RU2118760C1

RU2118760C1 - Aeroion source

Info

Publication number: RU2118760C1
Application number: RU96110177A
Authority: RU
Inventors: Вадим Николаевич Пакин
Original assignee: Вадим Николаевич Пакин
Priority date: 1996-05-22
Filing date: 1996-05-22
Publication date: 1998-09-10

Abstract

FIELD: air-conditioning and ventilation systems. SUBSTANCE: source includes zone of preliminary cleaning of air from dust, microbes, viruses, etc. and additional screen for removal and control of flow of aeroions of oxygen. Source is compact due to use of insulating housing and two-pointed needles-emitters of electrons at negative high-voltage electrode. EFFECT: high compactness. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области аэроионификации, фильтрации, кондиционирования и вентиляции воздуха и может применяться в промышленности, сельском хозяйстве, быту и медицине. The invention relates to the field of aeroionification, filtration, air conditioning and ventilation and can be used in industry, agriculture, household and medicine.

Известен источник отрицательных молекулярных аэроионов кислорода - люстра Чижевского, которая состоит из нескольких концентрических колец большого диаметра, на которых закреплены металлические иглы, направленные вниз, на пол помещения. На них подается высокое отрицательное напряжение, в качестве положительного электрода используются либо стены помещения, либо специальная прозрачная сетка, проводящая ток, иногда покрытая слоем изоляции (см. 1) Журнал русской физической мысли, г. Реутов, 1991, Чижевский А.Л. Краткое руководство по применению аэроионифицированного воздуха в промышленности, сельском хозяйстве и медицине. 2) Чижевский А.Л. Методические указания по использованию аэроионифицирующих установок. Союзсантехмин. М. Госпланиздат, 1959). A well-known source of negative molecular oxygen ions of oxygen is the Chizhevsky chandelier, which consists of several concentric rings of large diameter, on which metal needles are fixed, directed downwards, to the floor of the room. High negative voltage is applied to them, either the walls of the room or a special transparent grid that conducts current, sometimes covered with a layer of insulation, is used as a positive electrode (see 1) Journal of Russian Physical Thought, Reutov, 1991, A. Chizhevsky. A brief guide to the use of aeroionified air in industry, agriculture and medicine. 2) Chizhevsky A.L. Guidelines for the use of aeroionifying installations. Soyuzsantekhmin. M. Gosplanizdat, 1959).

Источники типа люстры Чижевского не предназначены для получения направленного и концентрированного потока аэроионов в заданном месте облучаемого объекта. Вследствие своей открытости и использования постоянного высокого напряжения они имеют большие габариты и широкие потоки аэроионов малой плотности. Sources like the Chizhevsky chandelier are not intended to produce a directed and concentrated stream of aero ions in a given place of the irradiated object. Due to their openness and the use of constant high voltage, they have large dimensions and wide flows of low-density aero ions.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному объекту является источник отрицательных молекулярных аэроионов кислорода - люстра Чижевского, описанная выше и принятая за прототип. The closest device of the same purpose to the claimed object is a source of negative molecular oxygen ions of oxygen - Chizhevsky chandelier, described above and adopted as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата - компактности, высокой плотности и чистоты потока аэроионов при использовании прототипа, относится применение для ее питания постоянного высокого напряжения. Кроме того, в люстре Чижевского нет зоны очистки воздуха от пыли, микробов и т.д., что необходимо в быту и в медицине особенно. The reasons that impede the achievement of the required technical result - compactness, high density and purity of the flow of aeroions when using the prototype, is the use of constant high voltage for its power supply. In addition, in the Chizhevsky chandelier there is no zone for purifying air from dust, germs, etc., which is necessary in everyday life and in medicine especially.

Сущность изобретения заключается в следующем. При заданной величине высокого напряжения в зоне очистки и зоне генерации продольный размер этих зон определяется электрической прочностью зазора, которая зависит, при прочих равных условиях, от формы этого напряжения во времени. Оно может быть постоянным, осциллирующим и импульсным, а также возможно произвольное сочетание этих форм. The invention consists in the following. For a given value of high voltage in the cleaning zone and the generation zone, the longitudinal size of these zones is determined by the electric strength of the gap, which depends, all other things being equal, on the shape of this voltage over time. It can be constant, oscillating and impulsive, and also an arbitrary combination of these forms is possible.

