Устройство для организации тока газа на изолированном токопроводящем слое, устройство для организации тока газа в замкнутом контуре и способ организации тока в газе, посредством указанных устройств Российский патент 2023 года по МПК B03C3/38 H01T23/00 F24F7/04 H01T19/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам и способу тока газа в трубопроводе, предпочтительно в вентиляционной системе и системе терморегуляции, применяемых в технических устройствах, технических объектах и капитальных строениях.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В уровне техники известно устройство для транспортировки и предпочтительно одновременной очистки воздуха (RU 2039403, 09.07.1995), содержащее коронирующий электрод и по крайней мере один электрод-мишень, установленный с зазором к коронирующему электроду, подключенные к клеммам источника постоянного тока, напряжение которого и конфигурация коронирующего электрода выбраны из условия обеспечения возможности возникновения вызывающего образование ионов коронного разряда у коронирующего электрода, и полый корпус, образованный стенками и имеющий впускное отверстие, центр которого расположен по оси симметрии корпуса и в котором установлен указанный коронирующий электрод, выполненный игло- или проволокообразным и расположенный соответственно по оси симметрии или по линии, которая перпендикулярна оси симметрии корпуса, причем электрод-мишень расположен в корпусе симметрично указанной оси так, что воображаемые прямые линии, проведенные между коронирующим электродом и ближайшей к нему частью электрода-мишени, образуют угол α, при этом корпус выполнен такой конфигурации, которая обеспечивает отклонение наружу траектории воздушного потока за впускным отверстием с радиальным или угловым смещением в направлении по крайней мере одного электрода-мишени с образованием по крайней мере одного воздушного канала, в каждом из воздушных каналов расположен электрод-мишень, а воздушный канал расположен со смещением относительно оси симметрии корпуса.

Недостатком данного способа является низкая эффективность транспортировки газа, из-за того, что вся активная работа сосредоточена на входном участке газового канала, а вся оставшаяся часть газового канала служит пассивной направляющей для потока воздуха.

Выявленное решение выбрано в качестве аналога к заявленному изобретению.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в устранение недостатков, выявленных в предшествующем уровне техники.

Технический результат заявленного изобретения, заключается в повышении эффективности транспортировки газа.

Заявленный технический результат достигается благодаря тому, что устройство для организации тока газа, включает высоковольтный источник напряжения, электрод, соединенный с высоковольтным источником напряжения, на который подается отрицательное напряжение, газовый канал, электропроводящий слой, соединенный с высоковольтным источником напряжения, на который подается положительное напряжение, покрытый изоляцией и расположенный внутри газового канала от области его начала до области его окончания, при этом электропроводящий слой имеет оголенный участок в районе окончания газового канала, при этом часть электрода покрыта изоляцией.

Устройство для организации тока газа в замкнутом контуре, включает по меньшей мере одно устройство, размещенное в герметичном, электропроводящем корпусе.

Устройство для организации тока газа между по меньшей мере двумя областями включающее, по меньшей мере один герметизированный объём, соединенный с по меньшей мере одним устройством.

Способ организации тока газа, осуществляемое посредством устройств, включающий этапы на которых подают напряжение от высоковольтного источника напряжения на электрод и электропроводящий слой, формируют на отрицательно заряженном электроде отрицательно заряженные молекулы газа, притягивают отрицательно заряженные молекулы газа к покрытому изоляцией положительно заряженному слою, перемещают отрицательно заряженные молекулы газа вдоль изолированного положительно заряженного электропроводящего слоя до оголенного участка электропроводящего слоя, на котором происходит нейтрализация отрицательно заряженных молекул газа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 представлено образование заряженного облака молекул газа от отрицательно заряженного электрода и притяжение к изолированному положительно заряженному электроду.

На фиг.2 представлен принцип перемещения заряженного облака вдоль изолированного положительно заряженного электрода.

На фиг.3 представлен процесс притягивания заряженного облака к оголенному участку положительно заряженного электрода.

На фиг.4.пердставлено устройство для организации тока газа на изолированном токопроводящем слое.

На фиг.5 представлено устройство организации тока газа в замкнутом контуре.

На фиг.6 представлен вариант применения устройства для тока газа между источниками тепла и холода.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Устройство для организации тока газа, фиг.4, включает высоковольтный источник напряжения 8, электрод 1, соединенный с высоковольтным источником напряжения 8, на который подается отрицательное напряжение, газовый канал 7, электрод 2, выполненный в виде электропроводящего слоя, соединенный с высоковольтным источником напряжения 8, на который подается положительное напряжение, покрытый изоляцией 4, электрод 2 в конце газового канала 7 снабжен оголенным участком 9, при этом часть электрода 1 покрыта изоляцией 10.

