Электростатическое устройство для эмиссии ионизированного воздуха - RU2265485C2

Чертежи

Показать все 19 чертежа(ей)

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к технической области электростатических устройств для кондиционирования воздуха и, в частности, к устройствам для воздействия на множество аэрозольных частиц (таких как пыль, биоаэрозоли или специфичные молекулы и т.д.) внутри движущейся текучей среды ионным потоком, исходящим из коронирующего электрода, с целью:

- с одной стороны, гомогенизации потока ионов относительно активной плоской поверхности принимающего электрода,

- и, с другой стороны, для нанесения на поверхность этого множества аэрозольных частиц (принадлежащих к одному классу диаметра) квазигомогенного количества ионов.

Целью этой гомогенизации нанесения ионов на поверхности частиц может быть обеспечение механических, физических, химических, энергетических последствий уменьшенной интенсивности.

Изобретение относится, в частности, к технической области электростатической ионной эмиссии и устройствам осаждения указанного ниже типа, выполненным посредством комбинирования, с одной стороны, проводящего коронирующего электрода, на котором имеется электрический потенциал разряда, эмитирующего поток ионов, и, с другой стороны, пористого проводящего некоронирующего принимающего электрода, на который подается другой потенциал, расположенный на расстоянии от коронирующего электрода.

Изобретение дополнительно относится, в частности, к устройствам ионизации, снабженным пористым проводящим некоронирующим приемным электродом, имеющим псевдоплоскую активную поверхность с множеством каналов для прохождения текучей среды. Эти каналы проходят через приемный электрод и заканчиваются множеством отверстий квазикруглой формы на активной поверхности по оси потока текучей среды, проходящей по существу перпендикулярно активной поверхности.

Изобретение относится также к устройствам ионизации, которые содержат средства для нагнетания текучей среды и обеспечения прохождения текучей среды через толщину электрода.

Наконец, изобретение относится к устройствам ионизации, которые снабжены контуром электрического тока, содержащим по меньшей мере два металлических вывода, имеющих достаточно высокую разницу электрических потенциалов между ними (порядка 5000 В). По меньшей мере два проводника соединены каждый одним концом с одним из двух выводов с потенциалом и/или с землей, а другим концом, соответственно, с другим выводом коронирующего электрода и приемного электрода, так что на два электрода (коронирующий и приемный) подается достаточная разница электрических потенциалов для обеспечения ионной эмиссии в зоне разряда коронирующего электрода.

Из уровня техники известен принцип воздействия электростатических устройств с помощью ионного потока на аэрозольные частицы, использующих указанные выше системы. Устройства, относящиеся к данной области техники, используются в настоящее время в основном для электростатической фильтрации частиц, переносимых потоком воздуха.

Однако в уровне техники не указывается конкретное местное геометрическое выполнение активной поверхности приемного электрода, действие которого сводится к гомогенизации потока ионов на поверхности приемного электрода и/или гомогенизации количества ионов, наносимых на поверхность частиц одинакового размера, переносимых текучей средой.

В противоположность этому, электростатическое устройство ионной эмиссии согласно изобретению содержит конкретную локальную конфигурацию активной поверхности своего приемного электрода, эффективно создающего поверхностный поток ионов, исходящий из коронирующего электрода и проходящий в направлении псевдоплоской активной поверхности приемного электрода, имеющего ионную точечную интенсивность, имеющую вблизи активной поверхности объемное распределение ионной интенсивности с повышенной гомогенностью.

Дополнительно к этому, изобретение обеспечивает квазигомогенное количество ионов, нанесенных на поверхность аэрозольных частиц одинакового класса размера.

Уровень техники

Электростатическое устройство для гомогенизации ионного потока согласно данному изобретению имеет намного более широкое применение, чем устройства с фильтрующим полем. Тем не менее, наиболее близкое техническое решение согласно уровню техники представляют электростатические фильтры для пыли, а также некоторые устройства для осаждения ионов на поверхность в области ксерографии. Поэтому приведенный ниже анализ уровня техники относится в основном к этим двум техническим областям, и, в частности, к различным технологиям фильтрации пыли и к ксерографии, использующим комбинацию из коронирующего электрода, эмитирующего ионы, и пористого приемного электрода.

Для медицинских, санитарных целей и для очистки воздуха желательно отфильтровывать небольшие частицы воздуха и, в частности, промышленной пыли, примесей, бактерий, вирусов, грибков, морских водорослей и других мелких составляющих пыли. Наряду с системами, работающими по принципу гравитации (осаждения частиц под действием их веса) и циклонных систем, работающих за счет центробежной силы (которые обе используются в определенных промышленных применениях и являются очень громоздкими системами), два наиболее современных способа для обеспечения очистки от пыли воздуха состоят в:

- создании препятствия для потока воздуха с помощью какого-либо средства (механического фильтра) в одном способе и

- отклонении и улавливании пыли с помощью электростатического средства (электрофильтра) в другом способе. Электростатический фильтр основывается на том принципе, что частицы, имеющие определенный заряд, притягиваются осадительным электродом противоположного заряда. Этот способ широко используется в промышленности после его изобретения в 1910 году Ф.Г.Коттреллом. Известные в настоящее время средства используются для придания частицам электростатического заряда с использованием электростатического поля, после чего эти заряженные частицы осаждаются на осадительную стенку или коллекторное средство, удерживаемое под электрическим напряжением противоположного знака. Имеется в основном два типа конструкции электростатических фильтров: одноступенчатые и двухступенчатые. Имеется также два варианта выполнения средств электростатического осаждения: электроды, заряжаемые напряжением, создаваемым снаружи с помощью электропитания, и электростатическое самозаряжение, когда заряд приобретается за счет воздушного трения. Наиболее близким изобретению прототипом являются двухступенчатые электрофильтры, в которых первая ступень является начальной ионизацией с помощью внешнего электропитания.

Двухступенчатые электрофильтры, известные также как электростатические осадители, являются очень сложными, очень дорогими и высокоэффективными устройствами. Они содержат ступень электрического заряда частиц с помощью коронного эффекта и стадию осаждения. В ступени электрического заряда воздух проходит над зоной ионизации, образованной обычно одним или более высоковольтными проводами, коронирующие электроды для образования интенсивного электростатического поля, в середине которого частицы электрически заряжаются за счет ионизации. Затем поток воздуха, содержащий заряженные частицы, проходит над второй осадительной ступенью. Различают два типа двухступенчатых электростатических фильтров, в соответствии со структурой осадительной ступени заряженных частиц (пластинчатое или фильтрующее средство).

Частные признаки электрофильтров, близких к идее изобретения, относятся исключительно к предварительному генерированию ионов и их нанесению на частицы, подлежащие фильтрации (и более точно, к обеспечению гомогенности потока ионов), а не к эффективности осаждения пыли.

Первый главный недостаток систем ионизации согласно уровню техники заключается в том, что они не имеют никаких средств, обеспечивающих нанесение равномерного количества ионов на обрабатываемые аэрозольные частицы. Следствием этого является то, что часть частиц обычно получает достаточное количество ионов (в действительности, больше чем необходимо), а другие получают слишком небольшое количество ионов для обеспечения последующего достаточного физического результата. Это снижает эффективность электрофильтров.

Вторым недостатком уровня техники относительно ионной обработки частиц является то, что она не обеспечивает создания системы для нанесения на аэрозольные частицы квазигомогенного количества ионов (i^q+) и (i^q-) противоположного заряда. Это объясняется, по-видимому, тем, что сначала кажется нежелательным (и даже вредным) наносить противоположные заряды на одни и те же аэрозольные частицы. Действительно, здравый смысл подсказывает, что ионы противоположного заряда будут нейтрализовывать друг друга, и что в результате будет получен ослабленный физический эффект. Изобретатели установили, что в некоторых промышленных применениях предпочтительно наносить на наружную поверхность аэрозольных частиц (в частности, одинакового диаметра и/или из одинакового вещества) множество ионов обоих противоположных зарядов и в квазигомогенном количестве для каждого знака.

