СОТОВЫЙ ИОНИЗАТОР ВОЗДУХА

Полезная модель относится к многофукциональным ионизаторам воздуха
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков является бытовой ионизатор воздуха по схеме люстры Чижевского (прототип - в кн. Скипетрова В.П. «Аэроионы и жизнь». - Саранск: "Крас. Окт.", 2005-136 с.)
Конструкция ионизатора-прототипа
Конструкция ионизатора воздуха, предложенная А.Л.Чижевским, напоминает по свое конструкции люстру. К потолку, на изоляторах, подвешиваются многоостриевые ионизирующие электроды - излучатели. Для каркаса использовался легкий металлический обод - кольцо диаметром 1000 мм, изготовленный из латунной трубки или стали. На этом каркасе натягивалась проволока диаметром 0,25...0,3 мм, по двум взаимно перпендикулярным осям с шагом 45 мм. Натянутые проволоки образуют часть сферы (сетку) выступающую вниз со стрелкой прогиба, равной 100 мм. В точках пересечения проволоки впаяны стальные булавки - острия длиной 300 мм в количестве 372 штук. Электроэффлювиальная люстра подвешивается на фарфоровом высоковольтном изоляторе к потолку помещения и соединяется шинопроводом с отрицательным полюсом источника высокого напряжения, второй полюс которого заземлен.
Такая конструкция признана как классический ионизатор - классическая Люстра Чижевского. Таким образом, данный ионизатор-прототип содержит следующую совокупность существенных признаков: корпус из электроизоляционного материала, с укрепленной в нем металлической сеткой и жестко укрепленную на ней систему металлических игл, блок высокого напряжения постоянного тока, имеющий два рабочих вывода, и высоковольтный провод, электрически соединяющий вывод отрицательного высоковольтного электрический потенциала этого блока и металлическую сетку, причем второй вывод этого блока высокого напряжения с положительным электрическим потенциалом надежно электрически заземлен.
Принцип работы известного ионизатора - люстры Чижевского
В основе работы ионизатора воздуха положено явление электронной эмиссии с концов острых металлических игл при достаточной напряженности электрического поля на них В электрическом поле высокого градиента потенциала (у остриев электроэффлювиальной люстры) происходит выход электронов с поверхности остриев этих электродов. Чтобы этот выход электронов совершился, величина кинетической энергии электрона должна достичь определенного значения. Кроме того, вылетевший из металла острия электрон должен обладать еще дополнительной кинетической энергией, чтобы ионизировать
2
молекулы воздуха или его составной части, - кислорода. Для придания электронам необходимой энергии при выбросе из металлических острий следует подать на люстру ток напряжением не менее 20-25 киловольт. При этом из иглы вырываются активно электроны, которые, сталкиваясь с молекулой кислорода, образуют отрицательный ион. Т.е. отрицательный ион кислорода - это молекула кислорода О с дополнительным, свободным электроном. Эти отрицательные аэроионы будут разлетаться от острия, иглы ко второму, положительному электроду, по направлению силовых линий электрического поля. Электрон, покинувший металл острия, может разогнаться электрическим полем до такой скорости, что, столкнувшись с молекулой кислорода, он выбивает из нее еще один электрон, который, в свою очередь, тоже может разогнаться, и выбить еще один, и т.д. Таким образом, может образоваться поток, лавина электронов, летящая от острия к положительному электроду. Лишившиеся своих электронов положительные ионы кислорода притягиваются к отрицательному электроду - игле, разгоняются полем и сталкиваясь с металлом острия, могут выбивать дополнительные электроны. Таким образом, возникают два противоположных лавинообразных процесса, которые взаимодействуя друг на друга образуют электрический разряд в воздухе, который получил название тихий. Этот разряд сопровождается слабым свечением вблизи острия. Возникает этот фотоэлектрический эффект из-за того, что некоторые атомы получают от соударений с электронами энергию, недостаточную для ионизации, но переводящую электроны этих атомов на более высокие орбиты. Переходя обратно в состояние равновесия, атом выбрасывает излишек энергии в виде кванта электромагнитного излучения - тепла, света, ультрафиолетового излучения. Таким образом, на кончиках игл образуется свечение, которое можно наблюдать в полной темноте. Свечение усиливается, с увеличением потоков электронов и ионов, например, при поднесении руки к кончикам иголок на небольшое расстояние 1-3 см. При этом рука чувствует этот поток ионизированного воздуха. Но в люстре Чижевского этот поток ионизированного воздуха достаточно слабый - 0,2 м/с, и это устройство не позволяет очищать воздух
Цель изобретения состоит в существенном (в разы)повышении производительности известного ионизатора, а именно повышение скорости и интенсивности потока ионизированного воздуха с выхода известного ионизатора и в обеспечении новых полезных функций прототипу, а именно функции электрофильтра и электростатического охлаждения струи воздуха
Сущность предлагаемой полезной модели сотового ионизатора заключается в использовании эффекта ускорения электронов и захваченных ими молекул ионизированного воздуха к противоположному по знаку электрическому заряду и в
использовании сотовой структуры ускоряющих каналов для электрического разгона и одновременного охлаждения струи ионизированного воздуха.
