Аэроионизатор

Аэроионизатор предназначен для получения униполярных ионов любой полярности в области решеиия различных технических задач, например, для компенсации ионной недостаточности в атмосфере закрытых помещений.
Известна элетроэффлювиальная люстра Чижевского, содержащая вентилятор, коронирующий электрод, установленный непосредственно в обрабатьшаемом помещении, и высоковольтный источник постоянного тока, отрицательный полюс которого соединен с коронирующим электродом, а положительный полюс - с землей. (Чижевский А.П., Аэроионификация в народном хозяйстве, М. Госкомиздат, 1960, стр.758).
Наиболее близким техническим решением к предполагаемому изобретению является аэроионизатор, содержащий воздуховод, соединенный с системой подачи воздуха, в котором установлены коронирующий игольчатый и управляющий электроды, и высоковольтный источник постоянного тока. (А.А.Шилкин, Ю.Д.Губернский, А.М.Миронов, Аэроионный режим в гражданских зданиях, М. Стройиздат, 1988, стр. 149-152 - прототип).
Недостатками прототипа является высокое напряжение на коронирующем электроде и связанные с этим высокие энергетические затраты на получение ионов, образование озона и окислов азота.
Целью изобретения является снижение энергетических затрат на образование ионов, концентрацди озона и окислов азота за счет уменьшения напряжения электрического разряда до 1,8 ± 0,5 кВ и использования отрицательного потенциала управляющего электрода.
Цель достигается тем, что аэроионизатор, содержащий воздуховод, соединенный с системой подачи воздуха, в котором установлены коронирующий игольчатый и управ.11яющий электроды, и высоковольтный источник постоянного тока, дополнительно снабжен
установленным в воздуховоде возбуждающим электродом, вьшолненным в внде решетки, отверстия которой расположены коаксиально по отношению к нглам короннруюш;его игольчатого электрода, при этом соотношенне диаметров отверстий возбуждающего электрода и игл коронирующего игольчатого электрода лежит в диапазоне 1-100, коронируюпцш игольчатый, управляюпщй и возбуждающий электроды соединены с отрицательньвии полюсами соответственно первого, второго и третьего каналов высоковольтного источника постоянного тока, положительные полюсы каналов высоковольтного источншса постоянного тока заземлены, воздуховод вьпюлнен из изолирующего материала, на выходе воздуховода установлена заземленная электропроводящая решетка.
На фиг. 1 представлена схема аэроионизатора.
На фиг. 2 представлен график вольтамперных характеристик коаксиальных диодов с миллиметровыми радиальными зазорами.
На фиг.З представлен графнк полезной долн энергетических затрат на ионизацию газа в коронном разряде.
Аэрононизатор содержит входную решетку 1, вентилятор 2 с электроприводом, воздуховод 3, вьшо.1шенный из изолирующего материала, коронируюш ш игольчатый электрод 4, возбуждающий электрод 5, вьшолненный в виде решетки, управляющий электрод 6, выполненный в виде кольца, выходную решетку 7, высоковольтный источник постоянного тока 8 с тремя каналами. Высоковольтный источник постоянного тока 8 может быть вьшолнен в внде блока электропнтания, работающего от сети переменного тока с нулевым заземленным проводом.
Входная решетка 1 представляет собой металлическую или полимерную сетку, установленную на входное отверстие вентилятора 2, для прохождения воздуха и предохранения от механического повреждения вентилятора 2 инородными предметами. Вентилятор 2 конструктршно вьшолнен с электроприводом и с питанием от сети
переменного тока 220 В, 50 гц или от сети постоянного тока с напряжением 12 или 24 В.
Для использования аэроионизаторов при обработке помещений с разной площадью производительность вентиляторов находится в пределах 3 - 400 , а в некоторых особых случаях и более высокой. В воздуховоде 3, вьшолненном из изолирующего материала, установлены коронирующий игольчатый электрод 4 с диаметром игл d  0,1-1 мм и возбуждаюпщй электрод 5 с диаметром отверстий D  1-10 мм, в торцевой части которых они образуют одну или набор эмиссионных коаксиальных диодных ячеек с соотношением диаметров D/d  1 / 100 с линейным, квадратным, гексагональным или другим упорядоченным расположением. В промежутке между возбуждающим электродом 5 и выходной рещеткой 7 установлен управляющей электрод 6, вьптолненный по внутреннему контуру воздуховода 3 и с центральным отверстием для прохода ионизированного воздуха. Выходная решетка 7 представляет собой металлическую заземленную сетку, установленную на выходе из воздуховода 3 и предназначенную для обеспечения электробезопасности при работе аэроионизатора. Высоковольтный источник постоянного тока 8 с регулировкой третьего канала по напряжению Us может бьпъ вьпюлнен по схеме умножения сетевого напряжения по трансформаторной схеме или с высокочастотным преобразованием первичной энергии и конструктивно вьшолняется в едином блоке со всеми элементами аэроионизатора, обеспечивая экранированную электробезопасную проводку высоковольтных цепей внутри конструкции.
