Способ ионизации воздуха в помещении и устройство для его осуществления

Изобретение предназначено для использования в технических устройствах микроклимата, в медицине, ветеринарии и других отраслях при генерации и транспортировке ионов. Способ ионизации воздуха в помещении включает принудительную подачу воздуха в воздуховод вентилятором, ионизацию воздуха в воздуховоде с использованием источника высокого постоянного напряжения, по крайней мере, одного игольчатого электрода, внутренний токопроводящий слой воздуховода, причем по всей длине воздуховода используют отталкивающую силу одноименных электрических зарядов, затем за пределами воздуховода внутри помещения с помощью источника постоянного напряжения создают электростатическое поле, которое обеспечивает отталкивание аэроионов от токопроводящих поверхностей. Устройство ионизации воздуха в помещении содержит вентилятор, источник высокого постоянного напряжения, по крайней мере, один игольчатый электрод для ионизации воздуха в воздуховоде, внутренний токопроводящий слой воздуховода, причем отрицательный вывод источника высокого постоянного напряжения подключен к игольчатому электроду, а положительный вывод - к токопроводящему слою воздуховода, поверхности внутри помещения, предназначенные для отталкивания аэроинов. Технический результат: расширение сферы применения способа, повышение его эффективности и безопасности использования. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к способам ионизации воздуха и его перемещения по системам вентиляции, а также распределения ионизированного воздуха по объему помещения, в том числе внутри объемов, ограниченных токопроводящими поверхностями с отверстиями. Изобретение может быть использовано в технических устройствах микроклимата, в медицине, ветеринарии и других отраслях при генерации и транспортировке ионов.

Известен способ повышения концентрации аэроионов в локальном объеме воздуха путем электростатического притяжения с помощью установленных не менее двух электродов, имеющих непосредственный контакт с окружающим воздухом, на которые попеременно подают импульсное положительное относительно земли напряжение (см. описание изобретения к патенту РФ №2292923, A01N 1/44, A61L 9/22, публикация 10.02.2007 г.).

Недостатком известного способа является его сложность и низкая электробезопасность.

Известно устройство для ионизации воздуха и его перемещения с помощью вентилятора и электрического ионного ветра, содержащее высоковольтный источник постоянного напряжения, с двумя отрицательными выводами и одним общим положительным, изолированный анод, воздуховод и катод-излучатель аэроионов, изолированный от воздуховода (см. описание изобретения к патенту РФ №2262172, Н01T 19/00, С01В 13/11, A61N 1/44, F24F 3/16, публикация 10.10.2005 г.).

Недостатком известного устройства является ограниченная сфера применения.

Известно устройство для перемещения ионизированного воздуха и его распределения с помощью вентиляции и электрического поля, содержащее источник постоянного напряжения, который выполнен с двумя отрицательными выводами постоянного напряжения и тремя положительными выводами с разными уровнями напряжения. Три изолированных анода, подключенные экранированными проводниками к трем положительным выводам, расположенные на трех участках, где присутствие отрицательных аэроионов необходимо. Обособленный катод, расположенный на участке, где присутствие отрицательных аэроионов не желательно. Изолированные ускоряющие - направляющие и не заземленные катоды, расположенные на выходах металлического и неметаллического патрубков металлического воздуховода и подключенные экранированным проводником к не заземленному отрицательному выводу источника постоянного напряжения с большим уровнем напряжения. Не заземленные катоды, изготовленные из металла с диэлектрическим покрытием и имеющие отверстия для прохода воздуха. Металлический воздуховод и патрубок, токопроводящее покрытие неметаллического патрубка, установленное в помещении металлическое оборудование, обособленный катод, экран проводника к не заземленным катодам и экраны проводников к трем анодам соединены между собой проводником, который подключен к заземленному отрицательному выводу источника постоянного напряжения с меньшим уровнем напряжения. В воздуховоде установлен вентилятор, создающий поток воздуха, и источник отрицательно заряженных аэроионов, изолированный от воздуховода. Кроме того, между источником отрицательно заряженных аэроионов и источником постоянного напряжения установлена синхронизирующая связь (см. описание изобретения к патенту РФ №2304333, H01Т 19/00, A61N 1/44, F24F 3/16, публикация 10.08.2007 г.).

Недостатком известного устройства является низкая эффективность генерации аэроионов.

Известен способ получения потоков аэроионов при атмосферном давлении и устройство для его осуществления, включающий ионизацию газа электрическим разрядом и ускорение ионов электрическим полем, при котором для получения интенсивных потоков аэроионов проводят принудительную подачу газа на ионизацию, а ионизацию осуществляют в два этапа электрическими разрядами, при этом на первом этапе осуществляют предварительную ионизацию, а на втором этапе предварительно ионизированный газ повторно ионизируется электрическим импульсным разрядом, после чего проводят экстракцию с выделением ионов соответствующего знака (см. описание изобретения к патенту РФ №2089073, A23L 1/025, A61L 9/22, публикация 10.09.1997 г.).

