RU2458289C2 - Electrostatic injector - Google Patents

Electrostatic injector Download PDF

Info

Publication number
RU2458289C2
RU2458289C2 RU2010110193/06A RU2010110193A RU2458289C2 RU 2458289 C2 RU2458289 C2 RU 2458289C2 RU 2010110193/06 A RU2010110193/06 A RU 2010110193/06A RU 2010110193 A RU2010110193 A RU 2010110193A RU 2458289 C2 RU2458289 C2 RU 2458289C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
channel
section
constant cross
housing
Prior art date
Application number
RU2010110193/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010110193A (en
Inventor
Олег Викторович Тарасов (RU)
Олег Викторович Тарасов
Виктор Георгиевич Карелин (RU)
Виктор Георгиевич Карелин
Игорь Викторович Плетнев (RU)
Игорь Викторович Плетнев
Original Assignee
Олег Викторович Тарасов
Виктор Георгиевич Карелин
Игорь Викторович Плетнев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Олег Викторович Тарасов, Виктор Георгиевич Карелин, Игорь Викторович Плетнев filed Critical Олег Викторович Тарасов
Priority to RU2010110193/06A priority Critical patent/RU2458289C2/en
Publication of RU2010110193A publication Critical patent/RU2010110193A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2458289C2 publication Critical patent/RU2458289C2/en

Links

Landscapes

  • Lasers (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

FIELD: ventilation.
SUBSTANCE: injector includes housing with inlet confuser, outlet and constant cross-section channel, discharge electrode, collecting electrode, which are connected to high-voltage DC source and installed in parallel planes perpendicular to longitudinal axis of constant cross-section channel. In addition, housing outlet is made in the form of outlet diffuser.
EFFECT: increasing the efficiency.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области создания газовых потоков и может быть использовано в системах вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях.The invention relates to the field of creating gas flows and can be used in ventilation and air conditioning systems in rooms.

Известны электростатические нагнетатели по патентам РФ, МПК7 F24F 3/16: №2121115, 2172898, 2187762, 2304333, 2301377, 2343362, 2109220, 2202741, 2005962, 2181466, 2156169, 2313732, 2202741, 10851.Known electrostatic blowers according to the patents of the Russian Federation, IPC7 F24F 3/16: No. 2121115, 2172898, 2187762, 2304333, 2301377, 2343362, 2109220, 2202741, 2005962, 2181466, 2156169, 2313732, 2202741, 10851.

Наиболее близким техническим решением является нагнетатель, описанный в патенте на полезную модель по патенту РФ 10851, МПК: F24F 3/16, выбранный в качестве прототипа.The closest technical solution is the supercharger described in the utility model patent of RF patent 10851, IPC: F24F 3/16, selected as a prototype.

Данное техническое решение содержит корпус с входом и выходом. В корпусе, в его канале с постоянным цилиндрическим сечением со стороны входа имеется разрядный игольчатый электрод, подключенный к отрицательному полюсу высоковольтного источника постоянного тока, а со стороны выхода - собирающий электрод, подключенный к положительному полюсу упомянутого источника тока. Вход для потока в корпусе выполнен в виде конфузора, что способствует снижению гидродинамических потерь.This technical solution contains a housing with input and output. In the case, in its channel with a constant cylindrical section, on the input side there is a discharge needle electrode connected to the negative pole of the high-voltage direct current source, and on the output side there is a collecting electrode connected to the positive pole of the said current source. The inlet for the flow in the housing is made in the form of a confuser, which helps to reduce hydrodynamic losses.

