БИПОЛЯРНЫЙ ГЕНЕРАТОР ИОНОВ Российский патент 2007 года по МПК F24F3/16 

Изобретение относится к технике обработки воздуха и может быть использовано в быту, в офисных, в учебных помещениях с телевизионной, вычислительной и прочей оргтехникой для обогащения воздуха ионами обоих знаков, нейтрализации всевозможных электростатических полей на различных поверхностях, предметах и одежде людей, а также для очистки воздуха от пыли, бактерий, дрожжевых и грибковых спор. Возможно применение также в производственных (не загазованных) помещениях для тех же целей и в помещениях для хранения различных продуктов питания.

Известно много различных по природе физических процессов естественного происхождения, которые участвуют в ионизации окружающего нас воздуха (см., например: Н.А.Капцов. Электрические явления в газах и вакууме. Госиздат. Технико-теоретической литературы. М. - Л., 1950 г., стр.222-241, 589-604). Однако в технике искусственной ионизации воздуха нашли применение, преимущественно, генераторы ионов, в которых ионы создаются либо низкоэнергетичными β-активными изотопами, например трития, углерода-14 или никеля-63 (см., например, SU 106280 А, 1957), либо коронным разрядом между двумя электродами (см., например, SU 842347 А, 30.06.1981).

Генераторы ионов, в которых используются β-активные изотопы, позволяют создавать наиболее близкую по качественному составу к природной искусственно ионизированную атмосферу простыми техническими средствами. Но правила техники безопасности при обращении с радиоактивными материалами, защите их от разрушения, условиям утилизации требуют наличия специальных служб контроля, что делает невозможным широкое применение таких генераторов ионов.

Генераторов ионов, в которых для ионизации воздуха используется коронный разряд между двумя электродами, на которые подается постоянное или пульсирующее, или импульсное высоковольтное напряжение, разработано великое множество, но среди них нет ни одного, способного конкурировать по качественному составу создаваемых ионов с радиоактивными генераторами ионов.

В радиоактивных генераторах ионов процесс образования ионов идет непрерывно, причем ионы обоих знаков возникают парами. Одновременно с этим непрерывно идет процесс объемной рекомбинации ионов, при котором ионы разного знака, встречаясь, нейтрализуют заряды друг друга (подробнее об этих процессах см., например: Дж.Кей, Т.Леби. Таблицы физических и химических постоянных. М., Госиздат. физ.-мат. литературы. 1962 г., стр.191-193 - о рекомбинации, и стр.215-216 - об удельной ионизации заряженными частицами).

Наличие объемной рекомбинации ионов не позволяет большей части ионов «состариться» и превратиться в средние и тяжелые ионы, присутствие которых в воздухе нежелательно, если не сказать - вредно, для здоровья, хотя они и участвуют в очистке воздуха от пыли. (О процессах образования и структуре атмосферных ионов подробно написано в статье: Eichmeier J. Beitrag zum Problem der Struktur der atmospharischen Kleinionen. - «Zeitschrift fur Geophysik», 1968, vol.34, s.297-322).

В конце этой статьи на рис.10 представлена схема процесса образования и структуры легких, средних и тяжелых ионов с указанием величины продолжительности жизни этих ионов.

В известных биполярных генераторах ионов, содержащих расположенные в продуваемом воздуховоде коронирующие электроды, подключенные к источнику высоковольтного коронирующего напряжения, ионы создают пачками то одного, то другого знака с длительностью пачек от нескольких минут (см., например: патент US №3936698 А, 03.02.1979) до единиц миллисекунд.

И хотя эти пакеты разнополярных ионов перемешиваются потоком воздуха, процесс рекомбинации ионов из этих пакетов начинается с задержкой, что приводит к образованию большого количества средних и тяжелых ионов, поскольку время жизни легких ионов лежит в интервале от 10^-4 сек до 100 сек - это время, в течение которого нерекомбинированный легкий ион обязательно столкнется с крупным конгломератом молекул или ядром конденсации и образует средний или тяжелый ион.

Наиболее близким по набору функциональных узлов является биполярный генератор ионов, содержащий низкочастотный генератор прямоугольных импульсов, блок управления концентрацией ионов, логический элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», переключатели напряжения и высоковольтный трансформатор, вторичная обмотка которого соединена с размещенной в продуваемом воздуховоде группой коронирующих электродов - см. [RU 42629 U1 (В.П.Реута, А.Ф.Туктагулов), 10.12.2004].

