RU172524U1

RU172524U1 - DEVICE FOR INCREASING THE SPEED OF ELECTRIC WIND

Info

Publication number: RU172524U1
Application number: RU2016134500U
Authority: RU
Inventors: Николай Михайлович Верещагин; Владимир Владимирович Васильев
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2017-07-11

Abstract

Полезная модель относится к области создания газовых потоков и может быть использована в системах продувки, вентиляции, очистки воздуха от пылевых, бактериальных и химических загрязнений в производственных помещениях, а также озонирования воздуха.Устройство для увеличения скорости электрического ветра содержит электроды с излучателями, расположенные рядами параллельно потоку газа, коронирующие электроды устройства смещены относительно края осадительных электродов в сторону, противоположную направлению движения газа, а в направлении, перпендикулярном поверхности электрода, коронирующие и осадительные электроды смещены относительно друг друга на фиксированное расстояние, отличающееся тем, что осадительные электроды выполнены в виде цилиндров, а параллельно им, на фиксированном расстоянии, расположены ускоряющие электроды, напряжение на которых является ускоряющим для ионов.The utility model relates to the field of creating gas flows and can be used in purging, ventilation, air purification from dust, bacterial and chemical contaminants in industrial premises, as well as air ozonation. A device for increasing the speed of an electric wind contains electrodes with emitters arranged in parallel rows the gas flow, the corona electrodes of the device are displaced relative to the edge of the precipitation electrodes in the direction opposite to the direction of gas movement, and in the direction and perpendicular to the electrode surface, the corona and precipitation electrodes are offset relative to each other by a fixed distance, characterized in that the precipitation electrodes are made in the form of cylinders, and parallel to them, at a fixed distance, accelerating electrodes are located, the voltage on which is accelerating for ions.

Description

Полезная модель относится к области создания газовых потоков и может быть использована в системах продувки, вентиляции, очистки воздуха от пылевых, бактериальных и химических загрязнений в производственных помещениях, а также озонирования воздуха.The utility model relates to the field of creating gas flows and can be used in purge, ventilation, air purification systems from dust, bacterial and chemical contaminants in industrial premises, as well as air ozonation.

Известен вентилятор-озонатор, включающий корпус, внутри которого расположены несколько рядов пластинчатых электродов, выполненных в аэродинамически профилированном виде с прикрепленными острийными излучателями [1].Known fan-ozonizer, including a housing, inside which there are several rows of plate electrodes made in aerodynamically profiled form with attached tip emitters [1].

Недостатками этого устройства являются сложная конструкция электродов, выполненных в аэродинамически профилированном виде, где к заостренному ребру каждой пластины прикреплены стержневые острийные излучатели, и низкая скорость воздушного потока (не более 1,08 м/с).The disadvantages of this device are the complex design of the electrodes, made in an aerodynamically profiled form, where rod pointed emitters are attached to the pointed edge of each plate, and a low air velocity (not more than 1.08 m / s).

Известно устройство для вентиляции воздуха, содержащее коронирующие и осадительные электроды, расположенные параллельно потоку газа, одна сторона коронирующего электрода является коронирующей в направлении воздушного потока, при этом осадительные электроды выполнены в виде сплошных пластин [2].A device for air ventilation is known, containing corona and precipitation electrodes located parallel to the gas flow, one side of the corona electrode is corona in the direction of air flow, while the precipitation electrodes are made in the form of continuous plates [2].

Недостатками этого устройства являются большая потребляемая мощность, большая масса и высокая стоимость, т.к. осадительные электроды выполнены из сплошных пластин. Устройство обладает низким КПД, что обусловлено расположением коронирующих электродов между сплошными осадительными электродами.The disadvantages of this device are the large power consumption, large mass and high cost, because Precipitation electrodes are made of continuous plates. The device has a low efficiency, which is due to the location of the corona electrodes between the solid precipitation electrodes.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для увеличения скорости электрического ветра, содержащее электроды с излучателями, расположенные рядами параллельно потоку газа, основные коронирующие электроды устройства смещены относительно середины осадительных коронирующих электродов в сторону, противоположную направлению движения газа, а в направлении, перпендикулярном поверхности электрода, основные коронирующие и осадительные коронирующие электроды смещены относительно друг друга на фиксированное расстояние [3].The closest in technical essence and the achieved effect is a device for increasing the electric wind speed, containing electrodes with emitters arranged in rows parallel to the gas flow, the main corona electrodes of the device are displaced relative to the middle of the sedimentation corona electrodes in the direction opposite to the direction of gas movement, and in the direction perpendicular electrode surfaces, main corona and precipitation corona electrodes are shifted relative to each other by a fixed Sized distance [3].

