RU2080888C1

RU2080888C1 - Apparatus for asepticizing air

Info

Publication number: RU2080888C1
Authority: RU
Inventors: Л.П. Белов
Original assignee: Белов Леонид Павлович
Priority date: 1992-06-15
Filing date: 1992-06-15
Publication date: 1997-06-10

Abstract

FIELD: medical engineering, equipment for asepticizing air in microbiological and food industries. SUBSTANCE: apparatus comprises metallic cylindrical casing with piezoelectric generator, negative output of which is rigidly coupled to shaft of eight-blade electrode-impeller, while its positive output is connected to electrode in the form of electroconductive disc provided with conically shaped hollow elements and channels being arranged in chess-board pattern. Inventive novelty of proposed apparatus resides in fact that its piezogenerator is constituted by "n" unitary blocks, each of which represents lever-less tandem structure consisting of opposite arranged and opposite-energized piezoelectric elements made of segnetopiezoelectric ceramics. electroconductive disc and impeller are arranged so that they can be moved apart or drawn closer, impeller blades are made sharpened. Apparatus is energy-saving, as it does not require energy supply from outside, as distinct from similar prior-art devices. Apparatus can be turned out in alternative embodiment in which it consists of self-contained individual modules. With this embodiment, there is no need to carefully isolate air duct portion in which apparatus is placed. EFFECT: simple and easily adaptable to mass-scale production. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для обеззараживания воздуха и может быть использовано в микробиологической, медицинской и пищевой промышленности. The invention relates to a device for disinfecting air and can be used in the microbiological, medical and food industries.

Известно устройство для асептирования по /1/. Оно обладает рядом несовершенств, среди которых следует указать на невозможность использования без энергообеспечения /например, сети 220 или 380 В/. Наиболее близкое по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению устройство для асептирования воздуха по /2/, выбранное за прототип, которое содержит диэлектрический корпус, имеющий форму цилиндра, и размещенные в нем высоковольтные разнополярные электроды, один из которых выполнен в виде металлической крыльчатки, соосно установленной в корпусе, а другой в виде электропроводящего диска, снабженного конусообразными элементами, обращенными в сторону крыльчатки, которая установлена с возможностью вращения. Конусообразные элементы имеют усеченную форму и каналы для прохождения воздуха, причем они установлены на электроде диске с чередованием в шахматном порядке, шаг между элементами составляет 0,65 0,75 их высоты. Электрод-диск соединен с источником высокого напряжения 10 кВ, 50 гЦ. Электрод-крыльчатка заземлен. A device for aseptic according to / 1 /. It has a number of imperfections, among which it should be pointed out that it is impossible to use without energy supply / for example, 220 or 380 V networks /. The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed invention a device for aseptic air according to / 2 /, selected for the prototype, which contains a dielectric body having the shape of a cylinder and high-voltage bipolar electrodes placed in it, one of which is made in the form of a metal impeller, coaxially mounted in the housing, and the other in the form of an electrically conductive disk equipped with cone-shaped elements facing the impeller, which is mounted for rotation. The cone-shaped elements have a truncated shape and channels for the passage of air, and they are mounted on the electrode of the disk with alternating in a checkerboard pattern, the step between the elements is 0.65 0.75 of their height. The disk electrode is connected to a high voltage source of 10 kV, 50 Hz. The impeller electrode is grounded.

Недостаток описанного устройства состоит в больших энергозатратах источника высокого напряжения, который смонтирован отдельно от устройства для асептирования, имеет сложную электрическую схему со стабилизацией напряжения, с необходимостью подводки электрообеспечения по низкой /сети 50 гЦ, 220 или 380 В/ и по высокой стороне /10 20 кВ/, качественно защищенной: по пробою цепи высоковольтного подводящего тракта, а также по изоляции и защите всего модуля, выполненного в диэлектрическом корпусе. Эти несовершенства преодолены в заявляемом решении. The disadvantage of the described device is the high energy consumption of the high voltage source, which is mounted separately from the aseptic device, has a complex electrical circuit with voltage stabilization, with the need for power supply to the low / mains of 50 Hz, 220 or 380 V / and high side / 10 20 kV /, qualitatively protected: by breakdown of the high-voltage supply path, as well as by isolation and protection of the entire module, made in a dielectric casing. These imperfections are overcome in the claimed solution.

