ИОНИЗАТОР НА ОСНОВЕ НЕСТАЦИОНАРНОГО ЛАВИННОГО ПРОБОЯ Российский патент 2011 года по МПК H01T23/00 

Заявляемое техническое решение относится к технике газовых разрядов, а именно к технике генерирования ионов, и может быть использовано для повышения эффективности работы и экономичности двигателей внутреннего сгорания, в системах очистки и т.п.

Известны различные ионизаторы, конструкции которых обеспечивают формирование в воздухе коронного разряда между игольчатыми электродами, размещенными в цилиндрическом корпусе и подключенными к высоковольтному импульсному источнику напряжения (см., например, WO №2004109875, МКИ Н01T 19/04).

Эффективность ионизации в указанном устройстве ограничена, т.к. при коронном разряде реализуются не все физические механизмы ионизации, и влияние ультрафиолетового и рентгеновского излучения на степень ионизации минимально.

Известен ионизатор, содержащий продуваемую цилиндрическую камеру ионизации, в которой закреплены игольчатые электроды, подключенные к источнику импульсного высоковольтного напряжения (см. WO №2005025022, МКИ Н01T 23/00, принято за прототип).

Указанная конструкция не позволяет эффективно реализовать режим нестационарного лавинного пробоя, при котором обеспечивается одновременно электрическая ионизация, тепловая ионизация и радиационная ионизация, причем доля радиационной составляющей (ионизация ультрафиолетовым и рентгеновским диапазоном частот) при увеличении подводимой энергии в спектре излучения высокотемпературной плазмы становится преобладающей.

Техническая задача, решаемая заявляемым изобретением, - обеспечение многократного взаимодействия с газовой средой при отражении сформированного излучения ультрафиолетового и рентгеновского диапазонов от соответствующих слоев, что позволяет повысить степень ионизации.

Указанная задача решается за счет того, что в ионизаторе на основе нестационарного лавинного пробоя, содержащем продуваемую цилиндрическую камеру ионизации, в которой закреплены соосно с ней игольчатые электроды, подключенные к источнику высоковольтного импульсного напряжения, на поверхности камеры нанесены слои зеркальных покрытий, отражающих ультрафиолетовое и рентгеновское излучение, которые могут быть, в частности, выполнены из алюминия и золота.

Выполнение цилиндрической камеры ионизации со слоями отражающих покрытий обеспечивает многократное отражение, определяемое соотношением скорости распространения электромагнитных волн и временем разряд (~0,1 мкс), а также потерями энергии электромагнитного излучения при ионизации и в отражающих покрытиях.

Указанные отличия являются существенно новыми, т.к. эффект от зеркальных покрытий цилиндрической поверхности камеры значительно превышает эффект от использования зеркальных покрытий в известных устройствах (см., например, устройство по патенту РФ №1757001, МКИ Н01Т 2/02, в котором один из электродов выполнен с зеркальным покрытием, позволяющим дополнительно облучать зону пробоя возникающим ультрафиолетовым излучением, или ионизатор воздуха Air Comfort XJ 2100, в котором ионизирующая ультрафиолетовая лампа снабжена полусферическим зеркалом).

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом.

Ионизатор содержит продуваемую цилиндрическую ионизационную камеру 1, в которой закреплены соосно с ней два противолежащих игольчатых электрода 2, подключенные к источнику высоковольтного импульсного напряжения 3. Режим нестационарного лавинного пробоя между игольчатыми электродами 2 обеспечивается режимами источника высоковольтного импульсного напряжения 3 с одновременной продувкой камеры ионизации 1, исключающей переход лавинного нестационарного разряда в коронный разряд. Величина импульсного напряжения U≥K×d, где К - коэффициент пропорциональности, величина которого определяется параметрами ионизируемого воздуха или другой газовой среды, d - расстояние между электродами. При нормальных условиях (25°С, 1 атм, 98% влажности) для воздуха K≈1 кВ/мм. Энергия импульса напряжения равна и при нормальных условиях должна быть больше 10 мДж. Например, при использовании сетевого напряжения U=300В и энергии импульса 0,2 Дж необходимо использовать разрядный конденсатор источника напряжения 3 емкостью С≈4 мкФ.

Радиус камеры ионизации 1 должен превышать расстояние между электродами, чтобы исключить возможность пробоя через внутреннюю поверхность камеры. На поверхности цилиндрической камеры 1 выполнены зеркально отражающие (полированные) слои 4, 5 из материалов, отражающих ультрафиолетовое и рентгеновское излучения. Для отражающего ультрафиолетовое излучение слоя может быть использован алюминий, для отражения рентгеновского излучения - слой золота. Взаимное расположение слоев 4, 5 и условие их нанесения на внутреннюю или наружную поверхности камеры 1 не существенны и определяются технологическими факторами и материалом камеры 1.

Работает ионизатор следующим образом. При включении источника высоковольтного импульсного напряжения 4 он начинает вырабатывать импульсы, амплитуда напряжения и энергия которых достаточна для возникновения искрового пробоя между электродами 2, с частотой, которая определяется скоростью продувки камеры 1. При лавинном пробое возникающее ультрафиолетовое и рентгеновское излучения ионизируют газовую среду в межэлектродном промежутке, затем попадают на отражающие слои 4, 5 и, отражаясь, дополнительно ионизируют тот же объем. За время пробоя (~0,1 мкс) такие отражения происходят многократно, т.к. время пробоя значительно больше времени распространения электромагнитных волн в воздушной среде, и продолжаются еще некоторое время после его окончания.

При продувке камеры 1 объем ионизированного газа смещается, зона пробоя заполняется неионизированной газовой средой, и процесс повторяется.

Таким образом достигается максимальное использование ультрафиолетового и рентгеновского механизмов ионизации.

Изобретение относится к технике газовых разрядов и может быть использовано для очистки воды и воздуха, а также для повышения эффективности работы двигателей внутреннего сгорания. Ионизатор на основе нестационарного лавинного пробоя представляет собой продуваемую цилиндрическую камеру ионизации с двумя соосными игольчатыми электродами. Электроды подключены к источнику импульсного высоковольтного напряжения, параметры и режимы работы которого обеспечивают создание между остриями электродов нестационарные лавинные пробои. На внутренней поверхности камеры сформированы слои зеркальных покрытий из материалов, отражающих ультрафиолетовое и рентгеновское излучения. Технический результат - увеличение эффективности ионизации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Ионизатор на основе нестационарного лавинного пробоя, содержащий продуваемую цилиндрическую камеру ионизации, в которой закреплены игольчатые электроды, подключенные к источнику импульсного высоковольтного напряжения, отличающийся тем, что противолежащие игольчатые электроды закреплены соосно с камерой ионизации, на поверхность которой нанесены слои зеркальных покрытий, отражающих ультрафиолетовое и рентгеновское излучения.

2. Ионизатор по п.1, отличающийся тем, что зеркальные покрытия выполнены из алюминия и золота.