Эти два первых типа недостатков уровня техники обуславливаются в основном тем, что поток обрабатываемого воздуха имеет поперечное сечение, намного превосходящее эффективный поперечный размер зон разряда используемых коронирующих электродов. За счет этого и при отсутствии корректировок, связанных с конкретной локальной конфигурацией приемного электрода, поток ионов, достигающий аэрозольных частиц, резко уменьшается в поперечном направлении потока текучей среды.

Третьим недостатком уровня техники является то, что когда ставится задача гомогенизации потока ионов, то это делается в условиях, где нет перемещения текучей среды (например, в системах ксерографии), или же в условиях, когда конфигурация не допускает гомогенного ионного заряда аэрозольных частиц внутри существенных скоростей текучей среды.

Конкретные геометрические формы приемных электродов, используемых в уровне техники в ионных генераторах, воздействующих на аэрозольные частицы (в частности, в электрофильтрах), обычно не предназначены для увеличения ионной гомогенности, а лишь для увеличения электростатического действия между приемным электродом и предварительно заряженными частицами с целью увеличения обнаружения пыли. Дополнительно к этому, когда используются особые геометрические формы приемных электродов согласно уровню техники, то это направлено на макроскопические общие геометрические формы системы, а не на локальные геометрические формы поверхности, которые должны обеспечить гомогенизацию, как в случае данного изобретения.

В патенте США №4904283 описана система фильтрации, образованная единственным продольным линейным коронирующим электродом, расположенным у центра цилиндра, образованного фильтрующим материалом и закрытого на одном конце. Текучая среда с частицами вводится в открытый конец фильтрующего цилиндра. Ионный поток в этой цилиндрической коронирующей трубе уменьшается обратно пропорционально расстоянию от центра. Таким образом, нанесение ионов на аэрозольные частицы, проходящие над ним, является очень негомогенным в сечении трубы. Не предусмотрена и/или не описана особая локальная конфигурация поверхности приемного электрода (внутренней стороны цилиндра) для увеличения гомогенности нанесения ионов. Это устройство не обеспечивает и даже не претендует на гомогенизацию нанесения ионов на аэрозольные частицы.

В патенте США №4979364 описан электрофильтр, содержащий выше по потоку первую ступень ионизации, образованную последовательностями цилиндрических разрядных электродов, перпендикулярных потоку текучей среды, и вторую фильтрующую ступень ниже по потоку, состоящую из продольной сотовой решетки, на которую воздействует электрическое или магнитное поле. Не предусмотрена никакая локальная конфигурация поверхности приемного электрода (сотового) для увеличения гомогенности нанесения ионов на частицы.

Целью патента США №4910637 является гомогенизация потока переносимых ионов и количества озона, эмитируемого коронирующим электродом в системе ксерографии. Между коронирующим электродом и плоскостью, на которую необходимо наносить ионы, расположен барьер. Предложенный барьер образован а) поглощающим материалом, таким как стекло или керамика, или b) стеклом или пористой керамикой, или с) дисперсией металла или керамики, или d) проводящим или полупроводниковым материалом, или е) волоконным материалом, имеющим каталитическую функцию. Поэтому отличием этого устройства является не особая локальная конфигурация поверхности приемного электрода, а особый выбор материалов. Дополнительно к этому, это устройство предназначено для нанесения ионов на плоскую поверхность, а не на аэрозольные частицы. Наконец, система не воздействует на движущуюся текучую среду.

В патенте США №4871515 описан электростатический фильтр, содержащий коронирующий электрод и приемный электрод, структура которого снабжена витками, порами или глубокими трещинами для увеличения его удерживающей способности. Не предусмотрены особенности локальной конфигурации поверхности для увеличения гомогенности ионного потока и нанесения ионов на аэрозольные частицы.

В патенте США №4597781 описан электростатический осадитель, содержащий центральный коронирующий электрод, генерирующий отрицательные ионы, окруженный приемным электродом, образованным цилиндрической осадительной трубой. Приемный электрод не имеет особой локальной конфигурации своей активной поверхности. Ионный поток в этой коронирующей цилиндрической трубе уменьшается обратно пропорционально расстоянию от центра. Нанесение ионов на аэрозольные частицы, проходящие через нее, является таким образом очень негомогенным.

В патенте США №4898105 описан электростатический фильтр, образованный первой ступенью ионного заряда, образованной коронирующими электродами, расположенными поперек потока воздуха, и второй фильтрационной ступенью (которая может быть включена в приемный электрод), покрытый слоем не проводящих гранул и средством для создания поперечного электростатического поля поперек этого слоя. Система не предусматривает какой-либо особой локальной конфигурации поверхности слоя гранул, действие которого заключается в гомогенизации ионного потока, исходящего из первой ступени.

В патенте США №4313739 описано устройство для выделения газа с целью очистки загрязненного газа. Устройство образовано наружной трубой, включающей пористый цилиндр (который можно считать приемным электродом), расположенный внутри, и коронирующим электродом, расположенным в его центре. Между коронирующим электродом и цилиндром действует разница потенциалов. Газ, подлежащий очистке, вводят в один конец цилиндра. Система извлекает загрязненный газ в зависимости от разницы потенциала ионизации относительно газа, подлежащего очистке. Стенка цилиндра (приемного электрода) образована пористым материалом, то есть не имеет особой конфигурации поверхности, или же снабжена порами, пересекающими его и распределенными по его окружности. Активная поверхность приемного электрода не снабжена особой конфигурацией (окружающей поры) на ее активной внутренней поверхности. Это устройство не обеспечивает и не претендует на гомогенизацию нанесения ионов на аэрозольные частицы.

В патенте США №4066526 описан электростатический фильтр, образованный коронирующим электродом и приемным электродом. Приемный электрод не имеет особой конфигурации на своей активной поверхности. Это устройство не обеспечивает и не претендует на гомогенизацию нанесения ионов на аэрозольные частицы.

В патенте США №4056372 описан электростатический осадитель, образованный параллельными металлическими пластинами, к которым приложено чередующееся электрическое напряжение, и которые снабжены остриями на своих концах. В варианте выполнения, коронирующие электроды нитевого типа расположены выше по потоку параллельно и напротив пачки пластин. Поток ионов разряда эмитируется в поперечном направлении между нитевыми коронирующими электродами и параллельно нитевым приемным электродам. Это устройство не описывает приемный электрод, расположенный поперек пути прохождения текучей среды. Пластины не образуют приемные электроды, обращенные к нитевым коронирующим электродам. Дополнительно к этому, поверхность пластин не снабжена каким-либо квазикруглым отверстием на их поверхности. Это устройство не обеспечивает и не претендует на гомогенизацию нанесения ионов на аэрозольные частицы.

В патенте США №4622543 описан очиститель воздуха, включающий плоскую образующую пластину анионов (коронирующий электрод), снабженную кратерами, обращенными к плоскому приемному электроду, снабженному расположенными на расстоянии друг от друга отверстиями. Это устройство не содержит особой конфигурации поверхности приемного электрода с целью гомогенизации нанесения ионов на аэрозольные частицы.

В патенте США №5402639 описана электростатическая система для очистки газа от пыли, образованная полым цилиндром с керамической сотовой стенкой, имеющей отверстия, ориентированные в радиальном направлении, проходящие от внутренней поверхности цилиндра к наружной поверхности цилиндра и подвергаемые воздействию внутреннего электрического поля с помощью наружных электродов, и коронирующим электродом, расположенным в его центре. Не считая этих отверстий, цилиндр не имеет никакой особой конфигурации своей внутренней поверхности, обращенной к коронирующему электроду, которая была бы пригодной для обеспечения гомогенизации нанесения ионов на аэрозольные частицы. Дополнительно к этому, за счет своей цилиндрической структуры и по причинам, указанным выше, эта система обеспечивает негомогенное нанесение ионов на частицы.

