В медицине в лечебных целях иногда используют ионизатор воздуха. В быту их нередко применяют для очистки помещения от пыли и микробов и создания более комфортных условий. Простой ионизатор можно выполнить, воспользовавшись схемой, рис. 5.78. В ней высокое напряжение формируется за счет индуктивного выброса противо-э.д.с. в катушке 1 трансформатора Т2, который возникает каждый раз после прекращения тока через обмотку 2. Это напряжение выпрямляется диодом VD4 и подается на излучатель Е1.
Рис. 5.78. Схема генератора отрицательных ионов
В качестве сетевого трансформатора Т1 можно воспользоваться унифицированными, обеспечивающими во вторичной обмотке ток до 0,8 А, а Т2 легко изготовить на основе любого, используемого в генераторах строчной развертки цветных телевизоров, намотав обмотку 2 — 8…12 витков, а в качестве обмотки 1 подключить уже имеющуюся, содержащую наибольшее число витков (высоковольтную).
Схема показывает только, как можно получить высоковольтное напряжение, а для того чтобы при помощи этого напряжения создать легкие аэроионы отрицательной полярности (именно они обладают полезными свойствами), потребуется изготовить излучатель Е1. Он выполняется из провода и должен иметь много игольчатых (острых) окончаний. Форма и размеры конструкции большого значения не имеют. Разные варианты таких излучателей можно увидеть в магазине — они входят в состав бытовых ионизаторов, изготовленных промышленностью (так называемая “люстра Чижевского А. Л.”).
При небольших размерах излучателя для ускорения циркуляции воздуха в рабочей зоне желательно установить вентилятор (мотор М1 показан на схеме), в этом случае более интенсивно проходит процесс образования аэроионов.
Литература:
Радиолюбителям: полезные схемы, Книга 5. Шелестов И.П.
Полезная модель относится к технике обработки воздуха и может быть использована в быту, в жилых помещениях, в рабочих помещениях, имеющих компьютерную и телевизионную технику, и т.п. Задачей является повышение термостабильности генератора ионов при изменениях внешней температуры и улучшения регулировочных характеристик. Для этого в биполярный генератор ионов, имеющий продуваемые коронирующие электроды, соединенные с высоковольтной обмоткой трансформатора, низковольтную первичную обмотку и блок питания, введены два генератора импульсов с регулируемой скважностью, два электронных переключателя и узел управления полярностью высоковольтных импульсов, например, логический элемент «исключающее или», установленный между выходами генераторов импульсов и входами управления электронных переключателей, к одному из которых он подключен через инвертор, выходы электронных переключателей подключены (один - непосредственно, а другой - через вольтодобавочный конденсатор - к первичной обмотке трансформатора), а силовые входы включены между выходом блока питания и общей шиной. 1о. п.ф-лы, 1 илл.
Полезная модель относится к технике обработки воздуха и может быть использовано, в быту, в жилых помещениях, в рабочих помещениях, имеющих компьютерную и телевизионную технику и т.п.
Известны биполярные генераторы ионов (смотри, например, авторское свидетельство СССР №550077 на Генератор ионов, М. Кл. H 05 F 1/00 - не опубликовано). Недостатком известного генератора ионов является наличие в нем в качестве источника ионизации радиоактивного элемента, что делает недопустимым его применение в быту.
Наиболее близким по технической сущности является «Устройство для ионизации воздуха» по авторскому свидетельству СССР №919452 М.Кл. 3 F 24 F 3/16 (не опубликовано), содержащее расположенные в продуваемом корпусе коронирующие электроды, подключенные к выходной обмотке высоковольтного трансформатора с низковольтной первичной обмоткой, и блок питания.
В этом устройстве для создания высоковольтных импульсов используются два включаемых поочередно блоккинг - генератора, а регулирование концентрации ионов того или иного знака производится путем изменения времени включенного состояния того или иного блоккинг -генератора и времени выключенного состояния обоих блоккинг - генераторов.
К существенным недостаткам прототипа следует отнести сильную зависимость частоты блоккинг - генераторов от внешней температуры (смотри, например, B.C.Моин, Н.Н.Лаптев. Стабилизированные транзисторные преобразователи. «Энергия», Москва 1972 г., стр. 403), а это значит и зависимость концентрации образуемых ионов от температуры. Вторым недостатком является сложность регулирования режима работы такого устройства из-за прерывистой работы блоккинг - генераторов, приводящей к неравномерной ионизации воздуха, и усложняющей измерения концентрации ионов в воздухе при регулировании режима работы генератора ионов.
Задачей является повышение стабильности работы генератора ионов при изменениях внешней температуры и улучшение регулировочных характеристик.
Поставленная задача решается тем, что биполярный генератор ионов, содержащий расположенные в продуваемом корпусе коронирующие электроды, подключенные к выходной обмотке высоковольтного трансформатора с низковольтной первичной обмоткой и блок питания, снабжен двумя электронными переключателями, двумя генераторами импульсов с регулируемой скважностью и узлом управления полярностью высоковольтных импульсов, например, в виде логического элемента «исключающее или», входы которого подключены к выходам генераторов импульсов, а выход - ко входам управления электронных переключателей, причем, ко входу управления одного
переключателя он подключен непосредственно, а ко входу другого - через инвертор, выходы электронных переключателей подключены к первичной обмотке высоковольтного трансформатора, причем один из выходов подключен к указанной обмотке через вольтодобавочный конденсатор, а силовые входы переключателей включены между выходом блока питания и общей шиной.
