Электростатический фильтр воздуха


Зачем нужен электростатический фильтр воздуха

Даже в обычной квартире воздух нуждается в очистке, и элементарное проветривание не всегда может справиться с этой задачей.

В связи с этим повсеместно используются современные фильтры, которые могут задерживать:

Все эти загрязнители могут вызывать аллергию и являются потенциально опасными. Одним из самых популярных и доступных фильтров, представленных на рынке, является электростатический.

Фильтр электростатический для вентиляции используется для удаления из воздуха аэрозольных и механических частиц: копоти, сажи, дыма, мелкой пыли, ядовитых паров, мелкодисперсной пыли и других опасных бытовых и промышленных загрязнителей.

Такой прибор для очистки воздуха состоит из следующих компонентов:

Содержимое устройства может меняться в зависимости от уровня мощности и других показателей. Чем дороже оборудование, тем большей мощностью оно обладает. Недорогие фильтры можно использовать в городских квартирах. Для производственных предприятий приобретают дорогостоящую технику, отвечающую достаточно жестким требованиям.

Принцип работы электростатических фильтров для очистки воздуха

Поток воздуха, проходя через несколько ступеней очистки устройства электростатического фильтра, а именно: ионизатор, пылесборник и несколько фильтров на выходе, получается практически стерильным.Принцип работы электростатического устройства заключается в притяжении электрических зарядов с разной полярностью. Частицы в воздухе, попадая в фильтр, приобретают электрический заряд и оседают на токопроводящих пластинах с противоположной полярностью.

Как очищает воздух электростатический фильтр

Во время работы такого фильтра для очистки воздуха выделяется озон, который у многих ассоциируется с запахом грозы. При работе промышленных установок N2 разрушается до окислов азота, так как озон сам по себе является довольно опасным и ядовитым веществом, может вызывать аллергические реакции и ожоги органов дыхания.

Электростатической фильтр — какая эффективность

Степень очистки воздуха такой техникой колеблется в пределах 40-95% и зависит от мощности и качества оборудования. Стоит отметить, что никаких расходных материалов у устройства нет, пластины нужно лишь время от времени промывать, а это существенно удешевляет эксплуатацию.

Низкое потребление электроэнергии и бесшумность делают их вполне подходящими для использования в быту. Из недостатков стоит отметить низкую производительность у непрофессиональных моделей.

Качественные устройства устанавливают не только в городских квартирах, но и на предприятиях, занимающихся:

Такую технику используют в медицинских учреждениях, на предприятиях общественного питания, в административных и офисных зданиях.

ВИДЕО ОБЗОР

Рейтинг производителей — какие электростатические фильтры самые популярные

Выбор электростатических устройств в магазинов достаточно большой. У обывателей могут возникнуть сложности с подбором техники для дома, офиса или производственного цеха. В первую очередь, нужно изучить технические характеристики устройства, обратить внимание на цену.

Слишком дешевые устройства вряд ли смогут на должном уровне справиться со своей задачей, в то время как очень дорогие не стоит приобретать для обычной квартиры, они предназначены для эксплуатации на крупных предприятиях.

Для дома, а также для автомобиля можно приобрести компактный вариант Супер-Плюс-Ион-Авто от производителя «Экология Плюс». Он представляет собой небольшой блок, потребляет около 3 Ватт электроэнергии. Стоимость изделия — от 30 до 50 долларов.

Plymovent Group предлагает оборудование SFE. Это уже достаточно серьёзное оборудование стоимостью около 200 тысяч рублей. Пропускает через себя 2500 кубометров воздуха за один час. А этого вполне хватит для обслуживания офиса, торгового зала и даже небольших размеров сборочного цеха.

Читайте также:  Вентиляторы с фильтром - почему стоит их купить

Немецкая фирма UAS.Inc предлагает Smog Hog — фильтр для установки непосредственно в вентиляцию промышленного цеха. Устройство задерживает и масляную взвесь, и сварочную гарь. Стоимость оборудования — около 400 тысяч рублей.

Предприятия общественного питания используют печи и мангалы для приготовления еды. Приятный дымок во время жарки или запекания имеет обратную сторону — он может быть опасен для здоровья, поэтому владельцев заведений важно защитить от него и посетителей, и работников.

Для этого используют электростатические фильтры Smoke Ятаган. Они поглощают сажу, жиры, канцерогены, запахи и дым. Предфильтр устройства необходимо периодически промывать. Оборудование неприхотливо в эксплуатации, отличается высокой эффективностью.