Основным недостатком известных устройств является низкий коэффициент полезного действия. В механическую энергию создаваемого газового потока преобразуется только 1÷2% подведенной электрической мощности. Это в первую очередь вызвано тем, что скорость газовых ионов, которые в известных устройствах приводят в движение газовый поток, в межэлектродном пространстве весьма высока (100÷200 м/с), при этом величина скоростного напора, создаваемого в межэлектродном пространстве известных устройств, позволяет достичь скоростей потока порядка 1÷3 м/с. Из-за этой разницы скоростей большая часть электрической энергии, подводимой к электродам, переходит в тепло.The main disadvantage of the known devices is the low efficiency. Only 1 ÷ 2% of the supplied electric power is converted into mechanical energy of the generated gas stream. This is primarily due to the fact that the speed of gas ions, which in the known devices set the gas flow in motion, in the interelectrode space is very high (100 ÷ 200 m / s), while the velocity head created in the interelectrode space of the known devices allows reach flow rates of the order of 1 ÷ 3 m / s. Because of this speed difference, most of the electrical energy supplied to the electrodes is converted to heat.

Тем не менее, во всех известных устройствах производительность определяется скоростью потока в межэлектродном сечении, а эта скорость определяется скоростным напором потока, который создают электроды при подведении к ним высокого напряжения.However, in all known devices, productivity is determined by the flow rate in the interelectrode section, and this speed is determined by the velocity head of the flow, which the electrodes create when a high voltage is applied to them.

Чтобы увеличить кпд этих устройств необходимо, в частности, уменьшить гидравлические потери. Эти потери в первом приближении являются суммой гидравлических потерь за счет обтекания потоком внутренних стенок газового тракта и потерь при обтекании разрядных и собирающих электродов. Минимизировать гидравлические потери можно за счет организации плавного входа в виде конфузора и уменьшения загромождения проходного сечения газового тракта разрядным и собирающим электродами. При этом гидродинамические потери на единицу длины канала составят 2÷3% от скоростного напора в самом узком его сечении.In order to increase the efficiency of these devices, it is necessary, in particular, to reduce hydraulic losses. To a first approximation, these losses are the sum of hydraulic losses due to the flow around the internal walls of the gas path and losses during the flow around discharge and collecting electrodes. Hydraulic losses can be minimized by organizing a smooth entrance in the form of a confuser and reducing clutter of the gas duct passage section with discharge and collecting electrodes. In this case, the hydrodynamic losses per unit length of the channel will be 2–3% of the velocity head in its narrowest section.

Снижением гидравлических потерь можно увеличить производительность на несколько процентов.By reducing hydraulic losses, productivity can be increased by a few percent.

Задачей изобретения является увеличение кпд в несколько раз.The objective of the invention is to increase the efficiency by several times.

Задача решается тем, что в электростатическом нагнетателе, содержащем корпус с входным конфузором, выходом и каналом постоянного сечения, разрядный электрод, собирающий электрод, подключенные к высоковольтному источнику постоянного тока и установленные в параллельных плоскостях, перпендикулярных продольной оси канала постоянного сечения, выход корпуса выполнен в виде выходного диффузора.The problem is solved in that in an electrostatic supercharger containing a housing with an inlet confuser, an output and a constant-cross-section channel, a discharge electrode collecting an electrode connected to a high-voltage direct current source and installed in parallel planes perpendicular to the longitudinal axis of the constant-cross-section channel, the housing output is made in type of output diffuser.

На Фиг.1 изображена конструкция заявленного нагнетателя, где:Figure 1 shows the design of the claimed supercharger, where:

1 - корпус;1 - housing;

2 - входной конфузор;2 - input confuser;

3 - канал постоянного сечения;3 - channel of constant cross section;

4 - разрядный электрод;4 - discharge electrode;

5 - иглы;5 - needles;

6 - собирающий электрод;6 - collecting electrode;

7 - высоковольтный источник постоянного тока;7 - high-voltage direct current source;

8 - выходной диффузор.8 - output diffuser.

