БИПОЛЯРНЫЙ ИОНИЗАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА И ДИФФУЗОР ДЛЯ БИПОЛЯРНОГО ИОНИЗАТОРА
BIPOLAR IONISER FOR AIR CLEANING AND DIFFUSER FOR BIPOLAR IONISER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к ионизатору, в частности, к биполярному ионизатору, использующему переменный ток, и в частности, к биполярному ионизатору для очистки воздуха, использующему переменный ток.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Известны следующие конструкции, используемые в основном для очистки воздуха посредством ионизации газа.
[0003] 1. Разрядник (однополярный) с игольчатым электродом. Разрядник с игольчатым электродом - наиболее известный газовый разрядник. Поскольку верхняя часть игольчатого электрода имеет небольшую площадь и большое изменение кривизны, это в наибольшей степени облегчает создание разряда в окружении материалов того же рода, и поэтому разрядник такой конструкции использовался раньше других вариантов для электростатической очистки воздуха. В ранних вариантах конструкции игольчатый электрод располагался в сотовой структуре, состоящей из шестигранных сот. Более поздние конструкции были изменены, и содержали структуру с круглым отверстием, в котором располагался электрод, что обеспечивало хорошо известный эффект сбора пыли. Поскольку такая конструкция была однополярной и не обеспечивала условия для окислительно-восстановительных реакций, она не обладала функцией удаления запахов. Работая в качестве однополярного генератора, вне зависимости от того, был он положительным или отрицательным, такая конструкция не могла удовлетворить потребности по улучшению качества воздуха. В предшествующие года для изготовления электродов разрядника также были использованы пучки из углеродного волокна. Их стабильность выше, чем у игольчатых электродов, но влияние пучка может привести к образованию гелей и повысить вероятность неисправности. Возможно ли достичь генерации положительных или отрицательных ионов на одном игольчатом электроде? Эксперименты показали, что при использовании высокого знакопеременного напряжения, на игольчатом электроде наблюдается резкий окислительный процесс, что приводит к быстрому затуплению иглы, что, в свою очередь, делает невозможным дальнейшее образование разрядов, и, таким образом, устройство перестает работать. Поэтому при использовании одиночного игольчатого электрода в обычных условиях трудно генерировать биполярные ионы.
[0004] 2. Устройство, использующее провод для создания разрядов (однополярное). Устройство, в котором используется провод (обычно из вольфрамовой проволоки) для создания разрядов, которое обычно содержит пару высоковольтных (таких, на которые обычно может быть подано напряжение +8150°В) проводов из вольфрама, разделитель, помещенный между этими высоковольтными проводами и заземленный, и пластину для сбора пыли (на которую подается напряжение -3650°В). Такая конструкция является однополярной и представляет собой модуль для очистки воздуха, основной функцией которого является сбор пыли электростатическим способом. За счет однородности диаметра используемой вольфрамовой проволоки не происходит быстрое пассивирование, поскольку разряды не сосредотачиваются в какой-либо одной точке. Частицы, содержащиеся в потоке воздуха, двигаются вместе с воздухом через генератор высокого напряжения и получают положительный заряд. Это облегчает притягивание частиц к поверхности отрицательно заряженной пластины для сбора пыли, когда частицы достигают этой пластины. Такая конструкция является эффективной. Однако она не содержит механизм для разложения и окисления летучих органических веществ, попадающих внутрь помещений и приводящих к появлению запахов. Таким образом, в устройства этого типа часто в конце тракта добавляют ионизатор, способный генерировать отрицательно заряженные ионы (и небольшое количество озона), что позволяет восполнить недостаток таких ионов.
[0005] Два вышеупомянутых варианта устройств, использующих разряды, обеспечивают очень высокую эффективность, позволяющую быстро, прямо на глазах, уничтожать содержащийся в воздухе аэрозоль. Многие изготовители таких устройств проводят демонстрацию, пропуская поток воздуха с частицами сажи через такой генератор, в результате чего частицы термодинамически расширяются и затем распадаются, что воспринимается зрителями как чудо и свидетельствует об очистке воздуха. На самом же деле разрушенные частицы аэрозоли становятся меньше, и человеческий глаз уже не может их разглядеть. В действительности молекулы какого-либо вещества не изменяются, и запах не может быть ликвидирован. Поэтому предпринимаются попытки найти другие способы устранения запахов. Например, в конструкцию, в конце воздушного тракта, добавляют фильтр М-типа с активированным углем.
