Способ получения заряженного газа по методу М.С.Захаряна Советский патент 1986 года по МПК H01T23/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано дл генерации заряженных частиц, наприме в процессах аэроионизации, электрогазоочистки, электроосаждения. Цель изобретения - уменьшение эне гоемкости процесса ионизации, уменьшение напряжения источника электриче ской энергии и получение униполярно заряженного газа с высокой плотность объемных зарядов. На фиг.1 представлена принципиаль ая схема устройства для реализации Предлагаемого способа, согласно кото рому одну из обкладок коиденсатора йериодически подключают и отключают от источника электрической энергии; на фиг.2 - принципиальная схема устройства для реализации предлагаемого способа, согласно которому обе обкладки конденсатора периодически подключают и отключают от источника энергии. Устройство в обоих случаях содержит конденсатор с обкладками 1 и 2, на обршценных друг к другу поверхностях которых расположены слои 3 и 4 твердого диэлектрика, а к внешней поверхности одной из обкладок (обкладки 2) прилегает объем 5 с заряжаемь1м газом внутри. Обкладка 2 закреплена неподвижно и подключена через коммутатор б к одному из полюсов источника 7 электрической энергии, Обкладки 2 и 1 конденсатора вместе с объемом 5 помещены в камеру 8, заполненную жидкой или газообразной высокопрочной диэлектрической средой или откачанную до вакуума. Обкладка 1 конденсатора связана с приводом 9 возвратно-поступательного пе ремещения. Камера 8 снабжена клапана ми 10 и 11 соответственно для ввода и вывода диэлектрической среды. Обкладка 1 конденсатора может быть под ключена к другому полюсу источника 7 непосредственно (фиг.1) или через коммутатор 12 (фиг,2). К обкладке 1 конденсатора также может прилегать второй объем 13, заполненный га зом, заряжаемым другой полярностью. Для получения униполярно заряженного газа одной полярности после включения источника электрической энергии замыкают коммутатор 6, что обеспечивает зарядку конденсатора с обкладками 1 и 2 от источника 7 элек трической энергии, в результате чего на внутренних поверхностях обкладок 1 и 2 распределяются заряды противоположных знаков. Величина заряда q, распределенного на каждой из обкладок, определяется из соотношения: q С,, и, где С. - первоначальная максимальная емкость коиденсатора; и - напряжение источника электрической энергии. На внешних поверхностях обкладок 1и 2 заряды и поле практически отсутствуют. После зарядки конденсатора коммутатор 6 размыкают, обрывая связь обкладки 2 с источником 7 электрической энергии. Обкладку 1 с нанесенным на нее диэлектрическим слоем 3 удаляют от обкладки 2 (с диэлектрическим слоем 4), в результате чего первоначальная емкость конденсатора значительно уменьшается и примернб половина заряда q (но меньше q/2) с внутренней поверхности обкладки 2 переходит на внешнюю поверхность обкладки 2, напряженность поля на внешней поверхности обкладки 2 м. внутри объема 5 резко возрастает и в газе; внутри объема 5 происходит ионизация, при этом заряженные частицы со знакомзаряда, противоположным знаку заряда на обкладке 2, перемещаются к обкладке 2 и нейтрализуются на ней. Поэтому внутри объема 5 образуется униполярно заряженный газ. Затем возвращают обкладку 1 конденсатора с диэлектрическим слоем 3 в первоначальное положение, а в момент времени, когда обкладка 1 занимает свое первоначальное положение, замыкают (включают) коммутатор 6. После возвращения обкладки 1 в первоначальное положение емкость коиденсатора восстанавливается до первоначального значения С и конденсатор снова заряжается, в результате чего на внутренней поверхности обкладки 2снова распределяется заряд q. После зарядки конденсатора коммутатор 6 снова размыкают и удаляют обкладку 1. Диэлектрические слои 3 и 4 предотвращают стекание заряда с обкладок 1 и 2 конденсатора в сторону межэлектродного промежутка (в объем между обкладками 1 и 2 конденсатора), что повьш1ает эффективность зарядки газа

в объеме 5. В свою очередь, заполнение межэлектродного промежутка жидко или газообразной средой, имеющей элетрическую прочность больше электрической прочности газа, подлежащего ионизации, предотвращают ионизацию в межэлектродном промежутке в процессе уменьшения емкости конденсатора (в процессе удаления обкладок 1 и 2 конденсатора друг от друга), что так же повьшает эффективность зарядки газа в объеме 5.

Ионизацию в межэлектродном промеГжуткев процессе уменьшения емкости конденсатора можно предотвратить и путем создания в объеме меяду обкладками конденсатора вакуума.

