ИСТОЧНИК АЭРОИОНОВ Российский патент 1998 года по МПК F24F3/16 

Изобретение относится к области аэроионификации, фильтрации, кондиционирования и вентиляции воздуха и может применяться в промышленности, сельском хозяйстве, быту и медицине.

Известен источник отрицательных молекулярных аэроионов кислорода - люстра Чижевского, которая состоит из нескольких концентрических колец большого диаметра, на которых закреплены металлические иглы, направленные вниз, на пол помещения. На них подается высокое отрицательное напряжение, в качестве положительного электрода используются либо стены помещения, либо специальная прозрачная сетка, проводящая ток, иногда покрытая слоем изоляции (см. 1) Журнал русской физической мысли, г. Реутов, 1991, Чижевский А.Л. Краткое руководство по применению аэроионифицированного воздуха в промышленности, сельском хозяйстве и медицине. 2) Чижевский А.Л. Методические указания по использованию аэроионифицирующих установок. Союзсантехмин. М. Госпланиздат, 1959).

Источники типа люстры Чижевского не предназначены для получения направленного и концентрированного потока аэроионов в заданном месте облучаемого объекта. Вследствие своей открытости и использования постоянного высокого напряжения они имеют большие габариты и широкие потоки аэроионов малой плотности.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному объекту является источник отрицательных молекулярных аэроионов кислорода - люстра Чижевского, описанная выше и принятая за прототип.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата - компактности, высокой плотности и чистоты потока аэроионов при использовании прототипа, относится применение для ее питания постоянного высокого напряжения. Кроме того, в люстре Чижевского нет зоны очистки воздуха от пыли, микробов и т.д., что необходимо в быту и в медицине особенно.

Сущность изобретения заключается в следующем. При заданной величине высокого напряжения в зоне очистки и зоне генерации продольный размер этих зон определяется электрической прочностью зазора, которая зависит, при прочих равных условиях, от формы этого напряжения во времени. Оно может быть постоянным, осциллирующим и импульсным, а также возможно произвольное сочетание этих форм.

При изменении напряжения на зазоре во времени изменяются движение в нем заряженных частиц и нейтралов, а также физические процессы на электродах. В частности, это относится к появлению на остриях импульсов Тричела - микромолний, создаваемых отдельными высокоэнергичными электронами. Именно интенсивность этих импульсов определяет вероятность пробоя высоковольтного зазора: чем чаще они идут, тем вероятнее пробой. Накладывая на постоянное напряжение меняющуюся во времени составляющую, можно изменять величину пробойного напряжения, а также плотность потока аэроионов вблизи этого напряжения. Так, при подаче на зазор импульсов напряжения со временем нарастания, меньшим, чем время пробега электронов между электродами, при интервале между импульсами, меньшими, чем время рассасывания ионного следа от импульса Тричела (так называемого мертвого времени в счетчиках Гейгера - Мюллера), можно значительно поднять величину пробойной напряженности, а вместе с ней и плотность потока аэроионов.

Уменьшение величины зазора при заданном угле расходимости пучка аэроионов с острий существенно уменьшает поперечный размер источника и квадратично - площадь потока аэроионов в случае использования, например, одиночного острия.

Указанные технические результаты - компактность источника и высокая плотность аэроионов достигаются тем, что в известном источнике аэроионов - люстре Чижевского, включающем в себя систему проводящих концентрических колец с иглами, располагающимися симметрично по азимуту и находящимися под постоянным высоким отрицательным потенциалом, и низко потенциальную прозрачную для аэроионов сетку из проводников, голых или покрытых изоляционным слоем, на постоянное высокое напряжение накладываются импульсы напряжения малой длительности с такой частотой повторения, при которой в зазоре укладывается несколько волн объемного заряда аэроионов.

С целью получения высокой чистоты потока аэроионов производится эффективная очистка поступающего в зону генерации воздуха, для чего на концентрических кольцах располагаются распределенные однородно по азимуту двуострийные иглы, ориентированные по оси потока аэроионов. При этом напротив одних острий размещается коллектор для сбора пыли, микробов, вирусов и т.д., а напротив других - прозрачная выходная сетка.

С целью регулировки потока аэроионов и защиты от прикосновения к относительно сильноточной первой сетке после нее располагается вторая прозрачная, более слаботочная, проводящая голая или покрытая изолятором сетка, потенциал которой относительно первой сетки можно регулировать с помощью дополнительного источника постоянного напряжения.

С целью направления выпущенного из источника потока аэроионов на заданное место облучаемого объекта, особенно в случае низкой электропроводности последнего, после второй сетки можно использовать третью подвижную прозрачную сетку, проводящую голую либо покрытую изолятором и питаемую от отдельного источника постоянного напряжения.

Первую сетку можно назвать основной, замыкающей на себя большую долю тока, вторую - вытягивающей аэроионы из зоны генерации, третью - направляющей поток аэроионов.

В случае высокой проводимости и мобильности объекта облучения третья сетка не нужна.

Повышение электрической прочности высоковольтных зазоров в зонах очистки и генерации аэроионов приводит к возможности линейного уменьшения продольного и поперечных размеров источника, а потому и почти к кубическому уменьшению объема источника в целом. Обычная люстра Чижевского занимает объем около кубометра, а предлагаемый нами источник - несколько кубических дециметров, при заданной величине тока аэроионов.

Кроме того, плотность тока аэроионов в зоне генерации обратно пропорциональна кубу величины высоковольтного зазора при заданной величине высокого напряжения на нем, а потому компактность достигается одновременно с кубическим ростом плотности потока при почти линейном росте полного тока аэроионов.

