СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ Российский патент 1999 года по МПК B03C3/00 B03C3/38 A61M15/02 A61L9/22 

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано, например, в качестве способа и устройства для электрофизической обработки газовой среды, преимущественно воздуха в бытовых, промышленных и других помещениях, в частности, в лечебных и/или оздоровительных целях.

Известны способы ионизации воздуха в помещениях, включающие получение необходимых питающих напряжений, подведение их к ионизирующим электродам и воздействие с их помощью на газовую среду [1-4].

Известны устройства для ионизации воздуха, содержащие источники питания, преобразователь исходной энергии в рабочие напряжения, электродную систему подвода рабочих напряжений к обрабатываемой среде и активного ионизирующего воздействия на нее [1-5].

Известен также способ электрофизической обработки газовой среды, преимущественно воздуха в помещениях, включающий получение необходимых питающих напряжений, подведение их к ионизирующим электродам, воздействие с их помощью на газовую среду, перераспределение электрических зарядов внутри газовой среды и последующее использование обрабатываемой среды [6] - прототип.

Известно также устройство для осуществления способа электрофизической обработки газовой среды, содержащее источник питания, заземленный преобразователь исходной энергии в рабочие напряжения, электродную систему подвода рабочих напряжений к обрабатываемой среде, систему транспортировки конгломератов обрабатываемой среды и подачи их в объемы потребительского использования [6] - прототип.

Недостатком известных устройств являются относительно низкие их некоторые технические характеристики, обусловливающие возникновение в газовой среде нежелательных электрохимических реакций.

Решаемой поставленной задачей является совершенствование способа и устройства для электрофизической обработки среды с достижением технического результата в отношении уменьшения возмущений в распределении напряженности электрического поля, создаваемого ионизирующими электродами, вызываемых перемещаемыми внешними заряженными телами в целях предотвращения возникновения нежелательных электрохимических реакций в газовой среде (предотвращение коронного разряда).

В качестве кратких сведений, раскрывающих сущность изобретения следует отметить, что достигаемый технический результат обеспечивают с помощью предложенного способа электрофизической обработкой газовой среды, включающего получение необходимых питающих напряжений, подведение их к ионизирующим электродам устройства, воздействие с их помощью на газовую среду и перераспределение электрических зарядов внутри газовой среды. Отличительные особенности способа, обеспечивающие достижение технического результата, заключается в том, что генерируют питающее напряжение в виде суммы постоянной составляющей положительной или отрицательной полярности уровня A1 и переменной составляющей произвольной, преимущественно синусоидальной формы с амплитудой A2, которую выбирают в пределах 1 ≤ (|A1|+γA2)/|A1| ≤ 100, где γ - экспериментальный коэффициент, который выбирают в зависимости от формы переменной составляющей в пределах 0.1 ≤ γ ≤ 120. Конструктивным взаиморасположением ионизирующих электродов формируют распределение градиентов потенциалов в каждой точке обрабатываемого пространства таким образом, что соотношение градиента потенциала E_осн от ближайшего к этой точке электрода и суммы градиентов потенциалов остальных ионизирующих электродов E_ост выбирают в пределах 0,01 ≤ (αE_ост+E_осн)/E_осн ≤ 10², где α - экспериментальный коэффициент, который выбирают в зависимости от количества ионизирующих электродов в пределах 10^-3 ≤ α ≤ 10³. Размещением противоположно заряженных поверхностей формируют направление потоков таким образом, что соотношение количества C1 аэроионов образованных в телесном угле аэроионов направление и величину которого задают расположением противоположно заряженной поверхности, по отношению к суммарному количеству C2 всех генерируемых аэроионов в оставшемся телесном угле выбирают в пределах При этом величину формируют изменяя величину площади S пропорционально заряженной поверхности и расстояния L между геометрическими центрами противоположно заряженной поверхности и геометрическим центром устройства ионизации, которые выбирают в пределах
В качестве кратких сведений, раскрывающих сущность изобретения следует также отметить, что достигаемый технический результат обеспечивают, например, с помощью предложенного устройства для осуществления способа электрофизической обработки газовой среды, содержащего источник питания, заземленный преобразователь исходной энергии в рабочее напряжение, электродную систему подвода рабочих напряжений к ионизирующим элементам, систему транспортировки конгломератов обрабатываемой газовой среды и подачи их в объемы потребительного использования. Отличительные особенности устройства заключаются в том, что электродная система выполнена в виде многогранника сфероидального типа, составленного из n-реберных многоугольников с полным формированием ими сфероидальной поверхности, где n выбрано в пределах: 3≤n≤120. Расположение ионизирующих электродов по отношению к граням выбрано под углом, минимальное значение B1 и максимальное B2 которого выполнены в пределах 1 ≤ (B1+α1B2)/B2 ≤ 10⁶, где α1 - экспериментальный коэффициент, выбранный в зависимости от материала, длины и объемной формы ионизирующих электродов в пределах 0.1 ≤ α1 ≤ 15. Система транспортировки обрабатываемой газовой среды выполнена в виде многогранника с ионизирующими электродами и удаленной токопроводящей противоположно заряженной поверхности, с распределенной проводимостью с соотношением минимальных значений ρ1 и максимальных ρ2 проводимости в пределах 10^-12 ≤ ρ1/βρ2 ≤ 1, где β - экспериментальный коэффициент, выбранный в зависимости от вида материала и пространственной конфигурации поверхности в пределах 0.3 ≤ β ≤ 1.6.
Устройство в конкретных видах его выполнения также отличается тем, что:
сфероидального типа многогранник выполнен в виде шарообразного многогранника из равносторонних 12 пятиугольников и 20 шестиугольников с закрепленными на нем остриями так, что острия направлены по граням к центрам пятиугольников,
30 граней (по три грани каждого шестиугольника) выполнены из изоляционного материала, а все грани пятиугольника - из токопроводящего антикоррозийного материала или имеющего антикоррозийное покрытие.