Поскольку в прототипе на коронирующие электроды подаются пачки однополярных импульсов то положительной, то отрицательной полярности, ионы обоих знаков появляются в воздухе также пачками то одной, то другой полярности, что приводит, как уже отмечалось выше, к образованию излишнего количества ненужных средних и тяжелых ионов.

Задачей является повышение равномерности распределения ионов обоих знаков в объеме продуваемого через генератор воздуха сразу же после их образования и улучшение за счет этого качества ионного состава воздуха.

Для этого в биполярном генераторе ионов, содержащем низкочастотный генератор прямоугольных импульсов, блок управления концентрацией ионов, логический элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», переключатели напряжения и высоковольтный трансформатор, вторичная обмотка которого соединена с размещенной в продуваемом воздуховоде группой коронирующих электродов, блок управления концентрацией ионов состоит из последовательно соединенных мультивибратора с регулируемой частотой следования импульсов и формирователя импульсов по фронту и спаду выходных импульсов мультивибратора, построенного на логическом элементе «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», первый вход которого подключен к выходу мультивибратора, а второй вход - к общей точке последовательной RC-цепи, состоящей из потенциометра и соединенного с общей шиной конденсатора, три переключателя напряжения, первый из которых выполнен по схеме комплементарного эмиттерного повторителя на транзисторах Дарлингтона, а второй и третий - по схеме переключателей с тремя состояниями на выходе, причем второй переключатель переводится в третье состояние «единичным» сигналом, а третий - «нулевым», при этом первый и второй переключатели образуют мост, в диагональ которого включен вольтодобавочный конденсатор, а второй и третий переключатели образуют мост, в диагональ которого включена первичная обмотка высоковольтного трансформатора, при этом он снабжен второй группой коронирующих электродов, аналогичной первой группе таких электродов и расположенной рядом с ней, вторым высоковольтным трансформатором, выходная обмотка которого подключена ко второй группе коронирующих электродов, четвертым переключателем напряжения, аналогичным третьему переключателю напряжения, при этом первичная обмотка второго трансформатора включена между выходами четвертого и второго переключателей, причем оба трансформатора имеют синфазное включение обмоток, а формирователь импульсов дополнительно снабжен двумя диодами, вторым потенциометром и распределителем импульсов, собранным на двух логических элементах «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», нагруженных на первые входы двух логических элементов «2И», вторые входы которых объединены со входом управления третьим состоянием второго переключателя и с выходом первого элемента «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», ко второму входу которого подключен второй потенциометр, а оба потенциометра, имеющие реостатное включение, через встречно включенные диоды подсоединены к выходу мультивибратора, куда подключены также первые входы второго и третьего элементов «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», между вторыми входами которых установлен инвертор, соединенный своим входом еще и с выходом низкочастотного генератора прямоугольных импульсов, имеющего скважность импульсов, равную двум, при этом выход одного логического элемента «2И» соединен со входом управления третьим состоянием третьего переключателя, а выход второго элемента «2И» - с аналогичным входом четвертого переключателя, а сигнальные входы всех четырех переключателей подключены к одному или к разным выходам мультивибратора.

Схема электрическая принципиальная биполярного генератора ионов представлена на фиг.1, а на фиг.2 приведены графики импульсов в отдельных точках схемы по фиг.1.

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - мультивибратор;

2, 3, 21, 27, 29, 30, 56, 62 - инверторы;

4, 10, 31 - времязадающие конденсаторы;

5, 32 - развязывающие резисторы;

6, 33 - токоограничивающие резисторы;

7, 11, 13, 34 - потенциометры;

8 - формирователь импульсов;

9, 25, 26 - элементы «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ»;

12, 14, 35, 36-диоды;

15 - второй переключатель напряжения;

16, 38, 52, 58 - п-р-п-транзисторы Дарлингтона;

17, 39, 53, 59 - р-п-р-транзисторы Дарлингтона;

18 - шина питания;

19, 54, 60 - элементы «2ИЛИ-НЕ»;

20, 55, 61 - элементы «2И-НЕ»;

22 - распределитель импульсов;

23, 24 - элементы «2И»;

28 - низкочастотный генератор прямоугольных импульсов;

37 - первый переключатель напряжения;

40 - вольтодобавочный конденсатор;

41 - первичная обмотка высоковольтного трансформатора 42 со вторичной обмоткой 43;

44 - воздуховод;