[0006] 3. Биполярный ионизатор с двойным игольчатым электродом (пучком углеродных волокон). Такой генератор имеет два высоковольтных торца, к которым подведено высоковольтное положительное и отрицательное напряжение, что позволяет генерировать положительные и отрицательные ионы соответственно. Типичной реализацией этой технологии является режим очистки при помощи ионов, разработанный компанией «Шарп». Два расположенных рядом эмиттера позволяют генерировать в воздухе ионы разных полярностей. Молекулы газа или частицы, имеющие заряд одного и того же знака, отталкиваются друг от друга (образуя ионный ветер). Если существуют молекулы газов или частицы, имеющие противоположный заряд, они притягиваются и взаимно нейтрализуются, становясь нейтральными молекулами или частицами. Этот процесс позволяет разрушать летучие органические вещества, а энергия газа или частиц, имеющих противоположный заряд, обеспечивает слияние этих частиц, вызывая процесс окислительного расщепления. Бактерии, находящиеся в воздухе, погибают, поскольку притягиваются друг к другу и подвергаются процессу электризации электролитов, содержащихся в мембранах клеток. Большое количество ионизированных молекул газа, которые не могут взаимно нейтрализоваться, встречаясь с противоположно заряженными молекулами, сталкиваются с частицами, заряжают и покрывают их, что приводит к осаждению летающей в воздухе пыли. Следовательно, производительность биполярных ионизаторов с возможностью образования ионов обеих полярностей намного выше производительности однополярных ионизаторов, что определяется их внутренней конструкцией.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Настоящее изобретение направлено на преодоление вышеупомянутых недостатков предшествующего уровня техники и на обеспечение возможности создания биполярного генератора ионов, использующего переменный ток и содержащего пористую или многорядную проволочную решетку для впрыскивания потока газа, содержащего ионы обеих полярностей, в среду обитания, что позволяет улучшить качество воздуха в помещении.
[0008] Техническая схема согласно настоящему изобретению следующая: биполярный ионизатор для очистки воздуха, представляющий собой пластинчатую конструкцию, включающую в себя подложку с теплопроводящим листом, пористую эмиттерную пластину, диэлектрическую барьерную пластину и пористую заземляющую пластину с механизмом эмиссии ионов, причем все указанные части уложены последовательно с образованием стопы.
[0009] В вышеуказанном биполярном ионизаторе для очистки воздуха эмиттерная пластина содержит первую эмиттерную пластину, расположенную над верхней поверхностью подложки, и вторую эмиттерную пластину, расположенную под нижней поверхностью подложки; диэлектрическую барьерную пластину, содержащую первую диэлектрическую барьерную пластину, расположенную над первой эмиттерной пластиной, и вторую диэлектрическую барьерную пластину, расположенную под второй эмиттерной пластиной; пористая заземляющая пластина содержит первую заземляющую пластину, расположенную над первой диэлектрической барьерной пластиной, и вторую заземляющую пластину, расположенную под второй диэлектрической барьерной пластиной; первая эмиттерная пластина и вторая эмиттерная пластина представляют собой пористые металлические листы; первая заземляющая пластина и вторая заземляющая пластина представляют собой пористые металлические листы; градиент электрического поля, который образуется между теплопроводящим листом и первой эмиттерной пластиной, меньше, чем градиент электрического поля, который образуется между первой эмиттерной пластиной и первой заземляющей пластиной, и градиент электрического поля, который образуется между теплопроводящим листом и второй эмиттерной пластиной, меньше, чем градиент электрического поля, который образуется между второй эмиттерной пластиной и второй заземляющей пластиной.
[0010] В биполярном ионизаторе для очистки воздуха теплопроводящий лист расположен в центре подложки, и он единообразно разделяет подложку на две части, то есть, на верхнюю часть и на нижнюю часть; и первая диэлектрическая барьерная пластина и вторая диэлектрическая барьерная пластина выполнены из одного и того же материала и имеют одинаковую толщину.
[0011] В биполярном ионизаторе для очистки воздуха первая заземляющая пластина и вторая заземляющая пластина представляют собой пористые металлические листы с одинаковой структурой, и эти пластины имеют ячейки, которые регулярным образом сформированы в виде массивов.
