ИОНИЗАТОР ВОЗДУХА

Полезная модель относится к устройствам выработки из атмосферного воздуха электроотрицательных кислородосодержащих ионов и может быть использована в медицине, ветеринарии, растениеводстве, животноводстве и других биотехнологиях, в частности, она может быть использована для антистрессовых комнат, больничных (реабилитационных) палат, операционных, травмопунктов, перевязочных и ожоговых центров, в озонотерапии, а также в других помещениях восстановления.
Ионизаторы воздуха, в том числе и люстры Чижевского, находят весьма широкое применение в медицине, косметологии и в быту. Однако эти устройства, предназначенные для генерации электроотрицательных ионов, наряду с отрицательными ионами вырабатывают целую гамму, как положительных ионов, так и нейтральных радикалов. Так как в атмосферном воздухе основным компонентом является азот, то и положительных ионов в подаваемом воздухе более чем в три раза больше, чем электроотрицательных.
2
2
2
Наличие в жилых или рабочих помещениях весьма высокой концентрации электроположительных ионов и свободных радикалов (особенно при повышенной влажности) отрицательно сказывается на биообъектах, так как снижает реакцию организма, замедляя процесс преобразования О⇔СО при дыхании из-за снижения концентрации растворенной СО в крови, и снижая вырабатываемый при этом переходе АТФ при значительном обезвоживании межтканевой зоны.
В качестве прототипа полезной модели принят ионизатор воздуха, содержащий цилиндрический корпус с установленным вентилятором на входе, игольчатый электрод, размещенный по оси корпуса, и сетку, электроды подключены к разноименным полюсам высоковольтного регулируемого источника постоянного тока, причем сетка перекрывает поперечное сечение корпуса, расположена на большем расстоянии от входа, чем игольчатый электрод, и создает с последним неоднородное электрическое поле, соотношение длины и диаметра входного сечения конфузора и внутреннего диаметра цилиндрического корпуса лежит в диапазоне 0,1-0,5 и 1,0-1,66; отношения расстояний острия иглы и сетки
от входного торца конфузора к внутреннему диаметру корпуса лежат в диапазоне 1-1,5 и 1,5-2,0 соответственно, общая длина цилиндрического корпуса с конфузором составляет 2,8-3,3 от внутреннего диаметра корпуса. В ионизаторе воздуха при подаче разноименных потенциалов на игольчатый электрод и сетку между ними возникает неоднородное электрическое поле, которое воздействует на поступающий через конфузор воздух, что приводит к возникновению большого числа аэроионов, которые под действием электростатических сил двигаются в направлении выходного торца и создают однонаправленный поток создающий вентиляционный эффект (RU 2132974, F04D 33/00, 10.07.99).
Недостатком известного ионизатора воздуха является невысокая эффективность устройства, обусловленная наличием на его выходе значительной концентрации положительных ионов и нейтральных радикалов.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности устройства за счет предотвращения появления на его выходе положительных ионов и существенного снижения концентрации нейтральных радикалов.
Технический результат полезной модели достигается тем, что в ионизаторе воздуха содержащем, цилиндрический корпус с установленным на входном торце вентилятором и размещенными внутри корпуса двумя электродами, выполняющими функции катода и анода, и соединенными с источником питания, катод выполнен в виде сетки, анод выполнен в виде сетки, с закрепленными на ней перпендикулярно плоскости сетки стержнями, расположенными в шахматном порядке с шагом равным своей высоте, причем вся поверхность сетки и стержней, кроме вершин последних, покрыта диэлектрической пленкой, электроды установлены внутри корпуса таким образом, что расстояние от вентилятора до анода, больше чем расстояние от вентилятора до катода, на величину межэлектродного расстояния, которое не менее чем в два раза превышает высоту стержня, а в качестве источника питания использован высоковольтный генератор импульсов наносекундного диапазона.
Стержень электрода, выполняющего функцию анода, может быть выполнен в виде иглы.
Частота повторения импульсов высоковольтного генератора импульсов наносекундного диапазона выбирается близкой к резонансной частоте межмолекулярной связи молекул исходного до ионизации воздуха.
Амплитуда импульсов высоковольтного генератора импульсов наносекундного диапазона не менее чем в два раза превышает величину напряжения, при котором возникает процесс ионизации.
