Как сделать очиститель воздуха своими руками

В какой-то момент я увлекся идеей создания электростатического очистителя воздуха (электростатического фильтра) для своего дома. Парадоксально, но я не смог найти в Интернете ни одного хорошего материала в этой области, что и побудило меня написать эту статью.

В первой части вы познакомитесь с принципами работы этих устройств, а в следующей части рекомендуется собрать полноценный очиститель своими руками.

На рисунке показан коронный разряд, используемый в электростатическом воздухоочистителе

Содержание

Зачем нужен очиститель

Тонкие частицы пыли в воздухе — PM10 и PM2.5 — при вдыхании могут попадать в организм: в бронхи, легкие и даже в кровоток. По данным Всемирной организации здравоохранения, загрязнение воздуха этими частицами представляет серьезную опасность для здоровья: воздействие их большого количества в воздухе (среднегодовые концентрации PM2.5 превышают среднесуточные цены на 10 мкг/м3 и 25 мкг/м3 — PM10 средние цены на 20 мкг/м3 и 50 мкг/м3 Годовые концентрации повышают риск респираторных заболеваний, сердечно-сосудистых заболеваний и некоторых форм рака, а загрязнение окружающей среды уже классифицируется как канцерогенное 1. группы Свинец, кадмий, самец, бериллий, трелинг и т.д., радиоактивные соединения) опасны даже при низких концентрациях.

Самый простой шаг к минимизации негативного воздействия пыли на организм — установить в спальнях эффективные воздухоочистители.

Источники пыли.

Важными природными источниками пыли являются извержения вулканов, океаны, природные пожары, эрозия почвы (например, Заболь, Ирак), землетрясения и различные посадки, пыльца растений, споровые грибы и процессы поглощения биомассы.

Антропогенные источники включают сжигание минералов (производство энергии и промышленность), транспортные и погрузочные операции с дезинтегрированными/сухими сыпучими материалами (см. порт Находка Восточный, порт Хабаровскванино), разрушенные материалы (добыча, разработка карьеров), другие виды деятельности ), разрушенные материалы (горнодобывающая промышленность, строительные материалы, сельское хозяйство), механическая обработка, химические процессы, термические процессы (сварка, плавление), эксплуатация транспортных средств (выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, трение шин и дорожное покрытие).

Наличие частиц пыли в помещении обусловлено не только загрязненным наружным воздухом, но и наличием внутренних источников: износ материалов (одежда, белье, ковры, мебель, строительные материалы, книги), приготовление пищи, деятельность человека (частицы эпидермиса, волосы, шерсть), плесневые грибки, клещи и т.д.

Доступные воздухоочистители.

Для снижения концентрации пылевых частиц (включая наиболее опасные частицы пыли размером менее 10 мм) можно использовать приборы, основанные на следующих принципах

• Механическая фильтрация,.
• Ионизация воздуха,.
• Электростатические осадки (электростатические осадки).

• Высокое гидравлическое сопротивление фильтрующих элементов
• Дорогостоящие фильтрующие элементы необходимо часто заменять.

Ионизаторы воздуха работают путем зарядки частиц пыли, взвешенных в воздухе в помещении, и позволяют им прилипать к полу, стенам, потолку или предметам в помещении под воздействием электрических сил. Это решение представляется неудовлетворительным, поскольку частицы могут оставаться в помещении и возвращаться во взвешенное состояние. Кроме того, прибор значительно изменяет ионный состав воздуха, а влияние этого воздуха на человека еще не до конца изучено.

Электростатические очистители работают по тому же принципу. Частицы, попадающие в прибор, сначала заряжаются, а затем притягиваются электрическими силами специальными пластинами, заряженными противоположными зарядами (все это происходит внутри прибора). По мере накопления слоев пыли на пластинах они очищаются. Эти очистители высокоэффективно улавливают частицы различных размеров (более 80%), обладают низкой водостойкостью и не требуют регулярной замены расходных материалов. Есть и недостатки: образование некоторых токсичных газов (озон, оксиды азота), сложная конструкция (сборка электродов, подача высокого напряжения), необходимость регулярной очистки отстойных пластин.

