СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЕТРА Российский патент 2018 года по МПК F24F3/16 

Способ увеличения скорости электрического ветра относится к области создания газовых потоков и может быть использован в системах продувки, вентиляции, очистки воздуха от пылевых, бактериальных и химических загрязнений в производственных помещениях, а также озонирования воздуха.

Известен вентилятор-озонатор, включающий корпус, внутри которого расположены несколько рядов пластинчатых электродов, выполненных в аэродинамически профилированном виде с прикрепленными острийными излучателями [1].

Недостатками этого устройства являются сложная конструкция электродов, выполненных в аэродинамически профилированном виде, где к заостренному ребру каждой пластины прикреплены стержневые острийные излучатели, и низкая скорость воздушного потока (не более 1,08 м/с).

Известно устройство для вентиляции воздуха, содержащее коронирующие и осадительные электроды, расположенные параллельно потоку газа, одна сторона коронирующего электрода является коронирующей в направлении воздушного потока, при этом осадительные электроды выполнены в виде сплошных пластин [2].

Недостатками этого устройства являются большая потребляемая мощность, большая масса и высокая стоимость, т.к. осадительные электроды выполнены из сплошных пластин. Устройство обладает низким КПД, что обусловлено расположением коронирующих электродов между сплошными осадительными электродами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ увеличения скорости электрического ветра и устройство для его осуществления, содержащее электроды с излучателями, расположенные рядами параллельно потоку газа, поток газа, ускоренный в пространстве между первым основным коронирующим и первым осадительным коронирующим электродами, направляют в пространство между первым осадительным коронирующим и вторым основным коронирующим электродами, затем вторым основным коронирующим и вторым осадительным коронирующим электродами и т.д. [3].

Недостатками данного способа являются относительно низкая скорость электрического ветра (для 5-ти каскадной электродной системы не более 3,2 м/с), низкий КПД, т.к. в данном устройстве применяется и отрицательный и положительный коронный разряд, поэтому часть ионов, образовавшихся в первом промежутке и пролетевших за его пределы, попадают в тормозящее поле следующего межэлектродного промежутка и образуют встречный поток, снижающий общую скорость электрического ветра.

Основным техническим результатом предлагаемого способа является увеличение скорости электрического ветра и увеличение КПД.

Технический результат достигается тем, что способ увеличения скорости электрического ветра заключается в подаче высокого напряжения на коронирующие и осадительные электроды, расположенные рядами параллельно потоку газа, ионы после осадительных электродов направляют в ускорительное пространство, которое расположено за осадительными электродами. Для этого после осадительных электродов устанавливают дополнительные электроды, которые расположены напротив осадительных электродов, параллельно им, при этом на них подают напряжение, являющееся ускоряющим для ионов.

На фиг. 1 схематически изображена электродная система двухрядного устройства, созданного по способу увеличения скорости электрического ветра, и схема подключения электродов к источнику питания, где 1 - коронирующие электроды, стрелка указывает на коронирующую сторону; 2 - осадительные электроды; 3 - ускоряющие электроды. На фиг. 2 приведены экспериментальные данные зависимости средней скорости воздушного потока на выходе от потребляемой мощности для однорядного устройства без ускоряющих электродов и однорядного устройства с ускоряющими электродами на выходе при различных значениях напряжения на коронирующем электроде U1<U2<U3. На фиг. 3 приведены экспериментальные данные зависимости КПД от потребляемой мощности для однорядного устройства без ускоряющих электродов и однорядного устройства с ускоряющими электродами на выходе при различных значениях напряжения на коронирующем электроде U1<U2<U3.

В устройстве коронирующие электроды 1 располагаются рядами параллельно потоку воздуха, тем самым уменьшая сопротивление воздушному потоку (фиг. 1). Параллельно осадительным электродам 2 устанавливаются ускоряющие электроды 3 на фиксированном расстоянии L2. Такое расположение ускоряющих электродов позволяет создать более однородное распределение электрического поля во втором промежутке и уменьшить сопротивление потоку газа.

Устройство можно масштабировать: увеличение числа рядов позволяет на выходе увеличить площадь выходного окна, что увеличивает производительность устройства. При этом верхние осадительные и ускоряющие электроды первого ряда являются нижними осадительными и ускоряющими электродами для второго ряда и т.д. (фиг. 1). Это позволяет экономить материал, из которого изготавливаются электроды.