Недостатками известного способа, принятого за прототип, являются низкая эффективность, а также высокая вероятность получения озона и окислов азота, что неприемлемо для бесконтрольного применения в присутствии людей.

Задачей заявляемого изобретения является расширение сферы применения способа, повышение его эффективности и безопасности использования.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Способ ионизации воздуха в помещении, включающий принудительную подачу воздуха в воздуховод вентилятором, ионизацию воздуха в воздуховоде с использованием источника высокого постоянного напряжения, по крайней мере, одного игольчатого электрода, внутреннего токопроводящего слоя воздуховода, источника постоянного напряжения для транспортировки аэроионов в помещение, при этом в качестве генерирующего электрода использован как минимум один игольчатый электрод, который располагают под углом к оси воздуховода от 0° до 180°, исключая угол 90°, причем для снижения потерь при транспортировке аэроионов по всей длине воздуховода используют отталкивающую силу одноименных электрических зарядов, а именно заряда аэроионов и заряда внутреннего токопроводящего слоя воздуховода, для придания заряда к токопроводящему слою подключают одноименный по знаку заряда с транспортируемыми аэроионами вывод источника постоянного напряжения, затем за пределами воздуховода внутри помещения с помощью источника постоянного напряжения создают электростатическое поле, которое обеспечивает отталкивание аэроионов от токопроводящих поверхностей, подключенных к одноименному по знаку заряда с аэроионами выводу источника постоянного напряжения, и притягивание аэроионов к токопроводящим поверхностям, подключенным к разноименному по знаку заряда с аэроионами выводу источника постоянного напряжения, причем разноименный по знаку заряда с аэроионами вывод источника постоянного напряжения и подключенные к нему поверхности изолируют и размещают внутри помещения.

Устройство ионизации воздуха в помещении, содержащее вентилятор для принудительной подачи воздуха в заземленный воздуховод, источник высокого постоянного напряжения, по крайней мере, один игольчатый электрод для ионизации воздуха в воздуховоде, источник постоянного напряжения и внутренний токопроводящий слой воздуховода для транспортировки аэроионов в помещение, при этом отрицательный вывод источника высокого постоянного напряжения подключен к игольчатому электроду, а положительный вывод - к токопроводящему слою воздуховода, в качестве генерирующего электрода использован как минимум один игольчатый электрод, который расположен под углом к оси воздуховода от 0° до 180°, исключая угол 90°, отрицательный вывод источника постоянного напряжения подключен к токопроводящему слою воздуховода, а положительный вывод и подключенные к нему токопроводящие поверхности изолированы, поверхности внутри помещения, предназначенные для отталкивания аэроионов, подключены к отрицательному выводу источника постоянного напряжения.

Технический результат заключается в том, что расширяется сфера применения способа и повышается его эффективность.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на:

фиг.1 показан способ ионизации воздуха в помещении при угле между игольчатым электродом и осью воздуховода, равном 0° (на чертеже показан только токопроводящий слой воздуховода);

фиг.2 показан фрагмент стенки воздуховода (в разрезе с одним токопроводящим слоем, изолированным с обеих сторон).

Способ ионизации воздуха 1 в помещении 2, заключающийся в том, что, используя принудительную подачу воздуха 1 в воздуховод 3 вентилятором 4, проводят ионизацию воздуха 1 в воздуховоде 3 с использованием источника 5 высокого постоянного напряжения, по крайней мере, одного игольчатого электрода 6, а также внутренний токопроводящий слой 7 воздуховода 3, источник 8 постоянного напряжения для транспортировки аэроионов 9 в помещение 2, генерирующий игольчатый электрод 6 ионизатора, который располагают под углом к оси воздуховода 3 от 0° до 180°, исключая угол 90°, причем для снижения потерь при транспортировке аэроионов 9 по всей длине воздуховода 3 используют отталкивающую силу одноименных электрических зарядов, а именно заряда аэроионов 9 и заряда внутреннего токопроводящего слоя 7 воздуховода 3, для придания заряда к токопроводящему слою 7 подключают одноименный по знаку заряда с транспортируемыми аэроионами 9 вывод источника 8 постоянного напряжения, затем за пределами воздуховода 3 внутри помещения 2 с помощью источника 8 постоянного напряжения создают электростатическое поле, которое обеспечивает отталкивание аэроионов 9 от токопроводящих поверхностей 10, подключенных к одноименному по знаку заряда с аэроионами 9 выводу источника 8 постоянного напряжения, и притягивание аэроионов 9 к токопроводящим поверхностям 11, подключенным к разноименному по знаку заряда с аэроионами 9 выводу источника 8 постоянного напряжения, причем разноименный по знаку заряда с аэроионами 9 вывод источника 8 постоянного напряжения и подключенные к нему поверхности 11 изолируют и размещают внутри помещения 2, например, в месте необходимого присутствия аэроионов 9, при этом необходимо учитывать расположение внутри помещения 2 токопроводящих поверхностей 10, подключенных к одноименному по знаку заряда с аэроионами 9 выводу источника 8 постоянного напряжения.