Требования к воздухоочистителю.

При использовании рециркуляционных воздухоочистителей (удаление воздуха из помещения, его фильтрация и последующее возвращение в помещение) необходимо учитывать характеристики устройства (однопроходная производительность, объемная производительность) и объем помещения. -Нацеливание — в противном случае устройство может стать непригодным для использования. Американская организация AHAM разработала для этой цели индекс CADR. В ней учитывается однопроходная эффективность и объемная производительность очистителей, а также то, как рассчитать CADR, необходимый для конкретного помещения. Правильное описание этого индекса уже можно найти здесь. AHAM рекомендует использовать чистящие средства с показателем CADR не менее пятикратного объемного обмена в помещении в час. Например, CADR для помещения площадью 20 кв. м с высотой потолка 2,5 м составит 20 * 2,5 * 5 = 250 куб. м/ч (или 147 CFM) или более.

Очиститель также не должен создавать вредных факторов, таких как превышение уровня шума или концентрации вредных газов (если используются электростатические фильтры).

Однородное электрическое поле

Вспомним из уроков физики, что электрические поля образуются вблизи заряженных тел 2.

Характерная напряженность электрического поля — это напряженность E вольт/м или кВ/см. Напряженность электрического поля является векторной величиной (имеет направление). Графически напряженность поля обычно представлена силовыми линиями (касательные в точках на кривой силы совпадают с направлением вектора напряженности поля в данной точке) — напряженность поля характеризуется плотностью этих линий (чем плотнее линии, тем больше напряженность поля в данной области).

Рассмотрим простейшую электродную систему, состоящую из двух параллельных металлических пластин, расположенных на расстоянии L друг от друга. Разность потенциалов с напряжением U прикладывается к пластинам от источника высокого напряжения.

L = 11 мм = 1,1 см- U = 11 кВ (киловольт — 1 киловольт = 1000 вольт),.

На этой схеме показано примерное расположение линий электропередач. По плотности линий видно, что большая часть пространства между электродами (за исключением области у края пластины) имеет одинаковое значение напряженности электрического поля. Такое однородное электрическое поле называется однородным 2, 3, 4. Значения напряжения между пластинами для этой электродной системы могут быть рассчитаны по простому уравнению 1, 2:.

Таким образом, для напряжения 11 кВ напряжение составляет 10 кВ/см. При данных условиях атмосфера, заполняющая пространство между пластинами, является электрическим изолятором (диэлектриком). Это означает, что через электродную систему не проходит ток, поскольку она не проводит электричество. Давайте проверим это на практике.

В атмосфере всегда содержится 1 небольшое количество свободных носителей заряда (электронов и ионов, образующихся в результате внешних физических Фоновая радиация и ультрафиолетовое излучение. Концентрация этих зарядов настолько мала, что плотность тока составляет очень маленькую величину и как таковая не может быть зарегистрирована моим оборудованием.

В небольших реальных экспериментах используется источник высокого напряжения (ИВН), система испытательных электродов и "стенд". Электродная система может быть собрана в одном из трех вариантов: "две параллельные пластины", "проволочные пластины" или "зубчатые пластины". Расстояние между электродами одинаково для всех вариантов и составляет 11 мм.

Испытательная станция состоит из следующих измерительных приборов

• вольтметр на 50 кВ (микроамперметр Pa3 на 50 мкА с дополнительным резистором R1 — 1 ГОм — показания 1 мкА соответствуют 1 кВ); и
• микроамперметр Pa2 на 50 мА, и
• Pa1 миллиамперметр на 1 мА.

При высоком напряжении некоторые непроводящие материалы (например, мебель) вдруг начинают проводить ток, поэтому все установлено на листе оргстекла. Это происходит следующим образом.

Конечно, к точности измерений с помощью такого оборудования предъявляется множество требований, но для наблюдения общих закономерностей этого вполне достаточно (лучше, чем ничего!). . Этого достаточно для вступления. Давайте перейдем к делу.

