Электростатический нагнетатель

Изобретение относится к области создания газовых потоков и может быть использовано в системах вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях. Предложен электростатический нагнетатель, содержащий корпус с входным конфузором и каналом постоянного сечения, разрядный электрод, собирающий электрод, подключенные к высоковольтному источнику постоянного тока и установленные в параллельных плоскостях, перпендикулярных продольной оси канала постоянного сечения, выход нагнетателя выполнен в виде диффузора, своим малым сечением сопряженный с каналом постоянного сечения, а в выходном сечении диффузора установлена решетка с регулярной неравномерностью, на внутреннюю поверхность которой нанесен катализатор, а во внутренней полости диффузора установлены направляющие пластины, равномерно распределенные между стенками диффузора, причем поверхность упомянутых пластин выполнена шероховатой и на них нанесен катализатор. Изобретение позволяет обеспечить регулирование концентрации озона на выходе электростатического нагнетателя с одновременным обеспечением высокого КПД, а также относительно низкую стоимость нагнетателя в силу простоты его изготовления.

 

Изобретение относится к области создания газовых потоков и может быть использовано в системах вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях.

Известны электростатические нагнетатели по патентам РФ, МПК7 F24F 3/16: №№2121115, 2172898, 2187762, 2304333, 2301377, 2343362, 2109220, 2202741, 2005962, 2181466, 2156169, 2313732, 2202741, 1085, патенту Великобритании №2195189, патенту Японии №7289621, патенту Франции 2578632.

Однако по мере роста производительности нагнетателя растет влажность и загрязненность воздуха и увеличивается образование озона, превышение уровня которого норм ПДК недопустимо в системах вентиляции, используемых в замкнутых пространствах, в частности, например, в обитаемых отсеках космических объектов.

Существуют устройства генерации озона с регулированием концентрации озона. Известно техническое решение по патенту РФ №2100272, в котором на выходе озонатора устанавливают датчик концентрации озона, связанный исполнительным органом с регулятором мощности электрического разряда в озонаторе.

Известно устройство регулирования концентрации озона, где выход озонатора соединяют с его входом перепускным патрубком с расположенными в нем диафрагмой и обратным клапаном. При соответствующем расчете диафрагмы можно регулировать выходной расход потока и концентрацию озона (патент РФ №2372278).

Подобным образом осуществляется перекачка с помощью насоса части озоновоздушной смеси с выхода озонатора на его вход (патент РФ №2069169).

Известно техническое решение по патенту РФ №2320932, где регулировку концентрации озона проводят путем изменения длительности подачи напряжения на озонирующие электроды.

Недостатками таких устройств является потеря производительности озонатора, также его высокая стоимость, увеличение энергозатрат.

Задачей изобретения является обеспечение регулирования концентрации озона на выходе электростатического нагнетателя с одновременным обеспечением высокого КПД, а также относительно низкой стоимости нагнетателя в силу его простоты.

Задача решается тем, что в электростатическом нагнетателе, содержащем корпус с входным конфузором и каналом постоянного сечения, разрядный электрод, собирающий электрод, подключенные к высоковольтному источнику постоянного тока и установленные в параллельных плоскостях, перпендикулярных продольной оси канала постоянного сечения, при этом выход нагнетателя выполнен в виде диффузора, своим малым сечением сопряженный с каналом постоянного сечения, а в выходном сечении диффузора установлена решетка с регулярной неравномерностью, на внутреннюю поверхность которой нанесен катализатор, а во внутренней полости диффузора установлены направляющие пластины, равномерно распределенные между стенками диффузора, причем поверхность упомянутых пластин выполнена шероховатой и на них нанесен катализатор.

На Фиг.1 изображена конструкция заявленного нагнетателя, где:

1 - корпус;

2 - входной конфузор;

3 - канал постоянного сечения;

4 - разрядный электрод;

5 - иглы;

6 - собирающий электрод;

7 - высоковольтный источник постоянного тока;

8 - диффузор;

9 - направляющие пластины;

10 - катализатор на направляющих пластинах;

11 - решетка с регулярной неравномерностью;

12 - катализатор решетки с нерегулярной неравномерностью.

