ЭЛЕКТРООЧИСТИТЕЛЬ С ПАРНЫМ ПОДКЛЮЧЕНИЕМ ЭЛЕКТРОДОВ К ИСТОЧНИКУ ЭНЕРГИИ
ELECTRIC CLEANER WITH PAIRWISE CONNECTION OF ELECTRODES TO SOURCE OF ENERGY

Изобретение относится к устройствам очистки диэлектрических жидкостей и газов от механических примесей.
Известен электрический очиститель диэлектрических жидкостей [1], включающий корпус и осадительные электроды, выполненные в виде металлических пластин с прорезями, образующими каналы для прохода жидкости, и снабженные перегородками из диэлектрического материала. Осадительные электроды подключены к источнику постоянного высокого напряжения с чередованием знака потенциала.
Недостатком данного очистителя является то, что подключение электродов с чередованием знака потенциала не позволяет достигать возможной эффективности очистки диэлектрической среды.
Известен электроочиститель диэлектрических жидкостей и газов с непараллельными электродами [2], включающий корпус и осадительные электроды, выполненные не плоскими, а в виде конуса. Электроды поочередно соединены с источником высокого напряжения.
Недостатком этого электроочистителя является невозможность достичь желаемой эффективности его работы.
Наиболее близким к изобретению является электрический очиститель диэлектрических жидкостей (и газов) с односторонним расположением отверстий в электродах [3], включающий корпус и осадительные электроды с одним отверстием, расположенным близко от края электрода. При сборке электроды располагают так, что отверстия в соседних электродах находятся диаметрально противоположно. Электроды подключены к источнику высокого напряжения с чередованием знака потенциала.
Недостатком этого электроочистителя является то, что в нем не реализуется возможная производительность и степень очистки диэлектрической среды.
Цель изобретения - повышение эффективности работы электроочистителя.
Сущность изобретения заключается в том, что электроды электроочистителя подключены к источнику постоянного высокого напряжения попарно: два соседних электрода соединены с положительной клеммой источника электроэнергии, последующие два - с отрицательной клеммой, последующие два - снова с положительной клеммой, последующие два - снова с отрицательной клеммой и т.д. до последнего электрода, причем первая пара электродов, считая со входа в электроочиститель, подключена к положительной клемме источника энергии, а между электродами, имеющими одинаковый знак потенциала, установлены кольцевые прокладки из любого материала, для обеспечения требуемого расстояния между этими электродами, но между парами электродов с одинаковым знаком электрического потенциала установлены кольцевые прокладки из диэлектрического материала, для предотвращения электрического пробоя между соседними, разноименно заряженными парами электродов.
Такое соединение электродов с источником напряжения увеличивает количество частиц примесей, заряжающихся в межэлектродном пространстве.
В настоящее время межэлектродное пространство образовано положительным и отрицательным электродами. При движении потока очищаемой среды в межэлектродном пространстве некоторые частицы касаются положительного электрода (подсоединенного к положительной клемме источника энергии), а другие - отрицательного электрода. Частицы загрязнений, как и все материальное, состоят из атомов и молекул. В ионы (заряженные частицы) превращаются атомы и, редко, молекулы. Поэтому предполагается, что при касании электродов частицами загрязнений из последних образуются как положительные, так и отрицательные ионы. Однако это не так. Положительные ионы в области, прилегающей к положительному электроду, образуются довольно легко. Для их образования необходимо оторвать электрон с внешней орбиты атома. Это и происходит при касании частиц загрязнений положительного электрода, на котором имеется недостаток электронов. Энергия же электрического поля на электроде (от 5 до 25 кВ) вполне достаточна для отрыва электрона от атома (энергия электрического поля выше потенциала ионизации атома).
Однако, для образования отрицательных ионов (присоединения электрона к атому) требуются особые условия. Образование отрицательных ионов осуществляется так [4]: во-первых, в случае диссоциативного прилипания электрона к атому. Но для этого требуются достаточно высокие скорости электронов, чего нет в электроочистителе; во-вторых, в случае радиационного прилипания электронов к атому и молекуле, чего опять же нет в межэлектродном пространстве; в-третьих, прилипание электрона к молекуле возможно при тройных столкновениях, чего опять же нет на отрицательном электроде; в-четвертых, возможно образование отрицательных ионов в газовом разряде, но газового (или иного) разряда в межэлектродном пространстве не допускается; в-пятых, стекание отрицательных ионов возможно с острых поверхностей, но электроды плоские, и заостренные поверхности в электроочистителе отсутствуют. Также образование отрицательных ионов невозможно у атомов с заполненными внешними оболочками, в частности у щелочноземельных элементов и инертных газов.