Цилиндрический корпус выполняется из диэлектрического материала.
Ионизатор воздуха с вышеперечисленной совокупностью признаков позволяет получить на выходе поток воздуха с преимуществом электроотрицательных кислородосодержащих ионов, нейтрального азота и незначительной концентрации свободных радикалов в виде ОН-групп.
На чертеже (рис.1) представлен пример выполнения предлагаемого ионизатора воздуха. Рис.2 и 3 условно иллюстрируют образование между электродами резко неоднородного электрического поля.
Ионизатор воздуха содержит вентилятор 1, установленный на входном торце цилиндрического корпуса 2, внутри которого размещены два электрода (4 и 6), выполняющие соответственно функции катода и анода, электрод 4 (катод) закреплен на металлическом кольце 3, а электрод 6 (анод) закреплен на металлическом кольце 5, электроды соединены с высоковольтным генератором импульсов наносекундного диапазона (на чертеже не показано). Катод 4 выполнен в виде сетки, а анод 6 выполнен в виде сетки, с закрепленными на ней перпендикулярно плоскости сетки стержнями 9, расположенными в шахматном порядке с шагом равным своей высоте (h), вся поверхность сетки и стержней, кроме вершин последних, покрыта диэлектрической пленкой, электроды (4, 6) установлены внутри корпуса 2 таким образом, что расстояние от вентилятора 1 до анода 6, больше чем расстояние от вентилятора 1 до катода 4, на величину межэлектродного расстояния «а», которое не менее чем в два раза превышает высоту (h) стержня. Расстояние между электродами фиксируется диэлектрической вставкой 8, выполненной в виде полого цилиндра.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Вентилятор 1, в качестве которого может быть использован типовой маломощный вентилятор, жестко закреплен на торце корпуса 2, выполненного в
фр
виде трубы из диэлектрического материала. Этот вентилятор прогоняет атмосферный воздух через разрядное устройство, состоящее из двух сетчатых электродов 4 и 6, закрепленных на металлических кольцах соответственно 3 и 5. Электрод 4, являющийся катодом, расположен ближе к вентилятору 1. На электрод 4 подают импульсы отрицательной полярности с выхода высоковольтного генератора импульсов наносекундного диапазона. Для подключения этого электрода 4 к выходу высоковольтного генератора импульсов наносекундного диапазона может быть использован, типовой разъем 7 или иное контактное приспособление. Высоковольтный генератор импульсов наносекундного диапазона, должен формировать импульсы длительностью t=300 нc и длительностью фронта τ≤100 нc. Электрод 6, относительно которого осуществляется подача высоковольтных импульсов, заземлен, т.е. его потенциал равен нулю. Электрод 6 размещается внутри корпуса 2 таким образом, чтобы закрепленные на сетке электрода 4 стержни были направлены в сторону электрода 4 (катода). Величина межэлектродного расстояния «а» должна не менее чем в два раза превышать высоту стержня, а амплитуда импульсов высоковольтного генератора импульсов наносекундного диапазона должна не менее чем в два раза превышать величину напряжения, при котором возникает процесс ионизации (напряжения «зажигания» короны). Сетка электрода 6 совместно с закрепленными на ней стержнями 9 покрывается, кроме самой вершины стержня, диэлектрической пленкой толщиной не меньше 170 мкм, т.к. начиная с такой величины, обеспечивается требуемая однородность покрытия, а, следовательно, целостность и однотипность экрана. При подаче высоковольтных импульсов на электроды 4 и 6 между ними образуется резконеоднородное электрическое поле, условная иллюстрация которого приведена на рис.2 и 3. Это поле до возникновения коронного разряда будет электростатическим и с заданной точностью рассчитывается аналитически.