45, 50 - первая и вторая группы коронирующих электродов;

46 - ускоряющие электроды;

47 - первичная обмотка высоковольтного трансформатора 48 со вторичной обмоткой 49;

51 - третий переключатель напряжения;

57 - четвертый переключатель напряжения;

Стрелками «А» и «В» показано направление потоков ионизированного воздуха;

Стрелками «С» показано направление входящего в генератор ионов неионизированного воздуха;

Точками обозначено условное начало обмоток трансформаторов 42 и 48;

И₁ - импульсы на выходе мультивибратора 1;

И₈ - импульсы на выходе формирователя импульсов 8;

И₂₈ - импульсы на выходе генератора 28;

И₂₄ - импульсы на выходе элемента 24;

И₂₃ - импульсы на выходе элемента 23;

И₄₀ - форма напряжения на конденсаторе 40;

И₄₇ - импульсы на первичной 47 обмотке трансформатора 48;

И₁₈ - уровень напряжения питания на шине 18;

И₄₁ - импульсы на первичной 41 обмотке трансформатора 42;

t - время.

Мультивибратор 1 собран по стандартной схеме (см., например: Р.Мелен, Г.Гарланд. Интегральные микросхемы с КМОП-структурами. М., «Энергия», 1979 г., стр.105-107, рис.6-1) на двух последовательно соединенных инверторах 2 и 3, где выход инвертора 3 через времязадающий конденсатор 4 и развязывающий резистор 5 соединен с входом инвертора 2. Общая точка инверторов 2 и 3 через токоограничительный резистор 6 и последовательно соединенный с ним потенциометр 7, имеющий реостатное включение, соединена с общей точкой конденсатора 4 и резистора 5. Подбором величин емкости конденсатора 4 и максимального сопротивления потенциометра 7 задается нижняя частота импульсов мультивибратора 1, а величина емкости конденсатора 4 и сопротивление резистора 6 при закороченном потенциометре 7 определяет верхнюю частоту следования импульсов мультивибратора 1.

Выход мультивибратора 1 (в данном случае им является выход инвертора 3, хотя с таким же успехом в качестве выхода может быть взят выход инвертора 2; к чему это приведет - будет сказано несколько позже) подключен к входу формирователя импульсов 8, собранного на логическом элементе 9 «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», выход которого является выходом формирователя импульсов 8, а первый вход - входом формирователя, второй вход элемента 9 подключен к соединенному с общей шиной времязадающему конденсатору 10 и через параллельно включенные зарядную и разрядную цепи, состоящие из последовательно соединенных соответственно, потенциометра 11 с диодом 12 и потенциометра 13 с диодом 14 - к входу формирователя..

Выход формирователя импульсов 8 соединен с входом управления третьим состоянием второго переключателя 15, состоящего из последовательно соединенной пары комплементарных транзисторов Дарлингтона 16 и 17, коллекторы которых подключены, соответственно, к шине питания 18 и общей шине, а эмиттеры объединены и являются выходом переключателя 15. Базы транзисторов 16 и 17 соединены с выходами логических элементов, соответственно, «2ИЛИ-НЕ» 19 и «2И-НЕ» 20, у которых между первыми входами установлен инвертор 21, дополнительно соединенный своим входом с выходом формирователя импульсов 8, а вторые входы элементов 19 и 20 объединены в сигнальный вход и подключены к выходу мультивибратора 1.

Выход формирователя импульсов 8 соединен также с сигнальным входом распределителя импульсов 22. В качестве сигнального входа используются объединенные первые входы логических элементов «2И» 23 и 24, вторые входы которых подключены к выходам элементов «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», соответственно, 25 и 26, первые входы которых объединены и соединены с выходом мультивибратора 1, а вторые входы - один - напрямую, а второй - через инвертор 27, подключены к выходу низкочастотного генератора прямоугольных импульсов 28.

Генератор импульсов 28 построен на двух последовательно соединенных инверторах 29 и 30, при этом выход инвертора 30, используемый в качестве выхода генератора импульсов 28, через времязадающий конденсатор 31 и последовательно соединенный с ним развязывающий резистор 32 соединен с входом инвертора 29, выход которого через токоограничивающий резистор 33 соединен со средней точкой потенциометра 34, крайние выводы которого через встречно включенные диоды 35 и 36 подключены к общей точке конденсатора 31 и резистора 32 (принцип построения этого генератора основан на схемах, описанных в авторском свидетельстве СССР №1132340 от 28.02.1983 г., Н03К 3/02, автор - В.П.Реута). В этом генераторе потенциометр 34 служит для симметрирования выходных импульсов, чтобы получить скважность импульсов, равную двум, а в общем - это генератор импульсов с регулируемой скважностью.