Таким образом получается, что в межэлектродном пространстве, заключенном между положительным и отрицательным электродами, образуются, в основном, только положительные ионы. Отрицательные ионы или вообще не образуются или образуются в очень малых количествах. При этом, если поток ламинарный (малый расход очищаемой среды), то образование ионов из нейтральных атомов примесей, происходит только в прилегающей к поверхности положительного электрода зоне (образуются положительные ионы). Остальная область межэлектродного пространства, в том числе и поверхность отрицательного электрода, не участвует в образовании ионов, т.е. является нерабочей зоной. Если же поток очищаемой среды в межэлектродном пространстве турбулизируется (перемешивается) при увеличении скорости его движения, когда возрастает расход очищаемого потока, то часть образовавшихся положительных ионов может попасть (притянуться) на отрицательный электрод и осесть на нем. Тогда в следующее межэлектродное пространство поступит меньшее количество ионов. Вообще скорость очистки диэлектрической среды зависит от количества ионов, образующихся в межэлектродном пространстве: чем больше их будет образовываться, тем больше частиц примесей будет оседать на электродах, тем быстрее и полнее будет очищаться диэлектрическая среда. Нейтральные частицы не оседают на электродах. И этим будет обеспечиваться рост эффективности работы электроочистителя. Поэтому авторы предлагают разделить все электроды как бы на отдельные секции, представляющие из себя межэлектродные пространства. Но каждое межэлектродное пространство образовано электродами, подключенными к одному знаку потенциала источника электроэнергии, причем соседние межэлектродные пространства подсоединены к разным полюсам. Тогда в межэлектродном пространстве, образованном положительными электродами, будет появляться количество положительных ионов в два с лишним раза больше, чем в существующих электроочистителях (для очистки от загрязнений не важно, какого знака ионы образуются). А в следующем межэлектродном пространстве эти положительные ионы будут притягиваться отрицательными электродами и осаждаться на них. Процессы образования ионов и их осаждение будут происходить более активно, чем сейчас.
Сопоставительный анализ позволяет сделать вывод о том, что предлагаемый электроочиститель отличается от прототипа тем, что в нем электроды подключены к источнику высокого напряжения не с чередованием знака потенциала, а попарно:
два соседних электрода соединены с положительным знаком, последующие два - с отрицательным знаком и т.д. все электроды. Причем первые два электрода, начиная от входа, подсоединены к положительному знаку потенциала. Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию «новизна».
Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом устройстве, и признать его соответствующим критерию «существенные отличия».
Применение всех новых признаков позволяет существенно увеличить образование ионов из механических частиц загрязнений и их осаждение, т.е. увеличить эффективность очистки диэлектрических сред.
На фиг.1 представлен общий вид очистителя в продольном разрезе, а на фиг.2 - его поперечный разрез и схема образования ионов в межэлектродном пространстве, при существующей схеме подключения электродов к источнику высокого напряжения. Электроочиститель состоит из корпуса 1, фиг.1, крышек 2 и 9 по торцам корпуса, в которые ввернуты входной 10 и выходной 4 штуцеры. По торцам пакета электродов, под крышками, располагаются ограничительные пластины 3 с отверстиями, выполненные из диэлектрического материала и имеющие на периферии большую толщину, с одной стороны, чем на остальной площади. Внутри корпуса расположены электроды 5, выполненные в виде круглых металлических пластин с отверстиями 12 у кромки этих пластин, фиг.2б. Между соседними электродами, имеющими одну полярность, размещены кольцевые прокладки 6 из диэлектрического (или любого другого) материала для обеспечения требуемого межэлектродного расстояния. Так как соседние электроды имеют одну электрическую полярность, то межэлектродное расстояние может быть уменьшено, по сравнению с существующим, для создания более сильного электрического поля в нем, без боязни электрического пробоя между этими электродами. А между соседними парами электродов расположены прокладки 7 из диэлектрического материала с отверстиями. По периметру эти прокладки имеют большую толщину, чем в остальной части, для того, чтобы между плоскостью прокладки и плоскостью ближайшего электрода было расстояние (зазор) для протекания очищаемой среды. Толщина прокладок 7 (по периметру) выбирается такой, чтобы при работе очистителя не было электрического пробоя. Толщина этих прокладок на работу электроочистителя не влияет, поэтому ее можно брать с запасом (несколько толще необходимого для обеспечения отсутствия электрического пробоя). Источник постоянного высокого напряжения 8 подсоединяется к электродам следующим образом. Первые два электрода, если считать от входа в очиститель, подсоединяются к положительной клемме. Т.к. частички в очищаемой среде в основном нейтральны, то их первоначально необходимо превратить в ионы, чтобы они в дальнейшем смогли осесть на заряженный противоположно электрод. А выше мы отмечали, что ионы образуются только на положительном электроде (в подавляющем количестве), то и первая пара электродов должна быть положительно заряженной. Вторая пара электродов подсоединяется к отрицательной клемме, третья пара - к положительной клемме, четвертая пара - к отрицательной клемме и т.д. до последнего электрода. Количество электродов должно быть кратным четырем, чтобы из них можно было образовать целое количество положительно и отрицательно заряженных пар электродов. Между корпусом очистителя и пакетом электродов располагается прокладка 11 из диэлектрического материала, которая предотвращает короткое замыкание между корпусом и электродами, фиг.1 и фиг.2б. На фиг.2а схематично показаны два соседних электрода из прототипа. Все межэлектродное пространство можно разделить, условно, на три области: I, II, III. Первая область та, которая прилегает к поверхности положительного электрода и в которой образуются ионы (положительные). Вторая область занимает объем по центру межэлектродного пространства и соответствует минимальному значению напряженности электрического поля. Из этой области частичка загрязнения может начать движение как к положительному электроду, так и к отрицательному, а может и не начать. Третья область прилегает к отрицательному электроду. Но, как мы отмечали выше, здесь нет условий для образования ионов, и частички загрязнений проплывают вдоль поверхности этого электрода, касаются этой поверхности, но ионов не появляется, т.е. образование ионов происходит только у положительного электрода, в данном случае в первой области. Две остальные области являются нерабочими, с точки зрения образования ионов.