ионизирующие электроды снабжены декоративными элементами из изоляционного материала,
на корпусе, выполненном в виде несущей конструкции из изоляционного материала, установлены различные декоративные насадки из изоляционных материалов,
декоративная насадка может быть выполнена в виде вазы для живых растений,
заземление преобразователя исходной энергии в рабочее напряжение выполнено по сетевому проводу источника питания,
источник питания и преобразователь исходной энергии в рабочее напряжение размещены внутри несущего корпуса.

Следует обратить внимание, что в заявке соблюден принцип единства изобретения, так как предложенные устройство и способ имеют одно и то же назначение, служит одной цели, обеспечивают достижение одного и того же технического результата и таким образом взаимосвязаны единым изобретательским замыслом, охарактеризованным формулой изобретения. При этом концепция правовой охраны основана на том, что неразрывность и взаимосвязанность предложенных объектов, а также допускаемая вариантность осуществления отдельных существенных признаков или их совокупностей предопределяют нетрадиционный характер формулировок некоторых признаков, например, с учетом дополнительных экспериментальных коэффициентов.

Предложенные способ и устройство целесообразно пояснить чертежами, на которых схематически изображены: фиг. 1 а) общий вид устройства, б) вариант выполнения многогранника и расположения на нем ионизирующих электродов, в) схема установки ионизирующих электродов; фиг. 2 а) вариант выполнения удаленной токопроводящей поверхности, б) вариант функционирования системы транспортировки обрабатываемой газовой среды; фиг. 3 а) вариант выполнения корпуса в виде декоративной насадки, б) вариант выполнения корпуса в виде вазы для живых растений, в) защита ионизирующего электрода декоративным элементом.

При изложении сведений, подтверждающих возможность осуществления изобретения целесообразно более детально описать предложенный способ электрофизической обработки газовой среды. При описании способа нецелесообразно детально останавливаться на известных из опубликованных данных особенностях выполнения его операций, в частности, получения необходимых питающих напряжений, подведения их к ионизирующим электродам устройства, воздействия с их помощью на газовую среду и перераспределения электрических зарядов внутри газовой среды.