Недостатками данного устройства являются относительно низкая скорость электрического ветра (для 5-ти каскадной электродной системы не более 3,2 м/с), низкий КПД, т.к. в данном устройстве применяется и отрицательный, и положительный коронный разряд, поэтому часть ионов, образовавшихся в первом промежутке и пролетевших за его пределы, попадают в тормозящее поле следующего межэлектродного промежутка и образуют встречный поток, снижающий общую скорость электрического ветра.The disadvantages of this device are the relatively low speed of the electric wind (for a 5-cascade electrode system of not more than 3.2 m / s), low efficiency, because This device uses both negative and positive corona discharges, so some of the ions formed in the first gap and flying beyond it fall into the braking field of the next interelectrode gap and form a counter flow, which reduces the overall speed of the electric wind.

Основным техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение скорости электрического ветра и увеличение КПД.The main technical result of the proposed utility model is an increase in the electric wind speed and an increase in efficiency.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для увеличения скорости электрического ветра, содержащем электроды с излучателями, расположенные рядами параллельно потоку газа, коронирующие электроды устройства смещены относительно края осадительных электродов в сторону, противоположную направлению движения газа, а в направлении, перпендикулярном поверхности электрода, коронирующие и осадительные электроды смещены относительно друг друга на фиксированное расстояние, согласно полезной модели осадительные электроды выполнены в виде цилиндров, а параллельно им, на фиксированном расстоянии, расположены ускоряющие электроды, напряжение на которых является ускоряющим для ионов.The technical result is achieved in that in a device for increasing the speed of an electric wind containing electrodes with emitters arranged in rows parallel to the gas flow, the corona electrodes of the device are displaced relative to the edge of the precipitation electrodes in the direction opposite to the direction of gas movement, and in the direction perpendicular to the electrode surface, corona and the precipitation electrodes are offset relative to each other by a fixed distance, according to a utility model, the precipitation electrodes are made They are in the form of cylinders, and parallel to them, at a fixed distance, accelerating electrodes are located, the voltage on which is accelerating for ions.

На фиг. 1 схематически изображена электродная система двухрядного устройства для увеличения скорости электрического ветра и схема подключения электродов к источнику питания, где 1 - коронирующие электроды, стрелка указывает на коронирующую сторону; 2 - осадительные электроды; 3 - ускоряющие электроды. На фиг. 2 приведены экспериментальные данные зависимости средней скорости воздушного потока на выходе от потребляемой мощности для однорядного устройства без ускоряющих электродов и однорядного устройства с ускоряющими электродами на выходе при различных значениях напряжения на коронирующем электроде U1<U2<U3. На фиг. 3 приведены экспериментальные данные зависимости КПД от потребляемой мощности для однорядного устройства без ускоряющих электродов и однорядного устройства с ускоряющими электродами на выходе при различных значениях напряжения на коронирующем электроде U1<U2<U3.In FIG. 1 schematically shows the electrode system of a two-row device for increasing the speed of an electric wind and a circuit for connecting electrodes to a power source, where 1 is a corona electrode, the arrow indicates the corona side; 2 - precipitation electrodes; 3 - accelerating electrodes. In FIG. Figure 2 shows the experimental data of the dependence of the average air velocity at the outlet on the power consumption for a single-row device without accelerating electrodes and a single-row device with accelerating electrodes at the output for different values of the voltage on the corona electrode U1 <U2 <U3. In FIG. Figure 3 shows the experimental data of the dependence of the efficiency on the power consumption for a single-row device without accelerating electrodes and a single-row device with accelerating electrodes at the output for different values of the voltage on the corona electrode U1 <U2 <U3.