В патенте США №4920266 описана система ксерографии для нанесения отрицательных зарядов на поверхность. Эта система содержит коронирующие электроды, образованные рядом выступов, расположенных линейно рядом друг с другом, обращенных к приемному электроду, образованному металлической решеткой, в которой прорезаны шестиугольные отверстия. Кроме этих отверстий, приемный электрод не содержит никакой особой конфигурации поверхности, подходящей для обеспечения гомогенизации потока ионов. Дополнительно к этому, это устройство предназначено для нанесения ионов на плоскую поверхность, а не на аэрозольные частицы. Наконец, система не оказывает воздействие на движущуюся текучую среду.

В патенте США №5474600 на имя заявителей описана бактериологическая система очистки, содержащая ступень ионизации, образованную приемным электродом, выполненным из пористого ячеистого металла, и коронирующий электрод, расположенный напротив приемного электрода. Не предусмотрен какой-либо геометрический характеристический признак поверхности приемного электрода для увеличения гомогенности ионного потока и/или нанесения ионов на аэрозольные частицы.

Сущность изобретения

В своем общем виде изобретение относится к электростатическому устройству ионной эмиссии, гомогенизированной для нанесения на поверхность множества аэрозольных частиц внутри текучей среды, относящихся к одному классу диаметра, квазигомогенного количества ионов, имеющих одинаковый заряд.

Электростатическое устройство ионной эмиссии согласно данному изобретению относится к описанному ниже типу, образованному за счет взаимодействия, с одной стороны, проводящего коронирующего электрода, к которому приложен электрический потенциал разряда и который эмитирует поток ионов, и, с другой стороны, проводящего приемного некоронирующего электрода, к которому приложен другой электрический потенциал. Приемный электрод имеет псевдоплоскую активную поверхность, расположенную противоположно коронирующему электроду и на расстоянии от его зоны разряда. Пространство, отделяющее активную поверхность приемного электрода от коронирующего электрода, является свободным. Множество сквозных каналов для текучей среды пересекают приемный электрод. Они заканчиваются множеством квазикруглых отверстий на активной поверхности в соответствии с так называемой осью потока, по существу перпендикулярной активной поверхности. Эти каналы обеспечивают вблизи активной поверхности поток текучей среды в соответствии с каналами, пересекающими приемный электрод и проходящими в целом по существу параллельно оси потока текучей среды с аэрозольными частицами. Устройство дополнительно содержит средство для нагнетания текучей среды, обеспечивая движение текучей среды (в частности, по толщине приемного электрода), по существу по указанной оси потока и вдоль каналов. Устройство снабжено устройством электрического тока, содержащим по меньшей мере два металлических вывода, имеющих достаточно высокую разницу потенциалов между ними (порядка 5000 В), и по меньшей мере два проводника, каждый из которых соединен одним концом с одним из выводов, имеющих потенциал и/или с землей, а другим концом, соответственно, с коронирующим электродом и с приемным электродом, для приложения к этим двум электродам разницы электрических потенциалов, достаточной для обеспечения ионной эмиссии в зоне разряда коронирующего электрода.

Электростатическое устройство ионной эмиссии согласно данному изобретению отличается следующей комбинацией признаков.

С одной стороны, множество сквозных каналов для текучей среды расположены в приемном электроде так, что множество их отверстий распределены квазиравномерно на активной поверхности в двух геометрических направлениях этой поверхности. И, с другой стороны, псевдоплоская активная поверхность приемного электрода покрыта множеством заостренных зон, в виде острых кромок и/или выполненные в виде шипов. Эти зоны выступают рельефно из активной поверхности. Они расположены локально и имеют на своем конце минимальный радиус закругления. Эти заостренные зоны также распределены квазиравномерно на активной поверхности в двух геометрических направлениях поверхности и окружают отверстия.

Эта особая локальная геометрическая комбинация приемного электрода обеспечивает поверхностный поток ионов, исходящий из коронирующего электрода и проходящий в направлении псевдоплоской активной поверхности приемного электрода, имеющий точечную интенсивность ионов, проявляющуюся на смежных точках активной поверхности, при этом пространственное распределение ионной интенсивности увеличивает гомогенность в зависимости от изменения пространственного расстояния между точкой проекции, соответствующей активной поверхности приемного электрода, и так называемой зоной основной ионной активности, окружающей геометрический центр фигуры, образованной прямоугольной проекцией зоны разряда коронирующего электрода на псевдоплоскую активную поверхность.

Эта ионная гомогенность устанавливается в широкой эффективной зоне, окружающей геометрический центр. В результате, в этой большой эффективной зоне квазиравномерное количество ионов наносится на поверхность аэрозольных частиц (одного класса размера), транспортируемых текучей средой через отверстия.

Краткое описание чертежей

Фиг.1а и 1b - разрез электростатического устройства ионной эмиссии, согласно уровню техники, в изометрической проекции;

фиг.2а и 2b - разрез электростатического устройства ионной эмиссии для системы бактериологической очистки, согласно патенту США №5474600, в качестве наиболее близкого аналога уровня техники, в изометрической проекции;

фиг.3а и 3b - принципиальные системы электростатического устройства ионной эмиссии для гомогенизации потока и нанесения ионов согласно данному изобретению, в разрезе, в изометрической проекции;

фиг.4, 5 и 6 - три варианта выполнения электростатического устройства ионной эмиссии согласно данному изобретению, в изометрической проекции;

фиг.7 - разрез системы двойной ионной эмиссии согласно данному изобретению, пересекаемой текучей средой, несущей аэрозольные частицы, в изометрической проекции;

фиг.8-12 - строение проводящего материала, предпочтительного согласно изобретению для образования приемного электрода электростатического устройства ионной эмиссии;

фиг.13 - вариант выполнения электростатического устройства ионной эмиссии согласно изобретению, в котором приемный электрод реализован с помощью материала согласно фиг.8-12, в разрезе;

фиг.14 - другой вариант выполнения системы двойной ионной эмиссии согласно изобретению, в которой приемный электрод реализован с помощью материала согласно фиг.8-12, в разрезе;

фиг.15 - вариант выполнения системы двойной ионной эмиссии согласно изобретению, в которой коронирующие электроды расположены последовательно и параллельно, в разрезе;

фиг.16 и 17 - разрез системы двойной ионной эмиссии согласно фиг.14 для иллюстрации воздействия на аэрозольные частицы, находящиеся в движущейся текучей среде, в изометрической проекции.

Подробное описание изобретения

На фиг.1а и 1d схематично показано в разрезе (фиг.1а) и в изометрической проекции (фиг.1b) электростатическое устройство 11 ионной эмиссии согласно уровню техники. Электростатическое устройство 11 ионной эмиссии согласно уровню техники содержит проводящий коронирующий электрод ЕС, к которому приложен отрицательный электрический потенциал (VI), и который эмитирует общий поток (I) отрицательных ионов (i^q). Устройство содержит также проводящий некоронирующий приемный электрод (ER), к которому приложен положительный электрический потенциал (V2). Приемный электрод (ER) имеет активную поверхность (SA), расположенную противоположно коронирующему электроду (ЕС). Она расположена на расстоянии (di) от его зоны (D) разряда отрицательных ионов (i^q). Пространство (Н), отделяющее активную поверхность (SA) от коронирующего электрода (ЕС), является свободным. Приемный электрод (ER) выполнен пористым. Он имеет множество сквозных каналов (C1, C2,..., Cn) для текучей среды, пересекающих приемный электрод (ER) и заканчивающихся множеством отверстий (O1, O2,..., On) на его активной поверхности (SA), в соответствии с так называемой осью (хх') потока, по существу перпендикулярной активной поверхности (SA). Средство для нагнетания текучей среды (не изображено) обеспечивает прохождение текучей среды (F), в частности, сквозь толщину (er) приемного электрода (ER), по существу по оси (хх') потока.