ВИДЕО ИНСТРУКЦИЯЭлектростатический фильтр Эфва Супер Плюс — разработан для очистки воздуха в промышленных условиях. Задерживает масляные, сварочные аэрозоли, выделяемые во время обработки металла, производства медицинских лекарственных средств, в цехах электродуговой сварки и других.

filteru.ru

Электростатические фильтры для очистки воздуха | Аэролайф

Электростатический фильтр – устройство, предназначенное для очистки воздуха от самой мелкой пыли, аэрозолей, дыма, частиц сажи, копоти, т. е. любых механических и аэрозольных частиц. Оптимальное решение для удаления из воздуха твердых, жидких и биологических аэрозолей.

Принцип работы электростатического фильтра

Процесс улавливания механических частиц в электростатическом фильтре разделен на несколько стадий:

Принцип действия электростатических фильтров основан на притяжении электрических зарядов разной полярности. Загрязненный воздух проходит через блок зарядки аэрозолей, в котором частицы приобретают электрический заряд. Значение этого заряда зависит от конструкции коронатора и размера частицы и может составлять от 10 до 500 зарядов-электрона. Заряженные частицы, находящиеся в воздушном потоке, в результате адсорбции на их поверхности ионов и под влиянием сил электростатического поля движутся с потоком воздуха и оседают на токопроводящих пластинах противоположной полярности.

В процессе работы любого электростатического фильтра всегда образуется озон. Именно озон является источником запаха от электростатических фильтров, который принято называть «воздух, как после грозы». Необходимо отметить, что озон – сильнейший окислитель и даже в небольших количествах является ядом и канцерогеном. В коронаторах, работающих при электростатическом напряжении больше 15 кВ, происходит разрушение прочных молекул N2 и образуются окислы азота (NOХ).

Профессиональные воздухоочистители Аэролайф

В системах очистки воздуха Аэролайф используются электростатические фильтры, совмещенные с барьерным НЕРА-фильтром. Такая комбинация не дает возможности для вторичного уноса частиц пыли, т. е. все частицы остаются в пылевом фильтре, при этом загрязнители оседают по всему объему фильтрующего элемента, а любые типы микроорганизмов инактивируются.

vozdyx.ru

Как выбрать очиститель воздуха | Блог | Клуб DNS

Опубликованно: 3 года назад

В современном мире проблема чистоты окружающей среды стоит очень остро, и особенно перед жителями городов. Во времена съемок «Кин-Дза-Дзы» ещё смешно было представить себе платный воздух, но вот прошло тридцать лет и многие готовы выложить круглую сумму за очиститель воздуха. Есть спрос — есть и предложение. Производители предлагают устройства, различающиеся по производительности, размеру, обслуживанию во время эксплуатации, и, конечно, по совершенно разным ценам — от 690 до 69 999 рублей.

Стоит сразу оговорить главное отличие данного типа устройств от увлажнителей воздуха и климатических систем — они не увлажняют воздух, соответственно, не требуется доливать внутрь воду или подсоединять водопровод. Климатический комплекс — это многоцелевое устройство, оно объединяет несколько функций по улучшению качества воздуха. К данной категории относят и мойки воздуха, которые объединяют функции очистителя и увлажнителя, однако действуют они по совершенно иному принципу, нежели каждое из указанных устройств.

Очистители воздуха сделают воздух чище в любом помещении, они не требуют монтажа — это профилактика заболеваний и спасение от аллергии.

Виды фильтров

Действие очистителей основано на фильтрации воздуха с помощью различных технологий. Часто конструкция очистителя дополняется вентилятором, он гонит из окружающего пространства внутрь прибора поток воздуха, который проходит сквозь различные преграды, вырываясь наружу уже чистым. Есть устройства и без вентилятора, которые очищают только воздух, загоняемый внутрь корпуса естественным его движением в помещении. Разница между очистителями состоит как раз в фильтрах, которые установлены внутри, рассмотрим их подробнее.Предварительный фильтр обычно выполнен в виде мелкой сетки, используемой для первичной или грубой очистки воздуха. Данный фильтр требуется пылесосить или мыть по мере загрязнения. {2:click:medium}

Электростатические фильтры ионизируют входящий воздух вместе с пылью, которая при этом получает определенный электрический заряд. Пылинки притягиваются к пластинам фильтра, имеющим противоположный потенциал, и оседают на них. Эффективность данного метода очистки воздуха напрямую зависит от площади пластин фильтра. По этой причине очистители на электростатических фильтрах не бывают слишком маленькими. Очищать такой фильтр нужно, промывая его водой с любым моющим средством. Данный тип фильтров можно сравнить с фильтрами тонкой очистки.