На чертеже представлен один из возможных вариантов схемной реализации предлагаемого биполярного генератора ионов, где в корпусе 1 размещены коронирующие электроды 2 и 3, вентилятор 4, подключенный к блоку питания 5, а коронирующие электроды 2 и 3 подключены к выходной обмотке 6 высоковольтного трансформатора 7, первичная низковольтная обмотка 8 которого одним концом через вольтодобавочный конденсатор 9 подключена к выходу первого электронного переключателя, собранного на комплементарной паре транзисторов 10 и 11. Второй конец первичной обмотки 8 подключен непосредственно к выходу второго электронного переключателя, собранного на комплементарной паре транзисторов 12 и 13. Первые силовые входы переключателей-коллектора транзисторов 10 и 12 -объединены и подключены к выходу блока питания 5, а вторые силовые входы переключателей - коллектора транзисторов 11 и 13 - подключены к общей шине. Вход управления первого переключателя - объединенные базы транзисторов 10 и 11 - подключен к выходу инвертора 14, вход которого соединен с выходом логического элемента «исключающее или» 15, выполняющего роль узла управления полярностью высоковольтных импульсов напряжения, подаваемых на коронирующие электроды 2 и 3 со вторичной 6 обмотки трансформатора 7. Выход элемента 15 дополнительно подключен ко входу управления второго электронного переключателя, то есть к объединенным базам транзисторов 12 и 13. Первый вход элемента 15 подключен к выходу первого генератора импульсов 16, собранного на двух последовательно включенных инверторах 17 и 18 со сложной времязадающей цепью, состоит из ограничительного резистора 19, потенциометра-регулятора длительности импульсов - 20, потенциометра - регулятора частоты следования импульсов-21, развязывающих диодов 22, 23 и времязадающего конденсатора 24. Эта цепь указанным на чертеже образом, включена между общей точкой инверторов 17 и 18 и выходом инвертора 18, являющегося выходом генератора импульсов 16. Общая точка соединения диодов 22, 23 и конденсатора 24 через развязывающий резистор 25 подключена ко входу инвертора 17. Резистор 19 включен между общей точкой инверторов 17, 18 и средней точкой потенциометра 20, один вывод которого соединен с потенциометром 21, включенным реостатом и через диод 22 подключенным к конденсатору 24. Второй вывод потенциометра 20 через встречновключенный с диодом 22 диод 23 соединен с той же точкой конденсатора 24, куда подключен дополнительно один вывод резистора 25.
Второй вход элемента 15 соединен с выходом второго генератора импульсов 26, собранного на последовательно включенных инверторах 27, 28, общая точка которых через ограничительный резистор 29 соединена со средней точкой потенциометра - регулятора коэффициента униполярности ионов - 30, два крайних вывода которого через встречновключенные диоды 31, 32 подключены к общей точке соединения конденсатора 33 и резистора 34,
вторые концы которых подключены, соответственно, к выходу инвертора 28 и ко входу инвертора 27. Следует сказать, что принцип построения электрических схем генераторов импульсов 16 и 26 подробно описан в авторском свидетельстве СССР №1132340, НОЗК 3/02, опубликованном 30.12.84 г. в Бюл. №48 (автор В.П.Реута), поэтому в дальнейшем тонкости работы этих генераторов описываться не будут, тем более, что генераторы импульсов 16 и 26 могут иметь и совершенно иное схемное решение. Стрелками «А» показано направление потока воздуха, создаваемого вентилятором 4.
Работает биполярный генератор ионов следующим образом. После включения напряжения питания через внутреннюю полость корпуса 1 и коронирующие электроды 2 и 3 вентилятором 4, подключенным к блоку питания 5, продувается воздух в направлении стрелок «А». На коронирующий электрод 2, состоящий, например, из набора иглообразных стержней, со вторичной обмотки 6 трансформатора 7 непрерывно поступают пачки высоковольтных коротких импульсов то положительной, то отрицательной полярности относительно электрода 3, выполненного, например, в виде жестко соединенных друг с другом колец, соосных со стержнями электрода 2. Размеры колец электрода 3, количество пар стержень - кольцо и их взаимное продольное расположение определяются максимально необходимой производительностью генератора ионов и мощностью трансформатора 7. Если на электрод 2, относительно электрода 3, поступают положительные импульсы, то в воздушное пространство потоком воздуха от вентилятора 4 будут выдуваться положительные ионы. При поступлении на электрод 2, относительно электрода 3, отрицательных импульсов в воздушное пространство будут поступать отрицательные ионы.
Длительность высоковольтных коротких импульсов определяет время существования коронного разряда и, соответственно, концентрацию в единице объема воздуха ионов положительной и отрицательной полярности за время существования коротких импульсов. Формирование выходных высоковольтных импульсов, поступающих на коронирующие электроды 2 и 3, производится путем коммутации концов цепочки из последовательно соединенных первичной 8 обмотки трансформатора 7 и вольтодобавочного конденсатора 9 переключателями на транзисторах 10, 11, 12, 13 между выходом блока питания 5 и общей шиной.
Первый электронный переключатель на транзисторах 10, 11 идентичен второму электронному переключателю на транзисторах 12, 13. Оба они представляют собой комплементарные эмиттерные повторители и управляются в противофазе друг другу за счет наличия на входе управления первого переключателя инвертора 14.
Управляющие коммутационные импульсы поступают в противофазе на входы управления электронных переключателей с выхода элемента 15 «исключающее или», выполняющего роль узла управления полярностью высоковольтных импульсов напряжения, поступающие на коронирующие электроды 2 и 3. Для этого используется свойство элемента «исключающее или» повторять на своем выходе полярность и форму импульсов, поступающих на один из его входов, если на втором его входе нулевой сигнал. Если же на этом входе сигнал становится единичным, то элемент работает как
инвертор по первому входу. Роль генератора импульсов, задающего длительность и частоту повторения коротких импульсов, выполняет первый генератор импульсов 16, собранный на двух последовательно соединенных инверторах 17, 18, в которых длительность коротких положительных импульсов на выходе инвертора 18 устанавливается потенциометром 20, а частота повторения этих импульсов - потенциометром 21. Если обозначить:
τ 1 - длительность коротких импульсов на выходе инвертора 18;
τ 2 - длительность пауз между короткими импульсами,
| то: | τ 1 =0,7С 24 (R 19 +R 20a +R 23), |
| τ 2 =0,7С 24 (R 19 +R 20b +R 21 +R 22); |
здесь: С 24 - емкость конденсатора 24 (Фарад);
R 19 - сопротивление резистора 19 (Ом);
R 20a - сопротивление левой по схеме части потенциометра 20 (Ом);
R 20b - сопротивление правой части потенциометра 20 (Ом);
R 21 - сопротивление потенциометра 21 (Ом);
R 22 - сопротивление в прямом направление диода 22 (Ом);
R 23 - сопротивление в прямом направление диода 23 (Ом).