Эксперимент №1.

Две параллельные пластины, однородное электрическое поле,.

L = 11 мм = 1,1 см; U = 11…. .22 кВ.

Судя по показаниям микроамперметра, фактический ток отсутствует. Ничего не изменилось ни при 22 кВ, ни при 25 кВ (максимальное значение источника высокого напряжения).

Характерные вольт-амперы:.

U, кВE, кВ / смI, мкА

0	0	0
11	10	0
22	20	0
25	22.72	0

Разбивка воздушных зазоров

Сильные электрические поля могут превратить воздушный зазор в проводник. Для этого необходимо, чтобы интенсивность в зазоре превышала определенное критическое значение (пробой). Когда это происходит, в воздухе начинает интенсивно протекать процесс ионизации, который в основном затрагивает столкновительную ионизацию и фотоионизацию, и количество свободных носителей заряда (ионов и электронов) увеличивается подобно лавине. В какой-то момент создается проводящий канал (заполненный носителями заряда), который закрывает зазор между электродами, и начинает течь ток (это явление называется пробой или разряд). В зоне процесса ионизации происходят химические реакции (включая разложение молекул, из которых состоит воздух) и образуются некоторые токсичные газы (озон, оксиды азота).

Процессы ионизации 1, 2.

Ионизационные удары.

Свободные электроны и ионы разных знаков, которые всегда присутствуют в небольших количествах в атмосфере, устремляются к электродам противоположной полярности под воздействием электрических (электроны и отрицательные ионы — положительные, положительные ионы — отрицательные) полей. Некоторые из них по пути сталкиваются с атомами или молекулами воздуха. Если кинетическая энергия движущихся электронов/ионов достаточна (и чем выше напряженность поля, тем больше), то при столкновении электроны выбрасываются из нейтральных атомов и образуются новые свободные электроны и катионы. Новые электроны и ионы также ускоряются под действием электрического поля, и некоторые из них могут ионизировать другие атомы и молекулы. Таким образом, количество ионов и электронов в межэлектродном пространстве начинает увеличиваться подобно лавине.

Фотоионизация.

Атом или молекула, которая не встречает достаточно энергии для ионизации, высвобождает энергию в виде фотонов (атом/молекула пытается вернуться в свое предыдущее стабильное энергетическое состояние). Фотон может быть поглощен атомом или молекулой, что также может привести к ионизации (если энергия фотона достаточна, чтобы ударить электрон и отскочить обратно).

Для параллельных пластин в воздухе критическое значение напряженности поля может быть рассчитано по следующему уравнению 1.

Для этой электродной системы критическая интенсивность (при нормальных атмосферных условиях) составляет около 30,6 кВ/см, а напряжение пробоя — 33,6 кВ. К сожалению, источник высокого напряжения не может обеспечить напряжение выше 25 кВ, поэтому расстояние между электродами пришлось уменьшить до 0,7 см (критическое напряжение 32,1 кВ/см — напряжение пробоя 22,5 кВ), чтобы наблюдать пробой воздуха.

Эксперимент №2.

Наблюдение пробоя диэлектрика в воздушном зазоре. Увеличивайте разность потенциалов на электроде до тех пор, пока не произойдет пробой.

L = 7 мм = 0,7 см; U = 14… .25 кВ.

Пробой зазора в виде искрового разряда наблюдался при напряжении 21,5 кВ. Разряд излучал свет и звук (щелчок) и отклонял стрелку на расходомере (это означает, что течет электричество). В то же время он почувствовал в воздухе запах озона (такой же запах, как в случае с ультрафиолетовыми лампами, используемыми в больницах).

Характерные вольт-амперы:.

U, кВE, кВ / смI, мкА

0	0	0
14	20	0
21	30	0
21.5	30.71	Анализ.