Примером конкретного выполнения полезной модели является устройство для увеличения скорости электрического ветра, представленное на фиг. 1. Устройство содержит коронирующие электроды 1, выполненные в виде пластин, одна сторона которых выполнена с излучателями и является коронирующей, осадительные электроды 2, выполненные в виде цилиндров, и ускоряющие электроды 3. Ускоряющие электроды могут иметь различную форму, но должны иметь малое сопротивление воздушному потоку и обеспечивать однородное распределение электрического поля в промежутке между осадительными и ускоряющими электродами. В данном примере были выбраны цилиндрические ускоряющие электроды.An example of a specific embodiment of the utility model is the device for increasing the electric wind speed shown in FIG. 1. The device contains corona electrodes 1, made in the form of plates, one side of which is made with emitters and is corona, precipitation electrodes 2, made in the form of cylinders, and accelerating electrodes 3. Accelerating electrodes can have a different shape, but must have low air resistance flow and ensure a uniform distribution of the electric field in the gap between the precipitation and accelerating electrodes. In this example, cylindrical accelerating electrodes were selected.

Коронирующие электроды 1 располагаются рядами параллельно потоку воздуха, тем самым уменьшая сопротивление воздушному потоку (фиг. 1). Коронирующие электроды 1 смещены относительно края осадительных электродов 2 в сторону, противоположную направлению воздушного потока на L1, а в направлении, перпендикулярном поверхности электрода, коронирующие и осадительные электроды смещены относительно друг друга на фиксированное расстояние H/2. Это приводит к тому, что в распределении электрического поля возрастает горизонтальная составляющая вектора напряженности. За счет этой составляющей электрического поля ионы разгоняются и, соударяясь с молекулами газа, создают горизонтально направленный поток газа. Использование цилиндрической формы осадительных электродов позволяет увеличить рабочее напряжение, т.к. электрическое поле равномерно распределено вдоль всего электрода, что в конечном итоге приводит к увеличению скорости электрического ветра. Кроме того, вследствие малой площади осаждения цилиндрические осадительные электроды позволяют большему числу ионов пролетать во второй ускоряющий промежуток, увеличивая его эффективность. Параллельно осадительным электродам 2 устанавливаются ускоряющие электроды 3 на фиксированном расстоянии L2. Такое расположение ускоряющих электродов позволяет создать более однородное распределение электрического поля во втором промежутке и уменьшить сопротивление потоку газа.The corona electrodes 1 are arranged in rows parallel to the air flow, thereby reducing the resistance to air flow (Fig. 1). The corona electrodes 1 are offset relative to the edge of the precipitation electrodes 2 in a direction opposite to the direction of the air flow on L1, and in the direction perpendicular to the electrode surface, the corona and precipitation electrodes are offset relative to each other by a fixed distance H / 2. This leads to the fact that the horizontal component of the intensity vector increases in the distribution of the electric field. Due to this component of the electric field, the ions accelerate and, colliding with the gas molecules, create a horizontally directed gas flow. The use of a cylindrical shape of the precipitation electrodes can increase the operating voltage, the electric field is uniformly distributed along the entire electrode, which ultimately leads to an increase in the speed of the electric wind. In addition, due to the small area of deposition, cylindrical precipitation electrodes allow a larger number of ions to fly into the second accelerating gap, increasing its efficiency. In parallel to the precipitation electrodes 2, accelerating electrodes 3 are installed at a fixed distance L2. This arrangement of accelerating electrodes allows you to create a more uniform distribution of the electric field in the second gap and reduce the resistance to gas flow.

