ЭЛЕКТРООЧИСТИТЕЛЬ С ПАРНЫМ ПОДКЛЮЧЕНИЕМ ЭЛЕКТРОДОВ К ИСТОЧНИКУ ЭНЕРГИИ Российский патент 2012 года по МПК B01D35/06 

Изобретение относится к устройствам очистки диэлектрических жидкостей и газов от механических примесей.

Известен электрический очиститель диэлектрических жидкостей [1], включающий корпус и осадительные электроды, выполненные в виде металлических пластин с прорезями, образующими каналы для прохода жидкости, и снабженные перегородками из диэлектрического материала. Осадительные электроды подключены к источнику постоянного высокого напряжения с чередованием знака потенциала.

Недостатком данного очистителя является то, что подключение электродов с чередованием знака потенциала не позволяет достигать возможной эффективности очистки диэлектрической среды.

Известен электроочиститель диэлектрических жидкостей и газов с непараллельными электродами [2], включающий корпус и осадительные электроды, выполненные не плоскими, а в виде конуса. Электроды поочередно соединены с источником высокого напряжения.

Недостатком этого электроочистителя является невозможность достичь желаемой эффективности его работы.

Наиболее близким к изобретению является электрический очиститель диэлектрических жидкостей (и газов) с односторонним расположением отверстий в электродах [3], включающий корпус и осадительные электроды с одним отверстием, расположенным близко от края электрода. При сборке электроды располагают так, что отверстия в соседних электродах находятся диаметрально противоположно. Электроды подключены к источнику высокого напряжения с чередованием знака потенциала.

Недостатком этого электроочистителя является то, что в нем не реализуется возможная производительность и степень очистки диэлектрической среды.

Цель изобретения - повышение эффективности работы электроочистителя.

Сущность изобретения заключается в том, что электроды электроочистителя подключены к источнику постоянного высокого напряжения попарно: два соседних электрода соединены с положительной клеммой источника электроэнергии, последующие два - с отрицательной клеммой, последующие два - снова с положительной клеммой, последующие два - снова с отрицательной клеммой и т.д. до последнего электрода, причем первая пара электродов, считая со входа в электроочиститель, подключена к положительной клемме источника энергии, а между электродами, имеющими одинаковый знак потенциала, установлены кольцевые прокладки из любого материала, для обеспечения требуемого расстояния между этими электродами, но между парами электродов с одинаковым знаком электрического потенциала установлены кольцевые прокладки из диэлектрического материала, для предотвращения электрического пробоя между соседними, разноименно заряженными парами электродов.

Такое соединение электродов с источником напряжения увеличивает количество частиц примесей, заряжающихся в межэлектродном пространстве.

В настоящее время межэлектродное пространство образовано положительным и отрицательным электродами. При движении потока очищаемой среды в межэлектродном пространстве некоторые частицы касаются положительного электрода (подсоединенного к положительной клемме источника энергии), а другие - отрицательного электрода. Частицы загрязнений, как и все материальное, состоят из атомов и молекул. В ионы (заряженные частицы) превращаются атомы и, редко, молекулы. Поэтому предполагается, что при касании электродов частицами загрязнений из последних образуются как положительные, так и отрицательные ионы. Однако это не так. Положительные ионы в области, прилегающей к положительному электроду, образуются довольно легко. Для их образования необходимо оторвать электрон с внешней орбиты атома. Это и происходит при касании частиц загрязнений положительного электрода, на котором имеется недостаток электронов. Энергия же электрического поля на электроде (от 5 до 25 кВ) вполне достаточна для отрыва электрона от атома (энергия электрического поля выше потенциала ионизации атома).