Устройство для организации тока газа в замкнутом контуре, включающее по меньшей мере одно устройство для организации тока газа размещенное в герметичном, электропроводящем корпусе 11.

Способ организации тока газа, включающий этапы на которых подают напряжение от высоковольтного источника напряжения 8 на электрод 1 и электропроводящий слой 2, формируют на отрицательно заряженном электроде 1 отрицательно заряженные молекулы газа, перемещают отрицательно заряженные молекулы газа вдоль изолированного положительно заряженного электропроводящего слоя 2 до оголенного участка 9 электропроводящего слоя 2. На оголенном участке 9 электропроводящего слоя 2 происходит нейтрализация отрицательно заряженных молекул газа.

Предложенное изобретение основано на двух физических эффектах: электростатическая электронная эмиссия (называемая так же автоэлектронной эмиссией), и физический эффект притяжения противоположно заряженных тел друг к другу (кулоновское притяжение). На фиг. 1 схематично представлен процесс образования тока газа, в котором при контакте с отрицательно заряженным электродом 1 (-ами), молекулы газа получают отрицательный заряд (за счет эффекта автоэлектронной эмиссии), которые притягиваются изолированным положительно заряженным электродом(-ами).

Положительно заряженный электрод 2, фиг.1, за счёт сил кулоновского взаимодействия зарядов (в данном случае силы притяжения) формирует около своей поверхности облако отрицательно заряженных молекул газа 3, фиг.1, 2, так как поверхность положительно заряженного электрода 2 изолирована, посредством изоляции 4, фиг.1, 2, то притянутые к ней отрицательно заряженные молекулы газа 3, фиг.1,2, не могут отдать изоляции 4 свой отрицательный заряд и удерживаются около положительно заряженного электрода 2 электростатической силой кулоновского притяжения. При этом, конец положительно заряженного электрода 2, содержит оголенный участок 9, фиг.3, который не содержит изоляции 4.

На фиг 1, 2, 3 обозначены:

1 - отрицательно заряженный электрод, на остром окончании (-ях) которого в процессе автоэлектронной эмиссии происходит передача электронов от электрода к молекулам газа.

2 - положительно заряженный электрод, который образует вокруг себя статическое кулоновское поле, которое притягивает к нему отрицательно заряженные молекулы газа.

3 - облако отрицательно заряженных молекул газа, образованных за счет физического эффекта автоэлектронной эмиссии.

4 - изоляция, покрывающая положительно заряженный электрод 2, она пропускает через себя электростатическое поле, но не проводит электроны (ток).

5 - эффект автоэлектронной эмиссии.

6 - стенки газового канала 7 (например, оболочка трубы), выполнены из диэлектрика.

Движущийся от входа к выходу газового канала 7 газ, образован как заряженными, так и электрически нейтральными молекулами (нейтральные газовые молекулы получают импульс от движущихся заряженных молекул).

Отрицательно заряженные молекулы газа 3 приводит в движение электростатическое поле тех участков положительно заряженного электрода 2, над которыми концентрация зарядов заряженных молекул газа 3 меньше. На фиг.2 показано облако отрицательно заряженного газа 3, которое испытывает притяжение от положительно заряженного электрода 2, над которым ещё нет отрицательно заряженного облака 3.

Силы притяжения будут распространять облако отрицательно заряженного газа 3, до тех пор, пока облако не достигнет оголенного участка 9 положительно заряженного электрода 2, и не окутает его.

При распространении облака отрицательно заряженного газа вдоль положительного электрода 2, плотность заряда облака должна бы уменьшаться, но этого не происходит, так как отрицательно заряженный электрод 1, продолжает формировать в процессе физического эффекта автоэлектронной эмиссии 5 всё новые и новые заряженные молекулы газа, которые продолжают притягиваться к началу положительного заряженного электрода 2. Эти вновь поступающие отрицательно заряженные молекулы восстанавливают плотность объёмного заряда в газовом канале 7, по всей длине положительно заряженного электрода 2.

Извлечение газа из газового канала 7, происходит из-за постоянной нейтрализации заряженного газа, на оголённом участке 9 положительно заряженного электрода 2 (фиг.3) возвращая его в электронейтральное состояние и этот электронейтральный газ уже не удерживается силами кулоновского притяжения и разлетается в разные стороны под напором вновь прибывающего заряженного газа, из газового канала 7.