Согласно уровню техники конфигурация активной поверхности (SA) является случайной. Не предусмотрено особой локальной геометрической системы активной поверхности (SA) вокруг отверстий (О1, О2,..., On) для гомогенизации потока отрицательных ионов (i^q).

В левой части фиг.1а показана кривая 12 интенсивности (J(Q)) поверхностного потока (Is(r)) ионов (f) в плоскости (uu') вблизи поверхности (SA). Ионы (i^q) исходят из коронирующего электрода (ЕС) в направлении псевдоплоской активной поверхности (SA) приемного электрода (ER). Интенсивность (J(Q)) показана в соответствии с осью (хх'). Ионная точечная поверхностная интенсивность (J(Q)) имеет сильно негомогенное пространственное распределение ионной интенсивности (J(Q)) в точках Q(r) вблизи активной поверхности (SA). Следует отметить, что она резко уменьшается по мере удаления от центральной оси (хх') потока устройства 11, т.е. с увеличением пространственного расстояния (r), показанного по оси (уу') между соответствующей точкой (Р(r)) проекции на активной поверхности (SA) приемного электрода (ER) и геометрическим центром (О) точки проекции зоны (D) разряда коронирующего электрода (ЕС) на псевдополоскую активную поверхность (SA).

На фиг.1а показана локальная интенсивность ионного потока Is(r) между двумя электродами (ЕС, ER) в виде кластеров ионов (i^q). Количество ионов, показанное в радиальном направлении, иллюстрирует интенсивность потока ионов в этом направлении. Следует отметить, что когда точка (Q(r)) и ее проекция (Р(r)) перемещаются от геометрического центра (О), то количество ионов, достигающих поверхность (SA) в точке (Q(r)), а также поверхностный поток Is(r) значительно уменьшаются.

На фиг.1b показана конфигурация устройства 11 в изометрической проекции.

На фиг.2а и 2b показано схематично в разрезе (фиг.2а) и в изометрической проекции (фиг.2b) электростатическое устройство (21) ионной эмиссии согласно уровню техники типа, описанного в патенте США №5474600 на имя заявителей. Следует отметить, что коронирующий электрод (ЕС) образован коронирующим острием 22, размещенным на конце иглы 23, перпендикулярной активной поверхности (SA). Коронирующее острие 22 окружено полой металлической трубой 22 с минимальной толщиной (ер) стенки 26, коаксиально оси (х1,х'1) иглы 23. Приемный электрод (ER) выполнен из пористого ячеистого металла. Труба 25 и электрод (ER) находятся под одинаковым положительным электрическим потенциалом (V2). Проводящий коронирующий электрод (ЕС) находится под отрицательным электрическим потенциалом (Vi) разряда. Он эмитирует общий поток (I) отрицательных ионов (i^q) в своей зоне (D) разряда. Этот поток ионов показан точечными линиями с изменяющейся толщиной, иллюстрируя его интенсивность в различных направлениях. Дополнительно к этому показаны в увеличенном масштабе различные микроскопические элементы, участвующие в процессе (в частности, ионы и частицы). Следует отметить, что благодаря присутствию приемного электрода (ER), поток ионов (i^q) в направлении внутренней стенки трубы 25 является очень слабым (тонкие линии). Кривая 27 представляет изменения ионной поверхностной интенсивности J(r) в плоскости (t'), перпендикулярной оси (хх') и пересекающей трубу 25 по существу в ее центре. Ионная интенсивность Is(r) быстро ослабляется внутри трубы 25 и в ее центральной части в зависимости от расстояния (r) до оси коронирующего электрода (ЕС). Можно легко видеть, что изменение ионной интенсивности J(r) в плоскости (t') пропорционально 1/r. Кривая 28 показывает изменения ионной интенсивности J(r) в плоскости (uu'), параллельной активной поверхности (SA) приемного электрода (ER) в зоне последнего. Ионная интенсивность J(r) также быстро уменьшается в зависимости от расстояния (r) до оси (хх') коронирующего электрода (ЕС).

Активная поверхность (SA) приемного электрода (ER) не имеет особой локальной конфигурации. Как показано на фиг.2b, ее можно представить в виде перфорированной пластины (ER), снабженной множеством отверстий (O1, O2,..., On) на ее активной поверхности (SA) и расположенной на одном конце трубы 25.

На фиг.2а показан поток (К) текучей среды (F), который принудительно проходит в трубу 25 через приемный электрод (ER). Текучая среда (F) загружена множеством аэрозольных частиц (р1). Можно считать, что эти частицы (р1) являются нейтральными до вхождения в устройство 21.

После прохождения через приемный электрод (ER) частицы входят в поток ионов (i^q). По указанным выше причинам негомогенности потока ионов (f), понятно, что аэрозольные частицы (р2), проходящие вблизи оси (хх'), получают значительное количество отрицательных ионов (i^q). На чертеже показаны четыре иона. В противоположность этому, частицы (р3), проходящие на расстоянии от оси (хх'), получают намного меньше отрицательных ионов (f). Показан один ион.

В результате понятно, что данная система 21 согласно уровню техники не обеспечивает значительную гомогенизацию потока ионов (i^q) вблизи приемного электрода (ER) или достаточную гомогенизацию потока ионов (i^q), наносимых на аэрозольные частицы (р1, р2,...), пересекающие систему 21 с одной стороны на другую сторону.

На фиг.3а и 3b показано в разрезе и в изометрической проекции в наиболее упрощенном виде устройство 1 ионной эмиссии согласно изобретению. Основные системы этого устройства 1 согласно данному изобретению общие с устройствами 11, 21, согласно уровню техники, описанными выше применительно к фиг.1a-2b, обозначены в устройстве 1 теми же позициями.

Электростатическое устройство 1 ионной эмиссии предназначено для нанесения на поверхность (sp) множества аэрозольных частиц (р1) в потоке (К) текучей среды (F) одного класса диаметра (dp) квазигомогенного количества ионов (iq) с зарядом (q). Это электростатическое устройство 1 относится к типу, образованному комбинацией из проводящего коронирующего электрода (ЕС), находящегося под электрическим потенциалом (VI) разряда, эмитирующим общий поток (I) ионов (i^q), и пористого проводящего приемного коронирующего электрода (ER), находящегося под электрическим приемным потенциалом (V2). Приемный электрод (ER) имеет псевдоплоскую активную поверхность (SA), расположенную напротив коронирующего электрода (ЕС) и на расстоянии (di) от его зоны (D) разряда. Свободное пространство (Н), отделяющее его активную поверхность (SA) от острия 22 коронирующего электрода (ЕС), является свободным. Множество сквозных для текучей среды каналов (С1, С2, ..., Cn) проходят через приемный электрод (ER). Они заканчиваются множеством отверстий (O1, O2,..., On) квазикруглыми по форме на активной поверхности (SA), в соответствии с так называемой осью (хх') потока, по существу перпендикулярной активной поверхности (SA). В области активной поверхности (SA) они обеспечивают поток текучей среды (F) по каналам (не изображены), проходящим через приемный электрод (ER), и в целом по существу параллельно указанной оси (хх') потока (К) текучей среды (F).

Электрод (ЕС) с коронирующим острием 22 окружен полой трубой 25 с минимальной толщиной (ер) стенки 26. Полая труба 25 расположена коаксиально с осевой точкой (х1,х'1) иглы 23, по оси (х,х') потока (К) текучей среды (F), и расположенной противоположно активной поверхности (SA) приемного электрода (ER). Эта полая труба 25 окружает в продольном направлении каналы текучей среды (F) относительно активной поверхности (SA) и вокруг иглы 23. Полая труба 25 выполнена предпочтительно из металлического проводящего материала 34. Полая труба (25) имеет тот же положительный электрический потенциал (V2), что и приемный электрод (ER), для обеспечения электрического экранирования от отрицательного потенциала (VI) коронирующего электрода (ЕС).