Однако, для образования отрицательных ионов (присоединения электрона к атому) требуются особые условия. Образование отрицательных ионов осуществляется так [4]: во-первых, в случае диссоциативного прилипания электрона к атому. Но для этого требуются достаточно высокие скорости электронов, чего нет в электроочистителе; во-вторых, в случае радиационного прилипания электронов к атому и молекуле, чего опять же нет в межэлектродном пространстве; в-третьих, прилипание электрона к молекуле возможно при тройных столкновениях, чего опять же нет на отрицательном электроде; в-четвертых, возможно образование отрицательных ионов в газовом разряде, но газового (или иного) разряда в межэлектродном пространстве не допускается; в-пятых, стекание отрицательных ионов возможно с острых поверхностей, но электроды плоские, и заостренные поверхности в электроочистителе отсутствуют. Также образование отрицательных ионов невозможно у атомов с заполненными внешними оболочками, в частности у щелочноземельных элементов и инертных газов.

Таким образом получается, что в межэлектродном пространстве, заключенном между положительным и отрицательным электродами, образуются, в основном, только положительные ионы. Отрицательные ионы или вообще не образуются или образуются в очень малых количествах. При этом, если поток ламинарный (малый расход очищаемой среды), то образование ионов из нейтральных атомов примесей, происходит только в прилегающей к поверхности положительного электрода зоне (образуются положительные ионы). Остальная область межэлектродного пространства, в том числе и поверхность отрицательного электрода, не участвует в образовании ионов, т.е. является нерабочей зоной. Если же поток очищаемой среды в межэлектродном пространстве турбулизируется (перемешивается) при увеличении скорости его движения, когда возрастает расход очищаемого потока, то часть образовавшихся положительных ионов может попасть (притянуться) на отрицательный электрод и осесть на нем. Тогда в следующее межэлектродное пространство поступит меньшее количество ионов. Вообще скорость очистки диэлектрической среды зависит от количества ионов, образующихся в межэлектродном пространстве: чем больше их будет образовываться, тем больше частиц примесей будет оседать на электродах, тем быстрее и полнее будет очищаться диэлектрическая среда. Нейтральные частицы не оседают на электродах. И этим будет обеспечиваться рост эффективности работы электроочистителя. Поэтому авторы предлагают разделить все электроды как бы на отдельные секции, представляющие из себя межэлектродные пространства. Но каждое межэлектродное пространство образовано электродами, подключенными к одному знаку потенциала источника электроэнергии, причем соседние межэлектродные пространства подсоединены к разным полюсам. Тогда в межэлектродном пространстве, образованном положительными электродами, будет появляться количество положительных ионов в два с лишним раза больше, чем в существующих электроочистителях (для очистки от загрязнений не важно, какого знака ионы образуются). А в следующем межэлектродном пространстве эти положительные ионы будут притягиваться отрицательными электродами и осаждаться на них. Процессы образования ионов и их осаждение будут происходить более активно, чем сейчас.

Сопоставительный анализ позволяет сделать вывод о том, что предлагаемый электроочиститель отличается от прототипа тем, что в нем электроды подключены к источнику высокого напряжения не с чередованием знака потенциала, а попарно:

два соседних электрода соединены с положительным знаком, последующие два - с отрицательным знаком и т.д. все электроды. Причем первые два электрода, начиная от входа, подсоединены к положительному знаку потенциала. Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию «новизна».

Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом устройстве, и признать его соответствующим критерию «существенные отличия».

Применение всех новых признаков позволяет существенно увеличить образование ионов из механических частиц загрязнений и их осаждение, т.е. увеличить эффективность очистки диэлектрических сред.

