ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АЭРОИОНИЗАТОР Российский патент 2001 года по МПК A61N1/44 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для электрической ионизации кислорода воздуха в целях профилактики и лечения болезней в санаторно-больничных, служебных и бытовых условиях.

Известен (см. А.Л.Чижевский. "Руководство по применению ионизированного воздуха". Госпланиздат, М.,1959 г., с. 49-52) генератор отрицательных гидрокислородных аэроионов, содержащий источник высоковольтного напряжения и ионизационную камеру, встроенную в централизованную, содержащую протяженные воздуховоды, вентиляционную систему. Внутри ионизационной камеры установлен стеклянный трубчатый электрод, соединенный с источником высоковольтного напряжения и водяным баком, а также стеклянная трубка с отверстиями, соединенная с кислородным баллоном. Генерируемые этим устройством тяжелые гидрокислородные аэроионы представляют собой микрокапли воды, которые несут на своей поверхности по тысяче и более легких отрицательных аэроионов кислорода O₂ ^1- и O₂ ^2-. Силы поверхностного натяжения микрокапель воды предохраняют расположенные на их поверхности аэроионы от деградации, т.е. перехода из высокоэнергетического возбужденного состояния в низкоэнергетическое под воздействием броуновских соударений тяжелого гидрокислородного аэроиона с одиночными нейтральными молекулами воздуха. Это увеличивает время жизни легких аэроионов, входящих в состав несущего их тяжелого аэроиона, чем достигается увеличение дальности распространения аэроионов по воздуховодам. Кроме того, это увеличивает лечебно-оздоровительный эффект устройства за счет повышения сохранности аэроионов при их прохождении по дыхательным путям бронхолегочной системы человека.

Недостатком этого генератора является формирование наряду с аэроионами кислорода большого количества гидроксильных радикалов OH^-, которые вырабатываются вследствие воздействия высокого напряжения непосредственно на молекулы подаваемой воды H₂О. Радикалы ОН^- не заменяют аэроионов O₂ ^1- и O₂ ^2- в процессах метаболизма и поэтому являются разновидностью псевдоаэроионов, не оказывающих лечебного действия.

Известен также выбранный в качестве прототипа "Ионизатор кислорода воздуха" (см. патент РФ N 2126277, МКИ⁶ A 61 N 1/44, 1999 г.), который генерирует высокоэнергетические аэроионы O₂ ^2-. Ионизирующие электроды этого устройства выполнены двухступенчатыми и состоят из объемного электрода высокоэнергетической ступени, содержащего образованную входной и выходной металлическими сетками электрически замкнутую полость ("клетку Фарадея"), внутри которой установлен игольчатый электрод низкоэнергетической ступени.

Это обеспечивает формирование внутри упомянутой полости первоначально низкоэнергетических аэроионов кислорода O₂ ^1-, с энергией ионизации E_и = 12 эВ и последующее преобразование их в высокоэнергетические аэроионы O₂ ^2-, имеющие энергию ионизации E_и=34 эВ. Такие аэроионы имеют повышенный химический потенциал, что позволяет достичь высокого лечебно-оздоровительного эффекта за счет улучшения полноты и своевременности обмена веществ в организме.

Недостатком этого устройства является малое время жизни генерируемых одиночных высокоэнергетических аэроионов O₂ ^2-, которые при соударении с нейтральными молекулами воздуха через 1-2 сек переходят в низкоэнергетическое состояние O₂ ^1-. Это существенно снижает количество высокоэнергетических аэроионов, достигающих альвеол легких. Энергетическая деградация, т.е. преобразование O₂ ^2- в O₂ ^1- продолжается и после усвоения одиночных аэроионов O₂ ^2- эритроцитами крови, что также уменьшает лечебно-оздоровительный эффект.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение лечебно-оздоровительного эффекта генератора высокоэнергетических аэроионов путем формирования групп аэроионов, устойчивых к энергетической деградации при воздействии броуновских соударений с одиночными молекулами воздуха.

Поставленная задача решается тем, что в известном двухступенчатом высокоэнергетическом аэроионизаторе, содержащем источник высоковольтного отрицательного напряжения и двухступенчатый ионизирующий элемент, состоящий из подключенного к высоковольтному источнику игольчатого электрода низкоэнергетической ступени, установленного внутри объемного электрода высокоэнергетической ступени, выполненного в виде воздухопроницаемой электрически замкнутой полости, образованной электрогерметично соединенными входной и выходной металлическими сетками, во внутренней полости упомянутого объемного электрода высокоэнергетической ступени дополнительно установлены диэлектрический экран и закрепленная на его поверхности решетка из игольчатых электродов, направленных по оси излучения аэроионов, при этом входная сетка выполнена в виде системы отверстий в диэлектрическом экране, а выходная - в виде металлической трехмерной сотовой структуры, глубина ячеек которой равна или больше линейных размеров сотовых ячеек.