При изменении напряжения на зазоре во времени изменяются движение в нем заряженных частиц и нейтралов, а также физические процессы на электродах. В частности, это относится к появлению на остриях импульсов Тричела - микромолний, создаваемых отдельными высокоэнергичными электронами. Именно интенсивность этих импульсов определяет вероятность пробоя высоковольтного зазора: чем чаще они идут, тем вероятнее пробой. Накладывая на постоянное напряжение меняющуюся во времени составляющую, можно изменять величину пробойного напряжения, а также плотность потока аэроионов вблизи этого напряжения. Так, при подаче на зазор импульсов напряжения со временем нарастания, меньшим, чем время пробега электронов между электродами, при интервале между импульсами, меньшими, чем время рассасывания ионного следа от импульса Тричела (так называемого мертвого времени в счетчиках Гейгера - Мюллера), можно значительно поднять величину пробойной напряженности, а вместе с ней и плотность потока аэроионов. When the voltage across the gap changes with time, the movement of charged particles and neutrals in it, as well as the physical processes at the electrodes, change. In particular, this refers to the appearance on the tip of the Trichel pulses - micromagnets created by individual high-energy electrons. It is the intensity of these pulses that determines the probability of breakdown of the high-voltage gap: the more often they go, the more likely the breakdown. By applying a time-varying component to a constant voltage, you can change the breakdown voltage, as well as the density of the ion flow near this voltage. Thus, when voltage pulses are applied to the gap with a rise time shorter than the electron travel time between the electrodes, and with an interval between pulses shorter than the ion resorption time from the Trichel pulse (the so-called dead time in Geiger-Muller counters), to increase the value of breakdown intensity, and with it the density of aeroion flux.

Уменьшение величины зазора при заданном угле расходимости пучка аэроионов с острий существенно уменьшает поперечный размер источника и квадратично - площадь потока аэроионов в случае использования, например, одиночного острия. A decrease in the gap at a given angle of divergence of the beam of aeroions from the tips substantially reduces the transverse size of the source and quadratically decreases the area of the flow of aeroions when using, for example, a single tip.

Указанные технические результаты - компактность источника и высокая плотность аэроионов достигаются тем, что в известном источнике аэроионов - люстре Чижевского, включающем в себя систему проводящих концентрических колец с иглами, располагающимися симметрично по азимуту и находящимися под постоянным высоким отрицательным потенциалом, и низко потенциальную прозрачную для аэроионов сетку из проводников, голых или покрытых изоляционным слоем, на постоянное высокое напряжение накладываются импульсы напряжения малой длительности с такой частотой повторения, при которой в зазоре укладывается несколько волн объемного заряда аэроионов. The indicated technical results - the source’s compactness and high density of aeroions are achieved by the fact that in the well-known aeroion source - Chizhevsky’s chandelier, which includes a system of conductive concentric rings with needles located symmetrically in azimuth and at a constant high negative potential, and low potential transparent for aeroions a grid of conductors bare or coated with an insulating layer, short-duration voltage pulses are superimposed on a constant high voltage with at the repetition rate at which several waves of the space charge of aeroions are stacked in the gap.

С целью получения высокой чистоты потока аэроионов производится эффективная очистка поступающего в зону генерации воздуха, для чего на концентрических кольцах располагаются распределенные однородно по азимуту двуострийные иглы, ориентированные по оси потока аэроионов. При этом напротив одних острий размещается коллектор для сбора пыли, микробов, вирусов и т.д., а напротив других - прозрачная выходная сетка. In order to obtain high purity of the flow of aeroions, the air entering the generation zone is effectively cleaned, for which double-pointed needles distributed uniformly in azimuth are oriented along the axis of the aeroion flow. At the same time, a collector for collecting dust, microbes, viruses, etc., is located opposite some points, and a transparent output grid is opposite to others.

