RU2156169C2 - Устройство для аэроионификации и очистки воздуха - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено для аэроионификации вентиляции и очистки воздуха и относится к области улучшения экологии воздушной среды в закрытых помещениях, и может быть использовано в жилых помещениях, медицинских лечебных и оздоровительных учреждениях, на промышленных предприятиях, а также в сельском хозяйстве. Устройство состоит из подключенного к отрицательному полюсу высоковольтного источника напряжения коронирующего отрицательного электрода - эмиттера, выполненного в виде токопроводящего кольца с иглами, равномерно распределенными по азимуту, подключенного к положительному полюсу того же источника положительного электрода. Система электродов и источник высокого напряжения размещены в изолирующем корпусе, имеющем в нижней части отверстия для забора воздуха. Иглы эмиттера выполнены одноострийными, расположены в плоскости кольца эмиттера, направлены остриями по радиусам к центру кольца. Положительный электрод, выполняющий функции коллектора и сетки одновременно, расположен в геометрическом центре кольца эмиттера и выполнен в виде конусообразного тела, составляющего единое целое с помещенной на его вершине решеткой в форме круга. Конусообразное тело может быть сформировано S-образной образующей. Технический результат состоит в том, что на выходе устройства формируется высокоскоростной малорасходящийся поток очищенного от пыли насыщенного отрицательными ионами кислорода воздуха, который обеспечивает равномерное распределение отрицательных аэроионов кислорода в объеме помещения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Предлагаемое изобретение предназначено для аэроионификации, вентиляции и очистки воздуха (для возвращения воздуху качеств, близких к природным), относится к области улучшения экологии воздушной среды в закрытых помещениях и может быть использовано в жилых помещениях, медицинских лечебных и оздоровительных учреждениях, на промышленных предприятиях, а также в сельском хозяйстве.

Проблемой уходящего века является загрязненность атмосферы отходами промышленного производства, представляющими опасность для нормальной жизнедеятельности человека и биосферы в целом. В крупных городах и промышленных центрах степень загрязнения воздуха на улицах, а значит и в помещениях, как правило, превышает все предельно допустимые нормы.

В закрытых помещениях здоровье человека подвергается еще большей опасности, так как воздух дополнительно загрязняется еще и веществами, образующимися в результате жизнедеятельности человека, концентрация которых в помещении может превышать степень загрязнения отходами промышленного производства.

Кроме загрязнения, серьезной проблемой, связанной с качеством воздушной среды в помещениях, является нарушение аэроионного состава воздуха. Ионизация атмосферы по наблюдению отечественных и зарубежных ученых и по результатам многочисленных исследований, играет немаловажную роль в жизнедеятельности и состоянии живого организма (Л1). Как показали исследования академика А. Л. Чижевского, жизнедеятельность биологических организмов невозможна в отсутствии отрицательных аэроионов кислорода в воздухе (Л2). Попутно поясним: аэроионизация - это насыщение воздушной среды различными ионами, отрицательный аэроион кислорода - это молекула кислорода с присоединившимся электроном, аэроионификация - насыщение воздушной среды отрицательными аэроионами кислорода.

В атмосфере, на открытом воздухе за счет воздействия различных природных факторов идет постоянная генерация кислородных отрицательных аэроионов, что создает примерно постоянную их концентрацию на улице, не случайно ослабленным людям советуют гулять на "свежем воздухе".

В присутствии людей в помещениях происходит резкое снижение естественной (природной) концентрации отрицательных аэроионов кислорода и увеличение концентрации выдыхаемых человеком тяжелых положительных аэроионов (Л2), а поскольку большую часть жизни городской житель проводит именно в помещениях, то систематически испытывает как бы аэроионное голодание, что отрицательно влияет на общее состояние организма и значительно увеличивает предрасположенность к различным заболеваниям, приводит к преждевременному изнашиванию организма и укорачивает жизнь человека (Л1).

Как видим, для того чтобы вернуть воздуху его первозданные природные качества - оживить его, необходимо кроме очистки воздушной среды от всех видов вредных примесей, восстанавливать аэроионный состав, при этом очень важно равномерно распределять концентрацию аэроионов в объеме помещения, приближая воздушную среду помещения к природной.