Введенные дополнительно во внутреннюю полость объемного электрода высокоэнергетической ступени диэлектрический экран и закрепленная на его поверхности решетка из игольчатых электродов создают во внутренней полости однородное линейное электростатическое поле, которое поляризует аэроионы O₂ ^2-, O₂ ^1-, а также молекулы нейтрального кислорода O₂ ⁰ и жестко ориентирует их в пространстве. Это, во-первых, создает условия для вторичной ионизации аэроионов O₂ ^1- и преобразования их в аэроионы O₂ ^2-, и, во-вторых, обеспечивает возникновение межмолекулярных сил диполь-дипольного кулоновского притяжения, которые объединяют одиночные высокоэнергетические аэроионы O₂ ^2- и нейтральные молекулы кислорода O₂ ⁰, благодаря их энергии сродства к электрону, в устойчивые многозвенные ассоциации вида (2 O₂ ^2- + 4 O₂ ⁰ ) n, классифицируемые как "средние" и "тяжелые" аэроионы.

Силы кулоновского взаимодействия суммарного заряда ассоциированных аэроионов с электростатическим полем, образованным в пространстве между остриями пассивных игольчатых электродов и внутренней стороной выходной трехмерной сотовой сетки, создают кинетическое ускорение ассоциированных аэроионов, которые благодаря значительной кинетической энергии их суммарной массы преодолевают энергетический барьер наружной стороны выходной трехмерной сотовой сетки и выходят во внешнее пространство в виде направленного потока.

Ассоциации аэроионов O₂ ^2- с нейтральным кислородом сохраняют высокоэнергетические аэроионы O₂ ^2- от энергетической деградации при броуновских соударениях с молекулами воздуха, что существенно повышает время жизни аэроионов O₂ ^2- не только в воздухе помещения, но также в условиях воздействия влаги бронхолегочной системы.

В ассоциированном устойчивом виде аэроионы O₂ ^2- усваиваются эритроцитами крови в процессе легочного газообмена и поступают с сохранением энергетического потенциала в клетки организма для участия во внутриклеточных молекулярных процессах обмена веществ.

Высокий энергетический потенциал молекул O₂ ^2- обеспечивает существенное улучшение полноты и своевременности процессов метаболизма, что и создает достигаемое повышение лечебно-оздоровительного эффекта устройства.

На фиг. 1 представлена схема построения генератора высокоэнергетических аэроионов кислорода воздуха.

На фиг. 2 приведен упрощенный вид конфигурации ассоциированных аэроионов.

На фиг. 3 показана горизонтальная диаграмма распространения и распада ассоциированных аэроионов в воздухе помещения.

Высокоэнергетический аэроионизатор (фиг. 1) содержит объемный электрод высокоэнергетической ступени, выполненный в виде "клетки Фарадея", содержащей внутреннюю полость 2, входную сетку, выполненную в виде системы отверстий 3 для поступления воздуха, и выходную трехмерную сотовую сетку 4. Во внутренней полости 2 объемного электрода 1 установлен диэлектрический экран 5 с закрепленной на его поверхности решеткой пассивных игольчатых электродов 6, выполненных в виде острий, направленных по оси излучения аэроионов. Во внутренней полости 2 установлен также активный игольчатый электрод 7 низкоэнергетической ступени, соединенный с отрицательным выходом источника высоковольтного напряжения 8. Корпус высокоэнергетического электрода 1 соединен с заземленным положительным выходом источника высоковольтного напряжения 8 посредством резистора 9.

Корпус объемного электрода 1 высокоэнергетической ступени выполнен металлическим, или может быть изготовлен из пластмассы с металлизацией внутренней поверхности.

Выходная трехмерная сотовая сетка 4 имеет глубину h, величина которой больше или равна линейным размерам a, b сотовых ячеек.

Источник высоковольтного напряжения 8 может быть выполнен, например, по патенту РФ N 2014851, МКИ⁵ A 61 N 1/44, за 1994 г.

Высокоэнергетический аэроионизатор работает следующим образом. При подаче высоковольтного отрицательного напряжения на игольчатый электрод 7 низкоэнергетической ступени внутренняя полость 2 объемного электрода 1 высокоэнергетической ступени заполняется первичными низкоэнергетическими аэроионами вида O₂ ^1-, O₂ ^(1-), а также свободными электронами e^-.