С целью регулировки потока аэроионов и защиты от прикосновения к относительно сильноточной первой сетке после нее располагается вторая прозрачная, более слаботочная, проводящая голая или покрытая изолятором сетка, потенциал которой относительно первой сетки можно регулировать с помощью дополнительного источника постоянного напряжения. In order to regulate the flow of aero ions and protect against touching a relatively high-current first grid, a second transparent, more low-current, conductive bare or insulated grid is located after it, the potential of which relative to the first grid can be adjusted using an additional constant voltage source.

С целью направления выпущенного из источника потока аэроионов на заданное место облучаемого объекта, особенно в случае низкой электропроводности последнего, после второй сетки можно использовать третью подвижную прозрачную сетку, проводящую голую либо покрытую изолятором и питаемую от отдельного источника постоянного напряжения. In order to direct the flow of aero ions released from a source to a specified location of the irradiated object, especially in the case of a low electrical conductivity of the latter, after the second grid, you can use the third movable transparent grid, conducting bare or coated with an insulator and powered from a separate constant voltage source.

Первую сетку можно назвать основной, замыкающей на себя большую долю тока, вторую - вытягивающей аэроионы из зоны генерации, третью - направляющей поток аэроионов. The first grid can be called the main one, closing a large fraction of the current onto itself, the second one pulling air ions from the generation zone, and the third one directing the flow of air ions.

В случае высокой проводимости и мобильности объекта облучения третья сетка не нужна. In the case of high conductivity and mobility of the irradiated object, a third grid is not needed.

Повышение электрической прочности высоковольтных зазоров в зонах очистки и генерации аэроионов приводит к возможности линейного уменьшения продольного и поперечных размеров источника, а потому и почти к кубическому уменьшению объема источника в целом. Обычная люстра Чижевского занимает объем около кубометра, а предлагаемый нами источник - несколько кубических дециметров, при заданной величине тока аэроионов. An increase in the electric strength of high-voltage gaps in the zones of cleaning and generation of aeroions leads to the possibility of a linear decrease in the longitudinal and transverse dimensions of the source, and therefore to almost cubic reduction in the volume of the source as a whole. An ordinary Chizhevsky chandelier occupies a volume of about a cubic meter, and the source we offer is a few cubic decimeters, for a given current of aeroions.

Кроме того, плотность тока аэроионов в зоне генерации обратно пропорциональна кубу величины высоковольтного зазора при заданной величине высокого напряжения на нем, а потому компактность достигается одновременно с кубическим ростом плотности потока при почти линейном росте полного тока аэроионов. In addition, the current density of aeroions in the generation zone is inversely proportional to the cube of the high-voltage gap at a given high voltage on it, and therefore compactness is achieved simultaneously with a cubic increase in flux density with an almost linear increase in the total current of aeroions.

Поскольку плотность тока аэроионов в зоне очистки также обратно пропорциональна кубу продольного размера, то и эффективность очистки при использовании импульсной составляющей напряжения растет многократно, до трудно измеримой малой величины выходной запыленности, что очень важно в медицине и в быту. Since the current density of aeroions in the cleaning zone is also inversely proportional to the longitudinal-size cube, the cleaning efficiency when using the pulse component of the voltage increases many times, to a difficultly measurable small amount of output dust, which is very important in medicine and in everyday life.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. The analysis of the prior art by the applicant made it possible to establish that the applicant has not found an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству. Therefore, the invention meets the requirement of "novelty" under applicable law.

Дополнительный поиск известных решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения показывает, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. An additional search for known solutions, in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention from the prototype, shows that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art for the specialist, since the influence of the essential features of the claimed invention is not revealed from the prior art defined by the applicant transformations to achieve a technical result.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству. Therefore, the invention meets the requirement of "inventive step" under applicable law.

На чертеже представлен компактный источник аэроионов в осевом сечении и упрощенная схема его питания. The drawing shows a compact source of aeroions in axial section and a simplified diagram of its power supply.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, заключаются в следующем. Information confirming the possibility of carrying out the invention are as follows.