Первый переключатель напряжения 37 собран на комплементарной паре транзисторов Дарлингтона 38 и 39 по схеме эмиттерного повторителя, подключенного коллекторами между шиной питания 18 и общей шиной. Вход этого переключателя соединен с выходом мультивибратора 1, а к выходу подключен вольтодобавочный конденсатор 40, второй вывод которого соединен с выходом второго 15 переключателя (комплементарный эмиттерный повторитель в качестве переключателя цифровых сигналов широко применяется - см., например: Клод Галле. Полезные советы по разработке и отладке электронных схем. М., «ДМК», 2003 г., стр.106-107, рис.2.67).

К выходу второго 15 переключателя дополнительно подключено начало первичной 41 обмотки трансформатора 42, вторичная обмотка 43 которого включена между первой группой размещенных в продуваемом корпусе 44 коронирующих электродов 45 и соединенных с общей шиной ускоряющих электродов 46. К выходу второго 15 переключателя подключена началом также первичная 47 обмотка трансформатора 48, вторичная обмотка 49 которого соединена со второй группой коронирующих электродов 50 и ускоряющих электродов 46. Коронирующие электроды 45 и 50 выполняют чаще всего в виде игл или заостренных штырей, а ускоряющие электроды 46 - в виде соединенных друг с другом и общей шиной колец, каждое из которых устанавливается соосно с одной из игл коронирующих электродов. Могут быть и другие конструкции тех и других электродов - существует даже серия патентов, защищающих различные экзотические конструкции этих электродов.

Второй вывод первичной 41 обмотки трансформатора 42 соединен с выходом третьего переключателя 51, собранного на последовательно соединенной комплементарной паре транзисторов Дарлингтона 52 и 53, коллекторы которых подключены между шиной питания 18 и общей шиной, а эмиттеры объединены и являются выходом переключателя. Базы транзисторов 52 и 53 соединены с выходами логических элементов, соответственно, «2ИЛИ-НЕ» 54 и «2И-НЕ» 55, первые входы которых объединены в сигнальный вход и подключены к выходу мультивибратора 1, а вход управления третьим состоянием соединен со вторым входом элемента 55 непосредственно, а элемента 54 - через инвертор 56. Дополнительно вход управления третьим состоянием переключателя 51 подключен к выходу элемента «2И» 23 распределителя импульсов 22.

Второй вывод первичной 47 обмотки трансформатора 48 подключен к выходу четвертого 57 переключателя напряжения, собранного по аналогии с переключателем 51 на комплементарной паре транзисторов Дарлингтона 58 и 59, логических элементах «2ИЛИ-НЕ» 60 и «2И-НЕ» 61 и инверторе 62. Отличие состоит в месте подключения входа управления третьим состоянием переключателя 57, которым является выход элемента «2И» 24 блока 22.

Совокупность мультивибратора 1 и формирователя импульсов 8 является регулятором концентрации атмосферных ионов, в котором потенциометром 7 можно одновременно изменять концентрацию ионов обоих знаков, потенциометром 11 - концентрацию ионов отрицательной полярности, а потенциометром 13 - концентрацию ионов положительной полярности. Что касается потенциометров 11 и 13, то это утверждение справедливо для конкретной схемы, показанной на фиг.1. Здесь следует отметить, что могут быть другие варианты схемы биполярного генератора ионов. На фиг.1 показаны переключатели напряжения 15, 51 и 57, выполненные по схеме инверторов с тремя состояниями на выходе (третье состояние - это когда оба транзистора в переключателе заперты, а выход переключателя изолирован от шины питания 18 и общей шины большим сопротивлением запертых транзисторов). Но внутренне схемное решение этих переключателей может быть и иным, а если сигнальный вход любого из этих переключателей соединить со вторым выходом мультивибратора 1 (с выходом инвертора 2), то в качестве переключателя должен быть применен переключатель без инверсии сигнала. Могут быть и просто иные варианты схемного решения [см. заявки на полезную модель «Электронного переключателя с тремя состояниями на выходе» №2005109639/22 (011356) от 04.04.2005 г. и №2005109640/22 (011357) от 04.04.2005 г. тех же авторов, что и данной заявки, в которых описано в общей сложности десять схем переключателей, среди которых пять схем инвертируют входной сигнал, пять схем повторяют его; по другой градации различий - пять схем переводится в третье состояние «единичным» сигналом, а пять схем - «нулевым». Любые из этих схем могут быть использованы в генераторе ионов, так как все они одинаковой сложности и качества, поэтому в формуле изобретения не конкретизируется внутренняя структура этих переключателей].