Указанный технический результат данной полезной модели ионизатора воздуха достигается тем, что известное устройство, состоящее из корпуса, выполненного из электроизоляционного материала, и непосредственно из конструкции ионизатора воздуха выполненного в виде прочно укрепленной в этом корпусе металлической сетки с жестко укрепленных на ней металлических игл, источник высокого напряжения постоянного тока и высоковольтный провод, электрически соединяющий отрицательный высоковольтный электрический потенциал этого источника и металлическую сетку с иглами, причем второй вывод этого блока высокого напряжения с положительным электрическим потенциалом надежно электрически заземлен, дополнено сотовым электрическим ускорителем воздуха, содержащим множество полых диэлектрических трубок с вставленными в них остриями металлических игл и съемным электрофильтром, вставленным в корпус за сотовым ускорителем и содержащим пыле-зарядо-сборные электроды, в виде обода и укрепленной в нем металлической сетки, электрически присоединенных к положительному электрическому потенциалу высоковольтного источника напряжения, причем данное устройство снабжено увлажнителем воздуха, содержащим тонкие металлические полые трубки, размещенные на металлической сетке первого ионизатора, присоединенные к емкости с водой, а сам сотовый ионизатор воздуха может быть выполнен многокаскадным, с количеством идентичных каскадов, содержащих упомянутые ионизаторы, сотовые ускорители и электрофильтры, присоединенных друг к другу последовательно с их количеством и параметрами, выбранными по условиям требуемой скорости струи воздуха, ее очистки и ее охлаждения
Описание устройства полезной модели Полезная модель предлагаемого сотового ионизатора воздуха показана на рис.1-4. В качестве простого примера рассмотрена конструкция и работа двухкаскадного сотового ионизатора-воздухоочистителя. Но в принципе каскадов ионизации и ускорения струи воздуха может быть и более. Четыре приводимых в тексте описания данной полезной модели рисунка с блока - схемами конструкции и электрической части этого устройства даны упрощенные. с минимальной детализацией элементов, достаточной для понимания принципа его работы.