Тогда частота следования импульсов
Частоту f 1 при настройке генератора ионов устанавливают оптимальной для выбранного типа трансформатора 7. Например, если в качестве трансформатора 7 применен строчный трансформатор от любого телевизора, то для него оптимальная частота f 1 =15625 Гц плюс - минус допуск, не ухудшающий режим работы трансформатора.
Изменением длительности импульса τ 1 изменяют концентрацию ионов обоих знаков в единице объема воздуха.
Роль генератора импульсов, задающего полярность импульсов на выходе элемента 15, выполняет второй генератор импульсов 26, собранный на последовательно соединенных инверторах 27, 28. Его схема и расчет параметров аналогичны вышеописанному, если положить в первом случае R 21 =0.
В генераторе импульсов 26 потенциометром 30 изменяется скважность импульсов при постоянной частоте следования этих импульсов f 2 . Подбором емкости конденсатора 33 и величины сопротивления потенциометра 30 заранее устанавливают f 2 Если при регулировке установить движок потенциометра 30 в среднее положение, то генератор ионов будет излучать одинаковое количество ионов обоих знаков. Изменением положения движка потенциометра 30 управляют коэффициентом униполярности ионов n + - концентрация положительных ионов в см 3 воздуха; n - - концентрация отрицательных ионов в см 3 воздуха. При настройке генератора ионов по счетчику ионов вначале устанавливают необходимый коэффициент униполярности ионов, так как при его изменении меняется концентрация ионов обоих знаков - концентрация одних растет, а других - падает. Затем по счетчику ионов регулируют потенциометром 20 длительность импульсов на выходе генератора импульсов 16, изменяя, тем самым, концентрацию ионов обоих знаков до нужной величины. В первом приближении коэффициент униполярности ионов при этой регулировке не меняется. Допустим, что в какой-то момент времени на выходе генераторов импульсов 16 и 26 нулевые сигналы, то есть паузы между импульсами. В этом случае на выходе элемента 15 будет нулевой сигнал, который через инвертор 14 откроет транзистор 10 и закроет транзистор 11, а также закроет транзистор 12 и откроет транзистор 13. В результате нижний по схеме конец первичной обмотки 8 трансформатора 7 окажется соединенным с общей шиной, а конденсатор 9 будет подсоединен к выходу блока питания 5. Через конденсатор 9 и первичную обмотку 8 потечет ток заряда конденсатора, который создаст на выходной обмотке 6 трансформатора 7 экспоненциальный импульс, допустим, отрицательной полярности. Но его амплитуда будет меньше порога коронирования электродов 2 и 3 (это задается величиной напряжения питания, получаемого на выходе блока питания 5). За время паузы между импульсами конденсатор 9 зарядится до амплитудного значения подаваемого на него напряжения питания. Появление короткого положительного импульса на выходе генератора импульсов 16 вызовет появление такого же по длительности импульса на выходе элемента 15. Этот импульс на время своего существования закроет транзистор 13 и откроет транзистор 12, а через инвертор 14 закроет транзистор 10 и откроет транзистор 11. В результате, к первичной обмотке 8 трансформатора 7 окажется приложенным двойное напряжение питания, обеспечиваемое блоком питания 5 - одно - непосредственно с блока питания 5 приложится к нижнему по схеме выводу обмотки 8, а второе - за счет заряженного конденсатора 9, который окажется подключенным между верхним по схеме выводом обмотки 8 и общей шиной. Через обмотку 8 потечет ток обратного направления, который создаст на выходной обмотке 6 трансформатора 7 положительный импульс напряжения, амплитуда которого будет выше порога коронирования электродов 2 и 3, и в воздухе появятся положительные ионы, которые вентилятором 4 будут выдуваться в окружающее пространство. По окончании импульса на выходе генератора импульсов 16 произойдет переключение первого и второго переключателей на транзисторах 10, 11 и 12, 13 в предыдущее состояние. Начнется новый заряд, вернее - дозаряд конденсатора 9, который за время действия импульса разряжается только частично. Это обеспечивается величиной емкости конденсатора 9 и максимальной длительностью импульса, за время действия которого конденсатор 9 разрядится до уровня, при котором напряжение на обмотке 6 останется выше порога коронирования. Далее этот процесс будет повторяться до тех пор, пока на выходе генератора импульсов 26 не появится положительное напряжение. После этого полярность импульсов и пауз на выходе элемента 15 изменится, то есть во время пауз на выходе элемента 15 будет единичное напряжение, а во время наличия импульсов - нулевое. Это приведет к смене полярности высоковольтных импульсов, подаваемых с обмотки 6 трансформатора 7 на коронирующие электроды 2 и 3. Произойдет это потому, что во время пауз между импульсами заряд конденсатора 9 будет происходить не через транзистор 10 и обмотку 8, а через транзистор 12 и обмотку 8 на общую шину, то есть на конденсаторе напряжение заряда будет иметь другой знак, а при разряде напряжение питания из блока питания 5 через транзистор 10 сложится с напряжением на конденсаторе 9 и приложится к обмотке 8, нижний конец которой через открытый транзистор 13 будет подключен к общей шине. В результате коронирования электродов 2 и 3 в пространство теперь будут выдуваться вентилятором 4 отрицательные ионы. Это будет продолжаться аналогично вышеописанному до тех пор, пока импульс на выходе генератора импульсов 26 не окончится. Снова начнется образование положительных ионов. И так будет происходить непрерывное излучение то положительных, то отрицательных ионов некоторыми заданными порциями, которые будут сменять друг друга много раз в течение секунды. За пределами корпуса 1 генератора ионов за счет завихрений воздуха, создаваемых вентилятором 4, и за счет конвективных потоков воздуха, будет происходить практически равномерное перемешивание ионов обоих знаков, что снимает проблемы при измерении их количества в единице объема воздуха. А температурная стабильность работы генератора ионов определяется, в основном, только температурной стабильностью примененных в нем времязадающих элементов. И, что немаловажно, предлагаемый генератор ионов позволяет применять для работы любые строчные телевизионные трансформаторы, и не требует изготовления спецтрансформаторов, как это делается при использовании прототипа.