Электростатический нагнетатель содержит корпус 1, входной диффузор 2, канал постоянного сечения 3, разрядный электрод 4 с иглами 5, собирающий электрод 6, причем разрядный 4 и собирающий 6 электроды установлены в канале постоянного сечения 3 в корпусе 1 в плоскостях, параллельных между собой и перпендикулярных продольной оси симметрии канала постоянного сечения 3; и электрически соединены с высоковольтным источником постоянного тока 7, причем выходной диффузор 8 своим малым сечением сопряжен с каналом постоянного сечения 3.The electrostatic supercharger contains a housing 1, an inlet diffuser 2, a constant cross-section channel 3, a discharge electrode 4 with needles 5, a collecting electrode 6, and the discharge 4 and collecting 6 electrodes are installed in the constant cross-section channel 3 in the housing 1 in planes parallel to each other and perpendicular the longitudinal axis of symmetry of the channel of constant cross section 3; and are electrically connected to a high-voltage source of direct current 7, and the output diffuser 8 with its small cross section is connected with the channel of constant cross section 3.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Под действием сил высокой напряженности электростатического поля, которое образуется вблизи проводящих поверхностей большой кривизны (острие игл 4), образуются заряженные частицы воздуха (аэроионы), которые устремляются с высокой скоростью к собирающему электроду 6, увлекая за собой воздух. При этом в воздушном потоке происходит прирост ΔРо полного давления Ро=Рст+ξ·V2/2, где:The proposed device operates as follows. Under the action of forces of high intensity of the electrostatic field, which is formed near conductive surfaces of large curvature (the tip of the needle 4), charged air particles (air ions) are formed, which rush at high speed to the collecting electrode 6, dragging the air with them. When this occurs in the air flow the total pressure increase ΔRo Po = Pst + ξ · V 2/2, wherein:

Рст - статическое давление в потоке,RST - static pressure in the stream,

ξ - плотность воздуха,ξ is the density of air,

V - скорость потока.V is the flow rate.

Если скорости потоков невелики (для воздуха при нормальных условияхIf the flow rates are low (for air under normal conditions

V<100 м/сек), то такие потоки можно считать несжимаемыми и полное давление в них сохраняется. Так как воздух в канал поступает из атмосферы, то Ро=Ра, где Ра - атмосферное давление. Пусть ΔР - прирост полного давления при прохождении межэлектродного пространства, тогдаV <100 m / s), then such flows can be considered incompressible and the total pressure in them remains. Since air enters the channel from the atmosphere, Po = Ra, where Ra is the atmospheric pressure. Let ΔР be the increase in total pressure during the passage of the interelectrode space, then

Ро=Ра+ΔРо=Р'ст.+ξ·V'2/2,Ro = Ra + = ΔRo R'st. + Ξ · V '2/2,

где: Р'ст. и V' соответственно статическое давление и скорость в выходной части канала после собирающего электрода. На выходе канала статическое давление в потоке становится равным атмосферному Ра. Тогда скорость выходящего потока Va можно найти из уравнения:where: R'st. and V ', respectively, the static pressure and speed in the output part of the channel after the collecting electrode. At the channel exit, the static pressure in the flow becomes equal to atmospheric Ra. Then the velocity of the outgoing stream Va can be found from the equation:

Ра+ΔР=Ра+ξ·Va2/2 или

Figure 00000001
.? P = Pa + Pa + ξ · Va 2/2 or
Figure 00000001
.

Величина ΔР определяется параметрами электрического тока, который образуется аэроионами. Поскольку при неизменной геометрии расположения электродов и величине подведенного высокого напряжения устанавливается вполне определенная скорость аэроионов и их концентрация и, следовательно, вполне определенное значение разрядного тока и электрической мощности, затраченной на его создание.The value of ΔP is determined by the parameters of the electric current, which is formed by aero ions. Since with a constant geometry of the location of the electrodes and the magnitude of the supplied high voltage, a quite definite speed of aeroions and their concentration are established, and, therefore, a very definite value of the discharge current and electric power spent on its creation.