Неоднородное электрическое поле

Замените положительный полосовой электрод на электрод из тонкой проволоки диаметром 0,1 мм (т.е. R1 = 0,05 мм). Это также параллельно отрицательному полосовому электроду. В этом случае в пространстве между электродами формируется неоднородное 2, 4 электрическое поле, когда существует разность потенциалов. Чем ближе точка в пространстве находится к проволочным электродам, тем больше интенсивность Электрическое поле. Следующая диаграмма дает приблизительное представление о распределении.

Для наглядности можно построить более точную диаграмму распределения напряжения — это легко сделать в случае эквивалентной электродной системы, где пластинчатый электрод заменен трубчатым электродом, соосным с коронным электродом: это можно сделать в случае трубчатого электрода.

Для этой электродной системы значения напряжения в точках между электродами можно определить из простого уравнения 1, 2: значения напряжения в точках между электродами можно определить из простого уравнения.

На следующей диаграмме показано расчетное изображение значений

R1 = 0,05 мм = 0,005 см; R2 = 11 мм = 1,1 см; U = 5 кВ,.

Провода характеризуют значение напряжения на данном расстоянии — значения напряжения на соседних проводах отличаются на 1 кВ/см.

Схема распределения показывает, что в большинстве промежутков между электродами напряжение изменяется незначительно, но вблизи электрода провода напряжение быстро увеличивается по мере приближения к нему.

Коронный разряд.

Как видно из картины распределения напряжения, системы электродов с проволочной плоскостью (или подобные системы, где радиус кривизны одного электрода намного меньше расстояния между электродами) могут иметь следующие характеристики электрического поля

• На небольших участках вблизи проволочных электродов напряженность электрического поля может достигать высоких значений (значительно выше 30 кВ/см), что может вызвать интенсивные процессы ионизации в воздухе.
• В то же время в большинстве диэлектрических пространств напряженность поля принимает низкие значения — менее 10 кВ/см.

Межэлектродное пространство при коронном разряде имеет две зоны 1: зона ионизации (или разрядная шапка) и зона скольжения.

Зона ионизации — это место, где происходят процессы ионизации (столкновительная ионизация и фотоионизация) и где образуются ионы с различными точками и электронами. Электрическое поле между электродами воздействует на электроны и ионы, при этом электроны и отрицательные ионы (если они присутствуют) устремляются к электродам коронного разряда, а положительные ионы перемещаются из зоны ионизации в зону скольжения.

Процесс ионизации не происходит в зоне скольжения, которая представляет собой большую часть зазора между электродами (весь зазор, кроме зоны ионизации). Многие катионы распределяются там и уносятся под действием электрического поля (в основном в направлении пластинчатых электродов).

Вследствие направленного движения заряда (положительные ионы проводят ток к пластинчатому электроду, электроны и отрицательные ионы — к разрядному электроду) через промежуток протекает ток — ток коронного разряда 2, 3.

В воздухе положительные коронные разряды могут принимать форму лавинных или струйных разрядов, в зависимости от условий 1. Лавинная картина наблюдается в виде равномерного тонкого светящегося слоя, покрывающего гладкий электрод (например, проволоку), взятый сверху. Стримерные формы наблюдаются в виде тонких нитевидных световых каналов (стримеров), направленных в сторону от электрода, и чаще всего наблюдаются на электродах с выраженными неровностями (зубцы, шипы, иглы). Фото ниже.

Как и в случае с искровыми разрядами, побочным эффектом любой формы коронного разряда в воздухе (из-за процесса ионизации) является образование токсичных газов (озона и оксидов азота).

Эксперимент №3.

Наблюдение положительных лавинных коронных разрядов. Электрод коронного разряда — проволочный электрод, положительный электрод в комплекте,.

L = 11 мм = 1,1 см — R1 = 0,05 мм = 0,005 см

Процесс коронного разряда (возникновение тока) начался при U = 6,5 кВ и поверхность проволочного электрода стала равномерно покрываться тонким, слабо светящимся слоем, создавая запах озона. В этой яркой области (шапка коронного разряда) был сосредоточен процесс ионизации. С увеличением напряжения наблюдалось увеличение интенсивности вспышки и нелинейное увеличение тока, а при достижении U = 17,1 кВ наблюдалось перекрытие зазора между электродами (коронный разряд превратился в искровой).