Работает биполярный генератор ионов следующим образом.

После включения питания и завершения переходных процессов все узлы генератора ионов работают, выдавая свои сигналы в соответствие с графиками фиг.2, где эти сигналы показаны как вырезка во времени. На графиках за положительное напряжение И₄₀ принято такое напряжение, когда конденсатор 40 имеет «плюс» на левой по фиг.1 обкладке относительно правой обкладки, а за положительное напряжение И₄₁ и И₄₇ на первичных обмотках, соответственно, 41 трансформатора 42 и 47 трансформатора 48 принято такое напряжение, когда к этим обмоткам приложено напряжение «плюсом» к началам обмоток, обозначенных точками, относительно концов этих обмоток.

Еще одно замечание. У логических элементов «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» 9, 25, 26 используется особенность выдавать «нулевой» сигнал на выходе всякий раз, когда сигналы на их входах одинаковые, то есть либо «нули», либо «единицы». Если сигналы различны, выходной сигнал у этих элементов будет «единичным».

Итак, мультивибратор 1 создает последовательность прямоугольных импульсов И₁, которые поступают одновременно на вход формирователя импульсов 8 и на сигнальные входы всех четырех переключателей напряжения 15, 37, 51, 57, а также на входы элементов 25, 26 распределителя импульсов 22.

В формирователе импульсов 8 импульс И₁ поступает на первый вход элемента 9 и диоды 12, 14. Поскольку в это время конденсатор 10 разряжен до «нуля», на выходе элемента 9, а значит, и формирователя 8, сформируется импульс И₈ по переднему фронту импульса И₁, длительность которого будет определяться временем заряда конденсатора 10 через диод 12 и потенциометр 11, которым задают длительность этого импульса И₈, до уровня напряжения срабатывания элемента 9. Этот уровень от элемента к элементу может иметь разное значение от 0,4 И₁₈ до 0,7 И₁₈. По достижении этого уровня напряжением на конденсаторе 10 первый импульс И₈ окончится, а конденсатор 10 будет продолжать заряжаться почти до уровня И₁. После окончания импульса И₁ первый вход элемента 9 окажется под «нулевым» потенциалом, а ко второму входу приложено «единичное» напряжение заряженного конденсатора 10, поэтому на выходе элемента 9 появится второй импульс И₈, формируемый по заднему фронту импульса И₁. Длительность этого импульса И₈ будет определяться временем разряда конденсатора 10 через потенциометр 13, с помощью которого устанавливают длительность этого импульса И₈, и диод 14 до уровня срабатывания элемента 9, после чего импульс И₈ окончится, а конденсатор 10 будет разряжаться далее до «нуля». С появлением следующего импульса И₁ процесс образования импульсов H₈ повторится. Процесс образования импульсов И₁, И₈, а также импульсов И₂₈ на выходе генератора импульсов 28 будет идти непрерывно до выключения питания И₁₈. Эти три названных последовательности импульсов управляют работой всех остальных узлов генератора ионов.

Куда поступают импульсы И₁ сказано выше. Импульсы И₈ поступают на вход управления третьим состоянием второго переключателя 15, в котором, независимо от наличия или отсутствия импульсов И₁ на сигнальном входе, переводят в «нулевое» состояние на выходе элемент «2ИЛИ-НЕ» 19, который запирает транзистор 14, а пройдя через инвертор 21, элемент «2И-НЕ» 20 переводят в «единичное» состояние на выходе, в результате чего запирается транзистор 17. Таким образом, приход любого импульса И₈ на вход переключателя 15 переводит его в третье состояние. При отсутствии этих импульсов переключатель 15 инвертирует импульсы И₁, поступающие на его сигнальный вход, то есть при «единичном» импульсе И₁ открывает транзистор 17, соединяя выход переключателя 15 с общей шиной, а при «нулевом сигнале» И₁ открывается транзистор 16, а транзистор 17 закрывается, то есть выход переключателя соединяется с шиной питания 18. Сразу же отметим, что переключатели 51 и 57 работают аналогично описанному при обратной полярности импульсов И₈, то есть «нулевые» импульсы H₈ переводят эти переключатели в третье состояние, а при «единичных» импульсах И₈ состояние выходов этих переключателей определяется видом импульса И₁. Первый переключатель 37 на своем выходе повторяет импульсы И₁ по форме, усиливая их по мощности, и переключает левую по схеме фиг.1 обкладку конденсатора 40 то к шине питания 18 (при «единичном» сигнале И₁), то к общей шине (при «нулевом сигнале» И₁).

