ИОНИЗАТОР Российский патент 2010 года по МПК H01T23/00 

Заявляемое техническое решение относится к технике газовых разрядов, а именно к технике генерирования ионов, и может быть использовано в системах очистки воды и воздуха, а также для повышения сгораемости топлива в двигателях внутреннего сгорания.

Известны различные ионизаторы, включающие устройства контроля и управления процессами ионизации (см., например, патенты США №6130815, МПК H05F 3/06, №6850403, МПК Н01Т 23/00). Устройство по патенту №6130815 содержит схему измерения тока в цепи заземления, по изменению которого определяют ионизационную эффективность электродов и нормализуют количество положительных и отрицательных ионов с помощью цепи масштабирования. Ионизатор по патенту №6850403 содержит цепь мониторинга потока ионов и обеспечивает автоматическое раздельное регулирование количества положительных и отрицательных ионов.

В известных устройствах раздельно регулируется количество положительных и отрицательных ионов, но не обеспечивается стабильность процесса ионизации (образование общего количества ионов), на которую влияют различные факторы.

Ближайшим по технической сущности и принятым за прототип является ионизатор, содержащий снабженную вентилятором камеру ионизации и размещенные в ней противолежащие электроды, включенные в цепь вторичной обмотки импульсного трансформатора высоковольтного блока, в цепь понижающей обмотки обратной связи которого включен датчик напряжения (см. заявку WO №2005076424, МПК Н01Т 19/04). В указанном ионизаторе схема на базе контроллера и датчика напряжения контролирует частоту высоковольтного напряжения f_v, обеспечивая постоянное соблюдение условия f_v≥f_s, где f_s - частота стриммерного разряда, что позволяет устранить спонтанно возникающий искровой пробой, негативно влияющий на стабильность работы при ионизации коронным разрядом.

Однако, если ионизация обусловлена искровыми разрядами, известное устройство не обеспечивает стабильность процесса образования ионов, который будет в значительной степени зависеть от колебания скорости продувки камеры ионизации и состояния газовой среды (влажность, давление и т.п.).

Техническая задача, решаемая заявляемым устройством, - обеспечение регулирования частоты искрового пробоя в зависимости от скорости продувки и состояния газовой среды, что позволяет повысить стабильность работы ионизатора в режиме нестационарного лавинного пробоя (искрового ионизатора).

Указанная задача решается тем, что ионизатор, содержащий ионизационную камеру, снабженную устройством формирования направленного потока газа, и противолежащие соосные игольчатые электроды, включенные в цепь вторичной обмотки импульсного трансформатора высоковольтного блока, в цепь понижающей обмотки обратной связи которого включен датчик напряжения, содержит также на входе камеры ионизации датчик массового расхода воздуха, дифференцирующую цепь и схему управления, включающую три масштабирующих преобразователя напряжения, подключенные к дискриминатору, выход которого соединен с преобразователем напряжения в частоту, при этом дифференцирующая цепь подключена к понижающей обмотке обратной связи импульсного трансформатора, выходы датчика напряжения, дифференцирующей цепи и датчика массового расхода воздуха соединены со входами соответствующих масштабирующих преобразователей напряжения, подключенных к преобразователю напряжения в частоту, выход которого подключен к силовому электронному ключу высоковольтного блока.

Такое выполнение ионизатора обеспечивает стабильность процесса ионизации при искровом пробое за счет автоматического регулирования частоты импульсов пробоя в зависимости от колебаний скорости потока воздуха в ионизационной камере с одновременным регулированием уровня напряжения этих импульсов в зависимости от состояния окружающей среды (влажность, давление и других факторов).

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом.

Ионизатор содержит ионизационную камеру 1, высоковольтный блок 2, схему управления 3, устройство формирования направленного потока газа 4, например вентилятор 4 или компрессор, обеспечивающий продув камеры 1 вдоль закрепленных в ней соосно игольчатых электродов 5.