На рис.1 дан фронтальный вид двухкаскадного устройства сотового ионизатора в сборе и в разрезе На рис.2 показан в изометрии упрощенно блок сотового ускорителя ионизированного воздуха. На рис.3 показаны полые трубки этого блока сотового ускорителя воздуха. На рис.4 показана конструкция электронного инжектора (электронной пушки)
Описание устройства полезной модели в статике Сотовый двухкаскадный ионизатор воздуха состоит из двух идентичных устройств 1, 2, механически соединенных между собою последовательно, образуя две ступени ускорения и ионизации воздуха. Каждое из этих идентичных устройств 1, 2 представляет собою сотовый ионизатор воздуха и содержит цилиндрический полый корпус 3, 4, в которые вставлены последовательно слева направо ионизаторы 5, 14, представляющие собою электронные пушки в виде системы игольчатых электродов 28, размещенных в металлическом кольце 7 на металлической сетке 27, с остриями электродов 2 8, направленными внутрь корпуса 1, за ионизаторами 5, 14 размещены также сотовые ускорители 9, 16 ионизированного воздуха, состоящие из множества полых трубок 23 со сквозными отверстиями 24 закрепленные в кольцах 10, 15 из электроизоляционного материала, например, из фторопласта, и плотно посаженные на них в корпусах 3, 4 причем острия игольчатых электродов 28 вставлены в отверстия 24 трубок 23 и далее за сотовыми ускорителями в корпусах 3, 4 установлены дисковые полые электрофильтры 11, 17 с, с металлическими сетками 11, 17, и металлическими цилиндрическими электродами 12, 18, прочно вставленные в диэлектрические кольца 13, 19, плотно размещенные внутри полых внешних цилиндров - корпусов 3, 4. Металлические внешние кольца 7 в ионизаторах 5, 14 электрически присоединены к минусу высоковольтного источника напряжения 20, причем в эти кольца вставлены металлические сетки 27, на которых прочно прикреплены игольчатые электроды 28, с их остриями, направленными в сторону сотовых ускорителей 9, 16. Блок высокого напряжения 20 электрически присоединен к первичному источнику электроэнергии 21. Электрический высоковольтный разъем 22 служит для электрического подсоединения блока 20 к ионизаторам 5, 14 и электрофильтрам 11, 17. Устройство сотового ионизатора дополнено также устройством тонкого электростатического распыления воды, содержащего полые металлические трубки 29, с внутренним диаметром 1-2 мм, размещенные на упомянутой металлической сетке 27 и соединенные с емкостью 30 с водой.
Описание работы устройства Устройство двухкаскадного сотового ионизатора работает следующим образом. Вначале подключают источник 21 первичной электроэнергии к блоку 20 высокого напряжения. Этот блок выдает на выходе напряжение порядка 30 кВ и выше. В этом случае минусовой высоковольтный электрический потенциал с блока 20 поступает на ионизаторы 5, 14, а его плюсовой электрический потенциал подают на металлические кольца 12, 18 электрофильтров 11, 17. Благодаря мощной электронной эмиссии с игл электродов 28 и с металлических сеток 27 после подачи на них высокого отрицательно электрического потенциала в первом каскаде сотового ионизатора 1
возникает «электронный ветер«, причем наибольший вклад в него вносит электронная эмиссия именно с остриев игл 28, которым и создается первичная ионизация входящего воздуха и его ускорение в направлении полых трубок 23. Далее, этот сформированный ламинарный поток ионизированного воздуха электрически ускоряется в полых отверстиях 24 трубок 23 вследствие притяжения образованных ранее отрицательно заряженных электронов электронного ветра и ионов воздуха к противоположно заряженному электроду 12, механически и электрически соединенного с металлической сеткой электрофильтра 11.
Электрофильтр 11 осуществляет электростатическое пылеулавливание из воздуха. Электростатический заряд, создаваемый между отрицательно заряженными ионизационными электродами 28 ионизатора 5 и положительно заряженными пылеулавливающими элементами - металлической сеткой 11 и кольцевым электродом 12 обеспечивает притяжение загрязняющих воздух веществ, имеющих вследвсии электризации воздуха отрицательный электрический заряд к металлической сетке 11 и кольцевому электроду 12, имеющим положительный электрический заряд Электрофильтры 11, 16 сделаны легкосъемными и многоразовым для удобства их очистки После сбора пыли из проходимого через него воздуха в этом электрофильтре 11 и частичной нейтрализации им отрицательного электрического заряда, сформированная струя воздуха поступает на вход второго каскада 2 сотового ускорителя-ионизатора, в котором возникает аналогичный процесс его начального ускорения новым электронным ветром от ионизатора 14 с последующим дополнительным разгоном струи воздуха по полым трубкам 23 второго сотового ускорителя 16 по направлению к противоположно заряженной металлической сетке 17 второго электрофильтра и последующей дополнительной фильтрацией этого ионизированного воздуха на данной