[0012] В биполярном ионизаторе для очистки воздуха первая диэлектрическая барьерная пластина и вторая диэлектрическая барьерная пластина могут быть выполнены из стеклянных пластин с высоким содержанием кварца или из пластин из модифицированной керамики.
[0013] В биполярном ионизаторе для очистки воздуха теплопроводящий лист представляет собой лист с электрическим нагревом.
[0014] В биполярном ионизаторе для очистки воздуха периферия пластинчатой конструкции снабжена уплотнительным кольцом.
[0015] Диффузор, в котором используется биполярный ионизатор, имеет множество лопаток, на которых множество вышеуказанных биполярных ионизаторов расположены в том же самом направлении, что и множество лопаток.
[0016] Согласно раскрытому выше техническому решению, заземляющая пластина и эмиттерная пластина с конструкцией для эмиссии ионов образуют электрическое поле точного размера, и электроны с эмиттерной пластины уводятся от диэлектрической барьерной пластины на сторону заземления электрического поля. Часть этих электронов попадает на заземляющую пластину и проходит внутрь заземляющей пластины с образованием электрического тока, а часть электронов улетает и сталкивается с молекулами воздуха, находящегося внутри помещения. Когда испущенные электроны достигают некоторой скорости, молекулы кислорода могут быть возбуждены и могут перейти в ионизированное состояние, за счет чего улучшается качество воздуха. Когда подведено знакопеременное высоковольтное напряжение, ионы обеих полярностей генерируются попеременно, в результате чего поток газа, содержащий ионы обеих полярностей, может быть направлен в воздух, что эффективно улучшит качество воздуха.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0017] На ФИГ. 1 показан вид спереди биполярного ионизатора для очистки воздуха согласно настоящему изобретению;
[0018] На ФИГ. 2 показан вид в поперечном разрезе части A-A, показанной на ФИГ. 1;
[0019] На ФИГ. 3 показан вид в поперечном разрезе части B-B, показанной на ФИГ. 2; и
[0020] На ФИГ. 4 показана схема диффузора, в составе которого находится биполярный ионизатор.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0021] Настоящее изобретение будет далее раскрыто более подробно со ссылками на конкретные варианты реализации и сопроводительные чертежи.
[0022] ФИГ. 1, 2 и 3 иллюстрируют вариант реализации биполярного ионизатора для очистки воздуха согласно настоящему изобретению. Теплопроводящий лист 6 расположен в центре подложки, и теплопроводящий лист 6 единообразно разделяет подложку на верхнюю подложку 31 и нижнюю подложку 32; эмиттерная пластина содержит первую эмиттерную пластину 41, расположенную на верхней поверхности верхней подложки 31, и вторую эмиттерную пластину 42, расположенную под нижней поверхностью нижней подложки 32; первая диэлектрическая барьерная пластина 21 расположена над первой эмиттерной пластиной 41; вторая диэлектрическая барьерная пластина 22 расположена под второй эмиттерной пластиной 42; первая заземляющая пластина 51 расположена над первой диэлектрической барьерной пластиной 21, а вторая заземляющая пластина 52 расположена под второй диэлектрической барьерной пластиной 22; первая диэлектрическая барьерная пластина 21 и вторая диэлектрическая барьерная пластина 22 выполнены из одного и того же материала и предпочтительно имеют одинаковую толщину. Биполярный ионизатор для очистки воздуха представляет собой пластинчатую конструкцию, содержащую подложку с теплопроводящим листом 6, пористую эмиттерную пластину, диэлектрическую барьерную пластину и пористую заземляющую пластину с механизмом эмиссии ионов, причем все указанные части уложены последовательно с образованием стопы. Первая эмиттерная пластина 41 и вторая эмиттерная пластина 42 представляют собой пористые металлические листы; первая заземляющая пластина 51 и вторая заземляющая пластина 52 представляют собой пористые металлические листы; в том случае, когда подложка, первая диэлектрическая барьерная пластина 21 и вторая диэлектрическая барьерная пластина 22 выполнены из одного и того же материала, толщина подложки больше, чем толщина первой диэлектрической барьерной пластины 21 и второй диэлектрической барьерной пластины 22, в результате чего градиент электрического поля, создаваемый между теплопроводящим листом 6 и первой эмиттерной пластиной 41, меньше, чем градиент, создаваемый между первой эмиттерной пластиной 41 и первой заземляющей пластиной 51, и градиент электрического поля, создаваемый между теплопроводящим листом 6 и второй эмиттерной пластиной 42, меньше, чем градиент, создаваемый между второй эмиттерной пластиной 42 и второй заземляющей пластиной 52. Это обеспечивает эмиссию электронов на стороне первой заземляющей пластины 51 и второй заземляющей пластины 52 для того, чтобы в том случае, когда система кондиционирования воздуха охлаждается, и возможно образование конденсата во время прохождения потока воздуха между указанными пластинами, теплопроводящий лист 6 в подложке мог способствовать тому, чтобы электроны, движущиеся в сторону от диэлектрического барьерного материала, могли меньше рассеиваться молекулами воды и могли возбуждать молекулы кислорода в воздухе, передавая им необходимую энергию.
