálních principech:

Princip síta. Všechno je zde jednoduché. Z nějakého důvodu velké prachové částice (více než 10 mikrometrů), které nejsou smáčené, uvíznou mezi vlákny díky své velikosti. Jednoduše řečeno, neprocházejí otvorem. Obecně by však měl být HEPA filtr před takovými částicemi chráněn, protože jeho hlavním účelem není propustit jemně rozptýlená média (méně než 10 mikrometrů). A velké částice jednoduše ucpou všechny póry a filtr se stane nevhodným pro další použití. Aby se tomu zabránilo, jsou před HEPA filtr umístěny 1-2-3 jednodušší hrubé filtry třídy G.

Princip difúze. Nejmenší částice (méně než 0,1 mikronu) v proudu vzduchu aktivně vykazují Brownův pohyb – nepředvídatelné chaotické odchylky do strany. Takové částice, procházející mezi vlákny a vychylující se, se nevyhnutelně dotýkají jejich povrchu. A jakmile k tomu dojde, dojde k adhezi. Zajímavé je, že čím menší částice, tím silnější je adhezní interakce. Dokonce i částice menší než 10 mikrometrů usazené na vláknech budou vyžadovat odstranění nejméně 600 Pascalů. Proto je HEPA filtr zbytečné vysávat, foukat a prát. Tento čisticí systém zachycuje prach, který nelze odstranit běžnými metodami v domácnosti. Proto musí být HEPA filtr vyměněn pouze po dlouhodobém používání.

Princip setrvačnosti. Relevantní pro poměrně velké částice (asi 1 mikrometr nebo více). Vzduchové proudy se ohýbají kolem vláken a velké prachové částice v těchto proudech při zatáčkách díky setrvačnosti z nich mohou vyletovat a narážet do vláken. Poté dochází k adhezi.

Princip angažovanosti. Hraje velkou roli při zadržování částic s maximální penetrační schopností (Most Penetrating Particle Size (MPPS)). Jsou to částice, které jsou již příliš velké pro Brownův pohyb, ale stále příliš malé na to, aby vylétly z proudů vzduchu setrvačností během zatáček. Význam záběru spočívá v tom, že částice se potřebuje pouze přiblížit k vláknu na vzdálenost rovnou jeho poloměru. Poté dojde k přitažlivosti. Možná zde působí aspekty elektrické teorie adheze.

Vysavače vybavené HEPA filtrem vykazují paradoxní výsledky ve své funkčnosti. Čím déle se používají, tím lépe dochází k čištění. To je způsobeno tím, že jemný prach, usazující se na vláknech, zvětšuje jejich průměr. Mezery mezi vlákny se tak zmenší. A jemné částice jsou zadržovány efektivněji.