Задача изобретения упрощение конструкции и снижение энергозатрат. The objective of the invention is to simplify the design and reduce energy consumption.

Поставленная задача решается тем, что источник высокого напряжения выполнен в виде электроимпульсного пьезоэлектрического генератора, состоящего из "п" модулей, каждый из которых представляет безрычажную спаренную конструкцию с единым эксцентриком и встречно включенными элементами сегнетопьезоэлектрических сборок, собранный в металлическом корпусе и установленный на проводящих опорах, отрицательным выходом связанный с осью электрода крыльчатки, а положительным с электропроводящим диском, при этом электропроводящий диск и крыльчатка установлены в корпусе с возможностью регулирования зазора между ними, а проводящий электрод крыльчатка выполнен восьми лопастным. The problem is solved in that the high voltage source is made in the form of an electropulse piezoelectric generator, consisting of "n" modules, each of which is a linkless coupled design with a single eccentric and counter-connected elements of the ferro-piezoelectric assemblies, assembled in a metal case and mounted on conductive supports, negative output associated with the axis of the impeller electrode, and positive with an electrically conductive disk, while the electrically conductive disk and the impeller Single mounted in the housing with the possibility of adjusting the clearance therebetween, and a conductive electrode formed of eight bladed impeller.

Таким образом техническое решение по использованию безрычажного, а следовательно потребляемого меньшую электрическую мощность пьезогенератора модульной конструкции, создающего на раздвигаемых /настраиваемых/ разноименных электродах решетке и крыльчатке, плазму электрического разряда, без каких-либо подводок высокого напряжения извне, а генерирующего свой собственный высокий потенциал, например 20 кВ. дает возможность получить фактор эффективного электрического пробоя и стекания электрических зарядов и образования в зоне плазмы нестойкого соединения кислорода O₃ и смешивания его с потоком воздуха в канале принудительной вентиляции, в котором целиком смонтировано все предлагаемое устройство, и обеспечивает высокоэффективное асептирование воздушного потока.Thus, the technical solution for the use of a leverless, and therefore less electric power, piezoelectric generator of a modular design, creating on the expandable / adjustable / unlike electrodes a grating and an impeller, an electric discharge plasma without any external high voltage connections, and generating its own high potential, for example 20 kV. makes it possible to obtain a factor of effective electric breakdown and draining of electric charges and the formation of an unstable oxygen compound O ₃ in the plasma zone and mixing it with the air stream in the forced ventilation channel, in which the entire device is fully assembled, and provides highly efficient asepticization of the air flow.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид устройства секция с рабочим модулем; на фиг.2 разрез AA' и BB' на фиг.1; сечение электрода 3, с выбором по R на а/ сечение сегнетоэлектрической сборки, на б/; на фиг.4 а/, б/, с/ рабочий модуль пьезогенератора; на фиг.5 электрическая схема устройства, работающего по кинематической схеме фиг.4 б/; на фиг. 6 электрическая схема устройства, работающего при встречном включении /непараллельном/ сегнетоэлектрических сборок и двух крыльчаток. The invention is illustrated in the drawing, where figure 1 shows a General view of the device section with a working module; in Fig.2 section AA 'and BB' in Fig.1; section of the electrode 3, with a choice of R on a / section of the ferroelectric assembly, on b /; figure 4 a /, b /, c / working module of the piezoelectric generator; in Fig.5 electrical diagram of a device operating according to the kinematic diagram of Fig.4 b /; in FIG. 6 is an electrical diagram of a device operating in counter-engaging / non-parallel / ferroelectric assemblies and two impellers.