Детально целесообразно остановиться только на отличительных существенных особенностях осуществления операций предложенного способа, заключающихся в том, что генерируют питающее напряжение в виде суммы постоянной составляющей положительной или отрицательной полярности уровня A1 и переменной составляющей произвольной, преимущественно синусоидальной формы с амплитудой A2, которую выбирают в пределах 1 ≤ (|A1|+γA2)/|A1| ≤ 100, где γ - экспериментальный коэффициент, который выбирают в зависимости от формы переменной составляющей в пределах 0.1 ≤ γ ≤ 120. Часто переменную составляющую генерируют также в виде импульсов различной формы. Конструктивным взаиморасположением ионизирующих электродов формируют распределение градиентов потенциалов в каждой точке обрабатываемого пространства таким образом, что соотношение градиента потенциала E_осн от ближайшего к этой точке электрода и суммы градиентов потенциалов остальных ионизирующих электродов E_ост выбирают в пределах 0,01 ≤ (αE_ост+E_осн)/E_осн ≤ 10², где α - экспериментальный коэффициент, который выбирают в зависимости от количества ионизирующих электродов в пределах 10^-3 ≤ α ≤ 10³. Это во взаимосвязи с другими существенными признаками позволяет достичь уменьшения возмущений в распределении напряженности электрического поля, создаваемого ионизирующими электродами, вызываемых перемещаемыми внешними заряженными телами в целях предотвращения возникновения нежелательных электрохимических реакций в газовой среде (предотвращение коронного разряда).

Для повышения эффективности использования и обеспечения необходимой циркуляции газовой среды размещением противоположно заряженных поверхностей формируют направление потоков таким образом, что соотношение количества C1 аэроионов, образованных в телесном угле аэроионов направление которого задают расположением противоположно заряженной поверхности, по отношению к суммарному количеству C2 всех генерируемых аэроионов в оставшемся телесном угле выбирают в пределах При этом величину формируют, изменяя величину площади S противоположно заряженной поверхности и расстояния L между геометрическими центрами противоположно заряженной поверхности и геометрическим центром устройства ионизации, которые выбирают в пределах Этим создают оптимальные условия генерирования и использования, в частности, получаемых отрицательных ионов.

При описании устройства для осуществления способа электрофизической обработки газовой среды нецелесообразно детально останавливаться на известных из опубликованных данных его конструктивных особенностях, в частности, источников питания, преобразователя исходной энергии в рабочее напряжение, электродной системы подвода рабочих напряжений к ионизирующим элементам, системы транспортировки конгломератов обрабатываемой газовой среды и подачи их в объемы потребительского использования. Детально целесообразно остановится только на отличительных существенных конструктивных особенностях предложенного устройства, заключающихся в том, что электродная система 1 выполнена в виде многогранника 2 сфероидального типа составленного из n-реберных многоугольников с полным формированием ими сфероидальной поверхности, где n выбрано в пределах: 3≤n≤120, с расположением ионизирующих электродов 3 по отношению к граням под углом, минимальное значение которого B1 и максимальное B2 которого выполнены в пределах 1 ≤ (B1+α1B2)/B2 ≤ 10⁶, где α1 - экспериментальный коэффициент, выбранный в зависимости от материала, длины и объемной формы ионизирующих электродов в пределах 0.1 ≤ α1 ≤ 15. В случае с затруднениями сплошного заполнения сфероидальной поверхности правильными многоугольниками, поверхности между не стыкующимися многоугольниками могут быть заполнены элементами произвольной формы. В остальном конструктивные особенности описанных элементов существенно не отличаются от известных и могут быть выбраны в широких пределах.

Система транспортировки обработанной газовой среды в места ее потребительного использования выполнена в виде многогранника 1 (или сфероидальной поверхности) с ионизирующими электродами и удаленной токопроводящей противоположно заряженной поверхности 4, с распределенной проводимостью с соотношением минимальных значений ρ1 и максимальных ρ2 проводимости в пределе 10^-12 ≤ ρ1/βρ2 ≤ 1, где β - экспериментальный коэффициент, выбранный в зависимости от вида материала и пространственной конфигурации поверхности в пределах: 0.3 ≤ β ≤ 1.6. На фиг. 2б схематически изображены: 5 - пол, 6 - подставка, 7 - стена, конструктивные особенности которых могут быть изменены в широких пределах, не ограничивая возможность достижения указанного технического результата.