Широко применяемые в настоящее время в воздухоочистителях и кондиционерах механические фильтры, не оживляют воздушную среду - не насыщают воздух отрицательными аэроионами кислорода, а еще более ухудшают аэроионный состав воздуха в помещении, так как на фильтрах наряду с частицами пыли осаждаются легкие аэроионы и на выходе получается очищенный, но "мертвый" воздух. В результате такой "очистки" можно принести больше вреда живому организму чем пользы, что было практическими продемонстрировано опытами А.Л. Чижевского (Л2). Кроме того, механические фильтры не позволяют задерживать частицы размером менее 0,5 мкм и соответственно не обеспечивают очистки воздуха от мелкодисперсной пыли, дымовых частиц, аэрозолей и микрофлоры. В последнее время в воздухоочистительные устройства встраивают аэроионизаторы, а к механическим фильтрам добавляют электростатические, которые частично задерживают мелкодисперсные взвешенные частицы, но имеют низкую эффективность. Такие воздухоочистители имеют большие габариты, вес, высокую потребляемую мощность и обусловленный наличием механических вентиляторов высокий уровень акустического шума.

Новым шагом в совершенствовании аэроионификаторов и воздухоочистительных устройств стало использование в них эффекта "электрического ветра", позволяющего создать поток ионизированного очищенного воздуха без использования механических вентиляторов, за счет движения в электрическом поле ионов, увлекающих с собой молекулы воздуха(Л3). При создании малогабаритных, а значит удобных для использования в стандартных квартирах, аэроионификаторов первостепенной задачей является доведение аэроионов до человека. Очевидно, что оптимальным будет равномерное распределение аэроионов в воздушном объеме помещения, позволяющее человеку, передвигающемуся по комнате, постоянно дышать "живым" воздухом. Известные малогабаритные аэроионификаторы без использования механических вентиляторов не решают эту задачу и обеспечивают приемлемый уровень аэроионификации только в непосредственной близости от устройства. Классический аэроионификатор "Люстра Чижевского" при расположении в центре потолка помещения, хотя и не обеспечивает равномерного распределения аэроионов, но обладая большим диаметром и высокой расходимостью аэроионного потока, позволяет аэроионифицировать значительный объем воздуха в помещении, однако открытая конструкция и большие габаритные размеры затрудняют использование этого прибора в стандартных жилых помещениях.

Предлагаемое устройство для аэроионификации и очистки воздуха предназначено для насыщения транспортируемого через него, посредством эффекта "электрического ветра", воздуха отрицательными аэроионами кислорода, равномерного их распределения в воздушном объеме помещения, а также для эффективной очистки воздушного объема помещения от мелкодисперсной пыли, аэрозолей, пыльцы растений, вирусов, бактерий и некоторых молекулярных органических примесей.

Его малые габариты, низкая потребляемая мощность и бесшумная работа, обусловленная отсутствием механически подвижных частей, обеспечивают его использование в быту, в медицинских и оздоровительных помещениях.

Известен аэроионизатор, содержащий корпус, крышку с отверстиями, отклоняющий и ионизационный зубчатый электроды [Л4]. Недостатком этого аэроионизатора является низкая эффективность аэроионификации и неравномерное распределение аэроионов в объеме помещения, т.к. аэроионы истекают из устройства только в результате имеющегося внутри него электрического поля, а вне устройства их движение обусловлено только диффузией. Очистка воздуха этим устройством не производится, нет потока транспортируемого воздуха.

Известен динамический аэроионизатор, обеспечивающий вентиляцию воздуха без дополнительного вентилятора, содержащий источник высокого напряжения, статор и концентричный ему ротор, выполненный в виде диэлектрической втулки с закрепленными на ней токопроводящими лопастями [Л5]. Недостатками динамического аэроионизатора являются низкая надежность устройства из-за наличия подвижных механических частей и низкий КПД. Кроме того вышеуказанный аэроионизатор также не производит очистки воздуха.

Новым этапом в развитии аэроионизаторов стало совмещение в одном устройстве функций аэроионификации и очистки воздуха от взвешенных частиц с использованием для этих целей эффекта "электрического ветра", позволяющего создать поток воздуха без использования подвижных механических элементов.

Наиболее близким к предлагаемому устройству, и принятым за прототип, является аэроионизатор, содержащий высоковольтный источник постоянного напряжения, к отрицательному полюсу которого подключен коронирующий электрод, выполненный в виде круглой проводящей решетки, снабженной одноострийными иглами, равномерно расположенными по плоскости решетки и направленными остриями вниз, к положительному полюсу подключен разгоняющий электрод, имеющий форму, повторяющую периметр коронирующего электрода, покрытый высоковольтной диэлектрической оболочкой, снабженный кронштейнами, также покрытыми диэлектрической оболочкой и соединенный с электропроводящей кюветы, наполненной водой [Л6] . При этом положительный электрод представляет собой единую конструкцию, выполняющую одновременно функции коллектора и ускоряющего электрода.