Устройство содержит металлический рабочий модуль, в цилиндрическом корпусе 1 которого размещены высоковольтные разнополярные электроды 2 и 3. Электрод 2 выполнен в виде восьмилопастной крыльчатки из проводящего материала с возможностью вращения, а электрод 3 в виде диска, выполненного с возможностью перемещения вдоль корпуса 1 и снабженного конусообразными полыми элементами 4 и остриями 5 с каналами для прохождения воздуха и вершинами, обращенными в сторону крыльчатки. Конусообразные элементы 4 и 5 установлены на электроде 3 с чередованием в шахматном порядке с шагом между ними от 0,65 до 0,7 высоты этих элементов. Электрод 3 закреплен на корпусе 1 винтами 24 в прорезях 27 и соединен с положительным выходом 20 кВ источника электропитания, который выполнен в виде автономного пьезоэлектрического генератора 6 многосекционной модульной конструкции со скоммутированными сегнетоэлектрическими блоками. Блок пьезоэлектрического генератора 6 своим отрицательным выходом подключен к подвижному узлу устройства восьмилопастной крыльчатке 2, ось которой отрицательным потенциалом связана с элементами пьезоэлектрического генератора 6. The device comprises a metal working module, in the cylindrical body 1 of which high-voltage bipolar electrodes 2 and 3 are placed. The electrode 2 is made in the form of an eight-bladed impeller of a conductive material with the possibility of rotation, and the electrode 3 in the form of a disk made to move along the body 1 and provided with cone-shaped hollow elements 4 and points 5 with channels for air passage and peaks facing the impeller. The cone-shaped elements 4 and 5 are mounted on the electrode 3 with alternating in a checkerboard pattern with a pitch between them from 0.65 to 0.7 of the height of these elements. The electrode 3 is mounted on the housing 1 with screws 24 in the slots 27 and connected to a positive output of 20 kV power supply, which is made in the form of an autonomous piezoelectric generator 6 of a multi-section modular design with commutated ferroelectric blocks. The block of the piezoelectric generator 6 is connected with its negative output to the mobile unit of the device with an eight-blade impeller 2, the axis of which is negatively connected to the elements of the piezoelectric generator 6.

Основным рабочим узлом, создающим высокий импульсный потенциал, а в конечном итоге электроимпульсную плазму разряда, является сегнетопьезоэлектрический генератор 6. Генератор 6 имеет набор "п" модулей, каждый из которых состоит из сегнетопьезоэлектрических сборок, собранных с пружинами 13, опорными направляющими элементами 14, с сегнетопьезоэлектрическими элементами 15, опорными металлическими вставками 16, фиксирующими углублениями 17 и имеющими два рабочих состояния: сжатия и ослабления. Пьезогенератор 6 в свою очередь содержит металлический корпус, установленный на крепежных электропроводящих металлических опорах 7, закрепленных винтами 25 в одном из положений в продольных прорезях 28 верхней и нижней. The main working unit that creates a high pulse potential, and ultimately an electric pulse discharge plasma, is a ferro-piezoelectric generator 6. Generator 6 has a set of “n” modules, each of which consists of ferro-piezoelectric assemblies assembled with springs 13, supporting guide elements 14, s ferro-piezoelectric elements 15, supporting metal inserts 16, fixing recesses 17 and having two operating states: compression and attenuation. The piezoelectric generator 6, in turn, contains a metal housing mounted on a mounting conductive metal supports 7, fixed with screws 25 in one of the positions in the longitudinal slots 28 of the upper and lower.

