ВИХРЕВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКТИВАТОР ВОЗДУХА

Полезная модель относится к устройствам экономии топлива в тепловых двигателях, конкретнее, к активаторам воздуха (ионизаторам, озонаторам воздуха) и может найти широкое применение в любых тепловых двигателях внутреннего сгорания, применяемых на автотранспорте и иных видах транспорта, а также и в теплоэнергетике.
Озонаторы и ионизаторы воздуха широко известны и содержат следующие основные элементы - полый корпус для прохода воздуха, активный (ионизирующий, озонирующий) электрод и источник высокого напряжения, присоединенный к этому активному электроду. Источник информации Источник информации сайт Интернет http://ru.wikipedia.org/wiki
Коронный разряд - это характерная форма самостоятельного газового разряда, возникающего в резко неоднородных полях. Главной особенностью этого разряда является то, что ионизационные процессы между электронами происходят не по всей длине промежутка, а только в небольшой его части вблизи электрода с малым радиусом кривизны (так называемого коронирующего электрода). Эта зона характеризуется значительно более высокими значениями напряженности поля по сравнению со средними значениями для всего промежутка.
Возникает при сравнительно высоких давлениях (порядка атмосферного) в сильно неоднородном электрическом поле. Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). Когда напряженность поля достигает предельного значения для воздуха (около 30 кВ/см), вокруг электрода возникает свечение, имеющее вид оболочки или короны (отсюда название).
На линиях электропередачи возникновение коронного разряда нежелательно, так как вызывает значительные потери передаваемой энергии. С целью сокращения потерь на общую корону применяется расщепление проводов ЛЭП на 2, 3, 5 или 8 составляющих, в зависимости от номинального напряжения линии. Составляющие располагаются в углах правильного многоугольника (или на диаметре окружности, в случае расщепления на 2 составляющих), образуемого специальной распоркой.
В естественных условиях коронный разряд может возникать на верхушках деревьев, мачтах - т.н. огни святого Эльма.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является устройство активации воздуха «Турбинный активатор воздуха для теплового двигателя») - патент РФ на полезную модель 121306, F02M 25/00, опубл. 20.10.2012 г. Авторы: Дудышев В.Д. и др.
Он содержит рабочую камеру в виде полого цилиндра из диэлектрика, завихритель в виде двух металлических лопастных турбин, размещенных по торцам полого диэлектрического цилиндра, два электрода внутри, и источник высокого постоянного напряжения, электрические выходы которого электрически присоединены к этим электродам, причем в качестве электродов использованы сами эти турбины. Данный активатор работает в основном как завихритель и ионизатор входного воздуха во воздушном тракте теплового двигателя, и практически не озонирует этот воздух. Кроме того, наличие этих двух лопастных турбин в активаторе воздуха создает значительное аэродинамическое сопротивление в воздушном тракте теплового двигателя, что снижает положительный эффект от данного активатора воздуха.
При всех достоинствах прототипа, следует отметить то, что данный прототип недостаточно эффективен для активации воздуха, и повышения полноты сгорания топлива, поскольку наличие в его конструкции двух лопастных турбин приводит к повышению аэродинамического сопротивления такого активатора воздуха, а вследствие конструктивных его особенностей в нем не возникает эффекта коронного электрического разряда, поэтому он не обеспечивает эффективное озонирование воздуха.
Признаки, общие у прототипа и предложенного технического решения: наличие рабочей камеры выполненной внутри корпуса устройства, который выполнен цилиндрической формы из диэлектрического материала, источник высокого напряжения и два металлических электрода, установленных в рабочей камере с зазором и электрически присоединенные к выходу источника высокого напряжения, завихритель воздуха.
Задачей создания данной полезной модели - является повышение качества активации воздуха посредством его озонирования и снижение аэродинамического сопротивления этого устройства, приводящее к уменьшению расхода топлива и уменьшению эмиссии вредных веществ.
Техническим результатом, достигнутым при реализации полезной модели является уменьшение аэродинамического сопротивления электродов.
Решение указанной задачи достигнуто в вихревом электрическом активаторе воздуха, содержащем рабочую камеру выполненную внутри корпуса устройства, выполненного цилиндрической формы из диэлектрического материала, источник высокого напряжения и два металлических электрода, установленных в рабочей камере и электрически присоединенные к выходу источника высокого напряжения, завихритель воздуха, тем, что электроды выполнены радиусной формы. Электроды могут быть установлены симметрично с зазорами относительно друг друга параллельно оси корпуса устройства. Электроды могут быть выполнены с острыми кромками на торцах. Завихритель воздуха может быть установлен перед рабочей камерой по направлению движения воздуха. Завихритель воздуха может быть установлен после рабочей камеры по направлению движения воздуха. Завихритель воздуха может быть выполнен в виде винтовой нарезки на внутренней поверхности корпуса устройства или корпуса завихрителя. Полый корпус устройства может быть выполнен из пластмассы. Корпус устройства может быть выполнен из керамики. Завихритель воздуха может содержать закручивающие лопатки. Закручивающие лопатки могут быть выполнены в виде плоских пластин, установленных под углом к плоскости, перпендикулярной оси устройства. Закручивающие лопатки могут быть выполнены в виде аэродинамических профилей. Завихритель может иметь внутренний кольцевой бандаж на закручивающих лопатках. Внутренний кольцевой бандаж может быть выполнен цилиндрическим. Внутренний кольцевой бандаж может быть выполнен коническим. Электроды могут быть присоединены к источнику высокого напряжения через металлические держатели и провода. Электроды могут быть присоединены к источнику высокого напряжения через выключатель. Электроды могут быть присоединены к источнику высокого напряжения через регулятор напряжения.