Изолирование объема 5, в котором осуществляют ионизацию газа, от остального объема и окружакндей среды средой, имеющей высокую электрическую прочность, позволяет предотвратить ионизацию воздуха окружающей среды, а следовательно, и зарядку наружных поверхностей объема 5 зарядом, противоположным заряду, сообщаемому газу в объеме 5, что, с одной стороны, предотвращает возможный пробой через стенки объема 5, а с другой - существенно облегчает извлечение (транспортировку) полученного заряженного газа в объеме 5.

Объем 5 от окружающей среды и от остального объема электрически может быть изолирован также и путем создания в камере 8 вакуума.

Одновременное получение униполярно заряженных газов обоих полярностей осуществляется следующим образом, - -Камеру 8 заполняют жидкой или газообразной средой, имеющей электрическую прочность больше электрической, прочности газа, подлежащего ионизации, а камеры 5 и 13 заполняют гаэом, подлежащим зарядке. Включают источник 7 электрической энергии и sahfiflcaioT коммутаторы 6 и 12 (фиг.2). Замыкание коммутаторов 6 и 12 обеспечивает зарядку окнденсатора от источника 7, в результате чего на внутренней поверхности обкладки 2 распределяются заряды положительного знака, а на внутренней поверхности обкладки 1 - заряды отрицательного знака. При этом величина заряда, распределенного на каждой из обкладок, q - С,-и.

После зарядки конденсатора коммутаторы 6 и 12 размыкают, обрывая связь обкладок 1 и 2 с источником 7 электрической энергии. Посредством привода 9 камеру 13 и обкладку 1 с нанесенным на нее покрытием 3 удаляют от обкладки 2 с покрытием 4. В процессе удаления обкладки 1 от обкладки 2 промежуток между диэлектрическими слоями 3 и 4 заполняется газообразной или жидкой средой камеры 8. В результате удаления обкладки 1 первоначальная емкость конденсатора значительно уменьшается и примерно половина заряда q (но меньше q/2) с внутренней поверхности каждой из обкладок 1 и 2 переходит на внешнюю поверхность обкладок 1 и 2 и напряженность поля на внешних поверхностях обкладок 1 и 2 и внутри объема 5 и камеры 13 резко возрастает, вследствие чего в газах внутри объема 5 и камеры 13 происходит ионизация, при этом отрицательно заряженные частицы перемещаются к обкладке 2, а положительно заряженные частицы перемещаются к обкладке 1 и нейтрализуются на них. Поэтому внутри объема 5 образуется газ с положительными объемными зарядами, а внутри камеры 13 - газ с отрицательными объемными зарядами. Затем возвращают обкладку 1 и камеру 13 в первоначальное положение (фиг.2), а в момент времени, когда обкладка 1 занимает свое первоначальное положение, замыкают коммутаторы 6 и 12.

После возвращения обкладки 1 емкость конденсатора восстанавливается до первоначального максимального значения и конденсатор снова заряжается в результате чего на внутренних поверхностях обкладок 1 и 2 снова распределяются соответственно положительные и отрицательные заряды.

После зарядки конденсатора коммутаторы 6 и 12 снова размыкают (обрывают связь обкладок 1 и 2 с источником 7) и удаляют обкладку 1 .