[0023] В данном варианте реализации первая заземляющая пластина 51 и вторая заземляющая пластина 52 представляют собой пористые металлические листы, имеющие одинаковую структуру, и ячейки этих листов регулярным образом сформированы в виде массивов.
[0024] В данном варианте реализации первая диэлектрическая барьерная пластина 21 и вторая диэлектрическая барьерная пластина 22 могут представлять собой пластины, выполненные из стеклянных пластин с высоким содержанием кварца или из пластин из модифицированной керамики.
[0025] В данном варианте реализации теплопроводящий лист 6 представляет собой лист с электрическим нагревом.
[0026] В данном варианте реализации периферия пластинчатой конструкции снабжена уплотнительным кольцом 1.
[0027] В биполярном ионизаторе, согласно настоящему изобретению, поток воздуха проходит от областей ионизации с противоположными полярностями, где происходит взаимное притяжение ионов, при этом эффект улавливания малых вдыхаемых частиц в воздухе проявляется в большей степени, чем для газа с ионами одной полярности, причем в наибольшей степени этот эффект проявляется для более мелких частиц. Согласно настоящему изобретению, поток ионов, протекающий в результате процесса возбуждения с использованием знакопеременного напряжения и образования ионов обеих полярностей, обладает эффектом самостоятельного распространения, а эффект взаимного притяжения ионов разных полярностей приводит к тому, что ионы разных полярностей сталкиваются строго за пределами выхода ионизатора. Если во время работы ионизатора не присутствуют молекулы органических летучих веществ в виде газа, ионы взаимно нейтрализуются и возвращаются в исходное состояние как молекулы нейтрального кислорода. В случае присутствия газообразных молекул летучих органических соединений, такие молекулы эффективно разлагаются с изменением их химических свойств, поскольку импульс двух ионов выше, чем импульс молекулы кислорода, и процесс разложения идет более эффективно. Обычно эти газообразные молекулы в итоге превращаются в газообразные молекулы воды и углекислого газа. Эксперименты показали, что использование наносекундного диэлектрического барьерного разряда с функцией знакопеременного возбуждения ионов разных полярностей обеспечивает очевидный эффект разложения формальдегида без какого-либо фильтра и пылеуловителя, а также легче решается проблема разложения газообразных молекул аммиака и/или бензола. Биполярный ионизатор согласно настоящему изобретению способен эффективно уничтожать бактерии за очень короткое время.
[0028] ФИГ. 4 изображает диффузор, в котором используется биполярный ионизатор. Множество биполярных ионизаторов 8 расположены с ориентацией в том же направлении, что и множество лопаток 71 диффузора 7 внутри выхода для потока воздуха. Желательно, чтобы материал, из которого изготавливается выход для воздуха, был неметаллическим, за счет чего во внутреннее пространство помещения может поступать поток воздуха, содержащего положительные и отрицательные ионы. Ионы обеих полярностей с большей вероятностью могут встретиться со вдыхаемыми частицами и/или газообразными молекулами летучих органических веществ и/или бактериями, находящимися в воздухе, внутри помещения, и снизить их количество по сравнению с обычным приточным воздухом. В этом случае биполярный ионизатор представляет собой активное устройство очистки.
[0029] Выше были проиллюстрированы различные варианты осуществления настоящего изобретения, и специалистам в данной области техники следует принять во внимание, что изменения и усовершенствования, сделанные в показанных выше вариантах осуществления, попадают в объем настоящего изобретения, который однозначно определен формулой изобретения и не может быть ограничен отдельными вариантами реализации изобретения.