Формула полезной модели
Биполярный генератор ионов, содержащий расположенные в продуваемом корпусе коронирующие электроды, подключенные к выходной обмотке высоковольтного трансформатора с низковольтной первичной обмоткой, и блок питания, отличающийся тем, что он снабжен двумя электронными переключателями, двумя генераторами импульсов с регулируемой скважностью и узлом управления полярностью высоковольтных импульсов, например, в виде логического элемента “Исключающее ИЛИ”, входы которого подключены к выходам генераторов импульсов, а выход - ко входам управления электронных переключателей, причем ко входу управления одного из них он подключен непосредственно, а ко входу другого - через инвертор, выходы электронных переключателей подключены к первичной обмотке высоковольтного трансформатора, причем один из выходов подключен к указанной обмотке через вольтодобавочный конденсатор, а силовые входы переключателей включены между выходом блока питания и общей шиной.
Эту люстру-ионизатор сделали ребята из горьковского клуба юных техников «Искатель». Такая люстра, подвешенная в аудитории, актовом или спортивном зале, мастерской или лаборатории, образует в воздухе отрицательные ионы, которые благотворно влияют на организм человека.
Основные узлы аэроионизатора - так называемая электро-эффлювиальная люстра, преобразователь постоянного напряжения и выпрямитель.
Электроэффлювиальная люстра - это . С каждого острия люстры с большой скоростью стекают электроны, которые потом «налипают» на молекулы кислорода. Возникающие таким образом аэроионы тоже обладают большой скоростью - этим объясняется их живучесть.
От конструкции люстры во многом зависит эффективность работы ионизатора. Верхнее и нижнее основания из органического стекла соединены общей монтажной платой. На ней расположены все элементы выпрямителя и преобразователя напряжения. К основаниям на винтах крепятся гибкие металлические стержни диаметром 2-3 мм, образующие сферу.
В стержнях сделайте отверстия диаметром 0,7-1 мм и укрепите в них острозаточенные канцелярские булавки с колечком. Булавки можно и припаять к стержням.
Люстра подвешивается к потолку на стойке из изоляционного материале, Расстояние от люстры до пола должно быть не меньше 2,5 м, а все металлические заземленные предметы - не ближе 2 м.
Сетевой трансформатор и дроссель выполнены на сердечнике из электротехнической стали Ш-16. Толщина набора - 25 мм.
Первичная обмотка трансформатора Тр1 содержит 2200 витков провода ПЭВ 0,27, а вторичная - 130 витков провода ПЭВ 0,9.
Дроссель имеет 200 витков провода ПЭВ 1,5. Его можно заменить резистором на 300-500 ом, рассчитанным на мощность не менее 2 вт.
Полупроводниковый преобразователь напряжения собран на транзисторах Т1 и Т2 типа П217А. Трансформатор Тр2 выполнен на ферритовом сердечнике от любого типа. Первичная обмотка состоит из 6 витков провода ПЭВ 0,9 с отводом от середины. Вторичная обмотка, подключенная к коллекторным выводам транзисторов, имеет 14(7 + 7) витков такого же провода. С выходной обмотки III, имеющей 8000 витков провода ПЭЛШО 0,08, высокое напряжение подается на схему умножения, состоящую из высоковольтных полупроводниковых диодов Д5-Д10 и конденсаторов фильтра С5-С9 типа ПОВ или ПСО, рассчитанных на рабочее напряжение 10-15 кв.
Если схема ионизатора собрана правильно, при ее работе слышен тонкий писк трансформатора-преобразователя. Иногда приходится поменять местами выводы вторичной обмотки трансформатора Тр2.
Простейший индикатор работоспособности аэроионизатора - небольшой кусочек ваты. Он должен притягиваться к люстре с расстояния 50-60 см.
Когда ионизатор работает, в помещении не должно появляться никаких запахов. Если они все же будут ощущаться, значит, что-то сделано неверно и поэтому образуются вредные газы. Ионизатор нужно немедленно выключить.
Помните, что аэроионизатор - высоковольтная установка, поэтому будьте очень осторожны при его изготовлении, налаживании и эксплуатации.
Ю. M0X0B, В.НОМАРДИН, ЮТ,1973г
Электрически заряжает молекулы воздуха и работает на высоком напряжении. Отрицательные ионы, или анионы – это частицы с одним или более дополнительными электронами, передающие частицам полный отрицательный заряд. Катионы – это положительно заряженные ионы, у которых отсутствует один или более электронов, что создает полный положительный заряд. Большинство коммерческих очистителей воздуха вырабатывают отрицательные ионы. Еще один тип ионизатора воздуха – это ионизатор ESD, или сбалансированный генератор ионов, который нейтрализует статический заряд.
Советский ученый и изобретатель Александр Чижевский создал так называемую люстру Чижевского в 1918-м г. Она была первым современным ионизатором.
Видео об ионизаторе воздуха
Ионные воздухоочистители
На изображении ионизатор и очиститель воздуха со снятыми пластинами сборки пыли.
Ионизаторы воздуха применяют в очистителях воздуха. Пылинки притягиваются к электродам под действием, подобно статическому электричеству. Эти ионы являются де-ионизированными при поиске заземленных проводников, которыми выступают стены и потолок. Чтобы повысить эффективность этого процесса, некоторые коммерческие приборы оснащают такими поверхностями внутри устройства. Частота нозокомиальных инфекций в Британских больницах подтолкнула Национальную службу здравоохранения (NHS) к исследованию эффективности анионов для очищения воздуха. Пандемия тяжелого острого респираторного синдрома повысила спрос на ионизаторы для домашнего пользования на Дальнем Востоке и Японии. Там многие товары были оснащены генераторами отрицательных ионов, например зубные щетки, холодильники, кондиционеры воздуха, очистители воздуха и стиральные машины . Для таких приборов нет специфических стандартов. Производитель ноутбуков ASUS установил встроенный ионизатор воздуха в модель N51Vf.