Угольные фильтры являются сменными и относятся к фильтрам тонкой очистки. Они очищают воздух от газов, и других летучих веществ. Необходимо, чтобы очиститель с угольным фильтром имел и какой-нибудь фильтр более грубой очистки. Данный тип фильтров требует замены один раз в 5-6 месяцев, иначе он сам станет источником загрязнения воздуха. Не рекомендуется использовать очиститель с угольным фильтром в помещениях с повышенной влажностью, процесс становится неэффективным. {4:click:medium}

Сменные фильтры, в частности, HEPA («хепа», англ. High Efficiency Particulate Air или High Efficiency Particulate Arrestance — высокоэффективное удержание частиц). Стоит отметить, что указанное слово не является торговой маркой фильтров, а означает класс фильтров, который определяется международным и национальным стандартами. Необходимо менять НЕРА-фильтр в соответствии с указанием в инструкции очистителя (обычно один раз в полгода), иначе он станет препятствием на пути воздушного потока, и устройство перестанет выполнять свою функцию. Данный класс фильтров является самым распространенным, но очистители могут быть оснащены и другими сменными фильтрами. В любом случае данный вид фильтров придется докупать к очистителю регулярно.

{5:click:medium}

Фотокаталитические фильтры на самом деле не совсем фильтры, поскольку можно сказать, что они уничтожают из воздуха все вещества, организмы и соединения, а не собирают их. Всё содержимое воздуха просто разлагается на воду и углекислый газ чрезвычайно активными окислителями, озоном и прочими. Происходит это в процессе попадания УФ-лучей на пластины с катализатором — диоксидом титана. Уничтожение аллергенов, запахов, микроорганизмов, веществ происходит на молекулярном уровне, соответственно, менять или промывать фильтр не требуется. Через какое-то время необходимо будет заменить УФ-лампу. На сегодняшний день именно эта технология очистки воздуха считается самой эффективной, но очистители на её основе получаются самыми дорогими на рынке.

Последние два типа фильтров относятся к фильтрам особо тонкой очистки и разработаны для очистки воздуха операционных и других помещений, требующих стерильности. В процессе очищения они не оставляют в нем ничего кроме коктейля газов – ни растворенных в нем естественных запахов, ни нейтральных по отношению к человеческому организму микроорганизмов. Такой воздух иногда называют «мертвым», он не приносит пользы. Чтобы частично нивелировать этот момент, в очистители добавляют ионизаторы, но всё равно не стоит круглосуточно очищать воздух такими методами. 

Большая часть моделей очистителей воздуха, представленных на рынке, совмещают в себе различные фильтры. Например, наряду с угольным фильтром используют фильтры грубой очистки и НЕРА, или электростатический. А для эффективной и долгой работы НЕРА-фильтров в свою очередь требуется предварительно очистить поток воздуха от наиболее крупных частичек пыли, с этим прекрасно справляются фильтры грубой и тонкой очистки. Очиститель, в котором используется несколько методов фильтрации, лучше избавляет от аллергенов, что полезно для аллергиков и астматиков.

Производительность

Одной из главных характеристик очистителя воздуха является обслуживаемая площадь. Лучше, если данный параметр будет немного больше реальной площади того помещения, воздух в котором предполагается очищать, так процесс будет проходить быстрее и качественнее. Если помещение совсем маленькое, то можно рассмотреть вариант покупки автомобильного очистителя, который можно будет перемещать из машины домой и обратно.

{8:click:medium}

Ещё один параметр очистителя воздуха, который следует рассмотреть в привязке к помещению - воздухообмен, другими словами, скорость очищения воздуха. Определяется как объем воздуха, который способен очистить прибор за один час. Чтобы рассчитать минимальный нужный вам воздухообмен, следует рассчитать объем помещения (площадь умножить на высоту потолка) и разделить на количество часов, за которые вы хотите очистить воздух. Современные модели обладают высокими показателями воздухообмена (от 100 до 600 куб. м/ч).

Некоторые очистители снабжены датчиком контроля чистоты воздуха, что позволяет не только убедиться в качестве работы прибора, но и включать его только на необходимое время. 

Уровень шума

Многие потребители не выключают очистители воздуха, поэтому вопрос об их бесшумной работе стоит довольно остро. Источниками шума в приборе могут быть фотокаталитический фильтр или вентилятор. Сменные и электростатические фильтры  работают бесшумно.