На фиг.13 показаны дополнительные специальные части устройства 1 согласно данному изобретению. Средство 2 для нагнетания текучей среды (в частности, вентилятор) обеспечивает перемещение текучей среды (F), в частности, через толщину (er) приемного электрода (ER) по существу по указанной оси (хх') потока, и вдоль указанных каналов (не изображены). Устройство 1 снабжено источником 3 электрического тока, содержащим по меньшей мере два металлических вывода (В+, В-) с достаточно большой разницей электрических потенциалов между ними (порядка 5000 В). Два проводника 4, 5 соединены каждый одним концом с одним из выходов (В+, В-) и/или с заземлением 8, а другим концом 9, 10, соответственно, с коронирующим электродом (ЕС) и приемным электродом (ER). Это обеспечивает разницу (VI) <> (V2) электрических потенциалов между электродами (ЕС, ER), достаточную для обеспечения ионной эмиссии ионов (i^q) в зоне (D) разряда.

Как показано на фиг.3b, электростатическое устройство 1 ионной эмиссии снабжено особой комбинацией локальной конфигурации поверхности (SA) приемного электрода (ER). С одной стороны, множество сквозных каналов (C1, C2,..., Cn) для текучей среды (F) расположены в приемном электроде (ER) так, что множество их отверстий (O1, O2,..., Oi,...On) распределены квазиравномерно по активной поверхности (SA) в ее двух геометрических направлениях (уу', zz'), и, с другой стороны, псевдоплоская активная поверхность (SA) приемного электрода (ER) покрыта множеством заостренных зон (Ai) в виде острых кромок и/или в виде шипов. Они рельефно выступают из активной поверхности (SA) и локально имеют минимальный радиус (ra) кривизны поверхности. Они распределены квазиравномерно по активной поверхности (SA) в ее двух геометрических направлениях (уу', zz'). Они окружают отверстия (O1, O2,...,Oi,...On).

На фиг.3а показан поток ионов (i^q), исходящий из зоны (D) коронирующего электрода (ЕС), с помощью пунктиров изменяющейся толщины, представляющие ионную интенсивность (J(r)) в различных направлениях. Следует отметить, что благодаря наличию множества заостренных зон (Ai) в виде острых кромок или шипов, выступающих рельефно из активной поверхности (SA) и равномерно распределенных по ней, поток ионов (i^q) в направлении активной поверхности (SA) приемного электрода увеличивает гомогенность (точечные линии имеют одинаковую ширину).

Кривая 32, расположенная в левой части фиг.3а, иллюстрирует изменения ионной поверхностной интенсивности J(r) в плоскости (t'), перпендикулярной оси (хх') и пересекающей трубу 25 по существу в ее центре. Ионная поверхностная интенсивность J(r) быстро ослабевает внутри трубы 25 в зависимости от расстояния (r) до оси электрода (ER). Дополнительно к этому, следует отметить, что наличие остриев (Ai) в виде острых кромок и/или шипов уменьшает общий уровень потока ионов в направлении внутренней стенки трубы 25 по сравнению со случаем, когда отсутствуют заостренные зоны (Ai) (смотри кривую 27 фиг.2а). Острия (Ai) в виде острых кромок и/или шипов активной поверхности (SA) оказывают преобладающее электростатическое воздействие по сравнению с внутренней стенкой трубы 25.

На кривой 33 показаны изменения ионной поверхностной интенсивности J(r) в плоскости (uu'), параллельной активной поверхности (SA) приемного электрода (ER), вблизи последнего. Следует отметить, что в противоположность кривой 28, ионная поверхностная интенсивность J(r), с одной стороны, слегка ослабевает в зависимости от расстояния (r) до оси (хх') коронирующего электрода (ЕС), а, с другой стороны, общий уровень выше, чем наблюдается (смотри кривую 32 на фиг.2а) при перемещении от приемного электрода (ER). Результатом указанной геометрической системы является гомогенизация ионного потока.

В действительности, ионный поверхностный поток (Is(r)) ионов (i^q), исходящий из коронирующего электрода (ЕС) в направлении псевдоплоской активной поверхности (SA) приемного электрода (ER), имеет точечную поверхностную интенсивность J(Q(r)), имеющую в точках Q(r) вблизи активной поверхности (SA) пространственное распределение ионной интенсивности J(r) увеличенной гомогенности относительно изменения пространственного расстояния (r) между точкой (Р(r)) проекции, соответствующей активной поверхности (SA) приемного электрода (ER), и главной зоной (А) ионной активности, охватывающей геометрический центр (О) фигуры (G) прямоугольной проекции зоны (D) разряда коронирующего электрода (ЕС) на псевдоплоскую активную поверхность (SA). Это наблюдается в широкой эффективной зоне (S), окружающей геометрический центр (О) и занимающей все поперечное сечение трубы 25. В результате, в этой эффективной зоне (S) и тем самым во всем поперечном сечении трубы 25 на поверхность (sp) аэрозольных частиц (р1,...) одинакового класса диаметра (dp), транспортируемых текучей средой (F) через отверстия (O1, O2,..., On), наносится квазиравномерное количество ионов (i^q) вблизи приемного электрода (ER). Дополнительно к этому, влияние негомогенности нанесения ионов в центральной части (tt') является очень слабым по указанным выше причинам. В результате, нанесение ионов (i^q) на поверхность (sp) аэрозольных частиц (р1), пересекающих систему 1 с одной стороны на другую, значительно гомогенизируется по сравнению с прохождением через устройство 11, 21 согласно уровню техники. Результаты лабораторных испытаний, проведенных заявителями с устройством 1, согласно данному изобретению подтверждают этот характеристический физический признак. Изобретатели подтвердили это экспериментально посредством модификации приемного электрода устройства, описанного в патенте США №5474600, в соответствии с идеей данного изобретения, и посредством измерения физических результатов гомогенизации нанесения ионов.

Изобретение можно с преимуществом использовать с несколькими типами коронирующих электродов (ЕС).

В соответствии с этим, как показано на фиг.3а и 3b, устройство 1 содержит характеристическую комбинацию псевдоплоской активной поверхности (SA) приемного электрода (ER), покрытой квазиравномерно распределенным множеством заостренных выступающих зон (Ai), окружающих также квазиравномерно распределенные отверстия (O1, O2,..., On), с разрядным электродом (ЕС), образованным коронирующим острием 22, расположенным на конце иглы 23. Игла ориентирована в соответствии с точечной осью (х1, х1'), перпендикулярной псевдоплоской активной поверхности (SA), в направлении острых выступающих зон (Ai), и расположена на расстоянии (di) противоположно активной поверхности (SA).

В соответствии с вариантом выполнения, показанным на фиг.6, устройство 1 содержит характеристическую комбинацию из псевдоплоской активной поверхности (SA) приемного электрода (ER), покрытого квазиравномерно распределенным множеством острых выступающих зон (Ai), окружающих также квазиравномерно распределенные отверстия (O1, O2,..., On), и коронирующего электрода (ЕС), образованного проводящим проводом 41, ориентированным в соответствии с осью (х2, х'2), по существу параллельной псевдоплоской активной поверхности (SA). Проводящий провод 41 является по существу перпендикулярным заостренным выступающим зонам (Ai) и расположен на расстоянии (di) противоположно активной поверхности (SA).

Изобретение предлагает несколько типов конфигурации заостренных выступающих зон (Ai). Согласно варианту выполнения, показанному на фиг.3а и 3b, псевдоплоская активная поверхность (SA) приемного электрода (ER) покрыта квазиравномерно распределенным множеством заостренных выступающих зон (Ai) в форме равномерно распределенных остриев 42 шипов, имеющих локально минимальный радиус (ra) кривизны поверхности, окружающих равномерно распределенные отверстия (O1, O2,..., On). Эти острия (42) шипов направлены в сторону наружной стороны активной поверхности (SA) с, по существу, параллельно перпендикулярной оси (хх'), в направлении зоны (D) разряда.