Источник аэроионов состоит из эмиттера электронов 1 - проводящего кольца с размещенными однородно по азимуту двуострийными иглами 2, направленными как по оси потока аэроионов, так и против нее. Эмиттер помещается в изолирующий корпус 3, слева от которого располагается коллектор пыли 4, а справа - проводящие ток сетки 5, 6 и 7, которые могут покрываться слоем изоляции. Облучаемый объект 8 располагается внутри помещения 9, обозначенного штриховым контуром. В случае использования в качестве коллектора сосуда с проводящей жидкостью, например водой, ось источника располагается по вертикали. Источники высокого напряжения 10, 11, 12, 13 создают необходимое распределение потенциалов между электродами. The source of aeroions consists of an electron emitter 1 - a conducting ring with double-pointed needles 2 arranged uniformly in azimuth, directed both along and against the axis of the flow of aeroions. The emitter is placed in an insulating casing 3, to the left of which there is a dust collector 4, and to the right are current-conducting grids 5, 6 and 7, which can be covered with an insulation layer. The irradiated object 8 is located inside the room 9, indicated by a dashed outline. In the case of using a vessel with a conductive liquid, such as water, as a collector, the source axis is vertical. High voltage sources 10, 11, 12, 13 create the necessary potential distribution between the electrodes.

При подаче постоянного высокого напряжения от источника 10 и импульсного высокого напряжения от источника 11 на эмиттер 1 с иглами 2, помещенный в изолятор 3, с них начинают стекать электроны. Они прилипают к молекулам кислорода и двигаются в виде отрицательных молекулярных аэроионов кислорода как влево, к коллектору 4, так и вправо, к первой сетке 5. При движении к коллектору 4 меньшая часть их садится на пылинки, бактерии, вирусы и т.д., а большая часть за счет соударений с нейтральными молекулами воздуха создает так называемый электрический ветер. When applying a constant high voltage from the source 10 and a pulsed high voltage from the source 11 to the emitter 1 with needles 2, placed in the insulator 3, electrons begin to drain from them. They adhere to oxygen molecules and move in the form of negative molecular oxygen air ions both to the left, to collector 4, and to the right, to the first grid 5. When moving to collector 4, a smaller part of them sit on dust particles, bacteria, viruses, etc., and the majority due to collisions with neutral air molecules creates the so-called electric wind.

Пылинки, бактерии, микробы, вирусы и т.д. приносятся кулоновскими силами и электрическим ветром на непрозрачный коллектор 4 4 и осаждаются там, а электрический ветер отражается от коллектора 4 и возвращается к эмиттеру 1. Поэтому среднего потока воздуха в зоне очистки почти нет: есть плотные узкие скоростные потоки воздуха с игл в сторону коллектора 4 и широкие медленные потоки воздуха, отраженные от коллектора, соответствующие каждой игле. Dust particles, bacteria, germs, viruses, etc. brought by Coulomb forces and electric wind to an opaque collector 4 4 and deposited there, and the electric wind is reflected from the collector 4 and returns to the emitter 1. Therefore, there is almost no average air flow in the cleaning zone: there are dense narrow high-speed air flows from the needles towards the collector 4 and wide, slow air currents reflected from the manifold corresponding to each needle.

При стекании электронов с правых острий игл эмиттера 4 также образуются отрицательные молекулярные аэроионы, создающие электрический ветер в сторону почти прозрачной сетки 5. Большая часть аэроионов замыкается на эту сетку, меньшая часть проходит сквозь нее под действием напряжения от источника 12 к защитной сетке 6. Электрический ветер проходит к той же сетке 6, слегка рассеиваясь и тормозясь на сетке 5. Защитная сетка 6 является фактически выходной сеткой источника аэроионов, ибо направляющая сетка 7 нужна только тогда, когда облучаемый объект 8 почти не проводит ток, а аэроионы доставляются к нему за счет электрического поля, создаваемого источником 13. Электрический ветер проходит сквозь сетки 5, 6 и 7 и обдувают облучаемый объект 8, либо, в случае отсутствия последнего, дует в сторону противостоящей стены помещения 9 и после отражения от нее стекает симметрично по азимуту сбоку между изолятором 3 и коллектором 4 в зону очистки, зону генерации и т.д., замыкаясь сам на себя. When electrons run off from the right tips of the emitter’s needles 4, negative molecular aero ions also form, creating an electric wind towards an almost transparent grid 5. Most of the aero ions are closed on this grid, a smaller part passes through it under the influence of voltage from source 12 to the protective grid 6. Electric the wind passes to the same grid 6, slightly dispersing and braking on the grid 5. The protective grid 6 is actually the output grid of the source of air ions, because the guide grid 7 is needed only when the irradiated Project 8 almost does not conduct current, and air ions are delivered to it due to the electric field created by the source 13. Electric wind passes through the grids 5, 6 and 7 and blows around the irradiated object 8, or, in the absence of the latter, blows towards the opposing wall of the room 9 and after reflection from it flows symmetrically in azimuth from the side between the insulator 3 and the collector 4 into the cleaning zone, the generation zone, etc., closing itself.