Ионы и озон
Не следует путать ионизаторы с генераторами озона, даже если оба устройства работают аналогично. В ионизаторах обычно применяют электростатические пластины для выработки положительно или отрицательно заряженных ионов газа, например, N 2 - или O 2 - , и частицы слипаются под действием, подобному статическому электричеству. В генераторах озона дополнительный ион кислорода притягивается к молекуле O 2 . Эти генераторы работают на основе лампы коронного разряда или ультрафиолетового излучения. Даже самые лучшие ионизаторы вырабатывают небольшое количество озона.
При высокой концентрации озон может быть токсичным для бактерий, распространяющихся по воздуху, и может разрушить или уничтожить эти иногда инфекционные организмы. Однако допустимая концентрация является достаточно токсичной для человека и животных, поэтому Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств США настоятельно требует не использовать озонотерапию в качестве медицинского лечения. Оно предприняло действия против тех, кто не выполняет это требование. Озон является высокотоксичным и чрезмерно активным газом. Средняя суточная доза свыше 0,1 м.д. (0,2 мг/м3) не рекомендуется, и она может повредить легкие и даже клетки обонятельных луковиц.
.jpg)
На фото представлен эффект стерилизации воздуха с отрицательно заряженными ионами в камере, наполненной бактериями Salmonella enteritidis. Образец слева не обработан, образец справа обработан.
Судебное разбирательство Consumer Reports
Некоммерческий журнал о тестировании товаров в США Consumer Reports опубликовал в октябре 2003-го г., что ионизаторы воздуха не соответствуют достаточно высоким стандартам по сравнению с обычными HEPA-фильтрами. Исключением оказался совмещенный прибор, который работал на воздуходуве, с помощью которого воздух перемещается в процессе его ионизации. В ответ на эту публикацию The Sharper Image, производитель ионизаторов воздуха помимо других товаров подал в суд на Общество потребителей (издателей Consumer Reports ) за диффамацию товара. Журнал дал «отрицательную оценку» Ionic Breeze и другим популярным приборам за их низкий коэффициент подачи чистого воздуха (CADR). CADR измеряет количество очищенного воздуха, циркулирующего в течение короткого периода времени и первоначально был предназначен для измерения коэффициента средних очистителей воздуха. The Sharper Image заявил, что этот тест был неудачным способом оценки Ionic Breeze, поскольку он не берет в расчет другие особенности, например 24-часовое длительное очищение , простоту в обращении и режим тихой работы. Федеральный районный суд США Северного округа в Калифорнии впоследствии отклонил жалобу The Sharper Image и закрыл дело по причине, что The Sharper Image не удалось доказать ложность всех заявлений, сделанных Consumer Reports . По окончательному решению суда в мае 2005-го The Sharper Image должен был заплатить 525 000 USD Обществу потребителей за судебные расходы.
Генератор предназначен для обработки воздуха в жилых, лечебных, офисных и других обитаемых помещениях, не загазованных вредными примесями, и может быть использован для обогащения воздуха ионами обоих знаков, снятия электростатических зарядов с различных предметов и одежды людей, очистки воздуха от пыли, бактерий и спор грибков. Генератор ионов содержит расположенную в продуваемом корпусе группу коронирующих и ускоряющих электродов, подключенных к выходным разнополярным шинам формирователя высоковольтного коронирующего напряжения, снабжен второй группой коронирующих и ускоряющих электродов, аналогичной первой группе таких электродов и расположенной рядом с ней, при этом коронирующие электроды первой группы электрически соединены с ускоряющими электродами второй группы, а ускоряющие электроды первой группы электрически соединены с коронирующими электродами второй группы. Техническим результатом является повышение равномерности распределения ионов обоих знаков в ионизируемом воздухе и улучшение за счет этого качества ионного состава воздуха. 1 ил.
Рисунки к патенту РФ 2343361
Изобретение относится к технике обработки воздуха в жилых, лечебных, офисных и других обитаемых помещениях, не загазованных вредными примесями, и может быть использовано для обогащения воздуха ионами обоих знаков, снятия электростатических зарядов с различных предметов и одежды людей, очистки воздуха от пыли, бактерий и спор грибков.
Известно много различных по природе физических процессов естественного происхождения, которые участвуют в ионизации окружающего нас воздуха (смотри, например, Н.А.Капцов. Электрические явления в газах и вакууме. Госиздат. технико-теоретической литературы. М.-Л., 1950 г., стр.222-241, 589-604). Однако в технике искусственной ионизации воздуха нашли применение, преимущественно, генераторы ионов, в которых ионы создаются либо низкоэнергетичными -активными изотопами, например, трития, углерода-14 или никеля-63 (смотри, например, SU 106280 А, 1957), либо коронным разрядом между двумя электродами (смотри, например, SU 842347 А, 30.06.1981, В.П.Реута).
Генераторы ионов, в которых используются -активные изотопы, позволяют создавать наиболее близкую по качественному составу к природной искусственно ионизированную атмосферу простыми техническими средствами. Но правила техники безопасности при обращении с радиоактивными материалами по защите их от разрушения, условиям утилизации требуют наличия специальных служб контроля, что делает невозможным широкое применение таких генераторов ионов.
Генераторов ионов, в которых для ионизации воздуха используется коронный разряд между двумя электродами, на которые подается постоянное, пульсирующее или импульсное высоковольтное напряжение, разработано великое множество, но среди них нет ни одного, способного конкурировать по качественному составу создаваемых ионов с радиоактивными генераторами ионов.
В радиоактивных генераторах ионов процесс образования ионов идет непрерывно, причем ионы обоих знаков возникают парами. Одновременно с этим непрерывно идет процесс объемной рекомбинации ионов, при котором ионы разного знака, встречаясь, нейтрализуют заряды друг друга (подробнее об этих процессах смотри, например, Дж.Кэй, Т.Лэби. Таблицы физических и химических постоянных. М. Госиздат. физ.-мат. литературы. 1962 г., стр.191-193 - о рекомбинации и стр.215-216 - об удельной ионизации заряженными частицами).