На фиг.1 представлен общий вид очистителя в продольном разрезе, а на фиг.2 - его поперечный разрез и схема образования ионов в межэлектродном пространстве, при существующей схеме подключения электродов к источнику высокого напряжения. Электроочиститель состоит из корпуса 1, фиг.1, крышек 2 и 9 по торцам корпуса, в которые ввернуты входной 10 и выходной 4 штуцеры. По торцам пакета электродов, под крышками, располагаются ограничительные пластины 3 с отверстиями, выполненные из диэлектрического материала и имеющие на периферии большую толщину, с одной стороны, чем на остальной площади. Внутри корпуса расположены электроды 5, выполненные в виде круглых металлических пластин с отверстиями 12 у кромки этих пластин, фиг.2б. Между соседними электродами, имеющими одну полярность, размещены кольцевые прокладки 6 из диэлектрического (или любого другого) материала для обеспечения требуемого межэлектродного расстояния. Так как соседние электроды имеют одну электрическую полярность, то межэлектродное расстояние может быть уменьшено, по сравнению с существующим, для создания более сильного электрического поля в нем, без боязни электрического пробоя между этими электродами. А между соседними парами электродов расположены прокладки 7 из диэлектрического материала с отверстиями. По периметру эти прокладки имеют большую толщину, чем в остальной части, для того, чтобы между плоскостью прокладки и плоскостью ближайшего электрода было расстояние (зазор) для протекания очищаемой среды. Толщина прокладок 7 (по периметру) выбирается такой, чтобы при работе очистителя не было электрического пробоя. Толщина этих прокладок на работу электроочистителя не влияет, поэтому ее можно брать с запасом (несколько толще необходимого для обеспечения отсутствия электрического пробоя). Источник постоянного высокого напряжения 8 подсоединяется к электродам следующим образом. Первые два электрода, если считать от входа в очиститель, подсоединяются к положительной клемме. Т.к. частички в очищаемой среде в основном нейтральны, то их первоначально необходимо превратить в ионы, чтобы они в дальнейшем смогли осесть на заряженный противоположно электрод. А выше мы отмечали, что ионы образуются только на положительном электроде (в подавляющем количестве), то и первая пара электродов должна быть положительно заряженной. Вторая пара электродов подсоединяется к отрицательной клемме, третья пара - к положительной клемме, четвертая пара - к отрицательной клемме и т.д. до последнего электрода. Количество электродов должно быть кратным четырем, чтобы из них можно было образовать целое количество положительно и отрицательно заряженных пар электродов. Между корпусом очистителя и пакетом электродов располагается прокладка 11 из диэлектрического материала, которая предотвращает короткое замыкание между корпусом и электродами, фиг.1 и фиг.2б. На фиг.2а схематично показаны два соседних электрода из прототипа. Все межэлектродное пространство можно разделить, условно, на три области: I, II, III. Первая область та, которая прилегает к поверхности положительного электрода и в которой образуются ионы (положительные). Вторая область занимает объем по центру межэлектродного пространства и соответствует минимальному значению напряженности электрического поля. Из этой области частичка загрязнения может начать движение как к положительному электроду, так и к отрицательному, а может и не начать. Третья область прилегает к отрицательному электроду. Но, как мы отмечали выше, здесь нет условий для образования ионов, и частички загрязнений проплывают вдоль поверхности этого электрода, касаются этой поверхности, но ионов не появляется, т.е. образование ионов происходит только у положительного электрода, в данном случае в первой области. Две остальные области являются нерабочими, с точки зрения образования ионов.