Устройство работает следующим образом. К коронирующим электродам подключается отрицательный полюс, а к ускоряющим электродам - положительный полюс источника высокого напряжения. Осадительные электроды заземляются и находятся под нулевым потенциалом. При подаче высокого напряжения на остриях коронирующего электрода зажигается отрицательный коронный разряд. Ионы, образовавшиеся в разряде, под действием электрического поля начинают ускоряться вдоль силовых линий по направлению к осадительным электродам. При движении ионы сталкиваются с нейтральными молекулами воздуха, вовлекая их в направленное движение. В результате столкновений происходит передача импульса от ускоренных в электрическом поле ионов к нейтральным молекулам воздуха и скорость направленного движения распространяется на соседние участки объема.

Часть отрицательных ионов вместе с нейтральными молекулами газа пролетают за пределы осадительных электродов, где вновь оказываются в ускоряющем поле, т.к. ускоряющий электрод находится под положительным потенциалом.

В предлагаемом способе для увеличения скорости электрического ветра применение ускоряющего пространства позволяет существенно повысить КПД по сравнению с прототипом. Это достигается за счет того, что в ускоряющем промежутке L2 нет затрат на организацию электрического разряда в газе, энергия затрачивается только на перемещение ионов и соответственно нейтральных молекул газа.

Расстояние L2 выбирается из условия электропрочности для заданной максимальной величины напряжения на ускоряющем электроде. Чем больше напряженность поля в ускоряющем промежутке L2, тем больше скорость ионов: υ_i=μ_iE, где μ_i - подвижность ионов, Е - напряженность электрического поля и соответственно скорость воздушного потока.

Из экспериментальных зависимостей фиг. 2 видно, что скорость воздушного потока на выходе устройства с использованием ускоряющих электродов больше, чем в такой же установке без ускоряющих электродов при одинаковой потребляемой мощности. Рост скорости воздушного потока для устройства с ускоряющими электродами происходит за счет увеличения положительного напряжения. Увеличение скорости происходит как в области начальных рабочих напряжений отрицательной короны (напряжение U1), так и в предпробойной области коронного разряда (напряжение U3). В предложенном устройстве можно получать скорости воздушного потока более 4 м/с при использовании только одного коронирующего электрода, тогда как в прототипе максимальная скорость для 5-ти каскадной электродной системы равна 3,2 м/с.

На экспериментальных зависимостях КПД от потребляемой мощности, изображенных на фиг. 3, видно существенное преимущество в 2÷3,5 раза при использовании ускоряющих электродов. КПД также увеличивается с увеличением величины положительного напряжения на ускоряющих электродах, во всем рабочем диапазоне напряжений для отрицательного коронного разряда.

Ускоряющие электроды могут устанавливаться на выход многокаскадных электродных систем, параллельно осадительным электродам, что также увеличит выходную скорость электрического ветра при условии, что величина и потенциал напряжения на них являются ускоряющими для ионов.

Список литературы

1. Патент №2121115 С1, кл. F24F 3/16.

2. Патент №2492394 С2, кл. F24F 3/00.

3. Патент №2313732 С2, кл. F24F 3/16.

Способ увеличения скорости электрического ветра и устройство для его осуществления относятся к области создания газовых потоков и могут быть использованы в системах продувки, вентиляции, очистки воздуха от пылевых, бактериальных и химических загрязнений в производственных помещениях, а также озонирования воздуха. Способ увеличения скорости электрического ветра заключается в подаче высокого напряжения на коронирующие и осадительные электроды, расположенные рядами параллельно потоку газа, ионы после осадительных электродов направляют в ускорительное пространство, которое расположено за осадительными электродами, для этого после осадительных электродов устанавливают дополнительные электроды, которые расположены напротив осадительных электродов, параллельно им, при этом на них подают напряжение, являющееся ускоряющим для ионов. 3 ил.

Способ увеличения скорости электрического ветра, заключающийся в подаче высокого напряжения на коронирующие и осадительные электроды, расположенные рядами параллельно потоку газа, отличающийся тем, что ионы после осадительных электродов направляют в ускорительное пространство, которое расположено за осадительными электродами, для этого после осадительных электродов устанавливают дополнительные электроды, которые расположены напротив осадительных электродов, параллельно им, при этом на них подают напряжение, являющееся ускоряющим для ионов.