В целесообразных для практического использования вариантах конструктивные особенности устройства могут быть также охарактеризованы тем, что:
сфероидального типа многогранник выполнен в виде шарообразного многогранника из равносторонних 12 пятиугольников и 20 шестиугольников с закрепленными на нем остриями так, что острия направлены по граням к центрам пятиугольников,
30 граней (по три грани каждого шестиугольника) выполнены из изоляционного материала, а все грани пятиугольников - из токопроводящего антикоррозионного материала или имеющего антикоррозионное покрытие,
на корпусе, выполненном в виде несущей конструкции из изоляционного материала, установлены различные декоративные насадки из изоляционных материалов (см. фиг. 3а),
декоративная насадка может быть выполнена в виде вазы для живых растений (см. фиг. 3б),
ионизирующие электроды снабжены декоративными элементами из изоляционного материала (см. фиг. 3в)),
заземление преобразователя исходной энергии в рабочее напряжение выполнено по сетевому проводу источника питания,
источник питания и преобразователь исходной энергии в рабочее напряжение размещены внутри несущего корпуса.

Работа предложенного устройства в соответствии с вышеизложенным заключается в преобразовании подводимой электрической энергии в совокупность необходимых вышеописанных рабочих напряжений, подводе их к ионизирующим электродам, образовании и перераспределении электрических зарядов в микрообъемах газовой среды и так далее в выполнении указанной в формуле изобретения совокупности операций заявленного способа.

Достигаемый технический результат, как показали данные экспериментов, может быть реализован только взаимосвязанной совокупностью всех существенных признаков заявленных объектов, отраженных в формуле изобретения. Указанные в ней отличия дают основание сделать вывод о новизне данного технического решения, а совокупность испрашиваемых притязаний в связи с их неочевидностью - о его изобретательском уровне, что доказывается также вышеприведенным детальным описанием заявленных объектов. Соответствие критерию промышленная применимость заявленных объектов доказывается как широким производством различных аэроионизаторов в промышленных масштабах, так и отсутствием в заявленных притязаниях каких-либо практически трудно реализуемых признаков. Заявленные существенные отличительные признаки, нижние и верхние значения их пределов аналитических соотношений были получены на основе статической обработки результатов экспериментальных исследований, анализа и обобщения их в известных из опубликованных источников данных, взаимосвязанных условиями достижения указанного в заявке технического результата, а также с использованием изобретательской интуиции.

Кроме указанного выше технического результата практическое осуществление заявленных объектов позволяет существенно расширить возможности его использования применительно, например, к различным типам помещений, повысить безопасность использования и существенно усилить потребительский, например, лечебный и/или оздоровительный эффект.