Очиститель, имеющий сниженный уровень шума (до 30 дБ) позволит отдохнуть, не выключая прибор, и хорошо выспаться ночью. Есть в продаже и очистители с ночным режимом работы, автоматически меняющие свои параметры работы в зависимости от времени суток. Если вы чрезвычайно чувствительны к любым дополнительным звукам, то можно купить аппарат без вентилятора или с возможностью полного его отключения. Если управление позволяет изменить скорость работы вентиляторов, то при уменьшении скорости их работы шум заметно снижается. 

Уход за прибором

Здесь нужно выбрать какой из двух ресурсов вы будете тратить — время или деньги?

 

Постоянная покупка новых расходных материалов к очистителю обходится недешево, поэтому подумайте об этом заранее, выбирая устройство со сменными НЕРА и угольными фильтрами. К тому же найти оригинальные сменные фильтры не всегда удается. Без дополнительных затрат работают очистители без сменных фильтров. Электростатический очиститель потребует еженедельного ухода - в нем нужно промывать пластины фильтра. Индикатор загрязнения фильтра напомнит о том, что пора позаботиться об очистителе.

Мощность

Если планируется его круглосуточная работа, то обратите внимание на очистители с низким энергопотреблением (до 15 Вт). Если требуется обслуживать большую площадь помещения или нужен быстрый воздухообмен (от 200 до 600 куб. м/ч), то подойдут мощные модели очистителей (от 60 Вт). В продаже представлены очистители самых разных размеров. Этот параметр зависит от их воздухообмена и обслуживаемой площади, мощности и назначения прибора. Самыми маленькими являются автоочистители и персональные настольные, самыми габаритными — напольные очистители, рассчитанные на большую обслуживаемую площадь. Габаритные размеры во многом диктуют место расположения очистителя, однако нужно учесть и другие условия размещения: требуется ли установка на определенной высоте, на определенном расстоянии от стен или наоборот, можно закрепить модель на стене? Если обязательные условия установки не будут выполнены, то прибор не сможет эффективно выполнять свои функции и воздух в помещении останется грязным, несмотря на наличие очистителя.

Дизайн очистителей в основном отвечает простой задаче — не слишком выделяться в интерьере, поэтому и формы используются достаточно простые или обтекаемые, и цвета неброские. Однако можно найти интересные варианты цветных очистителей.

Может быть механическим или электронным. Механические переключатели надежнее и понятнее. Электронные панели управления, дисплеи и пульты дистанционного управления в комплекте к очистителю являются более современным вариантом, но используются в основном в технически сложных моделях с множеством функций. Из дополнительных функций может быть полезен таймер на включение и отключение прибора. Ознакомьтесь со скоростными и другими режимами очистителя до покупки, возможно, вы не захотите разбираться в тонкостях его настройки и сэкономите, выбрав более простое управление.

Очистители часто дополнены функцией ионизации. Отрицательно заряженные ионы (анионы) способствуют улучшению самочувствия, повышению физической работоспособности и умственной активности, а также обеспечивают профилактику заболеваний дыхательной системы. Ещё они осаждают пыль, летающую в воздухе, на горизонтальные поверхности, тем самым дополнительно очищая воздух.

УФ лампа губительно воздействует на болезнетворные микроорганизмы, для ясности можно назвать это кварцеванием.

Ароматизация чистого воздуха, выходящего из очистителя, порадует тех, кто пользуется методами ароматерапии.

На цену очистителя влияет много факторов: марка, используемые фильтры, дополнительные функции и расширенные настройки, качество используемых материалов и дизайн, и ещё с десяток других. Но условно все предложения можно разбить следующим образом: {13}

club.dns-shop.ru

Секреты состоявшихся инноваций: электростатический воздухоочиститель

На фото: коронный разряд, используемый в электростатических очистителях воздуха. В какой-то момент времени во мне воспылал энтузиазм к постройке бытового электростатического очистителя воздуха (электрофильтра). Удивительно, но нам не удалось в сети найти годных материалов по этой области что и подтолкнуло к написанию данной статьи. В первой части предлагаем познакомиться с принципами работы этих устройств, а в следующей – построить полноценный очиститель своими руками. Содержащиеся в воздухе мелкие пылевые частицы PM10 и PM2.5 способны проникать в наш организм при дыхании: бронхи, легкие и даже попадать в кровоток.