Резистор Р1 ограничивает ток высоковольтных источников 10 и 11 на уровне, безопасном как для самого источника, спасая от выгорания иглы при токах короткого замыкания, так на уровне, безопасном для персонала, использующего этот источник. Resistor P1 limits the current of high-voltage sources 10 and 11 to a level that is safe for the source itself, saving the needles from burning out with short-circuit currents, and at a level that is safe for personnel using this source.

Удобно использовать в качестве коллектора 4 сосуд с обычной водой, ибо она обладает достаточной проводимостью и при этом так смачивает все пылинки, микробы и т.д., что они не могут улететь даже после выключения источника высокого напряжения. В этом случае очистка коллектора состоит в выливании воды. It is convenient to use a vessel with ordinary water as a collector 4, because it has sufficient conductivity and at the same time soaks all dust particles, microbes, etc., so that they cannot fly away even after turning off the high voltage source. In this case, the cleaning of the collector consists in pouring out water.

Компактный источник отрицательных молекулярных ионов кислорода КИОМАИК изготовлен, испытан и работает круглосуточно при габаритах 0 200 мм • 400 мм вместе с источником высокого напряжения 40 кВ • мкА, обеспечивает вентиляцию помещения с производительностью 50 м³/ч при токе аэроионов на любой внешний объект до 100 мкА. Качество очистки воздуха за один проход через зону очистки не хуже 80%.The compact source of negative molecular oxygen ions KIOMAIK is manufactured, tested and works round-the-clock with dimensions of 0 200 mm • 400 mm together with a high voltage source of 40 kV • μA, provides ventilation of the room with a capacity of 50 m ³ / h with a current of aero ions to any external object up to 100 μA. The quality of air purification in one pass through the cleaning zone is not worse than 80%.

Таким образом, вышеизложенные сведения говорят о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий. Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed invention.

Компактный источник аэроионов предназначен для использования в промышленности в качестве вентилятора, электрофильтра и, главное, аэроионификатора - источника отрицательных молекулярных аэроионов кислорода. A compact source of aero ions is intended for use in industry as a fan, an electrostatic precipitator and, most importantly, an air ionizer - a source of negative molecular oxygen aero ions.

В том же качестве компактный источник аэроионов может быть использован и в сельском хозяйстве, при этом он может оказаться эффективным стимулятором роста и здоровья растений и животных. In the same quality, a compact source of aeroions can be used in agriculture, while it can be an effective stimulator of the growth and health of plants and animals.

В том же качестве компактный источник аэроионов может быть использован в быту и в медицине для лечения и профилактики здоровья людей, как это уже с 50-х годов осуществляется с помощью прототипа - люстры Чижевского. In the same quality, a compact source of aeroions can be used in everyday life and in medicine for the treatment and prevention of human health, as has been done since the 1950s with the help of a prototype - Chizhevsky's chandelier.

Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте ниже изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке средств и методов. For the claimed invention in the form described in the independent clause below of the claims, the possibility of its implementation using the means and methods described above in the application is confirmed.

Компактный источник аэроионов, воплощающий заявленное изобретение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. A compact source of aeroions embodying the claimed invention, when implemented, is able to achieve the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "industrial applicability" under applicable law.

Claims

A source of negative molecular oxygen ions of oxygen, which includes a system of concentric rings with needles located on them, which are under a high negative potential, and a relatively low-potential current-conducting network, characterized in that the rings are placed in an insulating casing and the needles are double-pointed, with one an opaque collector is placed opposite them, and, on the other hand, a system of current-conducting grids transparent to aeroins, the potential of which is regulated by means of an additional tionary power sources.