И, наконец, о работе распределителя импульсов 22, на входы которого поступают все три вида импульсов - И₁, И₈, И₂₈. Задачей узла 22 является управление очередностью включения переключателей 51 и 57. Так если импульс И₂₈ равен «единице», то распределитель импульсов 22 через свой элемент «2И» 24 пропускает импульсы И₈, сформированные по переднему фронту импульсов И₁, на вход управления третьим состоянием переключателя 57, а импульсы И₈, сформулированные по заднему фронту импульсов И₁, на аналогичный вход переключателя 51 через элемент «2И» 23. При «нулевом» сигнале И₁ через элемент 24 проходят по тому же адресу импульсы И₈, сформированные по заднему фронту импульсов И₁, а через элемент 23 - по переднему фронту импульсов И₁.

Как видно из графиков фиг.2, всего имеется восемь комбинаций импульсов И₁, И₈ и И₂₈, от которых зависит порядок включения коронирующих электродов 45 и 50 генератора ионов и полярность ионов, создаваемых с помощью этих электродов. Эти восемь комбинаций импульсов состоят из двух групп. К первой группе отнесем четыре комбинации импульсов И₁ и И₈ при И₂₈=«1», которые многократно повторяются, пока И₂₈ не станет равным «0». В этом состоянии сигнала И₂₈ те же комбинации импульсов И₁ и И₈ опять многократно повторяются до появления вновь «единичного» импульса И₂₈.

Итак, импульс И₂₈ имеет «единичное» значение (см. графики фиг.2 и схему фиг.1).

1) И₁=«1», И₈=«1». При этой комбинации в первом 37 переключателе транзистор 38 открыт, а транзистор 39 закрыт.«Единичный» импульс И₂₄ поступает на вход управления третьим состоянием четвертого 57 переключателя, в котором за счет наличия импульса И₁ на сигнальном входе открывается транзистор 59, а транзистор 58 остается закрытым. Одновременно с этим, импульсом И₈ переводится в третье состояние второй 15 переключатель, который в предыдущем цикле зарядил конденсатор 40 до отрицательного напряжения (см. график И₄₀). Третий переключатель 51 в это время находится в третьем состоянии из-за «нулевого» сигнала И₂₃, поданного на его вход управления третьим состоянием. В результате всего этого конец обмотки 47 трансформатора 48 через открытый транзистор 59 переключателя 57 окажется соединенным с общей шиной, а к началу этой обмотки благодаря открытому транзистору 38 в переключателе 37, приложится суммарное напряжение питания с шины 18 и напряжение заряженного конденсатора 40. За счет этого на обмотке 47 сформируется импульс И₄₇ положительной полярности с заваленной вершиной из-за частичного разряда конденсатора 40 в течение времени существования И₈. Этот импульс трансформируется трансформатором 48 во вторичную высоковольтную обмотку 49, с которой он отрицательной полярности относительно общей шины и ускоряющих электродов 46 поступит на коронирующие электроды 50. Между электродами 46 и 50 возникает отрицательный коронный разряд, который приведет к образованию облачка ионов отрицательной полярности, которое будет уноситься потоком воздуха в направлении стрелок «А». По окончании импульса И₈ прекратится коронный разряд между электродами 46 и 50, перейдет в третье состояние четвертый переключатель 57, а второй переключатель 15 перейдет в активный режим.