Наличие объемной рекомбинации ионов не позволяет большей части ионов «состариться» и превратиться в средние и тяжелые ионы, присутствие которых в воздухе нежелательно, если не сказать вредно для здоровья, хотя они и участвуют в очистке воздуха от пыли (О процессах образования и структуре атмосферных ионов подробно написано в статье: Eichmeier J. Beitrag zum Problem der Struktur der atmospharischen Kleinionen. - «Zeitschrift für Geophysik», 1968, Vol.34, S.297-322).
В конце этой статьи на рис.10 представлена схема процесса образования и структуры легких, средних и тяжелых ионов с указанием величины продолжительности жизни этих ионов.
В известных биполярных генераторах ионов, содержащих расположенные в продуваемом корпусе коронирующие электроды, подключенные к выходным шинам формирователя высоковольтного коронирующего напряжения, ионы создают пачками то одного, то другого знака с длительностью пачек от нескольких минут (смотри, например, US 3936698 А, 03.02.1979) до единиц миллисекунд.
И хотя эти пакеты разнополярных ионов перемещаются потоком воздуха, процесс рекомбинации ионов из этих пакетов начинается с задержкой, что приводит к образованию большого количества средних и тяжелых ионов, поскольку время жизни легких ионов лежит в интервале от 10 -4 до 100 сек - это время, в течение которого нерекомбинированный легкий ион обязательно столкнется с крупным конгломератом молекул или ядром конденсации и образует средний или тяжелый ион.
Прототипом может служить любой известный как биполярный, так и униполярный генератор ионов, содержащий расположенные в продуваемом корпусе коронирующие и ускоряющие электроды, но наиболее близким по функциональным возможностям является биполярный генератор ионов, содержащий расположенную в продуваемом корпусе группу коронирующих и ускоряющих электродов, подключенных к выходным разнополярным шинам формирователя высоковольтного коронирующего напряжения (смотри: RU 42629 U1, 10.12.2004, В.П.Реута, А.Ф.Туктагулов).
Поскольку в прототипе на коронирующие электроды подаются пачки однополярных импульсов то положительной, то отрицательной полярности, ионы обоих знаков появляются в воздухе также пачками то одной, то другой полярности, что приводит, как уже отмечалось выше, к образованию излишнего количества ненужных средних и тяжелых ионов.
Задачей является повышение равномерности распределения ионов обоих знаков в ионизируемом воздухе и улучшение за счет этого качества ионного состава воздуха.
Для этого биполярный генератор ионов, содержащий расположенную в продуваемом корпусе группу коронирующих и ускоряющих электродов, подключенных к выходным разнополярным шинам формирователя высоковольтного коронирующего напряжения, снабжен второй группой коронирующих и ускоряющих электродов, аналогичной первой группе таких электродов и расположенной рядом с ней, при этом коронирующие электроды первой группы электрически соединены с ускоряющими электродами второй группы, а ускоряющие электроды первой группы электрически соединены с коронирующими электродами второй группы.
На чертеже представлена схема электрическая принципиальная биполярного генератора ионов, созданная на базе вышеназванного прототипа. На ней принято стандартное обозначение элементов. Здесь в корпусе 1 установлены на изоляторах, которые на чертеже не показаны, две группы коронирующих 2 и 4 и ускоряющих 3 и 5 электродов, где коронирующие электроды 2 первой группы электрически соединены с ускоряющими электродами 5 второй группы, а ускоряющие электроды 3 первой группы электрически соединены с коронирующими электродами 4 второй группы, а обе группы электродов подключены к разнополярным выходам 6 и 7 формирователя высоковольтного коронирующего напряжения 8. Подлежащий ионизации воздух продувается через корпус 1 в направлении стрелок «А», а в направлении стрелок «В» и «С» выходит разнополярно ионизированный воздух. Если корпус 1 металлический, то он соединяется с общей шиной.
К выходным шинам 6 и 7 внутри формирователя 8 подключены разнополярные выводы вторичной 9 обмотки высоковольтного трансформатора 10, первичная обмотка 11 которого одним концом через вольтодобавочный конденсатор 12 подключена к выходу первого 13 переключателя напряжения, собранного по схеме комплементарного эмиттерного повторителя на комплементарной паре транзисторов Дарлингтона 14 и 15, базы которых объединены и подключены к выходу инвертора 16, вход которого объединен со входом второго 17 переключателя напряжения. Переключатель 17 выполнен аналогично переключателю 13 на комплементарной паре транзисторов Дарлингтона 18 и 19, а его выход соединен со вторым концом первичной обмотки 11 трансформатора 10. Объединенные входы инвертора 16 и переключателя 17 соединены с выходом логического элемента «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» 20, первый вход которого подключен к выходу регулятора концентрации ионов 21, представляющего собой высокочастотный генератор импульсов с регулируемой длительностью и частотой следования выходных импульсов положительной полярности. Генератор импульсов 21 собран на двух последовательно соединенных инверторах 22 и 23, где выход инвертора 23, являющийся выходом генератора 21, через времязадающий конденсатор 24 и развязывающий резистор 25 соединен со входом инвертора 22. Общая точка инверторов 22 и 23 через токоограничивающий резистор 26 подключена к подвижному контакту потенциометра 27, исполняющему роль регулятора длительности выходных импульсов генератора 21. Правый вывод потенциометра 27 через потенциометр в реостатном включении 28 и прямовключенный диод 29 соединен с общей точкой конденсатора 24 и резистора 25, куда дополнительно подключен через обратновключенный диод 30 левый вывод потенциометра 27. Второй вход логического элемента 20 соединен с выходом низкочастотного генератора импульсов 31 с постоянной частотой и регулируемой скважностью выходных импульсов. Этот генератор состоит из последовательно соединенных инверторов 32 и 33, где выход инвертора 33, являющийся выходом генератора 31, через времязадающий конденсатор 34 и развязывающий резистор 35 соединен с входом инвертора 32, а общая точка инверторов 32 и 33 через токоограничивающий резистор 36 соединена с подвижным контактом потенциометра 37, исполняющего роль регулятора скважности выходных импульсов генератора 31. Крайние выводы потенциометра 37 через обратновключенный диод 38 и, соответственно, через прямовключенный диод 39 соединены с общей точкой конденсатора 34 и резистора 35. Положительное напряжение питания во все необходимые точки схемы подается относительно общей шины через шину 40.