Устройство работает следующим образом. Через входную решетку 1 воздух вентилятором 2 подается в воздуховод 3 и в радиальный зазор между коронируюшим игольчатым 4 и возбуждаюшнм 5 электродами. Под действием разности потенциалов Ui - U2 , создаваемым первым и вторым каналами высоковольтного источника постоянного тока 8, в радиальном зазоре зажигается коронный разряд отрицательной
полярности с образованием избыточной концентрации отрицательных ионов. Потоком воздуха часть отрицательных нонов вьшосится из разряда и движется к заземленной выходной решетке 7, а затем через нее выходит во внешнее пространство. Регулирование концентрации ионов осуществляется нодачей отрицательного потенциала Us на ущ)авляюпщй электрод 6 за счет изменения напряженности электрического поля в промежутке между решеткой возбуждаюп ;его электрода 5 и выходной решеткой 7.
Уменьшение напряжения коронного разряда достигается за счет использования миллиметровой геометрии коаксиальных диодов с малыми радиальными зазорами. Экспериментальные данные по вольтамперным характеристикам таких диодов (фиг.2) сведены в нижеследуюшую таблицу.
Переход на миллиметровые зазоры позволил снизить напряжение зажигания коронного разряда в воздушной атмосферной среде до 1,3-2,ЗкВ. Аналогичные результаты по напряжению зажигания коронного разряда получены и при d  0,1 мм, D  4-10 мм и отношении D/d  40-100.
В разработанной конструкции аэроионизатора коаксиальная эмиссионная ячейка вьшолнена с d  0,6мм, D  4мм и имеет рабочее напряжение разряда 2,3 кВ. В этом случае резко снижаются энергетические затраты на ионизацию и понижается концентрация озона и окислов азота, вредных для здоровья человека.
Снижение энергетических затрат на ионизацию газа в коронном разряде следует из энергетического баланса, который состоит из следующих составляющих
W Д7 +1Д/ +W +11/ L-W О  дис    ион   тр   уск   изл
где  -энергия диссоциации молекул газа WHOH - энергия ионизации атомов газа WTP -энергия трения нри движении ионов в газе WycK - энергия ускорения газа
Wnan -энергия электромагнитного излучения.
Последние две составляющие малы и основные нотери сосредоточены в затратах на трение ионов, т.е. омические потери преобразуемые в тепло. Полезная доля затрат на диссоциацию и ионизацию составляет
На фиг.З представлены расчетные данные по коэффициенту Т| в
зависимости от напряжения разряда U. В зависимости от расстояния и
имеют место три зоны: зона 1 при напряжении разряда 10-100кВ для сантиметровых разрядных промежутков; зона 2 при напряжении 1-10 кВ для миллиметровых разрядных промежутков; зона 3 при напряжении 0,1-1,0 кВ для микрометровых промежутков.
Данное устройство позволяет перевести разряд из зоны 1 в зону 2 и повысить энергетическую эффективность процесса ионизации воздуха в несколько раз.
Кроме компенсации отрицательной ионной недостаточности в закрыгых помещениях данное устройство может быгь использовано для технологических целей как при получении отрицательных ионов, так и
о
при получении положительных ионов путем изменения полярности подключения каналов высоковольтного источника постоянного тока к трем электродам на обратную. Устройство может работать 1фоме воздуха на других газах: кислороде, аргоне, азоте, гелии, углекислом газе, углеводородных газовых соединениях и др., для чего на входе оно соединяется с соответствующей газовой системой. Устройство может работать по триодной схеме соединения коронирующего игольчатого электрода, возбуждающего электрода и выходной решеткии, при этом возбуждающий электрод используется в качестве управляющего электрода.
По сравнению с прототипом предложенное изобретение позволяет снизить рабочее напряжение разряда до 1,8 ± 0,5кВ, что в несколько раз повьппает экономичность процесса, электробезопасность и надежность устройства, а также практически полностью устраняет генерирование озона и окислов азота при компенсации отрицательной ионной недостаточности в жилых и производственных помещениях.