Аэроионы O₂ ^1- представляют собой молекулы кислорода (см. Н.С.Ахмеров "Общая и неорганическая химия": Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1981 г. , с. 314), которые вследствие внедрения в состав П_р ^разр орбиталей одного избыточного электрона с энергией ионизации E_и ^1- = 12 эВ имеют увеличенное относительно невозбужденного состояния (r_яя ⁰ = 120,7•10^-9 м, E_q ⁰ = 494 кДж/мoль) межядерное расстояние r_яя ^1- = 132•10^-9 м, (Δr_яя = 11,3•10^-9 м), уменьшенную величину энергии диссоциации E_q ^1- = 394 кДж/моль и соответственно повышенную химическую активность A_- ^1- = (E_q ⁰ /E_q ⁰-1)•100 = 25%.

Высокоэнергетические аэроионы O₂ ^2- представляют собой молекулы кислорода, которые вследствие внедрения в состав П_р ^разр орбиталей двух избыточных электронов, что достигается при энергии ионизации E_и ^2- = 34 эВ, имеют увеличенное межядерное расстояние r_яя ^2- = 149•10^-9 м, уменьшенную величину энергии диссоциации E_q ^2- = 210 кДж/моль и соответственно повышенную химическую активность A^2- = 130%.

Псевдоаэроион O₂ ^(1-) представляет собой комплекс нейтральной молекулы кислорода и не входящего в ее состав электрона, присоединенного благодаря ее сродству к электрону, с понижением суммарной энергии комплекса на E_и = -0,8 эВ. При этом межядерное расстояние r_яя ⁰ и химическая активность молекулы кислорода остаются неизменными. При броуновских соударениях электрон легко переходит от одной молекулы к другой, что обеспечивает высокую эстафетную подвижность псевдоаэроионов в электростатическом поле.

Первичные низкоэнергетические аэроионы O₂ ^1-, O₂ ^(1-), e^- образуют во внутренней полости 2 высококонцентрированный объемный отрицательный заряд Q₁. Часть этого заряда осаждается на поверхности диэлектрического экрана 5 и образует поверхностный заряд Q₂.

Свободные электроны e^- и псевдоаэроионы O₂ ^(1-) осаждаются также на решетке пассивных игольчатых электродов 6, и на внутренней поверхности объемного электрода 1 высокоэнергетической ступени, в том числе на выходной трехмерной сотовой сетке 4, внутренняя сторона которых по свойствам "клетки Фарадея" имеет нулевой потенциал. На наружной поверхности объемного электрода 1, и соответственно, на наружной стороне выходной трехмерной сотовой сетки 4 образуется поверхностный заряд Q₃, который через резистор 9 стекает к заземленному положительному выходу источника высоковольтного напряжения 8.

Поверхностный заряд Q₂ создает однородное электростатическое поле E₁, направленное от поверхности диэлектрического экрана 5 к внутренней стороне выходной трехмерной сотовой сетки 4, имеющей нулевой потенциал. Электрической поле E₁ поляризует молекулы нейтрального кислорода O₂ ⁰, а также соответственно первичные аэроионы O₂ ^1- и двухзарядовые аэроионы O₂ ², которые приобретают устойчивую пространственную ориентацию и под действием ускорения в электростатическом поле и тепловых соударений получают и накапливают кинетическую энергию движения по направлению силовых линий поля E₁. При этом свободные электроны e^- под действием электростатического поля E₁ получают кинетическую энергию, достаточную для вторичной ионизации аэроионов O₂ ^1- и их квантового преобразования в аэроионы O₂ ^2- с энергией ионизации E_и = 34 эВ.

В процессе движения и взаимных соударений поляризованных и пространственно ориентированных молекул между ними возникают силы диполь-дипольного кулоновского притяжения, вследствие чего формируются устойчивые комплексы вида (2O₂ ^2-+4O₂ ⁰) n. (фиг. 2), в которых межмолекулярные расстояния сопоставимы с размерами молекул, а суммарная энергия возбужденного состояния двух объединенных в группу аэроионов O₂ ^2- снижается на 0,8 эВ•4 = 3,2 эВ, что обеспечивает устойчивость ассоциации. Наиболее вероятное количество аэроионов O₂ ^2- в группе находится в пределах от n = 3 до n = 10 и не превышает n = 100.