Устройство можно масштабировать: увеличение числа рядов позволяет на выходе увеличить площадь выходного окна, что увеличивает производительность устройства. При этом верхние осадительные и ускоряющие электроды первого ряда являются нижними осадительными и ускоряющими электродами для второго ряда и т.д. (фиг. 1). Это позволяет экономить материал, из которого изготавливаются электроды.The device can be scaled: an increase in the number of rows allows the output to increase the area of the output window, which increases the productivity of the device. In this case, the upper precipitation and accelerating electrodes of the first row are the lower precipitation and accelerating electrodes for the second row, etc. (Fig. 1). This saves the material from which the electrodes are made.

Устройство работает следующим образом. К коронирующим электродам подключается отрицательный полюс, а к ускоряющим электродам - положительный полюс источника высокого напряжения. Осадительные электроды заземляются и находятся под нулевым потенциалом. При подаче высокого напряжения на излучателях коронирующего электрода зажигается отрицательный коронный разряд. Ионы, образовавшиеся в разряде, под действием электрического поля начинают ускоряться вдоль силовых линий по направлению к осадительным электродам. При движении ионы сталкиваются с нейтральными молекулами воздуха, вовлекая их в направленное движение. В результате столкновений происходит передача импульса от ускоренных в электрическом поле ионов к нейтральным молекулам воздуха, и скорость направленного движения распространяется на соседние участки объема. Применение отрицательного коронного разряда предпочтительнее, т.к. горение разряда происходит стабильнее, больше рабочее напряжение, больше скорость электрического ветра и меньше потребляемая мощность по сравнению с положительным коронным разрядом.The device operates as follows. The negative pole is connected to the corona electrodes, and the positive pole of the high voltage source is connected to the accelerating electrodes. Precipitation electrodes are grounded and are at zero potential. When a high voltage is applied to the emitters of the corona electrode, a negative corona discharge is ignited. The ions formed in the discharge, under the influence of an electric field, begin to accelerate along the lines of force towards the precipitation electrodes. When moving, ions collide with neutral air molecules, involving them in directional motion. As a result of collisions, a pulse is transferred from ions accelerated in an electric field to neutral air molecules, and the directional velocity propagates to neighboring parts of the volume. The use of negative corona discharge is preferable, because discharge burning is more stable, more operating voltage, more electric wind speed and less power consumption compared to a positive corona discharge.

Часть отрицательных ионов вместе с нейтральными молекулами газа пролетают за пределы осадительного электрода, где вновь оказываются в ускоряющем поле, т.к. ускоряющий электрод находится под положительным потенциалом, являющимся ускоряющим для отрицательных ионов.Some of the negative ions, together with neutral gas molecules, fly beyond the limits of the precipitation electrode, where they again find themselves in an accelerating field, because an accelerating electrode is at a positive potential, which is an accelerating electrode for negative ions.

В предлагаемой конструкции устройства для увеличения скорости электрического ветра применение ускоряющих электродов на выходе позволяет существенно повысить КПД по сравнению с прототипом. Это достигается за счет того, что в ускоряющем промежутке L2 нет затрат на ионизацию газа, основная часть энергии идет на перемещение попавших в промежуток ионов, в отличие от прототипа, где ионы, образовавшиеся в первом промежутке (между первым основным коронирующим электродом и первым осадительным коронирующим электродом), влетая в поле следующего промежутка (между первым осадительным коронирующим электродом и вторым основным коронирующим электродом), начинают тормозиться и создавать встречный поток и т.д. Это возникает из-за того, что в прототипе все электроды, за исключением последнего, являются коронирующими, что обеспечивает чередование отрицательного и положительного коронного разряда.In the proposed design of the device to increase the speed of the electric wind, the use of accelerating electrodes at the output can significantly increase the efficiency compared to the prototype. This is achieved due to the fact that in the accelerating gap L2 there is no cost for gas ionization, the bulk of the energy is spent on moving the ions trapped in the gap, unlike the prototype, where the ions formed in the first gap (between the first main corona electrode and the first precipitation corona electrode), flying into the field of the next gap (between the first precipitation corona electrode and the second main corona electrode), they begin to slow down and create a counter flow, etc. This is due to the fact that in the prototype all the electrodes, with the exception of the latter, are corona, which ensures the alternation of negative and positive corona discharge.