Воспользуйтесь нашими услугами

По данным всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) загрязнение воздуха такими частицами несет серьезную опасность для здоровья: воздействие воздуха с высоким содержанием таких частиц (превышение по PM2.5 среднегодовой концентрации 10мкг/куб.м и среднесуточной 25мкг/куб.м; превышение по PM10 среднегодовой 20мкг/куб.м и среднесуточной 50мкг/куб.м) повышает риск возникновения респираторных заболеваний, заболеваний сердечнососудистой системы и некоторых онкологических заболеваний, загрязнение уже отнесено к 1 группе канцерогенов. Высокотоксичные частицы (содержащие свинец, кадмий, мышьяк, бериллий, теллур, и др., а также радиоактивные соединения) представляют опасность даже при небольших концентрациях.

Самый простой шаг к снижению негативного воздействия пыли на организм – установка эффективного очистителя воздуха в спальном помещении, где человек проводит около трети времени.

Источники пыли

Крупными природными поставщиками пыли являются извержения вулканов, океан (испарение брызг), природные пожары, эрозия почв (например, пыльные бури: г.Забол, Ирак), землетрясения и различные обвалы грунта, пыльца растений, споры грибов, процессы разложения биомассы и др.

К антропогенным источникам относятся процессы сжигания ископаемых (энергетика и промышленность), транспортирование хрупких/сыпучих материалов и погрузочные работы (см. порт «Восточный» г.Находка, порт «Ванино» Хабаровский кр.), дробление материалов (добыча ископаемых, производство стройматериалов, сельхоз промышленность), механическая обработка, химические процессы, термические операции (сварка, плавка), эксплуатация транспортных средств (выхлоп двигателей внутреннего сгорания, истирание шин и дорожного покрытия).

Наличие пылевых частиц в помещениях обусловлено поступлением загрязненного наружного воздуха, а также присутствием внутренних источников: разрушение материалов (одежда, белье, ковры, мебель, стройматериалы, книги), приготовление пищи, жизнедеятельность человека (частички эпидермиса, волосы), плесневелые грибы, клещи домашней пыли и др.

Доступные очистители воздуха

Для снижения концентрации частиц пыли (в том числе самых опасных – размером менее 10мкм) доступны бытовые приборы, работающие на следующих принципах:

Метод механической фильтрации является самым распространенным. Принципы улавливания частиц этими фильтрами здесь уже были описаны. Для улавливания тонких твердых частиц используются высокоэффективные (более 85%) волокнистые фильтрующие элементы (стандарты EPA, HEPA). Такие устройства хорошо справляются со своей задачей, но имеют и некоторые недостатки:

Из-за высокого сопротивления разработчики таких очистителей вынуждены обеспечить большую площадь фильтрующего элемента, использовать мощные, но при этом малошумные вентиляторы, избавляться от щелей в корпусе устройства (так как даже небольшой подсос воздуха в обход фильтрующего элемента значительно снижает эффективность очистки прибора).

Ионизатор воздуха при работе электрически заряжает взвешенные в воздухе помещения частицы пыли, из-за чего последние под действием электрических сил осаждаются на пол, стены, потолок или предметы в помещении. Частицы остаются в помещении и могут вернуться во взвешенное состояние, поэтому решение не выглядит удовлетворительным. Кроме того, прибор значительно изменяет ионный состав воздуха, при этом воздействие такого воздуха на людей на данный момент изучено недостаточно.

Работа электростатического очистителя основана на том же принципе: поступающие внутрь прибора частицы сначала электрически заряжаются, затем притягиваются электрическими силами к специальным пластинам, заряженным противоположным зарядом (все это происходит внутри прибора). При накоплении слоя пыли на пластинах выполняется чистка. Эти очистители обладают высокой эффективностью (более 80%) улавливания частиц разных размеров, низким гидравлическим сопротивлением, и не требуют периодической замены расходных элементов. Имеются и недостатки: выработка некоторого количества токсичных газов (озон, оксиды азота), сложная конструкция (электродные сборки, высоковольтное электропитание), необходимость периодической чистки осадительных пластин.

Требования к очистителю воздуха

При применении рециркуляционного очистителя воздуха (такой очиститель засасывает воздух из помещения, фильтрует, а затем возвращает в помещение) обязательно должны учитываться характеристики прибора (однопроходная эффективность, объемная производительность) и объем целевого помещения, иначе прибор может оказаться бесполезным. Американской организацией AHAM для этих целей был разработан показатель CADR, учитывающий однопроходную эффективность очистки и объемную производительность очистителя, а также способ вычисления необходимого CADR для заданного помещения. Здесь уже есть неплохое описание этого показателя. AHAM рекомендует использовать очиститель со значением CADR большим или равным пятикратному обмену объема помещения в час. Например, для комнаты площадью 20 кв.м и высотой потолка 2,5м показатель CADR должен составлять 20 * 2.5 * 5 = 250 куб.м/час (или 147CFM) или более.

