СПОСОБ ИОНИЗАЦИИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА И ЭЛЕКТРОД Российский патент 2000 года по МПК A01G15/00 

Изобретение относится к метеорологии и может быть использовано при проведении активных воздействий на атмосферные процессы, в экологии и других областях.

При проведении активных воздействий на атмосферные процессы электрическим способом ионизация атмосферного воздуха является необходимым условием для создания объемного заряда и формирования конвективных потоков [1, 2]. Она может осуществляться различными способами, например рентгеновским облучением или распылением радиоактивных порошков, однако наиболее распространенным, достаточно простым и экологически безвредным способом ионизации воздуха является насыщение его ионами, образующимися вследствие коронного разряда. Для получения коронного разряда, обеспечивающего диффузию ионов в объем воздушной массы, используется тонкий провод или заостренные штыри, на которые подают высоковольтный относительно земли электрический потенциал. Генерируемые такими электродами ионы, распространяются в воздухе, образуя объемный электрический заряд в виде шлейфа, поднимающегося вверх и ориентированного по ветру.

Этот способ описан в работе Б.Вoннегута и Г.Б.Мура [2] и взят за прототип изобретения как наиболее близкий по смыслу.

Недостатком способа является невозможность достижения больших концентраций ионов в воздухе, т.е. получения объемного заряда большой плотности, т. к. генерируемые ионы рассредотoчиваются в воздухе под влиянием ветра и естественных электрических полей.

В целях усиления эффекта ионизации, выражающегося в увеличении продуктивности генерации ионов коронирующим проводом и в дополнительном образовании ионов за счет ускорения их движения, предлагается способ, который отличается от прототипа тем, что внутри объемного электрического заряда, образованного коронирующим проводом и имеющего первоначальную плотность 10³ - 10⁵ ед/см³, создают локальный объемный заряд того же знака, но имеющего меньшие геометрические размеры и большую плотность.

Электрическое поле локального "сильного" заряда воздействует на ионы, находящиеся в области "слабого" заряда, ускоряя их, что приводит к увеличению числа столкновений с нейтральными молекулами воздуха и как следствие к повышению степени ионизации.

Кроме того, электрическое поле "сильного" заряда ускоряет отток ионов от коронирующего провода, который быстро компенсируется вновь образовавшимися ионами, чем обеспечивается повышение продуктивности генерации ионов коронирующим проводом (фиг. 1).

Создание локального объемного заряда можно осуществить с помощью специального электрода, предлагаемоe устройство которого приводится ниже.

В качестве прототипа выбрано известное устройство [3], предназначенное для создания объемного заряда повышенной плотности, представляющее собой коронирующий провод, выполненный в виде плоской горизонтально расположенной сетки с ячеей 50 х 12,5 м, занимающей площадь 1 га.

Предлагаемое устройство представляет собой коронирующий электрод, выполненный в виде сетки, образующей поверхность объемного контура, имеющего форму шара, куба, конуса или какой-либо более сложной пространственной фигуры.

Вследствие коронного разряда, происходящего на проводе, из которого состоит сетка, образовавшиеся с внешней ее стороны ионы диффундируют в открытое воздушное пространство и рассредотoчиваются.

Ионы, образовавшиеся на внутренней стороне сетки, диффундируют в полость электрода и состредотoчиваются там, так как выход за пределы контура заблокирован электрическим полем высокого напряжения, которое подано на электрод [4].

Концентрация ионов внутри полости электрода вследствиe этого будет возрастать, а вместе с ней будет увеличиваться объемный электрический заряд, обладающий собственным электрическим полем.

Диффузия ионов в полость электрода прекратится только после того, как концентрация напряжения на поверхности коронирующего электрода будет сбaлансирована электрическим полем объемного заряда, образовавшегося в полости электрода. Таким образом, воздушное пространство, прилегающее к внешней поверхности электрода, ионизируется в меньшей степени, а ионы, находящиеся в нем, подвержены воздействию электрического поля объемного заряда, созданного внутри электрода.

На фиг. 2 схематически представлено устройство электрода и дано изображение полости электрода в разрезе 1.

Во избежаниe выноса ионов из полости электрода ветром предусмотрен защитный кожух 2, он же служит электрозащитой. Электрод изолирован от земли с помощью изолятора 3, с помощью высоковольтного источника 4 на электрод подается высокий относительно земли потенциал.

При коронном разряде количество генерируемых ионов зависит от диаметра провода и от величины подаваемого на него напряжения, поэтому степень ионизации внутри полости электрода зависит от его конструктивного исполнения и может оказаться недостаточной для создания локального заряда необходимой плотности.

Для увеличения плотности заряда и регулирования ее значением, т.е. для активного формирования локального объемного заряда, предлагается конструкция сетчатого электрода, содержащая внутри полости автономный источник ионов той же полярности, выполненный в виде набора коронирующих проводов или заостренных штырей 5, на которые подается высоковольтный потенциал от отдельного источника или от основного источника 4 через преобразователь (фиг. 3).

Электрод может использоваться в стационарном и передвижном варианте, смонтированном на автомобиле. В зависимости от исполнения меняются габаритные размеры электрода.

В стационарном варианте площадь основания составляет 1-1000 м² а в передвижном - 0,3-3,0 м².

Источники информации
1. Заявка Франции N 2250938 A 01 G 15/00, 1991.

2. Воннегут Б. , Мур Г.Б. Искусственное изменение атмосферного пространственного заряда. Журнал геофизических исследований. Т. 67. США: 1962, N 3.

3. Патент РФ N 2060639.

4. Сахаров Д.И., Блудов М.И. Физика.- М.: Физматгиз, 1960.

Способ ионизации воздуха и электрод могут быть использованы для воздействия на атмосферные процессы. Создание локального электрического объемного заряда внутри внешнего электрического объемного заряда таким образом, что ионы внешнего заряда ускоряются, приводит к расширению зоны объемного заряда. Это обеспечивается выполнением коронирующего проводника в виде сетки, образующей поверхность объемного контура, и размещением внутри этого контура источника однополярных ионов. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ ионизации атмосферного воздуха, включающий генерирование однополярных ионов с образованием объемного электрического заряда в воздушном пространстве, примыкающем к коронирующему проводу, отличающийся тем, что внутри объемного заряда создают одноименный локальный объемный электрический заряд большей плотности, сообщающий ионам, формирующим первоначальный заряд, ускорение и этим расширяют зону ионизации. 2. Электрод, представляющий собой провод, на котором происходит коронный разряд, отличающийся тем, что провод выполнен в виде сетки, образующей поверхность объемного контура, внутри которого размещен источник однополярных ионов для создания активным образом объемного электрического заряда, локального по отношению к объемному заряду, сформированному одноименными ионами, генерируемыми с внешней стороны сетки контура.