ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ НАГНЕТАТЕЛЬ Российский патент 2012 года по МПК F24F3/16 

Изобретение относится к области создания газовых потоков и может быть использовано в системах вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях.

Известны электростатические нагнетатели по патентам РФ, МПК7 F24F 3/16: №2121115, 2172898, 2187762, 2304333, 2301377, 2343362, 2109220, 2202741, 2005962, 2181466, 2156169, 2313732, 2202741, 10851.

Наиболее близким техническим решением является нагнетатель, описанный в патенте на полезную модель по патенту РФ 10851, МПК: F24F 3/16, выбранный в качестве прототипа.

Данное техническое решение содержит корпус с входом и выходом. В корпусе, в его канале с постоянным цилиндрическим сечением со стороны входа имеется разрядный игольчатый электрод, подключенный к отрицательному полюсу высоковольтного источника постоянного тока, а со стороны выхода - собирающий электрод, подключенный к положительному полюсу упомянутого источника тока. Вход для потока в корпусе выполнен в виде конфузора, что способствует снижению гидродинамических потерь.

Основным недостатком известных устройств является низкий коэффициент полезного действия. В механическую энергию создаваемого газового потока преобразуется только 1÷2% подведенной электрической мощности. Это в первую очередь вызвано тем, что скорость газовых ионов, которые в известных устройствах приводят в движение газовый поток, в межэлектродном пространстве весьма высока (100÷200 м/с), при этом величина скоростного напора, создаваемого в межэлектродном пространстве известных устройств, позволяет достичь скоростей потока порядка 1÷3 м/с. Из-за этой разницы скоростей большая часть электрической энергии, подводимой к электродам, переходит в тепло.

Тем не менее, во всех известных устройствах производительность определяется скоростью потока в межэлектродном сечении, а эта скорость определяется скоростным напором потока, который создают электроды при подведении к ним высокого напряжения.

Чтобы увеличить кпд этих устройств необходимо, в частности, уменьшить гидравлические потери. Эти потери в первом приближении являются суммой гидравлических потерь за счет обтекания потоком внутренних стенок газового тракта и потерь при обтекании разрядных и собирающих электродов. Минимизировать гидравлические потери можно за счет организации плавного входа в виде конфузора и уменьшения загромождения проходного сечения газового тракта разрядным и собирающим электродами. При этом гидродинамические потери на единицу длины канала составят 2÷3% от скоростного напора в самом узком его сечении.

Снижением гидравлических потерь можно увеличить производительность на несколько процентов.

Задачей изобретения является увеличение кпд в несколько раз.

Задача решается тем, что в электростатическом нагнетателе, содержащем корпус с входным конфузором, выходом и каналом постоянного сечения, разрядный электрод, собирающий электрод, подключенные к высоковольтному источнику постоянного тока и установленные в параллельных плоскостях, перпендикулярных продольной оси канала постоянного сечения, выход корпуса выполнен в виде выходного диффузора.

На Фиг.1 изображена конструкция заявленного нагнетателя, где:

1 - корпус;

2 - входной конфузор;

3 - канал постоянного сечения;

4 - разрядный электрод;

5 - иглы;

6 - собирающий электрод;

7 - высоковольтный источник постоянного тока;

8 - выходной диффузор.

Электростатический нагнетатель содержит корпус 1, входной диффузор 2, канал постоянного сечения 3, разрядный электрод 4 с иглами 5, собирающий электрод 6, причем разрядный 4 и собирающий 6 электроды установлены в канале постоянного сечения 3 в корпусе 1 в плоскостях, параллельных между собой и перпендикулярных продольной оси симметрии канала постоянного сечения 3; и электрически соединены с высоковольтным источником постоянного тока 7, причем выходной диффузор 8 своим малым сечением сопряжен с каналом постоянного сечения 3.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Под действием сил высокой напряженности электростатического поля, которое образуется вблизи проводящих поверхностей большой кривизны (острие игл 4), образуются заряженные частицы воздуха (аэроионы), которые устремляются с высокой скоростью к собирающему электроду 6, увлекая за собой воздух. При этом в воздушном потоке происходит прирост ΔРо полного давления Ро=Рст+ξ·V²/2, где:

Рст - статическое давление в потоке,

ξ - плотность воздуха,

V - скорость потока.

Если скорости потоков невелики (для воздуха при нормальных условиях

V<100 м/сек), то такие потоки можно считать несжимаемыми и полное давление в них сохраняется. Так как воздух в канал поступает из атмосферы, то Ро=Ра, где Ра - атмосферное давление. Пусть ΔР - прирост полного давления при прохождении межэлектродного пространства, тогда

Ро=Ра+ΔРо=Р'ст.+ξ·V'²/2,

где: Р'ст. и V' соответственно статическое давление и скорость в выходной части канала после собирающего электрода. На выходе канала статическое давление в потоке становится равным атмосферному Ра. Тогда скорость выходящего потока Va можно найти из уравнения:

Ра+ΔР=Ра+ξ·Va²/2 или .

Величина ΔР определяется параметрами электрического тока, который образуется аэроионами. Поскольку при неизменной геометрии расположения электродов и величине подведенного высокого напряжения устанавливается вполне определенная скорость аэроионов и их концентрация и, следовательно, вполне определенное значение разрядного тока и электрической мощности, затраченной на его создание.

Сила, действующая на поток со стороны аэроионов, полностью определяется их скоростью и концентрацией, тогда и прирост полного давления определяется в первом приближении только параметрами электрического разрядного тока.

В силу того, что скорость аэроионов существенно выше скорости потока, величина прироста полного давления будет практически постоянной при возрастании скорости потока в довольно широких пределах (практически в два-три раза).

Это означает, что скорость в выходном сечении канала нагнетателя не будет меняться, если его расширять или уменьшать, т.к. она определяется только приростом полного давления ΔР.

В случае расширения выходного сечения Fa (выходной диффузор 8) (см. Фиг.1) по свойству неразрывных течений будет увеличиваться скорость в постоянной части канала 3 с площадью Fm. Причем скорости будут связаны уравнением неразрывности Vm·Fm.=Va·Fa. Т.е., чем больше Fa/Fm, тем больше скорость через канал в его постоянном сечении 3, а значит и расход газа, т.е. увеличивается кпд нагнетателя.

Сужающийся вход (входной конфузор 2) необходим для того, чтобы избежать резкого ускорения атмосферного воздуха, поступающего в канал постоянного сечения 3, и избежать возникновения отрывного течения, в котором будет происходить потеря полного давления.

Таким образом, введение расширяющейся выходной части (выходной диффузор 8) позволяет в разы увеличить кпд предлагаемого электростатического нагнетателя по сравнению с нагнетателями, имеющими на выходе только канал постоянного сечения 3.

Изобретение относится к области создания газовых потоков и может быть использовано в системах вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях. Нагнетатель содержит корпус с входным конфузором, выходом и каналом постоянного сечения, разрядный электрод, собирающий электрод, подключенные к высоковольтному источнику постоянного тока и установленные в параллельных плоскостях, перпендикулярных продольной оси канала постоянного сечения, при этом выход корпуса выполнен в виде выходного диффузора. Технический результат - повышение кпд. 1 ил.

Электростатический нагнетатель, содержащий корпус с входным конфузором, выходом и каналом постоянного сечения, разрядный электрод, собирающий электрод, подключенные к высоковольтному источнику постоянного тока и установленные в параллельных плоскостях, перпендикулярных продольной оси канала постоянного сечения, отличающийся тем, что выход корпуса выполнен в виде выходного диффузора.