Электроны, эмиттируемые коронирующим электродом, создают отрицательные ионы кислорода и заряжают частицы пыли, которые ускоряются электрическим полем, созданным между электродами. При этом за счет неоднородности поля легкие аэроионы движутся по искривленным траекториям и должны покидать аэроионизатор, а тяжелые частицы пыли попадают в кювету с водой. Однако после включения устройства, диэлектрическое покрытие разгоняющего электрода очень быстро зарядится до высокого отрицательного напряжения и этот заряд скомпенсирует ускоряющее поле. Вследствие этого напряженность электрического поля в зазоре между коронирующим и ускоряющим электродами значительно снизится, что приведет к снижению общего тока аэроионов, а компенсация поперечной составляющей электрического поля приведет к тому, что практически весь ток будет замыкаться на кювету и истечение ионизированного воздуха наружу будет происходить лишь за счет незначительного избыточного давления, создаваемого над поверхностью кюветы "электрическим ветром". В результате скорость выходного потока будет очень мала, что обусловливает низкий КПД устройства (имеется в виду КПД преобразования энергии электрического поля в энергию выходного воздушного потока), а очистка и ионизация воздуха будут производиться только в непосредственной близости от аэроионизатора. Отсутствие изолирующего корпуса в данном устройстве подвергает человека опасности попасть под высокое напряжение коронирующего электрода и разряды статического электричества при прикосновении к диэлектрическому покрытию разгоняющего электрода, что делает неприемлемым использование устройства в бытовых условиях.

Недостатками прототипа являются:
низкая скорость и значительная расходимость потока ионизированного воздуха, выходящего из устройства, (это приводит к быстрому рассеянию и затуханию воздушного потока и не обеспечивает вентиляцию, равномерное распределение аэроионов в помещении и соответственно не обеспечивает эффективную аэроионификацию и очистку всего воздушного объема помещения);
низкий КПД устройства;
отсутствие изолирующего корпуса, что не отвечает требованиям норм безопасности.

Целью предлагаемого изобретения является:
повышение скорости и снижение расходимости потока ионизированного воздуха, выходящего из устройства, (что обеспечивает равномерное распределение аэроионов в воздушном объеме помещения);
повышение КПД устройства;
обеспечение требований норм безопасности для бытовых устройств.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для аэроионификации и очистки воздуха содержит высоковольтный источник напряжения, к отрицательному полюсу которого подключен коронирующий отрицательный электрод-эмиттер, с одноострийными иглами, положительный электрод, выполняющий функции коллектора и ускоряющей сетки одновременно, при этом:
- отрицательный электрод выполнен в виде плоского токопроводящего кольца;
- иглы находятся в плоскости кольца эмиттера, расположены на нем равномерно по азимуту и направлены остриями по радиусу к центру кольца эмиттера;
- положительный электрод расположен в геометрическом центре кольца эмиттера, и выполнен в виде конусообразного тела, составляющего единое целое с помещенной на его вершине в плоскости перпендикулярной его оси решеткой, имеющей форму круга с радиусом, меньшим радиуса кольца эмиттера, причем конусообразное тело может быть сформировано S-образной образующей;
- эмиттер и положительный проводящий электрод помещены в изолирующий корпус.

По существу в заявляемом устройстве авторам удалось изменить направление потока аэроионов, обеспечивающих очистку воздуха, и сделать его (направление) одинаковым с направлением основного потока аэроионифицированного воздуха, транспортируемого через устройство за счет эффекта "электрического ветра". Совпадение этих двух направлений обеспечивает дополнительное ускорение основного потока аэроионифицированного воздуха и высокий КПД при достаточно высокой степени очистки воздуха.

Это удалось сделать благодаря:
- взаимному расположению электродов (расположением положительного электрода, выполняющего роль коллектора и сетки, в центре кольца эмиттера);
- расположению коронирующих игл в плоскости кольца эмиттера;
- разработке формы положительного электрода в виде конусообразного тела с плоской решеткой на вершине, за счет чего удалось не только повысить скорость потока, но и понизить расходимость потока за счет фокусировки воздушного потока в устройстве.

Помещение устройства в изолирующий корпус обеспечивает его безопасное использование в бытовых условиях.

Заявляемое устройство изображено на схематичном чертеже.

Устройство для аэроионификации и очистки воздуха содержит коронирующий отрицательный электрод-эмиттер (1), выполненный в виде кольца с иглами (2), положительный электрод (3), источник высокого напряжения (4), к отрицательному полюсу которого подключен эмиттер, а к положительному - положительный электрод, изолирующий корпус (5) с отверстиями для забора воздуха (6).

Устройство работает следующим образом.