электрически заряженной металлической сетке 17. После прохождения через эту сетку 17 дополнительно ускоренный и очищенный ионизированный поток воздуха поступает в помещение. Благодаря сформированному потоку ускоряемого электрическим полем воздуха внутри полостей ионизатора-фильтра, через это устройство, создается постоянная циркуляция и очистка воздуха помещении через этот двухкаскадный сотовый ионизатор. Данная полезная модель достигает поставленные цели и существенно усовершенствует прототип - люстру Чижевского. В отличии от прототипа, предлагаемое устройство сотового двухкаскадного ионизатора воздуха обладает функцией очистки воздуха от пыли, поскольку имеет двойной электрофильтр. Благодаря наличию двух ступеней электрического разгона струи ионизированного воздуха посредством сотовых каналов и металлических сеток с противоположными электрическими потенциалами
возникает ускорение струи воздуха до скоростей порядка 3-5 м/с на выходе устройства 2 второй ступени двухкаскадного ионизатора при минимальном электропотреблении устройства от блока 20 высокого напряжения всего порядка 10 ватт. В случае необходимости дальнейшего повышении скорости воздуха через такой ионизатор нужно увеличить количество идентичных ступеней, соединенных последовательно. Вода из емкости 30 дозировано впрыскиваемая через тонкие металлические трубки 29. внутрь корпуса 3 сотового ионизатора 1 предельно тонко распыляется электростатическими силами на срезе трубок 29 и попадает в отверстия 24 ускорительных трубок 23 и далее, имея отрицательный электрический заряд, также ускоряется в них увлекая собою и ионизированный воздух. В результате, сотовый ионизатор приобретает полезную функцию увлажнителя воздуха. а влажный воздух способствует охлаждению воздуха. а также уплотнению пыли, оседаемой из потока воздуха на металлических сетках электрофильтров 9, 16, что способствует их более продолжительной работы между их периодическими очистками.
Отметим, что вследствие введения в конструкцию обоих каскадов 1, 2. данного ионизатора оригинальной сотовой конструкции электрического ускорителя, содержащего значительное количество параллельных полых трубок 23 с вставленными в них остриями электродов 28, в них возникает максимальный эффект кулоновского ускорения воздуха в полостях 24 этих параллельных диэлектрических трубок 23 в направлении противоположно электрически заряженных электродов 11, 12. Этот эффект ускорения воздуха исходно возникает вследствие электрического отталкивания ионизированных молекул различных газов воздуха и наэлектризованных пылинок содержащихся исходно в воздухе, от инжектированного в воздух вблизи каждого острия электрода 28 отрицательно заряженного облака электронов от самого неподвижного острия игольчатого электрода 28, имеющего одноименный электрический заряд.
В результате возникает эффект электростатического отталкивания и выдавливания силами кулона этой порции наэлектризованного воздуха возле игл электродов 28 от самих электродов 28 с последующим ускорением этого потока ионизированного и наэлектризованного отрицательным зарядом воздуха к противоположному электрическому заряду, размещенному на металлической сетке электрофильтра 11. Процесс последующего ускорения и очистки воздуха во втором каскаде 2 этого сотового ионизатора через полые каналы сотового ускорителя 17. аналогичен процессам в первом каскаде ионизатора 1. В результате, данное электрическое сотовое ионизирующее воздухоочищающее устройство посредством многокаскадного электрического разгона ионизированного воздуха само создает высокоскоростной поток ионизированного
охлажденного, очищенного и увлажненного воздуха, причем только электрическими силами, и при минимальном потреблении электроэнергии.
Таким образом, предлагаемая полезная модель многокаскадного сотового ионизатора имеет существенные отличия, новые функции в частности электрофильтра и существенный положительный эффект бесконтактного электрического создания скоростной струи воздуха, т.е. обладает новыми полезными свойствами по сравнению с выбранным прототипом - известным ионизатором Дополнительный положительный эффект состоит в охлаждении выходного потока воздуха по сравнению с температурой входного воздуха в связи с упорядочиванием теплового движения молекул этого наэлектризованного воздуха внутри данного устройства
В связи с бесконтактностью, бесшумностью и малым электропотреблением для создания скоростного потока очищаемого воздуха данное многокаскадное сотовое ионизирующее устройство рекомендуется к внедрению не только в качестве бытовых ионизаторов, но путем встраивания в персональных и переносных компьютерах взамен электромеханических шумящих вентиляторов, обладающих пониженной надежностью. В случае такого применения становится возможным сократить электропотребление персональных компьютеров, защитить их от пыли и повысить их бесшумность, а значит, комфортность в работе и их надежность.