Сила, действующая на поток со стороны аэроионов, полностью определяется их скоростью и концентрацией, тогда и прирост полного давления определяется в первом приближении только параметрами электрического разрядного тока.The force acting on the flow from the side of air ions is completely determined by their speed and concentration, then the increase in total pressure is determined in a first approximation only by the parameters of the electric discharge current.

В силу того, что скорость аэроионов существенно выше скорости потока, величина прироста полного давления будет практически постоянной при возрастании скорости потока в довольно широких пределах (практически в два-три раза).Due to the fact that the rate of aero ions is significantly higher than the flow rate, the increase in total pressure will be almost constant with increasing flow rate over a fairly wide range (almost two to three times).

Это означает, что скорость в выходном сечении канала нагнетателя не будет меняться, если его расширять или уменьшать, т.к. она определяется только приростом полного давления ΔР.This means that the speed in the output section of the supercharger channel will not change if it is expanded or reduced, because it is determined only by the increase in total pressure ΔР.

В случае расширения выходного сечения Fa (выходной диффузор 8) (см. Фиг.1) по свойству неразрывных течений будет увеличиваться скорость в постоянной части канала 3 с площадью Fm. Причем скорости будут связаны уравнением неразрывности Vm·Fm.=Va·Fa. Т.е., чем больше Fa/Fm, тем больше скорость через канал в его постоянном сечении 3, а значит и расход газа, т.е. увеличивается кпд нагнетателя.In the case of expansion of the output section Fa (output diffuser 8) (see FIG. 1), the velocity in the constant part of channel 3 with the area Fm will increase due to the property of continuous flows. Moreover, the velocities will be related by the continuity equation Vm · Fm. = Va · Fa. That is, the greater Fa / Fm, the greater the speed through the channel in its constant cross section 3, and hence the gas flow rate, i.e. supercharger efficiency increases.

Сужающийся вход (входной конфузор 2) необходим для того, чтобы избежать резкого ускорения атмосферного воздуха, поступающего в канал постоянного сечения 3, и избежать возникновения отрывного течения, в котором будет происходить потеря полного давления.A tapering inlet (inlet confuser 2) is necessary in order to avoid a sharp acceleration of atmospheric air entering the constant cross-section channel 3, and to avoid the occurrence of a tear-off flow in which the loss of full pressure will occur.

Таким образом, введение расширяющейся выходной части (выходной диффузор 8) позволяет в разы увеличить кпд предлагаемого электростатического нагнетателя по сравнению с нагнетателями, имеющими на выходе только канал постоянного сечения 3.Thus, the introduction of an expanding output part (output diffuser 8) can significantly increase the efficiency of the proposed electrostatic supercharger compared to superchargers having only a constant section channel 3 at the output.

Claims (1)

Электростатический нагнетатель, содержащий корпус с входным конфузором, выходом и каналом постоянного сечения, разрядный электрод, собирающий электрод, подключенные к высоковольтному источнику постоянного тока и установленные в параллельных плоскостях, перпендикулярных продольной оси канала постоянного сечения, отличающийся тем, что выход корпуса выполнен в виде выходного диффузора. An electrostatic supercharger comprising a housing with an inlet confuser, an output and a constant cross-section channel, a discharge electrode collecting an electrode connected to a high-voltage direct current source and installed in parallel planes perpendicular to the longitudinal axis of the constant cross-section channel, characterized in that the housing output is designed as an output diffuser.
RU2010110193/06A 2010-03-17 2010-03-17 Electrostatic injector RU2458289C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010110193/06A RU2458289C2 (en) 2010-03-17 2010-03-17 Electrostatic injector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010110193/06A RU2458289C2 (en) 2010-03-17 2010-03-17 Electrostatic injector

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010110193A RU2010110193A (en) 2011-09-27
RU2458289C2 true RU2458289C2 (en) 2012-08-10