Работает предлагаемый электроочиститель следующим образом. Через штуцер 10 в крышке 9 очищаемая диэлектрическая жидкость или газ поступает внутрь корпуса 1. К электродам 5 предварительно подано высокое напряжение постоянной полярности. После штуцера 10 очищаемая среда протекает через отверстия в ограничительной пластине 3, омывает внешнюю поверхность первого электрода 5 и, через отверстие в нем, расположенное близко от края, поступает в межэлектродное пространство между первым и вторым электродами 5, протекает между ними и, через отверстие во втором электроде, расположенное диаметрально противоположно отверстию в первом электроде, вытекает из межэлектродного пространства первой пары электродов. Так как первый и второй электроды подсоединены к положительной клемме источника 8, а расстояние между электродами выбрано минимальным (чтобы не оказывалось сопротивление движению очищаемой среды), то под действием электрического поля практически во всем объеме межэлектродного пространства, а не только в прилегающей к положительному электроду области образуются положительные ионы. Такие же ионы образуются и при смывании внешних поверхностей обеих электродов. Образовавшиеся ионы механических примесей, вместе с потоком очищаемой среды, перетекают далее, через отверстия в перегородке 7 и отверстие 12 в третьем электроде, в межэлектродное пространство 3 и 4 электродов. Так как эти электроды подсоединены к отрицательной клемме источника энергии 8 и расстояние между ними тоже минимально, то положительные ионы будут притягиваться к отрицательно заряженным электродам и оседать на них. Так как поток очищаемой среды движется довольно быстро, то на первой ступени очистки, условно образованной первыми четырьмя электродами, не все частички загрязнений успеют превратиться в ионы и осесть на отрицательных электродах. Поэтому оставшиеся частички примесей, вместе с потоком, из межэлектродного пространства 3 и 4 электродов, через отверстия в 4 электроде и очередной перегородки 7, поступают в межэлектродное пространство электродов 5 и 6 (через отверстие в пятом электроде). Так как эти электроды подсоединены к положительной клемме, то между 5 и 6 электродами будут снова образовываться положительные ионы из оставшихся нейтральных частиц примесей, которые поступят далее в межэлектродное пространство 7 и 8 электродов, подсоединенных к отрицательной клемме источника 8, и на которых осядут. И так процесс извлечения механических частиц из очищаемой среды будет повторяться на последующих ступенях очистки электроочистителя, каждая из которых состоит из четырех электродов (два положительных и два отрицательных). Так как напряженность электрического поля, воздействующее на механические частички примесей в межэлектродном пространстве, увеличивается, за счет уменьшения межэлектродного расстояния, то увеличивается и интенсивность образования ионов на положительных электродах и их осаждение - на отрицательных электродах. Тем самым возрастает эффективность работы электроочистителя. Кроме того, в предлагаемом электроочистителе практически исключаются электрические пробои между электродами, которые происходят в существующих электроочистителях по мере накопления загрязнений, и выводящие из работы блоки питания.
Источники информации
1. Патент на изобретение РФ №2377072 «Электрический очиститель диэлектрических жидкостей (и газов) с закругленными отверстиями в электродах».
2. Патент на изобретение РФ №2363541 «Электроочиститель диэлектрических жидкостей и газов с непараллельными электродами».
3. Патент на изобретение РФ №2385176 «Электрический очиститель диэлектрических жидкостей (и газов) с односторонним расположением отверстий в электродах».
4. Смирнов Б.М. Отрицательные ионы. - М., 1978.