Описание полезной модели в статике
Предлагаемое устройство этого модернизированного вихревого электрического активатора воздуха пояснено на чертежах (фиг.1…19)
- на фиг. 1 приведено устройство с завихрителем перед рабочей камерой,
- на фиг. 2 приведен разрез A-A рабочей камеры, первые вариант,
- на фиг. 3 приведен разрез A-A рабочей камеры второй вариант с электродами П-образной формы,
- на фиг. 4 приведен разрез A-A рабочей камеры третий вариант с электродами скругленными по радиусу,
- на фиг. 5 приведен вид B с плоскими торцами электродов
- на фиг. 6 вид B электродов с острыми кромками на торцах.
- на фиг. 7 вариант устройства с установкой завихрителя перед рабочей камерой,
- на фиг. 8 приведена конструкция завихрителя выполненного в корпусе устройства,
- на фиг 9 приведена конструкция завихрителя выполненного в корпусе устройства,
- а фиг. 10 приведена конструкция завихрителя выполненного в корпусе завихрителя,
- на фиг. 11 приведена конструкция завихрителя выполненного в корпусе завихрителя и соединенного с корпусом устройства резьбовым участком,
- на фиг. 12 приведена конструкция завихрителя выполненного в корпусе устройства и соединенного с корпусом устройства фланцевым соединением,
- на фиг. 13 приведена конструкция завихрителя выполненного в корпусе устройства и соединенного с корпусом устройства фланцевым соединением,
- на фиг. 14 приведен вариант завихрителя воздуха с цилиндрическим внутренним бандажом,
- на фиг. 15 приведен вариант завихрителя с коническим внутренним бандажом,
- на фиг. 16 приведен вид C,
- на фиг. 17 приведен вид D,
- на фиг. 18 приведены закручивающие лопатки в форме плоских пластин,
- на фиг. 19 приведены закручивающие лопатки в форме аэродинамических профилей,
- на фиг. 20 приведен вариант вихревого электрического активатора воздуха с регулированием выходного напряжения блока высокого напряжения.
Устройство (фиг. 1…20) содержит рабочую камеру 1 выполненную внутри корпуса устройства 2. Корпус устройства 2 выполнен пустотелым цилиндрической формы из диэлектрического материала. Возможные материалы корпуса устройства 2: пластмасса или керамика. Кроме того, устройство имеет завихритель воздуха 3, два электрода 4 и 5, установленных на металлических держателях 6 и 7 внутри рабочей камеры 1.
Устройство содержит источник высокого напряжения 8, причем выходы этого источника высокого напряжения 8 электрическими проводами 9 присоединены через металлические держатели 6 и 7 к электродам 4 и 5.
К входу в источник высокого напряжения 8 низковольтными проводами 10 присоединена аккумуляторная батарея 11. На одном низковольтном проводе 10 установлен выключатель 12.
Электроды 4 и 5, могут быть выполнены различных вариантов: в виде параллельных друг другу плоских металлических пластин (фиг. 2), установленных параллельно оси устройства OO и симметрично относительно нее, в виде металлических пластин П-образной формы (фиг. 3) или в виде металлических пластин, скругленных по радиусу и установленных симметрично с зазорами δ относительно друг друга параллельно оси корпуса устройства 2 (фиг. 4) При этом на продольных торцах 13 металлических пластин (фиг. 5), могут быть выполнены острые кромки 14 (фиг. 6).
Завихритель воздуха 3 может быть установлен перед рабочей камерой 1 (фиг. 1) или после рабочей камеры 1 (фиг. 7).
Завихритель воздуха 3 в самом простом варианте исполнения может быть выполнен в виде резьбы 15 на внутренней поверхности 16 корпуса устройства 2. (фиг. 8 и 9)·
Завихритель воздуха 3 может быть выполнен в корпусе завихрителя 17 (Фиг. 10…13). Корпус завихрителя 17 может быть выполнен из любого материала, в том числе из диэлектрического материала (пластмасса и т.д.) или из металла, например, отлит из алюминиевого сплава.
При этом, завихритель воздуха 3 может быть выполнен в одном из вариантов в виде резьбы 15 на внутренней поверхности 18 корпуса завихрителя 17. Корпус завихрителя 17 может быть соединен с корпусом устройства 2 при помощи резьбового участка 19 (фиг. 10 и 11) или при помощи фланцевого соединения, содержащего фланцы 20 и 21 и болтовые соединения 22. (фиг. 12 и 13).