Характерные вольт-амперы:.

U, кВI, мкА

0	0
6.5	1
7	2
8	20
9	40
10	60
11	110
12	180
13	220
14	300
15	350
16	420
17	520
17.1	Топпинг.

Эксперимент №4.

Наблюдение отрицательного разряда коронки. Замените силовые кабели (отрицательный кабель для проволочного электрода, положительный кабель для пластинчатого электрода). Коронный электрод, проволочный электрод, отрицательный источник питания.

L = 11 мм, R1 = 0,05 мм = 0,005 см.

Корона запускалась при U = 7,5 кВ. Характеристики вспышки негативной коронки существенно отличались от блеска позитивной коронки. Теперь в коронном электроде были отдельные пятна вспышки, пульсирующие на равном расстоянии друг от друга. По мере увеличения напряжения монтажа возрастал ток разряда, увеличивалось количество световых пятен и их интенсивность. Запах озона воспринимался сильнее, чем у положительных коронок. Расщепление искры было признано при u = 18,5 кВ.

Характерные вольт-амперы:.

U, кВI, мкА

0	0
7.5	1
8	4
9	20
10	40
11	100
12	150
13	200
14	300
15	380
16	480
17	590
18	700
18.4	800
18.5	Топпинг.

Эксперимент № 5.

Наблюдение положительного разряда кроны с помощью стримеров. Замените проволочный электрод в электродной системе на пильный электрод и восстановите исходную полярность питания. Корончатые электроды имеют зубчатую форму и положительный заряд.

Процесс обработки начался при U = 5,5 кВ, и на конце рулевого электрода и по направлению к пиле был виден тонкий стример. По мере увеличения напряжения, размера и интенсивности, интенсивность этих каналов светилась, а ток короны увеличивался. Запах озона стал похож на бурную лавину крон. Переход от коронного разряда к искровому происходил при U = 13 кВ.

Характерные вольт-амперы:.

U, кВI, мкА

0	0
5.5	1
6	3
7	10
8	20
9	35
10	60
11	150
12	300
12.9	410
13	Топпинг.

Как доказано экспериментально, геометрические параметры коронки электрода и полярность источника питания оказывают существенное влияние на регулярность изменения напряжения, величину напряжения разряда и величину напряжения деления. Это не все факторы, влияющие на поток коронки, но они следуют более полному списку 1,2,3,4.

• Геометрические параметры межгрузового пространства:.

• Геометрические параметры электродной коронки, the
• расстояние между электродами, расстояние

• химический состав
• влажность,.
• Температура,.
• Давление,.
• Примеси (аэрозольные частицы, например, пыль, табак, туман)

Электрическая очистка воздуха: принцип работы

Принцип электроочистки заключается в следующем. Атмосфера со взвешенными загрязняющими веществами (пыль и частицы табака и/или туман) проходит со скоростью vv.P. Через зазор между электродами поддерживается коронный разряд (в нашем случае положительный).

Частицы пыли сначала электрически заряжаются на коронном разряде (положительно), а затем притягиваются электрическими силами отрицательно заряженных пластинчатых электродов.

Загрузка частиц.

Дрейфующие ионы, которые в изобилии присутствуют в пространстве между электродами, сталкиваются с частицами пыли, в результате чего частицы становятся положительно заряженными. Процесс зарядки происходит за счет двух основных механизмов 1,2,4 — ударного дрейфа ионов в электрическом поле и перколяционной диффузии от ионов, участвующих в тепловом переносе молекул. Оба механизма работают одновременно, но первый более важен для зарядки крупных частиц (размером более микрометра) и вторых частиц 1,2,4. Важно отметить, что при сильном коронном разряде скорость диффузного заряда намного ниже скорости ударного заряда 4.

Процедура зарядки 1.