В соответствии с вариантами выполнения, показанными на фиг.4, 5 и 6, псевдоплоская поверхность (SA) приемного электрода (ER) покрыта квазиравномерно распределенными кратерами 43 с острыми кромками, заключенными в псевдоокружности 44. Они имеют на своих наружных кромках (Ai) минимальный радиус (га) кривизны, окружающий отверстия (O1, O2,..., On), и проходят от наружной стороны активной поверхности (SA) в соответствии с, по существу, перпендикулярной осью (хх') в направлении зоны (D) разряда.

На фиг.13 показан вариант выполнения предлагаемого изобретением электростатического устройства 1 для гомогенной ионной эмиссии. Приемный электрод (ER) образован пористой структурой 51. Ее заостренные зоны (Ai) в виде острых кромок и/или шипов распределены квазиравномерно по активной зоне (SA) и соединены друг с другом с помощью этой пористой структуры 51.

Приемный электрод (ER) образован пористой структурой 51 с ячеистой сеткой 52 из ребер (Ai, an) с продольными линейными частями 57. Множество заостренных зон (Ai) в виде острых кромок и/или шипов, распределенных квазиравномерно по активной поверхности (SA), ограничено перегородками структуры ячеистой сетки 52 пористой структуры 51 справа от активной поверхности (SA).

Предпочтительный вариант выполнения приемного электрода (ER) согласно изобретению показан на фиг.8-12. Приемный электрод (ER), имеющий псевдоплоскую активную поверхность (SA), образован с помощью пористого проводящего блока 55. Этот блок образован псевдоповторяющейся пористой структурой 51 с ячеистой сеткой 52, образованной множеством ребер (..., an,...) с продольными линейными частями 57, выполненными предпочтительно из металлического проводящего материала 58.

Как показано на фиг.8 и 9, ребра (an) имеют тонкие поперечные секции (St) с толщиной (еа), намного меньшей продольного размера (1а). Они содержат по меньшей мере одну боковую заднюю кромку (bn), удлиненную и усеченную (то есть с минимальным локальным радиусом (ra) поперечной кривизны), ориентированную в направлении (xn, x'n) длины ребер (an).

Как показано на фиг.8, ребра (..., а13, а14, а15, а16,..., an,...) физически и электрически соединены друг с другом своими концами (en1, еn2) с образованием трехмерной проводящей решетки (R'xyz). Они соединены и сгруппированы геометрически с образованием множества элементарных ячеек (с1, с16, с17,...), связанных друг с другом с образованием сквозных каналов (C1, C2, Cn) для текучей среды (F). Внутренние ребра (а13) в пористом блоке 55 в основном являются общими для нескольких элементарных ячеек (...,с1,...,с17, ...). Большинство соединенных ребер (а13, а14,...), относящихся к одной и той же внутренней ячейки (с1) пористого блока 55, окружают и соединяют по касательной с помощью по меньшей мере одной из их боковых продольных поверхностей (s1) фактически элементарную поверхность 62, 63, специфичную и принадлежащую каждой элементарной ячейке (с1, с17) замкнутой конфигурации, для получения компактного, пустого, элементарного ячеистого объема 59, 60. Это означает, что его поперечные размеры (dx1, dy1, dz1) имеют один порядок размера в трех направлениях (х, у, z). Пустой, элементарный объем 59 большинства ячеек (с1), расположенных в центре пористого блока 55, переходит в противоположный пустой, элементарный объем (..., 60,...) смежных ячеек (с16, с17,...), ограниченный, по меньшей мере четырьмя (и предпочтительно двенадцатью) кратерами (е16) вдоль своей элементарной поверхности 62. Каждый из кратеров (е16) окружен боковыми кромками (b16) ребер (..., а16), принадлежащих к своей ячейке (с16) и общих со смежными ячейками (...,с1,...).

На фиг.10 показан в увеличенном масштабе фрагмент поверхности (SA). Следует отметить, что, как показано на фиг.10 и 13, пористый блок 55 разрезан в плоскости так называемой активной поверхности (SA), посредством разреза множества элементарных ячеек (сА) задней стенки трехмерной решетки (R'xyz), распределенной равномерно по активной поверхности (SA). Трехмерная решетка (R'xyz), множество металлических сопел 71, имеющих острые кромки 72 и по существу круглую форму по сравнению с активной поверхностью (SA), расположены справа от каждой разрезанной внешней ячейки (сА).

Следует отметить, что, как показано на фиг.8, ячейки (с16, с17,...) пористого блока 55 расположены в соответствии с их распределением большей плотности и имеют двенадцать смежных ячеек. Они прорезаны двенадцатью кратерами. Ячейки (с16, с17, ...) имеют конфигурацию двенадцатигранника.

На фиг.11 и 12 показано в изометрической проекции внутреннее пространство пористого блока 55.

Приемный электрод (ER) устройства 1, показанного на фиг.3, образован по существу плоской пластиной 64, имеющей две по существу параллельные псевдоплоские поверхности: первую, так называемую активную поверхность (SA), расположенную напротив коронирующего электрода (ЕС) и на расстоянии (di) от зоны (D) разряда, и вторую поверхность (S'A). Следует отметить, что разделенные наружные ячейки (сА, с'А) распределены по поверхности двух боковых поверхностей (SA, S'A). Как указывалось выше применительно к фиг.10, они создают справа от каждой разделенной наружной ячейки (сА, с'А) множество сопел 72, имеющих острые кромки 71 по существу круглой формы по сравнению с соответствующей боковой опорной поверхностью (SA, S'A) приемного электрода (ER). Множество сквозных каналов (Cn) для потока (F) создаются внутренними ячейками и пересекают пластину 64, образуя приемный электрод (ER). Они соединяют каждую из двух поверхностей (SA) и (S'A) приемного электрода (ER). Они заканчиваются множеством отверстий (On) на первой активной поверхности (SA) в соответствии с так называемой осью (хх') потока, по существу перпендикулярной первой активной поверхности (SA). Они также заканчиваются множеством отверстий (О'n) на второй поверхности (S'A) в соответствии с осью (хх'), по существу перпендикулярной второй поверхности (S'A). 3а счет повторяющейся геометрической конфигурации решетки (R'xyz), множество сквозных каналов (Cn) потока (F) образованы и расположены поперек приемного электрода (ER) так, что множество отверстий (On) распределено квазиравномерно по первой активной поверхности (SA), и что множество отверстий (O'n) также распределено квазиравномерно по второй активной поверхности (S'A). Таким образом, две плоские поверхности (SA, S'A) приемного электрода (ER) покрыты множеством заостренных зон (Ai, A'i) в виде острых кромок и/или шипов. Острия (Ai) рельефно выступают из активной поверхности (SA), а другие острия (A'i) рельефно выступают из активной поверхности (S'A). Они имеют локально минимальный радиус (ra) кривизны поверхности. Они распределены квазиравномерно по первой активной поверхности (SA) и по второй поверхности (S'A), и окружают отверстия (On) и (O'n).

Рекомендуемый процесс изготовления приемных электродов (ER) согласно изобретению состоит в создании сначала первичной диэлектрической или полупроводниковой решетки. Эта первичная решетка геометрически идентична решетке (R'xyz).

Процесс изготовления первичной решетки предпочтительно состоит, как показано на фиг.8, в обеспечении взаимного пересечения множества (предпочтительно двенадцати) замкнутых поверхностей материала, имеющих оболочку минимальной толщины (еа), расположенных по существу равномерно в 3 направлениях (х, у, z) и выполненных из первого диэлектрического материала (в частности, состоящего из полиуретана).

Затем электрическим способом осаждают второй металлический материал 58, в частности никель, на первичную решетку. Таким образом, получают трехмерную первичную решетку, имеющую наружную металлическую поверхность.

Согласно изобретению предпочтительно изготавливать приемный электрод (ER) посредством электрического осаждения никеля на первичную решетку из полиуретана.