Расстояние L2 выбирается из условия электропрочности для заданной максимальной величины напряжения на ускоряющем электроде. Чем больше напряженность поля в ускоряющем промежутке L2, тем больше скорость ионов: υ_i=μ_iE_, где μ_i - подвижность ионов, Е - напряженность электрического поля.The distance L2 is selected from the condition of electric strength for a given maximum voltage value on the accelerating electrode. The greater the field strength in the accelerating gap L2, the greater the ion velocity: υ _i = μ _i E _, where μ _i is the mobility of the ions, E is the electric field strength.

Из экспериментальных зависимостей фиг. 2 видно, что скорость воздушного потока на выходе устройства с использованием ускоряющих электродов больше, чем в такой же установке без ускоряющих электродов при одинаковой потребляемой мощности. Рост скорости воздушного потока для устройства с ускоряющими электродами происходит за счет увеличения положительно напряжения. Увеличение скорости происходит как в области начальных рабочих напряжений отрицательной короны (напряжение U1), так и в предпробойной области отрицательного разряда (напряжение U3). В предложенном устройстве можно получать скорости воздушного потока более 4 м/с, при использовании только одного коронирующего электрода (одного каскада), тогда как в прототипе максимальная скорость для 5-каскадной электродной системы равна 3,2 м/с.From the experimental dependences of FIG. 2 it can be seen that the speed of the air flow at the outlet of the device using accelerating electrodes is greater than in the same installation without accelerating electrodes at the same power consumption. The increase in air velocity for a device with accelerating electrodes occurs due to an increase in positive voltage. The increase in speed occurs both in the region of the initial working voltages of the negative corona (voltage U1) and in the pre-breakdown region of the negative discharge (voltage U3). In the proposed device, it is possible to obtain air flow velocities of more than 4 m / s using only one corona electrode (one cascade), while in the prototype the maximum speed for a 5-stage electrode system is 3.2 m / s.

На экспериментальных зависимостях КПД от потребляемой мощности, изображенных на фиг. 3, видно существенное преимущество в 2÷3,5 раза при использовании ускоряющих электродов. КПД также увеличивается с увеличением величины положительного напряжения на ускоряющих электродах, во всем рабочем диапазоне напряжений для отрицательного коронного разряда. КПД определялось как отношение энергии воздушного потока к энергии, вводимой в коронный разряд.In the experimental dependences of the efficiency on the power consumption shown in FIG. 3, a significant advantage of 2 ÷ 3.5 times is seen when using accelerating electrodes. The efficiency also increases with increasing positive voltage across the accelerating electrodes, over the entire working voltage range for negative corona discharge. Efficiency was defined as the ratio of the energy of the air flow to the energy introduced into the corona discharge.

Ускоряющие электроды могут устанавливаться на выходе многокаскадных электродных систем параллельно осадительным электродам, что также увеличит выходную скорость электрического ветра при условии, что величина и потенциал напряжения на них является ускоряющим для ионов.Accelerating electrodes can be installed at the output of multistage electrode systems parallel to the precipitation electrodes, which will also increase the output speed of the electric wind, provided that the magnitude and potential of the voltage on them is accelerating for ions.

Список литературыBibliography

1. Патент №2121115 С1, кл. F24F 3/16.1. Patent No. 2111115 C1, cl. F24F 3/16.

2. Патент №2492394 С2, кл. F24F 3/00.2. Patent No. 2492394 C2, cl. F24F 3/00.

3. Патент №2313732 С2, кл. F24F 3/16.3. Patent No. 2313732 C2, class. F24F 3/16.

Claims

A device for increasing the speed of an electric wind, containing electrodes with emitters arranged in rows parallel to the gas flow, the corona electrodes of the device are displaced relative to the edge of the precipitation electrodes in the direction opposite to the direction of gas movement, and in the direction perpendicular to the electrode surface, the corona and precipitation electrodes are displaced relative to each other at a fixed distance, characterized in that the precipitation electrodes are made in the form of cylinders, and parallel to them, on a fixed At a given distance, accelerating electrodes are located, the voltage at which is accelerating for ions.