Процесс ударной зарядки происходит в потоке ионов, удаляющихся от коронирующего электрода под воздействием электрического поля. Ионы, находящиеся очень близко к частице, задерживаются последней вследствие молекулярного притяжения, действующего на небольшом расстоянии (включая силы отражения, обусловленные взаимодействием между ионным зарядом и противоположным зарядом, вызванным электростатической индукцией поверхности (частицы).

Механизм диффузного заряда осуществляется ионами, участвующими в тепловом движении молекул. Ионы, находящиеся достаточно близко к поверхности частицы, задерживаются частицей за счет межмолекулярных сил (включая отражательные силы зеркал), создавая таким образом пустую область вблизи поверхности частицы, где нет ионов. :.

Вследствие возникающей разницы концентраций ионы диффундируют к поверхности частицы (ионы стремятся занять пустые области), и эти ионы задерживаются.

В обоих механизмах, по мере накопления заряда частицей, скорость заряда уменьшается со временем и в конце концов прекращается совсем, так как на ионы вблизи частицы действуют отталкивающие электрические силы (ионные заряды того же знака, что и у частицы) 1.4. Это объясняет существование зарядового предела для частицы.

Величина заряда, создаваемого частицей в коронном промежутке, зависит от следующих факторов

• способность частиц заряжаться (скорость заряда и предельный заряд, выше которого частицы не могут заряжаться), и
• Время, отведенное на процесс зарядки
• Электрические параметры области, в которой находятся частицы 1,4 (напряженность поля, концентрация ионов и их подвижность)

Увлечение и осаждение частиц

Благодаря наличию электрического поля в пространстве между электродами разрядной электродной системы сразу начинает действовать кулоновская сила Fk 1,2,3,4, в результате чего частицы начинают двигаться к разрядному электроду — появляется скорость дрейфа W: частицы сопровождаются и осаждаются на электроде.

Величина кулоновской силы пропорциональна заряду частицы и напряженности электрического поля в данном положении 1,2,4.

Движение частицы в среде создает силу сопротивления Fc 1,2, которая зависит от размера и формы частицы, а также скорости и вязкости среды, так что ускорение скорости дрейфа составляет Ограничение. Скорость перемещения крупных частиц в поле коронного разряда пропорциональна напряженности поля и квадрату радиуса, в то время как для мелких частиц она пропорциональна напряженности поля.

Через некоторое время частицы достигают поверхности осаждающего электрода и удерживаются следующими силами 4.

• Электростатическое притяжение, обусловленное наличием заряда на частицах
• Межмолекулярные силы, обусловленные
• капиллярные силы (наличие достаточного количества жидкости и ее способность смачивать частицы и электрод).

Эти силы противодействуют воздушным потокам, которые стремятся раздвинуть частицы. Частицы удаляются воздушным потоком.

Как видно, система электродов с коронным промежутком выполняет следующие функции, необходимые для электрической очистки

• Генерация катионов для зарядки частиц,…
• Обеспечение электрического поля для ориентированного перемещения ионов (необходимого для зарядки частиц) и ориентированного перемещения заряженных частиц к электроду осаждения (необходимого для осаждения частиц).

На процесс электроочистки могут оказывать существенное влияние несколько факторов

• Высокая количественная концентрация загрязняющих частиц — приводит к недостатку ионов 2,3 (большая их часть оседает на частицах), снижая интенсивность короны вплоть до ее прекращения (явление называется блокировкой короны). Ухудшение параметров электрического поля в зазоре 1 — это приводит к снижению эффективности процесса зарядки
• Накопление пылевых слоев на осажденном электроде:.

• Если электрическое сопротивление слоя велико, накапливается заряд того же знака, что и заряд сопутствующих частиц (и полярность коронирующего электрода), что приводит к

• снижается интенсивность коронного разряда 2,3 (из-за искажения электрического поля в зазоре), что отрицательно сказывается на процессе зарядки частиц и их движении к осадительному электроду.
• Заряженный слой оказывает отталкивающее действие на осаждаемые частицы 2, которые имеют заряд того же знака, что отрицательно сказывается на процессе осаждения.