Фиг.3 демонстрирует процесс вытягивания облака заряженного газа 3 из газового канала 7. Это вытягивание происходит из-за кулоновских сил притяжения между отрицательно заряженными молекулами газа 3 и положительно заряженным оголённым участком 9 электрода 2. В результате действия кулоновских сил притяжения ионы газа подлетают и соприкасаются с оголённым участком 9 положительно заряженного электрода 2. В результате контакта отрицательно заряженных ионов с оголённым участком 9, положительно заряженного электрода 2, молекулы газа передают ему свои заряды и становятся электронейтральными, после чего кулоновские силы перестают действовать между оголённым участком 9 положительно заряженного электрода 2 и электронейтральными молекулами газа. После чего, электронейтральные молекулы газа вытесняются от оголённого участка 9 положительно заряженного электрода 2 потоком отрицательно заряженных молекул из газового канала 7. Вытеснение нейтральных атомов газа потоками заряженных атомов газа завершает транспортировку газа от входа газового канала 7 к его выходу.

На фиг.4 предоставлено устройство для организации тока на изолированном токопроводящем слое, включающее высоковольтный источник напряжения 8, электрод 1, соединенный с высоковольтным источником напряжения 8, на который подается отрицательное напряжение, газовый канал 7, электрод 2, выполненный в виде электропроводящего слоя (электропроводящий слой в газовом канале закрашен красным цветом), соединенный с высоковольтным источником напряжения 8, на который подается положительное напряжение, покрытый изоляцией 4, снабженный оголенным участком 9 в конце электропроводящего слоя 2, и расположенный внутри газового канала 7, при этом часть электрода 1 покрыта изоляцией 10. Электрод 1 (закрашен красным цветом), частично покрытого изоляций 10 (которая позволяет образовываться ионам только в нужном месте, закрашена синим цветом), с электрода 1, при подаче на него отрицательного напряжения от высоковольтного источника напряжения 8, происходит электронная эмиссия, в результате которой заряжаются молекулы окружающего газа (для воздуха это явление получило название «Электронный ветер»). Корпус газового канала 7, выполнен из изоляционного материала. Изоляционный материал изоляции 4 покрывает электропроводящий слой 2, на входном конце газового канала 7, и на всём протяжении газового канала 7, за исключением оголённого участка 9, на конце газового канала 7. Перечень изоляционных материалов постоянно пополняется новыми материалами, которые обладают улучшенными характеристиками и которые будут применены в будущем, для создания газовых каналов. В качестве изоляционных материалов, например, может быть использованы: керамика, пластмасса, стекло. Из этих изоляционных материалов можно создавать как монолитные корпуса газовых каналов, так и создавать защитные покрытия на металлических основаниях корпусов газовых каналов. В качестве примера можно привести металлическую трубу, покрытую изоляционным материалом с наружи, а также покрытую слоем изоляционного материала на своей входной торцевой поверхности и покрытую изнутри, за исключением оголенного участка 9. В качестве монолитного газового канала можно привести трубу из пластмассы или керамики.

На фиг.5 представлено устройство организации тока газа в замкнутом контуре 11. В данном устройстве циркулирует один и тот же газ с выхода, на вход газового канала 7 (может быть применено в системах температурной стабилизации и вентиляции замкнутых объёмов). На входе газового канала 7 происходит всасывание газа, то есть создаётся область локального пониженного давления, на выходе, после выхода из газового канала 7, создаётся локальная область с повышенным давлением. Между двумя этими областями возникает ток электронейтрального газа, что приводит к выравниванию температуры и газового состава (путём перемешивания газа) в замкнутом объёме 11.

В области входа в газовый канал 7 расположен электрод 1. Электрод 1 также может быть встроен и в сам газовый канал 7, недалеко от его входа. Встраивание электрода 1 внутри газового канала 7 улучшает условия безопасности для окружающих людей, если замкнутый объём является обитаемым отсеком, например, подводной лодки или космического корабля.

Устройство, фиг.5, может быть использовано в безлюдных аппаратных отсеках, для организации циркуляции газа в них, с целью выравнивания температуры во всех частях их объёма, чтобы не допускать роста температуры около тепловыделяющей аппаратуры, в безлюдных отсеках.

Устройство, фиг.5, особенно актуально в условиях космической невесомости.