Электростатический нагнетатель содержит корпус 1, входной диффузор 2, канал постоянного сечения 3, разрядный электрод 4 с иглами 5, собирающий электрод 6, причем разрядный 4 и собирающий 6 электроды установлены в канале постоянного сечения 3 в корпусе 1 в плоскостях, параллельных между собой и перпендикулярных продольной оси симметрии канала постоянного сечения 3, и электрически соединены с высоковольтным источником постоянного тока 7, причем диффузор 8 своим малым сечением сопряжен с каналом постоянного сечения 3. В выходном сечении диффузора 8 установлена решетка с регулярной неравномерностью 11, на внутреннюю поверхность которой нанесен катализатор 10, а во внутренней полости диффузора 8 установлены направляющие пластины 9, равномерно распределенные между стенками диффузора 8, причем поверхность упомянутых пластин 9 выполнена шероховатой и на них нанесен катализатор 12.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Под действием сил высокой напряженности электростатического поля, которое образуется вблизи проводящих поверхностей большой кривизны (острие игл 4), образуются заряженные частицы воздуха (аэроионы), которые устремляются с высокой скоростью к собирающему электроду 6, увлекая за собой воздух.

Если скорости потоков невелики (для воздуха при нормальных условиях V<100 м/сек), то такие потоки можно считать несжимаемыми и полное давление в них сохраняется.

Пусть ΔРо - прирост полного давления при прохождении межэлектродного пространства, тогда

Ро=Ра+ΔРо=Р'ст.+ξ·ρ·(V')²/2,

где: Р'ст. и V' соответственно статическое давление и скорость в выходной части канала после собирающего электрода;

ξ - коэффициент сопротивления;

ρ - плотность воздуха;

Pa - атмосферное давление.

На выходе канала статическое давление в потоке становится равным атмосферному Ра.

Тогда скорость в выходной части канала после собирающего электрода 6 V' можно найти из уравнения:

Ра+ΔРо=Ра+ξ·ρ(V')²/2, при этом V'=√2·ΔРо/ξ·ρ

Величина ΔРо определяется параметрами электрического тока, который образуется аэроионами, поскольку при неизменной геометрии расположения электродов и величине подведенного высокого напряжения устанавливается вполне определенная скорость аэроионов и их концентрация, и, следовательно, вполне определенное значение разрядного тока и электрической мощности, затраченной на его создание.

Сила, действующая на поток со стороны аэроионов, полностью определяется их скоростью и концентрацией, тогда и прирост полного давления определяется в первом приближении только параметрами электрического разрядного тока.

В случае расширения выходного сечения диффузора 8 (см. Фиг.1) по свойству неразрывных течений будет увеличиваться скорость в постоянной части канала 3 пропорционально площади выходного сечения с учетом газодинамического сопротивления, при этом увеличивается расход газа, т.е. увеличивается КПД нагнетателя.

Сужающийся вход (входной конфузор 2) необходим для того, чтобы избежать резкого ускорения атмосферного воздуха, поступающего в канал постоянного сечения 3, и избежать возникновения отрывного течения, в котором будет происходить потеря полного давления.

Таким образом, введение расширяющейся выходной части (выходной диффузор 8) позволяет в разы увеличить КПД предлагаемого электростатического нагнетателя по сравнению с нагнетателями, имеющими на выходе только канал постоянного сечения 3.

Поступивший в диффузор 8 поток обтекает направляющие пластины 9, при этом скорость потока V' будет уменьшаться за счет изменения ξ - коэффициента сопротивления и будет определяться формулой:

V'=√2·ΔРоξ·ρ

Экспериментально установлено, что коэффициентом сопротивления ξ можно пренебречь, если пластины будут установлены под углом наклона к потоку до 7°.

На направляющих пластинах 9 нанесена шероховатость, которая увеличивает поверхность нанесенного на нее катализатора 10, например активированного угля или серебра и т.п. Поскольку скорость озона намного ниже скорости заряженного потока, значительная часть озона будет активно разлагаться катализатором 10.

Истекая из каналов, образованных направляющими пластинами 9, поток попадает на решетку с регулярной неравномерностью 11, где поток выравнивается, а катализатор 12 дополнительно разлагает озон.

Степень выравнивания является функцией коэффициента сопротивления и подбирается экспериментально.

Электростатический нагнетатель, содержащий корпус с входным конфузором и каналом постоянного сечения, разрядный электрод, собирающий электрод, подключенные к высоковольтному источнику постоянного тока и установленные в параллельных плоскостях, перпендикулярных продольной оси канала постоянного сечения, отличающийся тем, что выход нагнетателя выполнен в виде диффузора, своим малым сечением сопряженного с каналом постоянного сечения, а в выходном сечении диффузора установлена решетка с регулярной неравномерностью, на внутреннюю поверхность которой нанесен катализатор, а во внутренней полости диффузора установлены направляющие пластины, равномерно распределенные между стенками диффузора, причем поверхность упомянутых пластин выполнена шероховатой и на нее нанесен катализатор.