Электродные системы электрических фильтров

По мере увеличения расстояния от электрода разряда до пластины напряженность поля уменьшается. Обычно назначают активную область в зазоре между электродами, где напряженность поля принимает важные значения. За пределами этой области недостаточная прочность делает недействительными процессы, необходимые для электрической очистки.

Фактические сценарии миграции загрязняющих частиц могут отличаться от вышеупомянутых сценариев. Например, частицы могут не достичь электрода осаждения (a) или осажденные частицы могут по какой-то причине отделиться от электрода осаждения (b), что приведет к последующему уносу. Воздушный поток:.

Очевидно, что для достижения высокой эффективности очистки должны быть выполнены следующие условия

• Все загрязняющие частицы должны достичь поверхности осадительного электрода.
• Частицы, попавшие на осадительный электрод, должны прочно удерживаться на поверхности электрода до тех пор, пока они не будут удалены путем очистки.

• По мере увеличения скорости перемещения W, увеличивается
• Уменьшение воздушной скорости Vv.p., the
• По мере увеличения длины S собирающих электродов вдоль воздушного потока
• Сокращение расстояния L между электродами сокращает расстояние A (которое частицы должны пройти, чтобы достичь осаждающих электродов).

Конечно, главным является возможность увеличения скорости перемещения. Как упоминалось ранее, он определяется в основном напряженностью электрического поля и зарядом частиц, поэтому для его максимизации необходимо поддерживать интенсивный коронный разряд в течение достаточного времени (>0,1 с 2,3). Необходимо обеспечить удержание частиц в активной зоне зазора (чтобы частицы успели приобрести значительный заряд).

Величина расхода воздуха (при фиксированном размере активной зоны) определяет время пребывания частиц в активной зоне зазора и, таким образом, время, выделяемое на процесс зарядки и процесс скольжения. Кроме того, чрезмерное увеличение скорости приводит к явлению вторичного уноса, т.е. выходу осажденных частиц из осаждающего электрода 3. Выбор скорости потока является компромиссом. Это связано с тем, что уменьшение скорости потока снижает объемную производительность устройства, а значительное увеличение приводит к резкому снижению качества очистки. Обычно скорость движения электрофильтра 1,3 составляет около 1 м/с (0,5 … 2,5 м/с), который может варьироваться в пределах 2,5 м/с).

В удлиненной части промежутка между электродами вне условно активной зоны (на большем расстоянии от электродов разряда) интенсивность электрического поля и, следовательно, скорость перемещения частиц ниже.

Размещение дополнительных разрядных электродов в удлиненной части значительно улучшает ситуацию, но для бытовых приборов такое решение может вызвать проблемы с образованием токсичных газов (из-за большей общей длины разрядных электродов).

Устройства с таким расположением электродов известны как многопольные электрофильтры 4 (в данном случае двухпольные электрофильтры) и используются в промышленности для очистки больших объемов газа.

Из-за уменьшения расстояния между электродами разность потенциалов U уменьшается, а размер эффективной площади зазора между электродами уменьшается. Это сокращает время, доступное для процессов зарядки и вытеснения частиц, что может привести к снижению качества очистки (особенно для мелких частиц с низкой зарядной способностью). Кроме того, меньшие расстояния уменьшают площадь поперечного сечения сердечника. Проблема уменьшения площади поверхности может быть решена путем параллельной установки одной и той же электродной системы.

Устройства с таким расположением электродов известны как многосекционные 4 (в данном случае двухсекционные) электрофильтры и используются в промышленных установках. Более длинные электроды коронного разряда в этой конструкции могут вызвать проблемы с образованием токсичных газов.

Верхний высокоэффективный электрофильтр может содержать любое количество электрических полей и секций очистки.

Каждая частица, попадающая в этот многопольный многосекционный электростатический осадитель, успевает получить максимально возможный заряд, поскольку устройство обеспечивает большую площадь активного заряда. Каждая заряженная частица достигает поверхности осаждающего электрода, поскольку устройство обеспечивает большую активную область осаждения, уменьшая расстояние, которое частица должна пройти, чтобы осесть на электроде. Прибор легко справляется с высоким содержанием пыли в воздухе. Однако такое расположение электродов будет производить неприемлемо большое количество токсичных газов из-за большой общей длины разрядных электродов. Поэтому такие конструкции совершенно не подходят для использования в устройствах, предназначенных для очистки воздуха, используемого для дыхания человека.