В корпусе по центру вращения закреплена изоляционная втулка 8 с контактным элементом 9 на оси 10, которая через элемент стыковки /разделение по напряжению/ изолятор 11 совмещена со стыкующим элементом оси 12 и укрепленным на ней рабочим эксцентриком 18. В установленных слева и справа фиксирующих углублениях 17 закреплена деформируемая сегнетопьезоэлектрическая сборка. В опорных внутренних 16, отводных электродов 19, пружин 13 и опорных элементов 14 закреплены пьезоэлементы 15 сегнетопьезоэлектрических сборок пьезогенератора, с коммутацией встречно; "+" на проводящем корпусе 6 и "-" на отводном электроде 19, вставками из отожженной меди 22 и изоляторах 23. Коммутационные цепи пьезогенератора подают в конечном итоге, "-" на крыльчатку 2 с изоляцией во втулке 8 и муфте 21, и подводкой "-" общего пьезогенератора через металлическую втулку 9, а "+" на дисковый электрод 3 с конусными сквозными элементами 4 и 5 через корпус пьезогенератора 6, стойки 7, элементы 13, 14, 16, 17, 18 и корпус воздухотрубопровода 1. An insulating sleeve 8 is mounted in the housing at the center of rotation with a contact element 9 on the axis 10, which, through the coupling element / voltage separation / insulator 11, is combined with the connecting element of the axis 12 and the working eccentric 18 mounted on it. In the fixing recesses 17 mounted to the left and right a deformable ferro-piezoelectric assembly is fixed. In the supporting internal 16, tap electrodes 19, springs 13 and supporting elements 14, the piezoelectric elements 15 of the ferro-piezoelectric assemblies of the piezoelectric generator are fixed, with commutation; "+" on the conductive housing 6 and "-" on the outlet electrode 19, annealed copper inserts 22 and insulators 23. The piezoelectric generator switching circuits are ultimately fed, "-" to the impeller 2 with insulation in the sleeve 8 and the coupling 21, and inlet "-" of the common piezoelectric generator through the metal sleeve 9, and "+" to the disk electrode 3 with conical through elements 4 and 5 through the body of the piezoelectric generator 6, rack 7, elements 13, 14, 16, 17, 18 and the body of the air pipe 1.

Устройство работает следующим образом:
Асептирование воздуха в устройстве происходит следующим образом.The device operates as follows:
Asepsation of air in the device is as follows.

Воздух, перемещаемый по трубопроводу, вращает крыльчатку. Ось крыльчатки, связанная со смещенными под углом 30^o "п" эксцентриками 18, в "п" пьезогенераторными модулями, имеет опорные втулки 8, /контактный "-"; и 20, контактный "+", соединенную с корпусом генератора 1. Эксцентрик 18 при вращении оси 12 перемещает опорный элемент 14, который, перемещаясь, сдвигает пьезоэлектрическую сборку элементов 15 в положение "сжатие". На фиг.4 б/ это положение сжатия, при этом между направляющими 17 опорными вставками 16, встречно установленными в левой и правой группах пьезоэлементов 15, отводным электродом 19 оказываются сжатые пружины 13. Таким образом блок из четырех пьезоэлементов 15 оказывается в состоянии сжатия фиг.4 б/ т.е. происходит деформация пьезоэлементов 15 и генерируется высокий потенциал, который подается "-" на крыльчатку 2, а "+" на корпус 6 стойки 7 и дисковый электрод 3, закрепленный в корпусе винтами 24, в одном из положений в продольных прорезях 27 верхней и нижней. При перемещении эксцентрика 18 происходит возвращение сегнетопьезоэлектрической сборки из состояния "сжатия" "а" в состояние "ослабления" "с", т.е. смена знака деформации пьезоэлементов, и пьезогенератор, сборки которого скоммутированы на фиг.6, вырабатывает импульсное двуполярное напряжение 20 кВ. которое на разнополярных электродах диска и гранях крыльев крыльчатки в местах их наиболее близкого расположения образуют плазму электрического разряда. Таким образом асептирование воздуха в устройстве осуществляется следующим образом: воздух, перемещаемый в канале воздуховода, проходит через плазму разряда, образованную электродом 3 и крыльчаткой 2. Шаг между элементами электрода 3 равный 0,065 0,75 их высоты обеспечивает перекрытие зон разрядов между электродами.Air moving through the pipeline rotates the impeller. The impeller axis associated with the eccentrics 18 displaced at an angle of 30 ^° "p" in the "p" piezoelectric modules has support sleeves 8, / contact "-"; and 20, a contact “+” connected to the housing of the generator 1. The eccentric 18 moves the supporting element 14 when the axis 12 rotates, which, moving, moves the piezoelectric assembly of the elements 15 to the “compression” position. In Fig. 4 b / this is the compression position, while between the guides 17 of the support inserts 16, oppositely installed in the left and right groups of the piezoelectric elements 15, the compressed springs 13 are the outlet electrode 19. Thus, the block of four piezoelectric elements 15 is in the compression state of Fig. 4 b / i.e. the piezoelectric elements 15 are deformed and a high potential is generated, which is supplied “-” to the impeller 2, and the “+” to the case 6 of the rack 7 and the disk electrode 3, mounted in the case with screws 24, in one of the positions in the longitudinal slots 27 of the upper and lower. When the eccentric 18 is moved, the ferro-piezoelectric assembly returns from the state of "compression""a" to the state of "attenuation""c", i.e. a change in the sign of the deformation of the piezoelectric elements, and the piezoelectric generator, the assemblies of which are switched in FIG. 6, produces a pulsed bipolar voltage of 20 kV. which on opposite-pole disc electrodes and the faces of the impeller wings in the places of their closest location form an electric discharge plasma. Thus, asepticization of air in the device is carried out as follows: the air moved in the duct channel passes through the discharge plasma formed by the electrode 3 and the impeller 2. A step between the elements of the electrode 3 equal to 0.065 0.75 of their height ensures the overlapping of the discharge zones between the electrodes.