Из приведенных рис.2 и 3 следует, что при подаче на электроды импульсного напряжения u(t), величина которого меньше напряжения зажигания короны Ui, поле между электродами 4 и 6 чисто электростатическое с переменной напряженностью по высоте и имеет провалы в зонах между стержнями 9 (иглами). Если u(t)>Ui и до его амплитудного значения вокруг вершины стержня (иглы)
возникает ионизация, характеризуемая анодонаправленными стримерами, траектории которых напоминают факел распыла с характерной зоной вблизи вершины, со свойствами низкотемпературной плазмы. С вершины этой зоны, зависящей от перенапряжения относительно зажигания короны, в сторону электрода 4 (катода) (на самом деле из всего межэлектродного пространства в сторону вершины иглы) одновременно существует множество стримеров. Зона со свойствами плазмы имеет яркое свечение со средневзвешенной длиной излучения λ≈400÷460 нм, а область с одновременно существующими стримерами ярко голубое свечение (ультрафиолетовое) в диапазоне 110≤λ≤300 нм. Одновременно с выносом объемного заряда во внутрь разрядного промежутка возникает электрический ветер, скорость которого пропорциональна квадрату разрядного тока и направлена (эпюра скоростей) по силовым линиям поля.
1
2
1
Подаваемый в устройство вентилятором 1 воздух проходит через сетчатый электрод 4, преобразуется за счет сил электрического поля и контакта с его поверхностью (две сетки), в результате чего образуются ионы и свободные радикалы. Химический состав, как ионов, так и радикалов, зависит от состава и влажности исходного воздуха. Попадая в межэлектродное пространство происходит окончательное разделение ионов по знаку, по массе и по приобретенной скорости. Положительные ионы от азота и его окислов до тяжелых металлов свободно двигаясь в зоне слабой напряженности электрического поля без заметного сопротивления (из-за действия скорости транспортировки υ1), подгоняемые электрическим ветром, устремляются к огромной поверхности катода, где и нейтрализуются. Отрицательные ионы (как раз кислородосодержащие) устремляются к аноду, подгоняемые потоком со скоростью υ и тормозятся электрическим ветром. В результате этого сложного воздействия происходит расфокусировка в движении отрицательных ионов. Нейтрализоваться могут лишь отрицательные ионы транспортируемые только по центральной силовой линии (см. фиг.3), оседая и разряжаясь на маленькой поверхности острия. Отрицательные ионы, оседаемые на боковой поверхности стержней 9 (игл), фокусируют поток, состоящий в основном только из электроотрицательных ионов, увеличивая их скорость перемещения до υ=υ+JkE(xt),
где j - плотность тока короны;
k - подвижность отрицательных ионов ;
E(xt) - закон изменения вектора напряженности поля.
В этом соотношении не учитывается влияние электрического ветра.
Оптимальная геометрия стержней, ячеек сетчатых электродов и межэлектродного расстояния для заданного или используемого вентилятора определяется исключительно возможностями высоковольтного генератора импульсов при заданной интенсивности «факельной» короны.
Поскольку шаг размещения стержней на сетчатой поверхности анода определяет интенсивность и/или качество электростатической фокусировки струй потока воздуха с избытком электроотрицательных ионов, то эта величина выбирается из оптимальных режимов. Для выбранного значения h каждый стержень разрядного промежутка по своей форме короны и ее интенсивности не оказывает никакого влияния на соседние. Система стержней (игл), защищенная диэлектрическим барьером, обеспечивает беспрепятственный проход воздуха с одинаково заряженными (по знаку) ионами.
Все струйки воздушного потока содержат практически одинаковую концентрацию отрицательных ионов и поэтому, пройдя определенное расстояние меньше h/2, из-за отталкивающего эффекта, образуют практически однородную среду.
-
Ввиду этого на расстоянии «b»=h/2 параллельно сетки электрода 6 устанавливается дисковый фильтр 10, выполненный в виде пчелиных сот из композиционного материала, наполнителем которого служит силикагель. Такой фильтр работает на принципе пористой адсорбции, обеспечивая осаждение на поверхностях пор как ионов типа ОН-группы (влаги), так и свободных радикалов ОН-групп с учетом окислов и диоксидов металлов.
В результате в поступающем с выхода устройства потоке будет преимущество электроотрицательных ионов.
0
-
13
3
Применение импульсной короны в наносекундном диапазоне при частоте следования f достаточном для синтеза кислородосодержащих обеспечивает минимальные электрические (энергетические) затраты. Так при внесении концентрации отрицательных ионов N≥10 см достаточны затраты в 150-170 Вт при расходе 1÷1,5 л/сек.