На фиг.6 представлен вариант применения устройства для тока газа между источниками тепла и холода с однонаправленными газовыми каналами. В холодильной технике (как в промышленной, так и в бытовой) и в климатических системах, одной из основных задач является перекачка газа между двумя термическими полюсами. Причём изменение температуры газа может производиться необязательно в области герметизированных климатических полюсов. Например, нагрев газа может производиться в герметизированном объёме, при сжатии газа компрессором холодильника «Источник тепла», фиг.6, в котором нагретый газ получает на электроде 1 отрицательный заряд и затягивается кулоновскими силами в газовый канал 7. При этом уже сам газовый канал 7 может выполнять роль теплоотводящего радиатора, в этом случае на фиг.6 под областью «Охлаждение газа / Источник холода» надо понимать продолжение газового канала 7, который соединяет два газовых канала 7 на фиг.6 в один целый, не разрывный контур поверхность которого и является радиатором. Применительно к холодильным установкам и к бытовым холодильникам, этот газовый канал будет являться радиаторными трубами.

Рассмотрим из другой области пример теплообмена, на основании фиг.6, в котором под нагревом газа, «Источник тепла», выступает отапливаемое помещение с избытком тепла, например, кухня или комната с печью, а под «Источник холода» понимается коридор или лестница в доме. В этом случае избыток тепла отводится в неотапливаемое помещение, а охлаждение помещения с избытком тепла производится за счёт подачи холодного воздуха из неотапливаемого помещения. Циркуляция ионизированного газа производится как минимум по двум газовым каналам (вытяжному и приточному), применительно к данному примеру, из кухни может производиться отбор воздуха не в одно, а в несколько помещений, например, ещё и в кладовую комнату, и на застеклённую террасу, а приток воздуха производиться с улицы. Очевидно, что для включения или отключения какого-либо газового канала 7 достаточно подать питание или убрать питание с высоковольтного источника 8.

Рассмотрим пример теплообмена, на основании фиг.6, в котором под «Источником тепла выступает замкнутый объём с тепловыделяющими объектами, а под «Источник холода» выступает замкнутый объём, в котором создаётся понижение температуры газа. Такие, термически связанные замкнутые объёмы могут быть применены на подводных или подземных объектах, а также могут быть применены в космических аппаратах, а также во внешних, вспомогательных (газовых) контурах систем охлаждения ядерных или термоядерных энергетических установок. Организация движения заряженного газа позволит уменьшить размер сечения газовых каналов, снизить общий уровень шума и увеличить общий временной ресурс наработки на отказ (за счёт исключения подвижных частей) терморегулирующих систем.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам и способу тока газа в трубопроводе, предпочтительно в вентиляционной системе и системе терморегуляции, применяемых в технических устройствах, технических объектах и капитальных строениях. Технический результат - повышение эффективности транспортировки газа. Устройство для организации тока газа включает газовый канал, высоковольтный источник напряжения, электрод, соединенный с высоковольтным источником напряжения, на который подается отрицательное напряжение, и электропроводящий слой, соединенный с высоковольтным источником напряжения, на который подается положительное напряжение. За счет того, что электропроводящий слой, расположенный внутри газового канала, от области его начала до области его окончания покрыт изоляцией, а оголенный участок расположен в районе окончания газового канала, обеспечивается вытягивание облака заряженного газа. 4 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для организации тока газа, включающее

высоковольтный источник напряжения,

электрод, соединенный с высоковольтным источником напряжения, на который подается отрицательное напряжение,

газовый канал,

электропроводящий слой, соединенный с высоковольтным источником напряжения, на который подается положительное напряжение, покрытый изоляцией и расположенный внутри газового канала от области его начала до области его окончания,

при этом электропроводящий слой имеет оголенный участок в районе окончания газового канала,

при этом часть электрода покрыта изоляцией.

2. Устройство для организации тока газа в замкнутом контуре, включающее по меньшей мере одно устройство по п.1, размещенное в герметичном, электропроводящем корпусе.

3. Устройство для организации тока газа между по меньшей мере двумя областями включающее, по меньшей мере один герметизированный объём, соединенный с по меньшей одним устройством по п.1.

4. Способ организации тока газа, осуществляемый посредством устройств по п.1 или 2, включающий этапы на которых

подают напряжение от высоковольтного источника напряжения на электрод и электропроводящий слой,

формируют на отрицательно заряженном электроде отрицательно заряженные молекулы газа,

притягивают отрицательно заряженные молекулы газа к покрытому изоляцией положительно заряженному слою,

перемещают отрицательно заряженные молекулы газа вдоль изолированного положительно заряженного электропроводящего слоя до оголенного участка электропроводящего слоя, на котором происходит нейтрализация отрицательно заряженных молекул газа.