Формирователь высоковольтного коронирующего напряжения 8 полностью позаимствован из прототипа, где он подробно описан. В свою очередь, в нем применены почти классические узлы. Так, комплементарные эмиттерные повторители на транзисторах Дарлингтона, используемые в переключателях напряжения 13 и 17, описаны в книге: Клод Галле. Полезные советы по разработке и отладке электронных схем. М.: «ДМК», 2003 г., стр.106-107, рис.2.67. Здесь же на стр.63 и рис.2.27 помещена информация о транзисторах Дарлингтона. Генераторы импульсов 21 и 31 созданы на базе классических мультивибраторов (смотри: Р.Мелен, Г.Гарланд. Интегральные микросхемы с КМОП-структурами. М.: «Энергия», 1979 г., стр.105-107, рис.6-1.), в которых с помощью диодов соответственно 29, 30 и 38, 39 разделены цепи заряда и разряда конденсаторов соответственно 24 и 34. Подобные схемы описаны в SU 1132340 А, 30.12.1984 (В.П.Реута).
Во время предварительной настройки биполярного генератора ионов потенциометром 27 устанавливают минимальную длительность импульсов на выходе генератора импульсов 21; потенциометром 28 устанавливают такую частоту следования вышеназванных импульсов, при которой переходные процессы в первичной обмотке 11 трансформатора 10 будут заканчиваться за время, меньшее половине периода следования этих импульсов; потенциометром 37 устанавливают скважность импульсов на выходе генератора импульсов 31, равную двум.
Работает биполярный генератор ионов следующим образом.
После включения напряжения питания сразу же начинают генерировать непрерывные последовательности импульсов высокочастотный генератор импульсов 21 и низкочастотный генератор импульсов 31, причем частота следования выходных импульсов последнего, как правило, на несколько порядков ниже частоты следования выходных импульсов генератора 21. Если внутри генератора 21 на выходе инвертора 23 «единичное» состояние, то происходит заряд конденсатора 24, через который течет ток заряда с выхода инвертора 23 через диод 30, левую часть потенциометра 27, резистор 26 и через «нулевой» выход инвертора 22 на общую шину. За счет этого тока в общей точке конденсатора 24 и резистора 25 установится в начальный момент «единичное» напряжение, которое через резистор 25 поступит на вход инвертора 22 и будет поддерживать на его выходе «нулевое» состояние. По мере заряда конденсатора 24 зарядный ток и, соответственно, напряжение на входе инвертора 22 будут падать. Как только напряжение на входе инвертора 22 снизится до уровня срабатывания этого инвертора, он опрокинется в «единичное» состояние на своем выходе и переведет инвертор 23 в «нулевое» состояние на его выходе. Так сформируется импульс на выходе инвертора 23 и, соответственно, на выходе генератора 21. Длительность этого импульса определяется постоянной времени заряда конденсатора 24, т.е. сопротивлением в цепи заряда этого конденсатора. Меняя это сопротивление с помощью потенциометра 27, можно менять длительность выходных импульсов генератора импульсов 21. После перехода инвертора 22 в «единичное» состояние на его выходе, а инвертора 23 - в «нулевое» начнется процесс перезаряда конденсатора 24. Ток перезаряда конденсатора 24 потечет с выхода инвертора 22 через резистор 26, правую часть потенциометра 27, потенциометр 28, диод 29 и через выход инвертора 23 на общую шину. В процессе перезаряда конденсатора 24 потенциал в общей точке конденсатора 24 и резистора 25 будет расти от начального отрицательного значения в положительную сторону до тех пор, пока не достигнет уровня срабатывания инвертора 22. При достижении этого уровня инвертор 22 опрокинется в «нулевое» состояние на своем выходе и переведет в «единичное» состояние выход инвертора 23, после чего повторится процесс формирования импульса согласно вышеизложенному. Изменением сопротивления потенциометра 28 можно изменять частоту следования импульсов на выходе инвертора 23 при постоянной длительности этих импульсов, а изменением положения движка потенциометра 27 можно изменять длительность выходных импульсов инвертора 23 при постоянной частоте их следования.
Электрическая схема генератора импульсов 31 аналогична схеме генератора импульсов 21, когда у него движок потенциометра 28 установлен в крайнее левое положение, поэтому генератор импульсов 31 работает аналогично генератору 21, а потенциометр 37 служит для установки скважности выходных импульсов генератора 31, равной двум при неизменной частоте следования этих импульсов.
Выходные сигналы с генераторов 21 и 31 поступают на входы логического элемента 20 «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», выходной сигнал которого принимает «нулевое» значение тогда, когда на его входах оба сигнала имеют либо «нулевое», либо «единичное» значение. Если же входные сигналы имеют разное значение, то выходной сигнал элемента 20 будет «единичным».