2) И₁=«1», И₈=«0». При этой комбинации импульсов во втором 15 переключателе откроется транзистор 17 при запертом транзисторе 16, и через открытые транзисторы 17 и 38 (в первом переключателе 37) от шины 18 потечет ток перезаряда конденсатора 40 от минус почти И₁₈ до плюс И₁₈. Одновременно с этим будет разряжаться от запасенной энергии первичная 47 обмотка трансформатора 48 через защитный диод транзистора 58 на шину питания И₁₈. Этот ток разряда течет от шины питания И₁₈ через открытый транзистор 38, конденсатор 40, обмотку 47 и защитный диод транзистора 58 вновь на шину питания И₁₈, т.е. к обмотке 47 как бы приложено напряжение заряженного конденсатора 40. Как только напряжение на конденсаторе 40 достигает нуля, этот ток прекратится. За счет этого процесса импульс И₄₇ имеет завал заднего фронта, как и у импульсов И₄₁, о которых будет идти речь ниже. А конденсатор 40 перезарядится до плюс И₁₈ и будет ждать окончания импульса И₁.

3) И₁=«0», И₈=«1». В этом цикле, когда импульс И₁ принимает «нулевое» значение и формируется по его заднему фронту второй импульс И₈, происходит следующее. В первом 37 переключателе закрывается транзистор 38 и открывается транзистор 39, соединяя этим левую по фиг.1 обкладку конденсатора 40 с общей шиной. Второй 15 переключатель переводится импульсом И₈ в третье состояние, а импульс И₈ в виде импульса И₂₃ появляется на выходе элемента «2И» 23 и на входе управления третьим состоянием третьего 51 переключателя, на сигнальный вход которого уже поступил «нулевой» сигнал И₁. В результате в переключателе 51 откроется транзистор 52 при запертом транзисторе 53, и обмотка 41 трансформатора 42 окажется подсоединенной к шине питания И₁₈ своим концом, в то время как к ее началу «минусом» приложено напряжение заряженного конденсатора 40. То есть обмотка 41 окажется под двойным напряжением питания И₁₈, и на ней сформируется импульс отрицательной полярности И₄₁, который трансформатором 42 за счет высоковольтной обмотки 43 будет преобразован в положительный высоковольтный импульс, поступающий на коронирующие электроды 45 относительно ускоряющих электродов 46. Между этими электродами возникает положительный коронный разряд, который создаст «облачко» положительных ионов, уносимых потоком воздуха в направлении стрелок «В». Поскольку длительность импульса И₁, как установлено практикой, меньше одной миллисекунды, а скорость потока воздуха по стрелке «С» меньше одного метра в секунду, то сформированное ранее «отрицательное» облачко ионов успеет отлететь от коронирующих электродов 50 на ничтожно малое расстояние в 1-2 миллиметра. Поэтому ионы обоих знаков весьма быстро будут перемешаны потоком воздуха, и все физико-химические процессы в ионизированном воздухе будут весьма близки к процессам при использовании β-активного ионизатора, о котором говорилось в начале заявки. Процесс формирования вершины и заднего фронта импульса И₄₇ происходит так же, как и у импульса И₄₇, только теперь в процессе разряда запасенной обмоткой 41 энергии будет участвовать защитный диод транзистора 53.

4) И₁=«0», И₈=«0». По окончании импульса И₈ переключатель 51 переведется в третье состояние, а в переключателе 15 откроется транзистор 16 при запертом транзисторе 17. В результате от шины 18 через транзисторы 16 и 39 (в первом переключателе 37) потечет ток перезаряда конденсатора 40, который за этот цикл зарядится до минус И₁₈ и будет в этом состоянии ждать прихода очередного импульса И₁.

Описанные четыре цикла работы элементов схемы далее будут повторяться до тех пор, пока сигнал И₂₈ на выходе генератора 28 не примет «нулевое» значение. После этого начнутся следующие четыре цикла работы элементов схемы, которые будут повторяться до тех пор, пока И₂₈ не примет «единичное» значение. По графикам фиг.2 видно, что эти циклы отличаются от описанного выше тем, что элемент «2И» 24 будет передавать на свой выход импульсы И₈, сформированные не по переднему, а по заднему фронту импульса И₁. А элемент «2И» 23 - наоборот, будет пропускать импульсы И₈, сформированные по переднему фронту импульсов И₁, а не по заднему фронту. В результате этого сменится полярность и длительность импульсов, формируемых трансформаторами 42 и 48. Теперь между коронирующими электродами 50 и ускоряющими электродами 46 будет происходить положительный коронный разряд и образовываться в воздухе положительные ионы, а между электродами 45 и 46 - наоборот. Этот процесс смены полярности коронного разряда на коронирующих электродах 45 и 50 относительно ускоряющих электродов 46 будет происходить через равные промежутки времени, задаваемые генератором 28. Он необходим для создания одинаковых условий работы этих электродов, что увеличивает их надежность за счет уменьшения износа электродов, создающих отрицательную корону, и уменьшения загрязнения электродов, создающих положительную корону.