Работает предлагаемый электроочиститель следующим образом. Через штуцер 10 в крышке 9 очищаемая диэлектрическая жидкость или газ поступает внутрь корпуса 1. К электродам 5 предварительно подано высокое напряжение постоянной полярности. После штуцера 10 очищаемая среда протекает через отверстия в ограничительной пластине 3, омывает внешнюю поверхность первого электрода 5 и, через отверстие в нем, расположенное близко от края, поступает в межэлектродное пространство между первым и вторым электродами 5, протекает между ними и, через отверстие во втором электроде, расположенное диаметрально противоположно отверстию в первом электроде, вытекает из межэлектродного пространства первой пары электродов. Так как первый и второй электроды подсоединены к положительной клемме источника 8, а расстояние между электродами выбрано минимальным (чтобы не оказывалось сопротивление движению очищаемой среды), то под действием электрического поля практически во всем объеме межэлектродного пространства, а не только в прилегающей к положительному электроду области образуются положительные ионы. Такие же ионы образуются и при смывании внешних поверхностей обеих электродов. Образовавшиеся ионы механических примесей, вместе с потоком очищаемой среды, перетекают далее, через отверстия в перегородке 7 и отверстие 12 в третьем электроде, в межэлектродное пространство 3 и 4 электродов. Так как эти электроды подсоединены к отрицательной клемме источника энергии 8 и расстояние между ними тоже минимально, то положительные ионы будут притягиваться к отрицательно заряженным электродам и оседать на них. Так как поток очищаемой среды движется довольно быстро, то на первой ступени очистки, условно образованной первыми четырьмя электродами, не все частички загрязнений успеют превратиться в ионы и осесть на отрицательных электродах. Поэтому оставшиеся частички примесей, вместе с потоком, из межэлектродного пространства 3 и 4 электродов, через отверстия в 4 электроде и очередной перегородки 7, поступают в межэлектродное пространство электродов 5 и 6 (через отверстие в пятом электроде). Так как эти электроды подсоединены к положительной клемме, то между 5 и 6 электродами будут снова образовываться положительные ионы из оставшихся нейтральных частиц примесей, которые поступят далее в межэлектродное пространство 7 и 8 электродов, подсоединенных к отрицательной клемме источника 8, и на которых осядут. И так процесс извлечения механических частиц из очищаемой среды будет повторяться на последующих ступенях очистки электроочистителя, каждая из которых состоит из четырех электродов (два положительных и два отрицательных). Так как напряженность электрического поля, воздействующее на механические частички примесей в межэлектродном пространстве, увеличивается, за счет уменьшения межэлектродного расстояния, то увеличивается и интенсивность образования ионов на положительных электродах и их осаждение - на отрицательных электродах. Тем самым возрастает эффективность работы электроочистителя. Кроме того, в предлагаемом электроочистителе практически исключаются электрические пробои между электродами, которые происходят в существующих электроочистителях по мере накопления загрязнений, и выводящие из работы блоки питания.

Источники информации

1. Патент на изобретение РФ №2377072 «Электрический очиститель диэлектрических жидкостей (и газов) с закругленными отверстиями в электродах».

2. Патент на изобретение РФ №2363541 «Электроочиститель диэлектрических жидкостей и газов с непараллельными электродами».

3. Патент на изобретение РФ №2385176 «Электрический очиститель диэлектрических жидкостей (и газов) с односторонним расположением отверстий в электродах».

4. Смирнов Б.М. Отрицательные ионы. - М., 1978.

Изобретение относится к устройствам очистки диэлектрических жидкостей и газов от механических примесей. Устройство включает корпус и электроды с отверстиями, подключенные к источнику постоянного высокого напряжения попарно: два соседних электрода соединены с положительной клеммой источника электроэнергии, последующие два - с отрицательной клеммой, и так далее до последнего электрода. Первая пара электродов, считая со входа в электроочиститель, подключена к положительной клемме источника энергии. Между однополюсными электродами размещены кольцевые прокладки из любого материала для образования требуемого зазора между ними. Между разнополюсными парами электродов расположены кольцевые прокладки из диэлектрического материала для предотвращения электрического пробоя. Каждый электрод имеет одно отверстие, расположенное близко от края, причем, при сборке, электроды располагают так, что отверстия в соседних электродах диаметрально противоположны. Технический результат состоит в повышении эффективности осаждения механических частиц на отрицательных электродах за счет увеличения количества образующихся ионов из механических частиц загрязнений. 2 ил.

Электроочиститель с подключением электродов к источнику энергии, включающий корпус и электроды с односторонним расположением отверстий, между которыми размещены перегородки, отличающийся тем, что электроды подключены к источнику постоянного высокого напряжения попарно: два соседних электрода соединены с положительной клеммой источника электроэнергии, последующие два - с отрицательной клеммой, последующие два - снова с положительной клеммой, последующие два - снова с отрицательной клеммой и т.д. до последнего электрода, причем первая пара электродов, считая со входа в электроочиститель, подключена к положительной клемме источника энергии, а между электродами, имеющими одинаковый знак потенциала, установлены кольцевые прокладки из любого материала, для обеспечения требуемого расстояния между этими электродами, но между парами электродов с одинаковым знаком электрического потенциала установлены кольцевые прокладки из диэлектрического материала для предотвращения электрического пробоя между соседними, разноименно заряженными парами электродов.