Допустим, в начальный момент выходные сигналы генераторов импульсов 21 и 31 имеют «нулевое» значение. При этом выходной сигнал элемента 20 также будет «нулевым». Этот сигнал переведет в «нулевое» состояние переключатель 17, в котором закроет транзистор 18 и откроет транзистор 19, а переключатель 13 переведет за счет наличия на его входе инвертора 16 в «единичное» состояние, при котором откроется транзистор 14 и закроется транзистор 15. При таком состоянии переключателей 13 и 17 с шины питания 40 через открытый транзистор 14, вольтодобавочный конденсатор 12, первичную обмотку 11 трансформатора 10 и открытый транзистор 19 на общую шину потечет ток заряда вольтодобавочного конденсатора 12, который зарядится до величины выходного напряжения переключателя 13. При появлении на выходе генератора импульсов 21 «единичного» сигнала логический элемент 20 перейдет также в «единичное» состояние, в результате чего в переключателе 13 закроется транзистор 14 и откроется транзистор 15, а в переключателе 17 откроется транзистор 18 и закроется транзистор 19. При таком состоянии переключателей 13 и 17 к верхнему по схеме концу первичной 11 обмотки трансформатора 10 окажется приложенным относительно общей шины отрицательное напряжение заряженного конденсатора 12, а к нижнему концу этой обмотки - положительное напряжение с шины питания 40. Т.е. к первичной обмотке 11 высоковольтного трансформатора 10 окажется приложенным почти двойное напряжение питания шины 40, которое вызовет протекание тока через обмотку 11 трансформатора 10. В результате этого на первичной обмотке 10 сформируется импульс напряжения, равный по длительности выходному импульсу генератора 21, а на вторичной 9 обмотке трансформатора 10 появится высоковольтный импульс, который через выходные шины 6 и 7 формирователя высоковольтного напряжения 8 поступит одновременно на обе группы коронирующих и ускоряющих электродов соответственно 2, 3 и 4, 5. Допустим, на выходной шине 6 напряжение будет положительным относительно выходной шины 7. Тогда к коронирующим электродам 2 по отношению к ускоряющим электродам 3 будет приложено высоковольтное положительное напряжение, которое создаст между этими электродами положительную корону, а к коронирующим электродам 4 по отношению к ускоряющим электродам 5 будет приложено отрицательное высоковольтное напряжение, которое создаст между этими электродами отрицательную корону. В результате такого коронирования неионизированный воздух, продуваемый через корпус 1 в направлении стрелок «А», условно разделяется на два разнополярно ионизированных потока - в направлении стрелок «В» формируется поток положительно ионизированного воздуха, а в направлении стрелок «С» формируется поток отрицательно ионизированного воздуха. Эти два потока за счет турбулентности потока воздуха на некотором небольшом расстоянии от ускоряющих электродов 3 и 5 перемешиваются в один биполярно ионизированный поток, с помощью которого ионы распространяются в окружающем пространстве и «живут» до тех пор, пока не рекомбинируют с противоположно заряженными ионами.
Поскольку в процессе формирования рабочего импульса на первичной 11 обмотке трансформатора 10 происходит разряд вольтодобавочного конденсатора 12, то величину его емкости выбирают такой, при которой за время действия рабочего импульса амплитуда сформированного на выходной обмотке 9 трансформатора 10 высоковольтного импульса не упадет ниже порога коронирования коронирующих электродов 2 и 4.
По окончании импульса на выходе генератора 21 вновь откроются транзисторы 14 и 19, а закроются транзисторы 15 и 18. Начнется процесс дозаряда вольтодобавочного конденсатора 12 до уровня выходного напряжения переключателя 13. При этом к первичной 11 обмотке трансформатора 10 будет приложено обратное напряжение, равное разности между выходным напряжением переключателя 13 и остаточным напряжением на конденсаторе 12, уменьшающееся по экспоненте в процессе дозаряда конденсатора 12. На вторичной 9 обмотке трансформатора 10 также сформируется импульс обратной полярности, но его амплитуда будет значительно ниже порога коронирования коронирующих электродов 2 и 4. Процесс ионизации воздуха прекратится до прихода очередного импульса с выхода генератора импульсов 21.
Описанный процесс формирования высоковольтного коронирующего напряжения, поступающего на коронирующие электроды 2 и 4, будет продолжаться под действием выходных импульсов генератора 21 до тех пор, пока выходной сигнал генератора импульсов 31 не примет «единичное» значение. После этого цепи протекания тока заряда или дозаряда конденсатора 12 и рабочего тока при формировании высоковольтного импульса поменяются местами, в результате чего сменится полярность выходных высоковольтных импульсов, поступающих со вторичной обмотки 9 трансформатора 10 через выходные шины 6 и 7 формирователя 8 на коронирующие электроды 2 и 4. Это приведет к тому, что теперь между коронирующими электродами 2 и ускоряющими электродами 3 во время действия высоковольтных импульсов будет возникать отрицательная корона, которая будет ионизировать поток воздуха, идущий в направлении стрелок «В», отрицательными ионами. Аналогично сказанному поток воздуха, идущий в направлении стрелок «С», будет ионизироваться положительными ионами. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока выходной сигнал генератора импульсов 31 не примет «нулевое» значение, после чего вновь сменятся знаки ионов, выходящих с потоками воздуха «В» и «С».
Равномерная смена полярности напряжения, подаваемого на коронирующие электроды 2 и 4, необходима для создания одинаковых во времени физических условий при коронировании этих электродов, т.к. при положительной и при отрицательной коронах коронирующие электроды изнашиваются по-разному. Это связано с тем, что при отрицательной короне коронирующий электрод излучает электроны, а также некоторое количество материала самих электродов, а при положительной короне коронирующий электрод отрывает от молекул воздуха и поглощает электроны. Смена полярности коронирующего напряжения, подаваемого на электроды 2 и 4, повышает надежность и долговечность работы этих электродов.
Описанный биполярный генератор ионов позволяет одновременно обогащать ионизируемый воздух ионами обоих знаков, задавая их примерно одинаковое количество в единице объема воздуха изменением длительности коронирующих импульсов с помощью потенциометра 27 и частично с помощью потенциометра 28, изменяющего частоту следования этих импульсов. Одновременная генерация ионов обоих знаков увеличивает вероятность последующей их рекомбинации и уменьшает вероятность образования средних и тяжелых ионов.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Биполярный генератор ионов, содержащий расположенную в продуваемом корпусе группу коронирующих и ускоряющих электродов, подключенных к выходным разнополярным шинам формирователя высоковольтного коронирующего напряжения, отличающийся тем, что он снабжен второй группой коронирующих и ускоряющих электродов, аналогичной первой группе таких электродов и расположенной рядом с ней, при этом коронирующие электроды первой группы электрически соединены с ускоряющими электродами второй группы, а ускоряющие электроды первой группы электрически соединены с коронирующими электродами второй группы.