Возможен вариант исполнения завихрителя воздуха 3 в виде закручивающих лопаток 23, выполненных на внутренней стенке 18 корпуса завихрителя 17 (фиг. 14…17). Конструктивно закручивающие лопатки 23 могут быть изготовлены отдельно, а потом закреплены на корпусе завихрителя 17 или отлиты в форме совместно с корпусом завихрителя 17. Кроме того, внутри корпуса завихрителя 17 концентрично ему моет быть выполнен внутренний кольцевой бандаж 24, который может быть цилиндрическим (фиг. 14 и 16) или конической формы (фиг. 15 и 17) с рапсширением канала по потоку для того, чтобы привести во вращательное движение весь объем идущего воздуха. Внутри кольцевого бандажа 24 образуется отверстие 25, снижающее аэродинамическое сопротивление завихрителя воздуха 3 за счет перепуска большей части воздуха.
Закручивающие лопатки 23 могут быть выполнены в виде плоских пластин, установленных под углом β к плоскости перпендикулярной плоскости оси устройства OO (фиг. 18), или в виде аэродинамических профилей (фиг. 19) наподобие сопловых лопаток турбин газотурбинных двигателей. Они обеспечивают плавное преобразование осевого движения потока воздуха в движение под углом для его закрутки. При этом во втором варианте с применением аэродинамических профилей для закручивающих лопаток 23 их аэродинамическое сопротивление будет меньше.
Устройство может содержать регулятор напряжения 26 (фиг. 20). Электроды 4 и 5 в этом случае присоединены к источнику высокого напряжения 8 через регулятор напряжения 26, который позволят регулировать выходное напряжение в зависимости от температуры окружающей среды или влажности воздуха.
Работа устройства
Покажем работу этого устройства на примере его использования в тепловом двигателе (фиг. 1…20). Вначале монтируют корпус устройства 2 с рабочей камерой 1 в воздуховод теплового двигателя (на фиг. 1…20 двигатель не показан), и электрически присоединяют источника высокого напряжения 8 к металлическим держателям 6 и 7 по выходу и к аккумуляторной батарее 11 через выключатель 12 (замок зажигания) по входу. Затем запускают в работу вначале сам тепловой двигатель. При этом возникает сильное разряжение воздуха в его впускном воздушном тракте. Поток атмосферного воздуха, засасывается внутрь воздушного тракта теплового двигателя, и после его очистки в воздушном фильтре (не показан), попадает в рабочую камеру 1 активатора воздуха и закручивается в нем завихрителем воздуха 3. Благодаря резьбе 15 или закручивающим лопаткам 22 завихрителя воздуха 3 поток воздуха эффективно закручивается. Вследствие наличия центрального отверстия 25 в завихрителе воздуха 3 и малому углу разворота β (атаки) закручивающих лопаток 23 по отношению к вектору направления потока воздуха (в опытном макете он составлял примерно 15 градусов), аэродинамическое сопротивление завихрителя во духа 3 для потока воздуха минимально. Затем включают в работу источник высокого напряжения 8. В результате подачи высокого напряжения на электроды 4 и 5 через металлические держатели 6 и 7, между электродами 4 и 5 возникает сильное электромагнитное поле. Под воздействием данного поля, между электродами 4 и 5, размещенными на фиксированном определенном расстоянии друг относительно друга, возникает устойчивый коронный электрический разряд в рабочей камере 1 и мощная электронная эмиссия между электродами 4 и 5, смешивается с проходящим потоком воздуха и озонирует и ионизирует его внутри рабочей камеры 1 в пространстве между этими двумя электродами 4 и 5. В результате, атмосферный воздух с выхода рабочей камеры 1 данного устройства существенно активируется (завихряется, озонируется и ионизируется). Как следствие, значительно возрастает его окислительная способность. Вихревое смешивание такого завихренного активированного воздуха с топливом во впускном тракте теплового двигателя обеспечивает мелкое дробление топливных капель и в итоге обеспечивает для теплового двигателя активированную однородную (гомогенную) топливную смесь.
При необходимости в зависимости от температуры окружающей среды и влажности воздуха напряжение на выходе источника высокого напряжения 8 может корректироваться при помощи регулятора напряжения 26 (фиг. 20).
Поскольку в данном активаторе воздуха по сравнению с прототипом существенно снижено аэродинамическое сопротивление электродов 4 и 5 и производится достаточно много озона, то это и приводит в итоге к более полному наполнению в камерах сгорания теплового двигателя и более полному сгоранию такой активированной топливо-воздушной смеси в камерах сгорания тепловых двигателей. Как следствие, появляется и экономия топлива (до 15%) и повышение его мощности (до 10-20%) в разных режимах работы и в два-три раза снижается токсичность выхлопных газов теплового двигателя. Таким образом, существенные конструктивные отличия нового вихревого электрического активатора воздуха обеспечивают достижение заявленных технических результатов для данной полезной модели. Устройство создано в виде опытного образца, проверено, испытано на серийных тепловых двигателях автомобилей ВАЗ.