Устройство ионизации воздуха 1 в помещении 2 содержит вентилятор 4 для принудительной подачи воздуха 1 в заземленный воздуховод 3, источник 5 высокого постоянного напряжения, по крайней мере один игольчатый электрод 6 для ионизации воздуха 1 в воздуховоде 3, источник 8 постоянного напряжения и внутренний токопроводящий слой 7 воздуховода 3 для транспортировки аэроионов 9 в помещение 2, при этом отрицательный вывод источника 5 высокого постоянного напряжения подключен к игольчатому электроду 6, а положительный вывод к токопроводящему слою 7 воздуховода 3, в качестве генерирующего электрода использован как минимум один игольчатый электрод 6, который расположен под углом к оси воздуховода 3 от 0 до 180°, исключая угол 90°, отрицательный вывод источника 8 постоянного напряжения подключен к токопроводящему слою 7 воздуховода 3, а положительный вывод и подключенные к нему токопроводящие поверхности 11 изолированы, вынесены за пределы воздуховода 3 и расположены внутри помещения 2, например, в месте необходимого присутствия аэроионов 9, а токопроводящие поверхности 10 внутри помещения 2, предназначенные для отталкивания аэроионов 9, подключены к отрицательному выводу источника 8 постоянного напряжения.

Способ ионизации воздуха в помещении осуществляют наведением электрического заряда на генерирующем игольчатом электроде 6 и созданием вокруг него электрического поля высокой напряженности с обеспечением стекания электрических зарядов в приточный поток воздуха 1. В качестве не генерирующего (принимающего) электрода выступает вся площадь токопроводящего слоя 7 воздуховода 3. Это может быть непосредственно внутренняя токопроводящая поверхность воздуховода 3, токопроводящий слой 7 воздуховода 3 под слоем диэлектрика, например слоем краски, или слой токопроводящей краски, нанесенный снаружи на воздуховод 3 из изоляционного материала. Игольчатый электрод 6 и токопроводящий слой 7 воздуховода 3 присоединены к источнику 5 высокого постоянного напряжения.

Способ ионизации воздуха в помещении 2 осуществляют, также используя один или несколько источников 8 с различными уровнями напряжения. Один из выводов источника 8 постоянного напряжения, одноименный заряду аэроионов 9, придает слою 7 воздуховода 3 заряд, который обеспечивает отталкивание транспортируемых аэроионов 9 от слоя 7 и, соответственно, от внутренней поверхности воздуховода 3. Это объясняется взаимодействием зарядов по закону Кулона.

где: ΔF_ЭЛ - сила взаимодействия между зарядами; q_u - заряд аэроиона потока; Δq - заряд элементарного участка поверхности воздуховода.

Таким образом, на аэроион 9 потока, оказавшийся в пограничном слое между самим аэроионным потоком и внутренней одноименно заряженной поверхностью (слоем) воздуховода 3, будут действовать две отталкивающие силы. Количественное различие в зарядах между аэроионным потоком и внутренней поверхностью воздуховода 3 определит толщину неионизированной прослойки между ними. Неионизированная прослойка обладает эффектом «смазки» и обеспечивает снижение потерь аэроионов 9 при транспортировке по системе приточных воздуховодов 3. Так, например, «проходимость» отрицательного аэроионного потока по приточным воздуховодам птичника достигала концентрации аэроионов 14-15 тыс. шт. в 1 см³, что стало возможным только из-за применения источника постоянного напряжения с уровнем напряжения не более 330 В. При этом игольчатый электрод был установлен внутри воздуховода, а до точки измерения концентрации аэроионов было расстояние более 40 метров, причем воздуховод по длине имел пять прямых поворотов, а его сечение постоянно уменьшалось.

Способ ионизации воздуха 1 в помещении 2, например, для отрицательных аэроионов 9 осуществляют с помощью электростатического поля внутри помещения 2 за пределами воздуховода 3, которое образовано токопроводящими поверхностями 10 и 11, подключенными к выводам источника 8 постоянного напряжения. В целях электробезопасности положительный вывод источника 8 постоянного напряжения и все присоединенные к нему токопроводящие поверхности 11 изолируют.