Изобретение может быть использовано для электрофизической обработки газовой среды, преимущественно воздуха в бытовых, промышленных и других помещениях, в частности, в лечебных и/или оздоровительных целях. Способ обработки заключается в том, что генерируют питающее напряжение в виде суммы постоянной составляющей положительной или отрицательной полярности и переменной составляющей произвольной, преимущественно синусоидальной формы. Конструктивным взаиморасположением ионизирующих электродов формируют распределение градиентов потенциалов в каждой точке обрабатываемого пространства таким образом, что соотношение градиента потенциала Еосн от ближайшего к этой точке электрода и суммы градиентов потенциалов остальных ионизирующих электродов Еост выбирают в пределах 0,01 ≤ (α Еост + Eост)/Еосн ≤ 10², где α - экспериментальный коэффициент, который выбирают в зависимости от количества ионизирующих электродов в пределах 10^-3 ≤ α ≤ 10³. Электродная система выполнена в виде многогранника сфероидального типа, составленного из n-реберных многоугольников с полным формированием ими сфероидальной поверхности. Система транспортировки обработанной газовой среды выполнена в виде многогранника с ионизирующими электродами и удаленной токопроводящей противоположно заряженной поверхности. Изобретение позволяет добиться уменьшения возмущений в распределении напряженности электрического поля, создаваемого ионизирующими электродами, вызываемых перемещаемыми внешними заряженными телами в целях предотвращения возникновения нежелательных электрохимических реакций в газовой среде (предотвращение коронного разряда). 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ электрофизической обработки газовой среды, включающий получение необходимых питающих напряжений, подведение их к ионизирующим электродам устройства, воздействие с их помощью на газовую среду и перераспределение электрических зарядов внутри газовой среды, отличающийся тем, что генерируют питающее напряжение в виде суммы постоянной составляющей положительной или отрицательной полярности уровня А1 и переменной составляющей произвольной, преимущественно синусоидальной формы с амплитудой А2, которую выбирают в пределах где γ экспериментальный коэффициент, который выбирают в зависимости от формы переменной составляющей в пределах 0,1≤ν≤120, взаиморасположением ионизирующих электродов формируют распределение градиентов потенциалов в каждой точке обрабатываемого пространства таким образом, что соотношение градиента потенциала Е_осн от ближайшего к этой точке электрода и суммы градиентов потенциалов остальных ионизирующих электродов Е_ост выбирают в пределах 0,01 ≤ (αE_ост + Е_осн)/Е_осн ≤ 10², где α - экспериментальный коэффициент, который выбирают в зависимости от количества ионизирующих электродов в пределах 10^-3≤α≤10³, размещением противоположно заряженных поверхностей формируют направление потоков таким образом, что соотношение количества С1 аэроинов, образованных в телесном угле аэроионов ω1, направление которого задают расположением противоположно заряженной поверхности по отношению к суммарному количеству С2 всех генерируемых аэроионов в оставшемся телесном угле ω2 выбирают в пределах 10^-3 ≤ C1/C2 ≤ 10⁶, 10³≤ω1/ω2≤10⁶, причем величину ω1 формируют, изменяя величину площади S противоположно заряженной поверхности и расстояния L между геометрическими центрами противоположно заряженной поверхности и геометрическим центром устройства ионизации, которые выбирают в пределах 3,14≤S/L²ω≤10⁶.
2. Устройство электрофизической обработки газовой среды, содержащее источник питания, заземленный преобразователь исходной энергии в рабочие напряжения, электродную систему подвода рабочих напряжений к ионизирующим элементам, систему транспортировки конгломератов обрабатываемой газовой среды и подачи их в объемы потребительского использования, отличающееся тем, что электродная система выполнена в виде многогранника сфероидального типа, составленного из n-реберных многоугольников с полным формированием ими сфероидальной поверхности, где n выбрано в пределах : 3 ≤ n ≤ 120, с расположением ионизирующих электродов по отношению к граням под углом, минимальное значение которого В1 и максимальное В2 которого выбраны в пределах 1≤(B1+α1B2)/B2≤10⁶, где α1 - экспериментальный коэффициент, выбранный в зависимости от материала, длины и объемной формы ионизирующих электродов в пределах 0,1≤α1≤15, система транспортировки обработанной газовой среды выполнена в виде многогранника с ионизирующими электродами и удаленной токопроводящей противоположно заряженной поверхности, с распределенной проводимостью с соотношением минимальных значений р1 и максимальных р2 проводимости в пределах 10^-12≤p1/βp2≤1, где β - экспериментальный коэффициент, выбранный в зависимости от вида материала и пространственной конфигурации поверхности в пределах 0,3≤β≤1,6.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что сфероидального типа многогранник выполнен в виде шарообразного многогранника из равносторонних 12 пятиугольников и 20 шестиугольников с закрепленными на нем остриями так, что острия направлены по граням к центрам пятиугольников. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что 30 граней (по три грани каждого шестиугольника) выполнены из изоляционного материала, а все грани пятиугольников - из токопроводящего антикоррозийного материала или имеющего антикоррозийное покрытие. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что ионизирующие электроды снабжены декоративными элементами из изоляционного материала. 6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что на корпусе, выполненном в виде несущей конструкции из изоляционного материала, установлены различные декоративные насадки из изоляционных материалов. 7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что декоративная насадка может быть выполнена в виде вазы для живых растений. 8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что заземление преобразователя исходной энергии в рабочее напряжение выполнено по сетевому проводу источника питания. 9. Устройство по п.2, отличающееся тем, что источник питания и преобразователь исходной энергии в рабочее напряжение размещены внутри несущего корпуса.