В ионизационной камере закреплены соосно игольчатые электроды 5, на входе камеры 1 установлен датчик массового расхода воздуха 6, например датчик 20.385 фирмы AVTEL. Высоковольтный блок 2 содержит источник напряжения (на чертеже не показан) и трансформатор 7 с электронным силовым ключом 8 в первичной обмотке. К выходу высоковольтного блока 2 подключены электроды 5, а к понижающей обмотке обратной связи трансформатора 7 подключены датчик напряжения 9 и дифференцирующая цепь 10. Схема управления 3 включает в себя три масштабирующих преобразователя напряжения 11, 12, 13, дискриминатор 14 и преобразователь напряжения в частоту 15. Датчик напряжения 9 отслеживает импульсное напряжение на первичной обмотке трансформатора 7, которое может меняться в зависимости от внешних факторов, а в случаях резкого возрастания напряжения блокирует схему управления 3. Дифференцирующая цепь 10 вместе с масштабирующим преобразователем 12 и понижающей обмоткой обратной связи трансформатора 7 образуют датчик частоты пробоя. Для согласования выходных импульсов преобразователя напряжения в частоту 15 и входа электронного силового ключа 8 на выходе схемы управления подключен буферный усилитель 16. Датчик массового расхода воздуха 6, датчик напряжения 9 и выход дифференцирующей цепи 10 подключены к соответствующим масштабирующим преобразователям 11, 12, 13. Выходом высоковольтного блока 2 является набор последовательно соединенных разрядных конденсаторов 17, подключенных к секциям вторичной обмотки конденсатора 7 через диоды 18. Дискриминатор 14 включает схему сравнения 19, на которую поступают через соответствующие масштабирующие преобразователи 11, 12 данные от датчика массового расхода воздуха 6 и дифференцирующей цепи 10, и блок коррекции 20, один вход которого соединен с выходом схемы сравнения 19, а второй вход - с выходом масштабирующего преобразователя 13. Ионизатор работает следующим образом.

При включении питания схемы управления 3 преобразователь напряжения в частоту 15 начинает вырабатывать импульсы, которые через буферный усилитель 16 поступают на затвор электронного силового ключа 8. При отпирании ключа 8 идет накопление магнитной энергии в первичной обмотке трансформатора 7. При запирании ключа 8 на нем образуется высоковольтный выброс, заряжающий накопительные разрядные конденсаторы 17 через секции вторичной обмотки трансформатора 7 и диоды 18 до величины энергии искрового пробоя между электродами 5. Образовавшиеся при искровом пробое ионы потоком газа от устройства 4 переносятся к выходу ионизационной камеры 1, освобождая зону пробоя для следующего разряда. Датчик массового расхода воздуха 6 отслеживает скорость смещения потока ионов, информация с датчика 6 через масштабирующий преобразователь напряжения 11 поступает на вход дискриминатора 14, на другие входы которого одновременно от преобразователя напряжения 12 поступает информация о частоте пробоев и от преобразователя 13 - информация об импульсном напряжении на первичной обмотке трансформатора 7. Дискриминатор 14 вырабатывает на выходе сигнал ошибки, амплитуда которого зависит от соотношения скорости продувки и частоты пробоя с учетом величины напряжения пробоя, и управляет через преобразователь напряжения в частоту 15 силовым ключом 8, который соответственно меняет частоту пробоя.

Изобретение относится к технике газовых разрядов. В продуваемой ионизационной камере закреплены соосно игольчатые электроды, подключенные к вторичной обмотке импульсного трансформатора высоковольтного блока с датчиком напряжения в цепи понижающей обмотки обратной связи, обеспечивающего ионизацию при искровом пробое между электродами. Стабильность процесса образования ионов достигается использованием цепи регулирования частоты импульсов пробоя и уровня напряжения этих импульсов в зависимости от скорости продувки и состояния окружающей среды. Эту цепь образуют масштабирующие преобразователи напряжения, подключенные соответственно к датчику массового расхода воздуха, установленного на входе ионизационной камеры, к датчику напряжения и к дифференцирующей цепи, а также дискриминатор и преобразователь напряжения в частоту. Технический результат заключается в обеспечении регулирования частоты искрового пробоя в зависимости от скорости продувки и состояния газовой среды. 1 ил.

Ионизатор, содержащий ионизационную камеру, снабженную устройством формирования направленного потока газа, и противолежащие игольчатые электроды, включенные в цепь вторичной обмотки импульсного трансформатора высоковольтного блока, в цепь понижающей обмотки обратной связи которого включен датчик напряжения, отличающийся тем, что ионизатор содержит на входе камеры ионизации датчик массового расхода воздуха, дифференцирующую цепь и схему управления, включающую три масштабирующих преобразователя напряжения, подключенные к дискриминатору, выход которого соединен с преобразователем напряжения в частоту, при этом дифференцирующая цепь подключена к понижающей обмотке обратной связи импульсного трансформатора, выходы датчика напряжения, дифференцирующей цепи и датчика массового расхода воздуха соединены со входами соответствующих масштабирующих преобразователей напряжения, подключенных к преобразователю напряжения в частоту, выход которого подключен к электронному силовому ключу высоковольтного блока.