Крепежные элементы 24 и 25 в прорезях 27 и 28 позволяют настроить межэлектродное расстояние на режим пробоя или режим стекания зарядов с остриев электродов, т. е. режима ионизации. Эффективность заявляемого устройства по сравнению с прототипом состоит: а/ в использовании автономного энергосберегающего генератора, работающего от потока воздуха; б/ регулировки зазора между разнополярными электродами и получения оптимальных режимов ионизации потока или пробоя заряда в зоне рабочих электродов; в/ возможность сборки "п" рабочих асептирующих модулей для увеличения объема и качества асептирования; г/ в возможности оснащения подобными модулями любого воздуховода с принудительной вентиляцией. The fasteners 24 and 25 in the slots 27 and 28 allow you to adjust the interelectrode distance to the breakdown mode or the mode of runoff of charges from the tips of the electrodes, i.e., the ionization mode. The effectiveness of the claimed device compared to the prototype consists of: a / using an autonomous energy-saving generator operating from an air stream; b) adjusting the gap between bipolar electrodes and obtaining optimal ionization modes of the flow or charge breakdown in the area of the working electrodes; c / the ability to assemble "n" working aseptic modules to increase the volume and quality of asepsis; g / in the possibility of equipping with similar modules any duct with forced ventilation.

Claims

1. An air aseptic device comprising a cylindrical body equipped with two high-voltage bipolar electrodes, one of which is made in the form of an impeller coaxially mounted in the housing for rotation, and the other in the form of a conductive disk associated with the positive output of the high voltage source, the side the disk facing the impeller is equipped with truncated cone-shaped elements with channels for air passage, while solid cone-shaped elements and elements with a channel the lamas are arranged in a checkerboard pattern, characterized in that the high-voltage source is made in the form of an electric pulse piezoelectric generator consisting of n modules, each of which is a linkless coupled structure with a single eccentric and counter-connected elements of the ferro-piezoelectric assemblies, assembled in a metal case and mounted on conductive bearings, negative output associated with the axis of the impeller electrode, and positive with an electrically conductive disk, while the feed disk and the impeller are installed in the housing with the possibility of adjusting the gap between them.

2. The device according to claim 1, characterized in that the conductive electrode-impeller is made of eight-blade.