Для повьш1ения эффективности получения униполярно заряженного газа одной полярности обрыв коммутатором 12 связи обкладки конденсатора с источником 7 осуществляют в момент времени, когда емкость конденсатора достигает своего минимального значения, а коммутатора 12 включают в момент времени, когда емкость конденсатора достигает своего максимального значения С , что позволяет предотвратить накопление заряда на обкладке конденсатора 1 (вследствие электростатической индукции) в интервалах времени увеличения емкости конденсатора от минимального до максимального значения, т.е. в интервалах времени возвращения обкладки 1 из удаленного положения в первоначальное. В свою очередь, предотвращение накопления заряда на обкладке 1 в интервалах времени увеличения емкости от минимального значения до максимального С, предотвращает снижение напряженности поля в камере 5 в интервалах времени, увеличения емкости конденсатора, что увеличивает эффективность зарядки газа в объеме 5 , Заполнение объема 5 (или 13) газом, подлежащим зарядке, можно осуществить аналогично заполнению газовой средой камеры 8 При осуществлении процесса в вакууме воздух из камеры 8 откачивают через клапан 11 (клапан 10 закрыт). В качестве заряжаемого газа можно использовать газы как при нормальном давлении, так и при давлениях, больших или меньших нормального. При зарядке воздуха при нормальном давлении объем 5 может быть выполнен в виде незамкнутого воздухопророда, проходящего сквозь камеру 8, при этом транспортировка заряжаемого газа может быть осуществлена в интервалах времени увеличения емкости от минимального значения до мак симального, например, путем продувки вентилятором воздухопровода в ин тервалах времени увеличения емкости конденсатора от минимального До мак симального значения. Распределение напряженности поля в объеме 5 в процессе зарядки можно регулировать формой наружной поверхности обкладки 2. В этом случае поверхность обкладки 2, обращенная к обкладке 1, выполняется плоской, наружной поверхности придается форм с одним или несколькими заострениями. Пробивная прочность современных диэлектрических материалов 1200кВ/с поэтому к обкладкам конденсатора 1может быть приложено напряжение от источника 7, создающее поле.между обкладками с напряженностью 1200 кВ/см В этом случае после удаления обкладки 1 от обкладки 2 напряженность поля на внешней поверхности обкладки 2 может возрасти до значения порядка 600 кВ/см. Предлагаемый способ позволяет получать большее количество заряженных частиц в единице объема газа, уменьшить энергоемкость процесса ионизации за счет исключения нейтрализации зарядов, имеклцих знак заряда, сообщаемого газу, на электроде, существенно снизить напряжение источника электрической энергии, а также заряжать газ при средних значениях напряженности поля, значительно превышающих / пробивную прочность заряжаемого газа, что увеличивает объемную плотность зарядов заряжаемого газа. Формула изобретения 1. Способ получения заряженного газа путем ионизации газа электрическим полем, включающий операцию подключения обкладок конденсатора к источнику электрической энергии, отличающийся тем, что с целью уменьшения энергоемкости процесса ионизации и напряжения источника и получения униполярно заряженного газа с высокий плотностью объемных зарядов, заряжаемый газ располагают в объеме, прилегакяцем к внешней поверхности одной из обкладок указанного конденсатора, а после зарядки конденсатора от указанного источника энергии периодически обрывают и восстанавливают электрическую связь указанной обкладки с источником энергии, а в интервале обрыва связи обкладки конденсатора с источ- НИКОМ уменьшают, а затем вновь уве:1ичивают до первоначального значения емкость указанного конденсатора, причем восстановление связи обкладки конденсатора с источником обеспечивают после достижения максимального первоначального значения емкости конденсатора,причем в момент достижения минимального значения емкости конденсатора обеспечивают создание на внешних поверхностях его обкладок средней напряженности электрического поля Е в пределах 20 кВ/см (;р 600 кВ/см. 2. Способ поп,1, отличак щ и и с я тем, что обращенные друг

к другу поверхности обкладок конденсатора покрывают слоем твердого диэлектрика, а промежуток между обкладками помещают в вакуумированный объем или в объем с жидкой или газообразной диэлектрической средой, электрическая прочность которой больше электрической прочности заряжаемого газа.

3.Способ по пп.1 и 2, о т л ичающийся тем, что объем с заряжаемым газом помещают в вакуумили в диэлектрическую среду,электрическая прочность которой выше электрической прочности заряжаемого газа

4,Способ по пп.1 и2, отличающийся тем, что, с целью одновр(вмениого получения униполярно заряженного газа противоположной полярности, газ,, заряжаемый противоположной полярностью, помещают в объем прилегающий к внешней поверхности второй из обкладок конденсатора, связь которой с источником энергии также периодически обрьгаают и восстанавливают соответственно в моменты обрыва и восстановления связи с источником энергии первой из указанных обкладок конденсатора.

5. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности зарядки газа в указанном объеме, связь второй обкладки конденсатора с источником также периодически обрывают и восстанавливают соответственно в моменты достижения минимального и максимального значений емкости конденсатора.

Изобретение относится к электтротехнике и может быть использовано для генерации заряженных частиц, например, в процессах аэроионизации, электрогазоочистки, электроосаждения. Цель изобретения - уменьшение энергоемкости процесса ионизации, уменьшение напряжения источника электрической энергии и получение униполярно заряженного газа с высокой плотностью объемных зарядов. Цель достигается тем, что согласно способу получения заряженного газа путем ионизации газа электрическим полем к источнику электрической энергии 7 подключают обкладки 1 и 2 конденсатора, к внешней поверхности одной из которых прилегает объем 5 с заряжаемым газом, а после зарядки конденсатора периодически обрывают и восстанавливают электрическую связь обкладки 2 с источником 7, а в интервале обрыва связи обкладки 2 с источником 7 уменьшают, а затем вновь увеличивают до первоначального значения емкость указанного (Л конденсатора, сдвигая и раздвигая его обкладки 1 и 2. В результате уменьшения емкости конденсатора заряд с внутренних поверхностей обкладок 1 и 2 стекает на их внешние поверхности и обеспечивает ионизацию газа, в объеме 5. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.