Поскольку плотность тока аэроионов в зоне очистки также обратно пропорциональна кубу продольного размера, то и эффективность очистки при использовании импульсной составляющей напряжения растет многократно, до трудно измеримой малой величины выходной запыленности, что очень важно в медицине и в быту.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Дополнительный поиск известных решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения показывает, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На чертеже представлен компактный источник аэроионов в осевом сечении и упрощенная схема его питания.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, заключаются в следующем.

Источник аэроионов состоит из эмиттера электронов 1 - проводящего кольца с размещенными однородно по азимуту двуострийными иглами 2, направленными как по оси потока аэроионов, так и против нее. Эмиттер помещается в изолирующий корпус 3, слева от которого располагается коллектор пыли 4, а справа - проводящие ток сетки 5, 6 и 7, которые могут покрываться слоем изоляции. Облучаемый объект 8 располагается внутри помещения 9, обозначенного штриховым контуром. В случае использования в качестве коллектора сосуда с проводящей жидкостью, например водой, ось источника располагается по вертикали. Источники высокого напряжения 10, 11, 12, 13 создают необходимое распределение потенциалов между электродами.

При подаче постоянного высокого напряжения от источника 10 и импульсного высокого напряжения от источника 11 на эмиттер 1 с иглами 2, помещенный в изолятор 3, с них начинают стекать электроны. Они прилипают к молекулам кислорода и двигаются в виде отрицательных молекулярных аэроионов кислорода как влево, к коллектору 4, так и вправо, к первой сетке 5. При движении к коллектору 4 меньшая часть их садится на пылинки, бактерии, вирусы и т.д., а большая часть за счет соударений с нейтральными молекулами воздуха создает так называемый электрический ветер.

Пылинки, бактерии, микробы, вирусы и т.д. приносятся кулоновскими силами и электрическим ветром на непрозрачный коллектор 4 4 и осаждаются там, а электрический ветер отражается от коллектора 4 и возвращается к эмиттеру 1. Поэтому среднего потока воздуха в зоне очистки почти нет: есть плотные узкие скоростные потоки воздуха с игл в сторону коллектора 4 и широкие медленные потоки воздуха, отраженные от коллектора, соответствующие каждой игле.

При стекании электронов с правых острий игл эмиттера 4 также образуются отрицательные молекулярные аэроионы, создающие электрический ветер в сторону почти прозрачной сетки 5. Большая часть аэроионов замыкается на эту сетку, меньшая часть проходит сквозь нее под действием напряжения от источника 12 к защитной сетке 6. Электрический ветер проходит к той же сетке 6, слегка рассеиваясь и тормозясь на сетке 5. Защитная сетка 6 является фактически выходной сеткой источника аэроионов, ибо направляющая сетка 7 нужна только тогда, когда облучаемый объект 8 почти не проводит ток, а аэроионы доставляются к нему за счет электрического поля, создаваемого источником 13. Электрический ветер проходит сквозь сетки 5, 6 и 7 и обдувают облучаемый объект 8, либо, в случае отсутствия последнего, дует в сторону противостоящей стены помещения 9 и после отражения от нее стекает симметрично по азимуту сбоку между изолятором 3 и коллектором 4 в зону очистки, зону генерации и т.д., замыкаясь сам на себя.

Резистор Р1 ограничивает ток высоковольтных источников 10 и 11 на уровне, безопасном как для самого источника, спасая от выгорания иглы при токах короткого замыкания, так на уровне, безопасном для персонала, использующего этот источник.

Удобно использовать в качестве коллектора 4 сосуд с обычной водой, ибо она обладает достаточной проводимостью и при этом так смачивает все пылинки, микробы и т.д., что они не могут улететь даже после выключения источника высокого напряжения. В этом случае очистка коллектора состоит в выливании воды.

Компактный источник отрицательных молекулярных ионов кислорода КИОМАИК изготовлен, испытан и работает круглосуточно при габаритах 0 200 мм • 400 мм вместе с источником высокого напряжения 40 кВ • мкА, обеспечивает вентиляцию помещения с производительностью 50 м³/ч при токе аэроионов на любой внешний объект до 100 мкА. Качество очистки воздуха за один проход через зону очистки не хуже 80%.

Таким образом, вышеизложенные сведения говорят о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий.

Компактный источник аэроионов предназначен для использования в промышленности в качестве вентилятора, электрофильтра и, главное, аэроионификатора - источника отрицательных молекулярных аэроионов кислорода.

В том же качестве компактный источник аэроионов может быть использован и в сельском хозяйстве, при этом он может оказаться эффективным стимулятором роста и здоровья растений и животных.

В том же качестве компактный источник аэроионов может быть использован в быту и в медицине для лечения и профилактики здоровья людей, как это уже с 50-х годов осуществляется с помощью прототипа - люстры Чижевского.

Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте ниже изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке средств и методов.

Компактный источник аэроионов, воплощающий заявленное изобретение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Источник предназначен для использования в системах кондиционирования и вентиляции. Имеет зону предварительной очистки воздуха от пыли, микробов, вирусов и т. д. и дополнительные сетки для вывода и регулирования потока аэроинов кислорода. Компактность источника достигается за счет применения изолирующего корпуса и двуострийных игл-эмиттеров на отрицательном высоковольтном электроде. 1 ил.

Источник отрицательных молекулярных аэроионов кислорода, включающий в себя систему концентрических колец с расположенными на них иглами, находящимися под высоким отрицательным патенциалом, и относительно низкопотенциальную проводящую ток сетку, отличающийся тем, что кольца помещают в изолирующий корпус, а иглы применяются двухострийные, при этом с одной стороны напротив них помещается непрозрачный коллектор, а с другой стороны - система из прозрачных для аэроинов проводящих ток сеток, потенциал которых регулируется с помощью дополнительных источников питания.