С игл (2) коронирующего отрицательного электрода-эмиттера (1), подключенного к отрицательному полюсу источника высокого напряжения (4), осуществляется эмиссия электронов, которые при соударениях с молекулами воздуха прилипают к ним и образуют отрицательные молекулярные аэроионы кислорода, движущиеся в электрическом поле к положительному электроду (3), подключенному к положительному полюсу источника высокого напряжения (4). При этом, за счет соударений отрицательных аэроионов с нейтральными молекулами воздуха, последние получают ускорение, в результате создается движущийся поток воздуха, направленный к положительному электроду - "электрический ветер". Одновременно часть аэроионов прилипает ко взвешенным в воздухе частицам загрязнений, которые приобретая таким образом отрицательный заряд - разгоняются, двигаясь к положительному электроду под действием электрического поля и потока воздуха и в результате осаждаются на положительном электроде, таким образом осуществляется очистка воздуха. Положительный электрод (3) имеет диаметр меньше диаметра игольчатого электрода-эмиттера (см. чертеж) и расположен в центре кольца эмиттера, таким образом, чтобы ионный ток на конусообразную часть положительного электрода был примерно равен току на решетку, составляющую единое целое с конусообразной частью. Часть аэроионов, движущихся к нижней части положительного электрода, создает поток воздуха, направленный к центральной оси устройства, обеспечивая фокусировку и частичное ускорение выходного потока.

При этом, за счет конусной поверхности положительного электрода, происходит плавный поворот воздушного потока в направлении решетки, через которую осуществляется вывод воздуха из устройства, причем минимальная потеря скорости потока обеспечивается S-образной боковой образующей конуса. Во время движения воздуха вдоль поверхности конуса заряженные пылевые частицы за счет действия электрического поля и инерции выносятся из потока и осаждаются на поверхности положительного электрода. Вследствие того, что весь входной поток воздуха в устройстве направлен непосредственно к осаждающей поверхности положительного электрода и достаточно длительное время движется вдоль этой поверхности, достигается высокая степень очистки воздуха. Поток аэроионов, движущихся от отрицательного электрода непосредственно к решетке положительного электрода, создает дополнительное ускорение и насыщение аэроионами очищенного сфокусированного потока воздуха. В отличие от прототипа, поток ионов, направляемый на очистку, совпадает с основным потоком воздуха в устройстве и осуществляет его дополнительное ускорение, при этом повышается скорость выходного потока воздуха и увеличивается КПД (преобразования энергии электрического поля (эмиттер - положительный электрод) в энергию воздушного потока).

Воздух засасывается через отверстия (6) в нижней части корпуса, затем в устройстве производится его очистка, ускорение и фокусировка. Высокоскоростной малорасходящийся выходной поток воздуха достигает потолка помещения и затем растекается по потолку к стенам помещения и далее вдоль стен к полу. Этим определяется эффективная вентиляция и соответственно равномерное насыщение аэроионами и очистка от загрязнений всего воздушного объема помещения.

ИСТОЧНИКИ
1. Лифшиц М.Н. Аэроионизация. Практическое применение. М.: Стройиздат, 1990 г.

2. Чижевский А. Л. Руководство по применению ионизированного воздуха в промышленности, сельском хозяйстве и в медицине. Методические указания при пользовании аэроионификационными установками "Союзсантехники". М.: Госпланиздат, 1959 г.

3. Савельев И. В. Курс общей физики, т. 2, 24. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1988 г.

4. Авторское свидетельство N 993949, кл. А 61 L 9/00/.

5. Авторское свидетельство N 1748834, А 61 N 1/44.

6. Авторское свидетельство N 2012380, A 61 N 1/44 (прототип).

Claims (2)

1. Устройство для аэроионификации и очистки воздуха, содержащее высоковольтный источник напряжения, к отрицательному полюсу которого подключен коронирующий отрицательный электрод - эмиттер с одноострийными иглами, положительный электрод, выполняющий функции коллектора и ускоряющей сетки одновременно, отличающееся тем, что эмиттер выполнен в виде плоского токопроводящего кольца, иглы расположены в плоскости кольца эмиттера, размещены на нем равномерно по азимуту и направлены остриями по радиусу к центру кольца эмиттера, положительный электрод расположен в геометрическом центре кольца эмиттера и выполнен в виде конусообразного тела, составляющего единое целое с помещенной на его вершине в плоскости, перпендикулярной его оси, решеткой, выполненной в форме круга с радиусом, меньшим радиуса кольца эмиттера, эмиттер и положительный проводящий электрод помещены в изолирующий корпус.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конусообразное тело положительного электрода сформировано S-образной образующей.