Во-первых, процесс состоит в изготовлении пластины в качестве первичной пористой решетки из ребер (an), выполненных из полиуретана. Затем первичную решетку из полиуретана делают электрически проводящей посредством погружения в сенсибилизирующий раствор типа SnCl₁ - 25 г/л и HCl - 40 мл/л. Первичную решетку выдерживают в растворе в течение 10 минут, затем промывают в теплой воде в течение 10 минут. Затем первичную решетку погружают на 5 минут в бак, содержащий активирующий раствор типа: PdCl₁ - 0,5 г/л и HCl - 10 мл/л. Затем ее промывают в теплой воде в течение 10 минут.

Затем на первичную решетку наносят химический слой никеля. Для этого первичную решетку погружают в раствор типа (в мл/л):

Первичную решетку выдерживают в растворе в течение 30 минут. Затем ее промывают водой в течение 10 минут.

Затем выполняют электрическое осаждение никеля. Для этого два никелевых анода помещают в электролизную ванну. Первичную решетку помещают между двумя анодами в ванну, которую затем наполняют раствором, имеющим состав типа (в г/л):

Аноды и первичную решетку соединяют с разными полюсами генератора постоянного тока (аноды - с положительным полюсом, первичную решетку - с отрицательным полюсом). Плотность тока осаждения устанавливают равной 0,5 А/дм² в течение от 7 до 10 минут. Выполняют 10 последовательных циклов осаждения.

После осаждения электрическим способом металлического проводящего материала 58, каркас, образованный подстилающим диэлектрическим материалом, удаляют посредством нагревания или химическим путем с наружной металлической поверхности первичной решетки. Таким образом, эффективным образом получают целую металлическую решетку (R'xyz). Подстилающую полиуретановую структуру предпочтительно удаляют с помощью теплового воздействия. Для этого покрытую никелем структуру помещают в восстановительную атмосферу при температуре 1100°С в течение 4 часов. Затем получают готовую решетку (R'xyz) приемного электрода (ER).

Приемный электрод (ER) устройства 1 на фиг.13 состоит из пористой структуры 51 с ячеистой сеткой 52, образованной решетчатым узлом ребер (an), имеющих продольные линейные части 57. Множество ее заостренных зон (Ai) в виде острых кромок и/или шипов, распределенных квазиравномерно на первой активной поверхности (SA), реализуют посредством разделения структуры ячеистой сетки 52 пористой структуры 51 решетки (R'xyz) справа от первой активной поверхности (SA). Аналогичным образом, множество заостренных зон (A'i) в виде острых кромок и/или шипов, распределенных квазиравномерно на второй активной поверхности (S'A), реализуют посредством разделения структуры ячеистой сетки 52 пористой структуры 51 справа от второй поверхности (S'A).

На фиг.14 показана электростатическая система 111 двойной ионной эмиссии согласно изобретению для нанесения квазигомогенного количества ионов (iq) и (iq) противоположного заряда на поверхность (sp) одного класса диаметра (dp) множества аэрозольных частиц (р1, р2, ...) в текучей среде (F).

Эта электростатическая система 111 двойной ионной эмиссии образована характеристической комбинацией двух электростатических устройств (101, 102) ионной эмиссии разной полярности, расположенных последовательно, относящихся к типу устройства 1, описание которого было приведено выше. Электростатические устройства 101, 102 расположены последовательно в соответствии с общей осью (хх') потока (К) текучей среды (F). Следует отметить, что знаки полярности пар (VII, V12) и (V21, V22), соответствующих, с одной стороны, электрическому потенциалу проводящих коронирующих электродов (ЕС1, ЕС2), и с другой стороны, электрическому потенциалу проводящих приемных некоронирующих электродов (ER1, ER2) каждого из двух электростатических устройств 101, 102, являются противоположными. Средство 2 для нагнетания текучей среды, общее для двух устройств (1, 1'), обеспечивает движение текучей среды (F), в частности, через приемный электрод (ER1) устройства 101 и приемный электрод (ER2) устройства 102 по существу в направлении общей оси (хх') потока (К) текучей среды (F).

Система 111 содержит три приемных некоронирующих электрода (ER1, ER2, ER3), соединенных последовательно и работающих с разными электрическими потенциалами (V21, V22, V23). Их изготавливают в соответствии с указанным выше процессом изготовления. Они имеют конфигурацию, показанную на фиг.8-12. Каждый из них имеет две по существу параллельные псевдоплоские поверхности: первую поверхность (SA1, SA2, SA3) и вторую поверхность (S'Al, S'A2, S'A3). Множество сквозных каналов (Cni) при (1<=i <=3) пересекают каждый из приемных электродов (ERi) при (1< =i <=3) и соединяет каждый две поверхности (SAi) и (S'Ai) каждого приемного электрода (ERi) при (1<=i <=3). Они заканчиваются множеством отверстий (Oni), квазикруглых по форме, на первой активной поверхности (SA) вдоль оси (хх'), перпендикулярной первой соответствующей активной поверхности (SAi) при (1<=i <=3). Они также заканчиваются отверстиями (O'ni), квазикруглыми по форме, на второй поверхности (S'Al), в направлении оси (хх'), по существу перпендикулярной второй поверхности (S'Ai) при (1<=i <=3).

Система предпочтительно содержит по меньшей мере два проводящих коронирующих электрода (ЕС1, ЕС2), находящихся под разным электрическим потенциалом (V11, V12) разряда, эмитирующих общий поток (I1) ионов (i^q1) и поток (I2) ионов (i_q2) противоположного знака. Первый коронирующий электрод (ЕС1) расположен между первой парой приемных электродов (ER1, ER2). Его зона (D1) разряда расположена противоположно активной поверхности (SA1) одного из электродов (ER1) двух приемных электродов (ER1, ER2) первой пары. Второй коронирующий электрод (ЕС2) расположен между второй парой приемных электродов (ER2, ER3). Его зона (D2) разряда расположена противоположно активной поверхности (SA2) одного из электродов (ER2) двух приемных электродов (ER2, ER3) второй пары.

За счет процесса изготовления (описанного выше) электродов (ER1, ER2, ER3), с одной стороны, множество сквозных каналов (Cni) при (1<=i <=3) каждого приемного электрода (ERi) расположено поперек приемного электрода (ERi), так что множество отверстий (Oni) распределено квазиравномерно в двух направлениях (уу', zz') на первой активной поверхности (SAi). Аналогичным образом, множество отверстий (O'ni) распределено квазиравномерно по второй активной поверхности (S'Ai) в двух направлениях (уу', zz').

Рекомендуется, чтобы две псевдоплоские поверхности (SA2, S'A2) центрального приемного электрода (ER2) были каждая покрыты множеством заостренных зон (А2, А'2) в виде острых кромок и/или шипов), при этом зоны (А2) рельефно выступают из первой поверхности (SA2), а другие зоны (А'2) - из второй поверхности (SA'2). Они локально имеют минимальный радиус (ra) кривизны поверхности. Они распределены квазиравномерно в двух направлениях (уу', zz'). На первой поверхности (SA2) они окружают соответствующие отверстия (Oni). На второй поверхности (S'A2) они окружают соответствующие отверстия (O'ni). В действительности, три приемных электрода системы 111, показанной на фиг.14, являются идентичными и имеют свои две поверхности аналогичными по структуре.

На фиг.15 показан вариант выполнения электростатической системы 111 двойной ионной эмиссии согласно фиг.14. Электростатическая система 131 имеет две ступени 121, 122 ионной эмиссии, расположенные последовательно. Каждая ступень 121, 122 образована параллельной характеристической комбинацией из множества электростатических устройств (123, 124, 125), (126, 127, 128) ионной эмиссии указанного выше типа (1).