Часть объемного заряда Q¹, осаждающаяся на решетке пассивных игольчатых электродов 6, создает повышенную напряженность электростатического поля E₂ между окончаниями острий и внутренней поверхностью трехмерной сотовой сетки 4. В результате кулоновского взаимодействия поля E₂ и суммарного отрицательного заряда многозвенного ассоциированного аэроиона (2O₂ ^2-+4O₂ ⁰)_n, последний приобретает значительную суммарную кинетическую энергию, благодаря которой ассоциированная группа аэроионов проходит через ячейки выходной трехмерной сотовой сетки 4, преодолевая без изменения траектории электростатический барьер электрического поля E₃, создаваемого электростатическим зарядом Q₃. При этом одиночные легкие аэроионы O₂ ^1-, O₂ ^2-, а также свободные электроны e^- и псевдоаэроионы O₂ ^(1-), имеющие относительно малую массу, не выходят во внешнее пространство, так как их кинетическая энергия недостаточна для преодоления энергетического барьера поля E₃. Двигающиеся по силовым линиям поля E₃, легкие аэроионы меняют траекторию движения и оседают на поверхности сотовой сетки 4, пополняя электростатический заряд Q₃. Направленное движение ассоциированных аэроионов создает "электронный ветер", т.е. общее движение воздуха, в том числе и нейтрального азота N₂. При этом взамен ушедшего из полости 2 ионизированного высокоэнергетическими аэроионами воздуха нейтральный воздух поступает в полость 2, через систему отверстий 3 в диэлектрическом экране 5.

На фиг. 3 приведена пространственная диаграмма распространения и распада ассоциированных аэроионов в воздухе помещения и зоны их энергетической деградации. В зоне 1 ассоциации (2O₂ ^2- + 4O₂ ⁰)_n двигаются перпендикулярно плоскости выходной трехмерной сотовой сетки 4 объемного электрода 1 высокоэнергетической ступени постепенно расходящимся пучком, достигая без энергетической деградации дальности 1,5-2 м. В точке А на расстоянии 0,5 м от сетки 4 создается наиболее высокая концентрация ассоциаций аэроионов O₂ ^2- и обеспечивается максимальный лечебный эффект. В зоне II происходит распад ассоциаций (2O₂ ^2-+4O₂ ⁰)_n и энергетическая деградация аэроионов O₂ ^2-, т.е. их преобразование в аэроионы O₂ ^1-. Эта зона имеет меньший лечебно-оздоровительный эффект и является лечебно-профилактической. В зоне III наблюдаются только аэроионы O₂ ^1-, которые нейтрализуются положительными аэроионами помещения, вследствие чего их концентрация с увеличением расстояния уменьшается до нулевых значений. Зона III является профилактической, имеющей относительно малый лечебный эффект.

Предлагаемый генератор высокоэнергетических аэроионов может быть использован для профилактики и лечения болезней в комплексе с другими лечебными мероприятиями, как средство, улучшающее обмен веществ, в том числе повышающее эффективность лекарственной терапии. В режиме постоянного индивидуального пользования генератор высокоэнергетических аэроионов может быть использован в бытовых и служебных условиях без возрастных ограничений для повышения физической и умственной работоспособности, для общего укрепления здоровья и профилактики заболеваний, в частности, при повышенных нагрузках, например, при занятиях спортом, при активной предпринимательской деятельности, при длительной работе с персональным компьютером и т.п.

В бытовых условиях генератор высокоэнергетических аэроионов может быть использован как эффективное средство для улучшения экологических характеристик комнатного воздуха, обеспечивающее общее укрепление здоровья.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для ионизации воздуха в целях профилактики и лечения болезней. Высокоэнергетический аэроионизатор содержит источник высоковольтного отрицательного напряжения и двухступенчатый ионизирующий элемент. Элемент выполнен в виде объемного электрода высокоэнергетической ступени, внутри которого установлен игольчатый электрод низкоэнергетической ступени. В полости объемного электрода установлен диэлектрический экран и решетка пассивных игольчатых электродов, направленных по оси излучения аэроионов. Выходная сетка выполнена трехмерной с глубиной ячеек, равной или большей их линейных размеров. Аэроионизатор обеспечивает продуцирование высокоэнергетических (Е_и = 34 эВ) аэронов кислорода и последующее формирование ассоциаций аэронов, что позволяет повысить лечебно-оздоровительный эффект 3 ил.

Высокоэнергетический аэроионизатор, содержащий источник высоковольтного отрицательного напряжения и двухступенчатый ионизирующий элемент, состоящий из подключенного к высоковольтному источнику игольчатого электрода низкоэнергетической ступени, установленного внутри объемного электрода высокоэнергетической ступени, выполненного в виде воздухопроницаемой электрически замкнутой полости, образованной электрогерметично соединенными входной и выходной металлическими сетками, отличающийся тем, что внутри упомянутой полости объемного электрода высокоэнергетической ступени излучателя со стороны входной сетки установлены диэлектрический экран с системой воздухопропускающих отверстий и закрепленная на его поверхности решетка пассивных токопроводных игольчатых электродов, направленных по оси излучения аэронов, а выходная токопроводная сетка выполнена в виде трехмерной сотовой структуры с глубиной ячеек, равной или большей их линейных размеров.