В начале этой статьи обсуждалась система электродов, состоящая из двух параллельных пластин. При использовании в домашнем электростатическом фильтре он обладает очень полезными свойствами.

• В электродной системе нет электрического разряда (нет процесса ионизации), поэтому не образуются токсичные газы.
• Во внутреннем пространстве электрона создается однородное электрическое поле, поэтому сопротивление внутреннего зазора электрода выше, чем эквивалентный зазор электрода коронного разряда.

Процесс очистки воздуха в модифицированной электродной системе происходит несколько иначе — теперь в два этапа: сначала частицы проходят через зазор короны в неоднородном поле (активная зона 1), получают электрический заряд и затем входят в зазор. Равномерное электростатическое поле (активная область 2). Это обеспечивает скольжение заряженных частиц по собирающему электроду. Поэтому можно выделить две зоны: зону зарядки (ионизатор) и зону осаждения (осадитель), поэтому такое решение называется электростатическим двухзонным электрофильтром 2,3. Уменьшение сопротивления изготовления между электродами в зоне осаждения выше, чем сопротивление расщепления заряда в зоне зарядки 1,2, поэтому применяются более высокие значения емкости U2 и величина электрического поля выше. интенсивность этой зоны (активная зона 2). Пример: рассмотрим два одинаковых расстояния L = 30 мм между электродами. Расстояние для однородного поля с электродами коронки и бляшки составляет около 28 кВ/см (более чем в два раза больше).

Увеличение силы поля улучшает качество очистки, так как мощность, обеспечивающая отвлечение заряженных частиц пыли, пропорциональна ее величине. Стоит отметить, что электродная система в зоне осаждения потребляет очень мало энергии. Кроме того, поскольку поле является однородным, интенсивность поля принимает одинаковое значение по всей ленте (в направлении движения воздуха). Эта характеристика позволяет увеличить длину электродов зоны осаждения.

В результате увеличивается длина активной зоны осадки (активная зона 2), что увеличивает время ее высвобождения для процесса скольжения. Это улучшает качество очистки (особенно для тонких частиц с низкой скоростью дрейфа). Дальнейшее усовершенствование электродной системы может быть достигнуто путем увеличения количества электродов в зоне осаждения.

Это уменьшает расстояние между электродами зоны осаждения и приводит к тому, что

• Расстояние, проходимое заряженными частицами для достижения осадительных электродов, уменьшается
• Сопротивление затуханию между электродами увеличивается (как показывает уравнение критического затухания воздуха). Это позволяет достичь еще большей напряженности поля в зоне осаждения.

Важно, чтобы активная зона 2 не уменьшалась по длине вдоль воздушной трассы. Поэтому увеличение количества электродов в кэше также улучшает качество очистки.

Заключение

Наконец, достигается двухзонная электродная система с высоким качеством очистки даже для взвешенных частиц. Его захват вызывает максимальные трудности (низкая емкость заряда и, следовательно, низкие значения скорости скольжения) при низком уровне токсичных газов производится (при использовании положительной лавинной короны). У этой конструкции есть и недостатки. Высокий уровень пыли может вызвать явление блокировки коронки, что может значительно снизить эффективность очистки. Эта проблема не возникает, потому что бытовой воздух обычно не содержит такого количества загрязняющих веществ. Благодаря отличному сочетанию свойств устройств с подобными электродными системами, они успешно применяются для очистки воздуха в помещениях.

Там, где это возможно, в следующей части перечислены материалы для создания и сборки полностью функционирующего двухзонного электростатического очистителя воздуха в домашних условиях.

Большое спасибо YanaZhirova за предоставленную камеру. Без него качество фотографий и видео было бы гораздо хуже, а снимки коронных разрядов вообще были бы недоступны.