Устройство ионизации воздуха в помещении обеспечивает выполнение рассмотренного способа, в частности, для униполярной ионизации отрицательными аэроионами. Кроме того, способ и устройство позволяют реализовывать при особой необходимости и биполярную ионизацию, основанную на принципе раздельной по времени генерации положительных и отрицательных ионов.

Применение нескольких непараллельных между собой генерирующих игольчатых электродов 6 в одном и том же перпендикулярном к оси сечении 12 воздуховода 3 позволит повысить общую эффективность генерации, так как использование нескольких игл 6, расположенных параллельно друг другу, снижает их общую генерацию из-за их взаимного экранирования. Кроме того, возможно использование нескольких игольчатых электродов 6, расположенных в нескольких перпендикулярных к оси сечениях 12 вдоль воздуховода 3.

Испытания способа и устройства на клетках для содержания птиц (клеточные батареи птицефабрики) показали высокую эффективность, так при полном отсутствии движения воздуха концентрация отрицательных аэроионов внутри заземленной клетки увеличивалась на 65% и более, а графическая зависимость «проникших» в клетку аэроионов имеет выраженный максимум в зависимости от уровня напряжения источника постоянного напряжения. Причем этот уровень напряжения незначителен и не требует защиты от электрических полей. Так в приведенном выше примере уровень напряжения источника высокого постоянного напряжения составлял 10 кВ, а уровень напряжения источника постоянного напряжения - 330 В.

Предлагаемый способ может быть применен к существующим системам приточной вентиляции и микроклимата с целью улучшения пропускной способности (по количеству аэроионов) воздуховодов, а также перераспределять потоки аэроионов в производственных помещениях при внесении изменений в технологический процесс или перестановках оборудования без переделки существующей системы приточно-вытяжной вентиляции. Применение способа позволяет насыщать помещение аэроионами без ущерба для здоровья, наносимого высоким уровнем электромагнитного поля, необходимого для генерации аэроионов классическими методами, например люстра Чижевского или протяженные проволочные электроды.

Для безопасности в предлагаемом способе поле высокой напряженности и части установки, находящиеся под высоким напряжением, локализованы и экранированы заземленной поверхностью воздуховода.

Заявленное изобретение позволяет расширить сферу применения способа, повысить его эффективность и безопасность.

1. Способ ионизации воздуха в помещении, включающий принудительную подачу воздуха в воздуховод вентилятором, ионизацию воздуха в воздуховоде с использованием источника высокого постоянного напряжения, по крайней мере, одного игольчатого электрода, внутреннего токопроводящего слоя воздуховода, источника постоянного напряжения для транспортировки аэроионов в помещение, при этом в качестве генерирующего электрода использован как минимум один игольчатый электрод, который располагают под углом к оси воздуховода от 0 до 180°, исключая угол 90°, причем для снижения потерь при транспортировке аэроионов по всей длине воздуховода используют отталкивающую силу одноименных электрических зарядов, а именно: заряда аэроионов и заряда внутреннего токопроводящего слоя воздуховода, для придания заряда к токопроводящему слою подключают одноименный по знаку заряда с транспортируемыми аэроионами вывод источника постоянного напряжения, затем за пределами воздуховода внутри помещения с помощью источника постоянного напряжения создают электростатическое поле, которое обеспечивает отталкивание аэроионов от токопроводящих поверхностей, подключенных к одноименному по знаку заряда с аэроионами выводу источника постоянного напряжения, и притягивание аэроионов к токопроводящим поверхностям, подключенным к разноименному по знаку заряда с аэроионами выводу источника постоянного напряжения, причем разноименный по знаку заряда с аэроионами вывод источника постоянного напряжения и подключенные к нему поверхности изолируют и размещают внутри помещения.

2. Устройство ионизации воздуха в помещении, содержащее вентилятор для принудительной подачи воздуха в заземленный воздуховод, источник высокого постоянного напряжения, по крайней мере, один игольчатый электрод для ионизации воздуха в воздуховоде, источник постоянного напряжения и внутренний токопроводящий слой воздуховода для транспортировки аэроионов в помещение, при этом отрицательный вывод источника высокого постоянного напряжения подключен к игольчатому электроду, а положительный вывод - к токопроводящему слою воздуховода, в качестве генерирующего электрода использован как минимум один игольчатый электрод, который расположен под углом к оси воздуховода от 0 до 180°, исключая угол 90°, отрицательный вывод источника постоянного напряжения подключен к токопроводящему слою воздуховода, а положительный вывод и подключенные к нему токопроводящие поверхности изолированы, поверхности внутри помещения, предназначенные для отталкивания аэроионов, подключены к отрицательному выводу источника постоянного напряжения.