Family

ID=44803490

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010110193/06A RU2458289C2 (en) 2010-03-17 2010-03-17 Electrostatic injector

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2458289C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2742696C1 (en) * 2020-03-13 2021-02-09 Виктор Георгиевич Карелин Electrostatic charger

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4227894A (en) * 1978-10-10 1980-10-14 Proynoff John D Ion generator or electrostatic environmental conditioner
CN2126507Y (en) * 1992-07-09 1993-01-06 北京农业大学 Corona blowing head of electrostatic powder blower
RU10851U1 (en) * 1999-03-02 1999-08-16 Аленичев Алексей Владимирович FAN IONIZER
RU2202741C2 (en) * 2001-03-06 2003-04-20 Открытое акционерное общество Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева Electrostatic pump
RU2313732C2 (en) * 2006-02-13 2007-12-27 Рязанская государственная радиотехническая академия Method of and device to increase speed of electric wind

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4227894A (en) * 1978-10-10 1980-10-14 Proynoff John D Ion generator or electrostatic environmental conditioner
CN2126507Y (en) * 1992-07-09 1993-01-06 北京农业大学 Corona blowing head of electrostatic powder blower
RU10851U1 (en) * 1999-03-02 1999-08-16 Аленичев Алексей Владимирович FAN IONIZER
RU2202741C2 (en) * 2001-03-06 2003-04-20 Открытое акционерное общество Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева Electrostatic pump
RU2313732C2 (en) * 2006-02-13 2007-12-27 Рязанская государственная радиотехническая академия Method of and device to increase speed of electric wind

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2742696C1 (en) * 2020-03-13 2021-02-09 Виктор Георгиевич Карелин Electrostatic charger

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010110193A (en) 2011-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Guan et al. Analytical model of electro-hydrodynamic flow in corona discharge
Moreau et al. Effect of a DC surface-corona discharge on a flat plate boundary layer for air flow velocity up to 25 m/s
Pekker et al. Model of ideal electrohydrodynamic thruster
Jewell-Larsen et al. Design and optimization of electrostatic fluid accelerators
Li et al. Control of the corner separation in a compressor cascade by steady and unsteady plasma aerodynamic actuation
Wen et al. Novel electrodes of an electrostatic precipitator for air filtration
Kim et al. Velocity and energy conversion efficiency characteristics of ionic wind generator in a multistage configuration
JP6321551B2 (en) Apparatus and method for generating an approved air stream and use of such apparatus in measuring particle concentration in an approved air stream
Qiu et al. The velocity characteristics of a serial-staged EHD gas pump in air
TR200202197T2 (en) Method and equipment to purify the air inside the gas turbine
Chang et al. On-set of EHD turbulence for cylinder in cross flow under corona discharges
CN111520352B (en) Device and method for regulating and controlling flow of blade profile boundary layer of gas compressor by utilizing plasma excitation
TW201008651A (en) Ionic fluid flow accelerator
Taghavi Fadaki et al. Numerical analysis of the EHD driven flow with heat transfer in a smooth channel using multiple collectors
RU2458289C2 (en) Electrostatic injector
RU163949U1 (en) DEVICE FOR ELECTRIC WIND GENERATION
Kim et al. The effect of charge mode transition on electrohydrodynamic flow in a multistage negative air corona discharge
JPWO2016136270A1 (en) Electric dust collector
RU70800U1 (en) CELLULAR AIR IONIZER
Higuera Neutralization of a spray of electrically charged droplets by a corona discharge
Vaddi et al. Particle dynamics in corona induced electro-hydrodynamic flow
Dai et al. An experimental study of plasma aerodynamic actuation on a round jet in cross flow
Cai et al. Numerical simulation and optimization of ionic wind heat sink with needle-fin electrode
Ahmadi et al. Computational fluid dynamics approach to evaluate electrostatic precipitator performance
Wen et al. Electrostatic Fluid Accelerator under High‐Speed Free Air Stream

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150318