Электростатические устройства (123, 124, 125) одной и той же ступени (121) расположены поперечно сторона к стороне, относительно общей оси (хх') текучей среды (F). Знаки полярности пар (V1, V'1, V"1) и (V2, V'2, V"2) одной и той же ступени 121, соответствующие электрическому потенциалу проводящих коронирующих электродов и электрическому потенциалу проводящих некоронирующих приемных электродов, или каждого из двух электростатических устройств 123, 124, 125, являются аналогичными. Приемные электроды (ER1, ER'l, ER"1) электростатических устройств 123, 124, 125 выполнены из общей пористой пластины 64, образованной решеткой (R'xyz) из ребер (an) указанного выше типа, расположенных поперек оси (хх') потока (К) текучей среды (F).

Ниже приводится описание работы электростатической системы 111, показанной на фиг.14, со ссылками на фиг.16 и 17. Поток (К) текучей среды (F), загруженный частицами (р1), принудительно вводится внутрь системы 111 двойной ионной эмиссии с использованием средства 2 нагнетания (не изображено на этих чертежах). За счет характеристических функциональных признаков, указанных выше (общих с электростатическим 37 устройством 1, согласно данному изобретению) внутри устройства 101 и благодаря комбинированному действию коронирующего электрода (ЕС1) и приемного электрода (ER1), согласно изобретению общий поток положительных ионов (i^q1), воздействующий в сквозных каналах текучей среды (F) при прохождении через устройство 101 в направлении оси (хх') потока, является квазигомогенным во всем поперечном сечении его трубы 25. При прохождении через первое устройство 101, частицы (р2), таким образом, заряжаются квазигомогенным количеством положительных ионов (i^q). Показано четыре положительных иона (i^q1) на частицах (р2).

Аналогичным образом, внутри устройства 102 и благодаря комбинированному действию коронирующего электрода (ЕС2) и приемного электрода (ER2), общий поток отрицательных ионов (i^q1) в сквозных каналах потока текучей среды (F) при прохождении через устройство 102 в соответствии с осью (хх') потока, является квазигомогенным во всем поперечном сечении его трубы 25. При прохождении через второе устройство 102, частицы (р3), заряженные перед этим квазигомогенно положительными ионами (i^q1), заряжаются также квазигомогенным количеством отрицательных ионов (i^q2). Показаны четыре положительных иона (i^q1) и четыре отрицательных иона (i'^q2) на частицах (р3).

Таким образом, при выходе из двойной ионной системы 111, частицы (р3) покрыты гомогенным количеством ионов (i^q1, i^q2) противоположного знака.

Полученный физический результат (иллюстрированный частицами (р3) в виде звездочки) состоит в освобождении энергии внутри частиц (р3), которые последовательно прошли поперек двух электростатических устройств 101, 102 двойной ионной системы 111. Следует понимать, что, в соответствии с промышленным применением, это освобождение энергии обеспечивает за счет ионной рекомбинации механические, физические, химические, энергетические последствия, придаваемые частицам (р3) уменьшенной интенсивности.

Характеристическим признаком двойной ионной системы 111 согласно данному изобретению является то, что частицы, заряженные сначала положительным зарядом (q1) при прохождении через устройство 101, подвергаются после прохождения электрода (ER2) и попадания в зону коронирующего электрода (ЕС2), комбинированному двойному воздействию внутри устройства 102:

- концентрированному воздействию на их траектории в направлении зоны разряда коронирующего электрода (ЕС2) противоположного электрического заряда (отрицательного),

- и ударному воздействию отрицательных ионов (i^q2), ориентированных в соответствии с по существу коллинеарными лучами, противоположными движению частиц (р3), в зоне (Н), разделяющей два электрода (ЕС2, ER2) устройства 102.

Это показано на фиг.16 и 17 в виде двух лучевых стрелок, исходящих из коронирующего электрода (ЕС2) устройства 102 в направлении приемного электрода (ER2). Это вызывает эффект "мишени" при столкновении между частицами (р3) и отрицательными ионами (i^q2), который, с одной стороны, увеличивает эффективность (количество) нанесения отрицательных ионов (i^q2) на частицы (р3), и, с другой стороны, увеличивает гомогенность нанесения отрицательных ионов (i^q) на частицы (р3) (за счет того, что частицы (р3) проходят по лучам, на которые действует эквивалентная ионная интенсивность).

Изобретатели экспериментально подтвердили, что комбинация двойной ионной системы 111 согласно изобретению приводит к гомогенности (выраженной в типе вариантов) нанесения положительных ионов (i^q1) и отрицательных ионов (i^q1) на частицы (р3), которое они измерили, равным около +-10%. Измерения проводились с использованием устройств 101, 102, имеющих диаметр трубы 5 см, оснащенных каждое коронирующим острием, удаленным на 2,5 см от приемного электрода, с разницей приложенных потенциалов +-5000 В. Испытания были проведены на частицах с диаметром в диапазоне от 0,01 микрона до 3 микрон. При проведении тех же испытаний с устройствами ионной эмиссии эквивалентного размера согласно уровню техники гомогенность нанесения ионов (выраженная в типе вариантов), составила около +-80% при тех же условиях.

Было подтверждено, что устройство 1 согласно данному изобретению обеспечивает гомогенизацию потока ионов в направлении плоскости активной поверхности приемного электрода (ER).

Аналогичным образом, было установлено, что устройство 1, согласно данному изобретению, обеспечивает воздействие на множество аэрозольных частиц (таких как пыль, биоаэрозоли или специфические молекулы,...) внутри движущейся текучей среды потока ионов, исходящих из коронирующего электрода (ЕС), за счет чего общая интенсивность внутри любого канала потока, расположенного внутри трубы 25 является квазигомогенной при прохождении через трубу.

Было также установлено, что устройства 1 согласно данному изобретению обеспечивают нанесение квазигомогенного количества ионов (i^q1) на поверхность этого множества аэрозольных частиц (принадлежащих одному классу по диаметру).

Установлено также, что устройства 1 согласно данному изобретению обеспечивают увеличение эффективности потока ионов (i^q) в направлении электрода (ER) и тем самым в направлении каналов потока за счет уменьшения менее эффективного и не гомогенного радиального потока в направлении стенки 26 трубы 25.

Наконец, было установлено, что двойная ионная система 111 согласно изобретению обеспечивает нанесение гомогенного количества ионов (i^q1, i^q2) противоположного знака на поверхность частиц.

Промышленная применимость изобретения

Изобретение пригодно для промышленного применения в различных областях, в частности, в физических, химических, энергетических, биологических, где необходимо нанесение гомогенного количества ионов на аэрозольные частицы с целью оказания на них ослабленного физического и квазиравномерного воздействия.

Непосредственное применение относится к области электростатической окраски. Другие применения очевидны в области электростатической фильтрации, так чтобы все частицы, проходящие через электростатический фильтр, были квазиравномерно предварительно заряжены. Изобретатели применили изобретение в области биологии для воздействия на наружную стенку микроорганизмов для уменьшенного энергетического воздействия с квазигомогенной модификацией их структуры и их внутренней конфигурации.

Хотя приведенное выше описание содержит многие специальные элементы, их не следует рассматривать как ограничивающие предмет изобретения, а лишь в качестве иллюстрации определенных предпочтительных режимов реализации изобретения.

Реферат

Изобретение относится к электростатическому устройству ионной эмиссии для нанесения на поверхность множества аэрозольных частиц одного класса диаметра внутри текучей среды квазигомогенного количества ионов. Устройство содержит проводящий коронирующий электрод и проводящий некоронирующий приемный электрод. Псевдоплоская активная поверхность приемного электрода покрыта множеством квазиравномерно распределенных кратеров, имеющих на своих концевых кромках часть с минимальным радиусом кривизны, и окружающих отверстия, выступающих наружу из активной поверхности в обоих ее геометрических направлениях. Поверхностный поток ионов, исходящий из коронирующего электрода в направлении активной поверхности приемного электрода, обеспечивает повышенную гомогенность. Приемный электрод предпочтительно создан с помощью решетки из металлических ребер. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 17 ил.

Формула