За счет равномерного образования положительных и отрицательных ионов и их перемешивания сразу же после их возникновения время жизни ионов уменьшается - ионы рекомбинируют и меньшее их количество «стареет», превращаясь в средние и тяжелые ионы. Это и является главной целью данного изобретения, позволяющей приблизить искусственно ионизированный воздух по своему качеству к естественно ионизированному воздуху.

Примечания для экспертов:

1 - Формирователь импульсов 8 описан в патенте на полезную модель RU 48126 U1 10.09.2005.

2 - Формирователь импульсов 8 в совокупности с распределителем импульсов 22 описан в патенте на изобретение RU 2286008 С1 20.10.2006.

3 - Электронные переключатели напряжения с тремя состояниями на выходе 15, 51, 57 и другие варианты их исполнения описаны в патентах на полезные модели RU 48674 U1 27.10.2005 и RU 48675 U1 27.10.2005.

4 - Предполагается, что транзисторы Дарлингтона 52, 53, 58, 59 имеют встроенные защитные диоды (см., например: справочник ЗАРУБЕЖНЫЕ МИКРОСХЕМЫ, ТРАНЗИСТОРЫ, ДИОДЫ, 0...9, стр.539. Наука и Техника, Санкт-Петербург, 2004 г.).

Генератор предназначен для обработки воздуха. Генератор содержит мультивибратор, формирователь импульсов, низкочастотный генератор прямоугольных импульсов, блок управления концентрацией ионов, четыре переключателя напряжения, вольтодобавочный конденсатор, два высоковольтных трансформатора и установленную в продуваемом воздуховоде группу коронирующих и ускоряющих электродов. Технический результат - повышение равномерности распределения ионов обоих знаков. 2 ил.

Биполярный генератор ионов, содержащий низкочастотный генератор прямоугольных импульсов, блок управления концентрацией ионов, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, переключатели напряжения и высоковольтный трансформатор, вторичная обмотка которого соединена с размещенной в продуваемом воздуховоде группой коронирующих электродов, отличающийся тем, что блок управления концентрацией ионов состоит из последовательно соединенных мультивибратора с регулируемой частотой следования импульсов и формирователя импульсов по фронту и спаду выходных импульсов мультивибратора, построенного на логическом элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу мультивибратора, а второй вход - к общей точке последовательной RC-цепи, состоящей из потенциометра и соединенного с общей шиной конденсатора, три переключателя напряжения, первый из которых выполнен по схеме комплементарного эмиттерного повторителя на транзисторах Дарлингтона, а второй и третий - по схеме переключателей с тремя состояниями на выходе, причем второй переключатель переводится в третье состояние "единичным" сигналом, а третий - "нулевым", при этом первый и второй переключатели образуют мост, в диагональ которого включен вольтодобавочный конденсатор, а второй и третий переключатели образуют мост, в диагональ которого включена первичная обмотка высоковольтного трансформатора, при этом он снабжен второй группой коронирующих электродов, аналогичной первой группе таких электродов и расположенной рядом с ней, вторым высоковольтным трансформатором, выходная обмотка которого подключена ко второй группе коронирующих электродов, четвертым переключателем напряжения, аналогичным третьему переключателю напряжения, при этом первичная обмотка второго трансформатора включена между выходами четвертого и второго переключателей, причем оба трансформатора имеют синфазное включение обмоток, а формирователь импульсов дополнительно снабжен двумя диодами, вторым потенциометром и распределителем импульсов, собранным на двух логических элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, нагруженных на первые входы двух логических элементов 2И, вторые входы которых объединены со входом управления третьим состоянием второго переключателя и с выходом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, ко второму входу которого подключен второй потенциометр, а оба потенциометра, имеющие реостатное включение, через встречно включенные диоды подсоединены к выходу мультивибратора, куда подключены также первые входы второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, между вторыми входами которых установлен инвертор, соединенный своим входом еще и с выходом низкочастотного генератора прямоугольных импульсов, имеющего скважность импульсов, равную двум, при этом выход одного логического элемента 2И соединен со входом управления третьим состоянием третьего переключателя, а выход второго элемента 2И - с аналогичным входом четвертого переключателя, а сигнальные входы всех четырех переключателей подключены к одному или к разным выходам мультивибратора.