Также очиститель при работе не должен создавать какие-либо вредные факторы: превышение допустимых значений уровня шума, превышение допустимых концентраций вредных газов (в случае использования электрофильтра).

Однородное электрическое поле

Из курса физики мы помним, что вблизи тела, обладающего электрическим зарядом, образуется электрическое поле [2].

Силовой характеристикой поля является напряженность E [Вольт/м или кВ/см]. Напряженность электрического поля – векторная величина (имеет направление). Графически изображать напряженность принято силовыми линиями (касательные к точкам силовых кривых совпадают с направлением вектора напряженности в данных точках), величина напряженности характеризуется густотой этих линий (чем более густо расположены линии – тем большее значение принимает напряженность в этой области).

Рассмотрим простейшую систему электродов, представляющую из себя две параллельные металлические пластины, находящиеся друг от друга на расстоянии L, к пластинам приложена разность потенциалов напряжением U с источника высокого напряжения:

L= 11мм = 1.1см; U = 11кВ (киловольт; 1киловольт = 1000вольт);

На рисунке показано примерное расположение силовых линий. По густоте линий видно, что в большей части пространства межэлектродного промежутка (за исключением области вблизи кромок пластин) напряженность имеет одинаковое значение. Такое равномерное электрическое поле называется однородным [2, 3, 4]. Значение напряженности в пространстве между пластинами для этой электродной системы можно вычислить из простого уравнения [1, 2.]:

Значит, при напряжении 11кВ напряженность составит 10кВ/см. В данных условиях атмосферный воздух, заполняющий пространство между пластинами, является электрическим изолятором (диэлектриком), то есть не проводит электрический ток, поэтому в электродной системе ток протекать не будет. Проверим это на практике.

На самом деле воздух совсем немного проводит ток Оборудование для экспериментов

Эксперимент #1

Две параллельные пластины, однородное электрическое поле;

L = 11мм = 1.1см; U = 11…22кВ.

По показаниям микроамперметра видно, что электрический ток действительно отсутствует. Ничего не изменилось и при напряжении 22кВ, и даже при 25кВ (максимальном для моего источника высокого напряжения).

Вольт-амперная характеристика:

U, кВ E, кВ/см I, мкА
0 0 0
11 10 0
22 20 0
25 22.72 0
Электрический пробой воздушного промежутка

Сильное электрическое поле способно превратить воздушный промежуток в электрический проводник – для этого необходимо, чтобы его напряженность в промежутке превысила некоторую критическую (пробойную) величину. Когда это происходит, в воздухе с высокой интенсивностью начинают протекать ионизационные процессы: в основном ударная ионизация и фотоионизация, что приводит к лавинообразному росту количества свободных носителей зарядов – ионов и электронов. В какой-то момент времени образуется проводящий канал (заполненный носителями зарядов), перекрывающий межэлектродный промежуток, по которому начинает течь ток (явление называется электрическим пробоем или разрядом). В зоне протекания ионизационных процессов имеют место химические реакции (в том числе диссоциация молекул, входящих в состав воздуха), что приводит к выработке некоторого количества токсичных газов (озон, оксиды азота).

Ионизационные процессы [1, 2]

Ударная ионизация

Свободные электроны и ионы различных знаков, всегда имеющиеся в атмосферном воздухе в небольшом количестве, под действием электрического поля будут устремляться в направлении электрода противоположной полярности (электроны и отрицательные ионы – к положительному, положительные ионы–к отрицательному). Некоторые из них будут по пути сталкиваться с атомами и молекулами воздуха. В случае, если кинетическая энергия движущихся электронов/ионов оказывается достаточной (а она тем выше, чем выше напряженность поля), то при столкновениях из нейтральных атомов выбиваются электроны, в результате чего образуются новые свободные электроны и положительные ионы. В свою очередь новые электроны и ионы будут также ускоряться электрическим полем и некоторые из них будут способны таким образом ионизировать другие атомы и молекулы. Так количество ионов и электронов в межэлектродном пространстве начинает лавинообразно увеличиваться.

Фотоионизация 

Атомы или молекулы, получившие при столкновении недостаточное для ионизации количество энергии, испускают ее в виде фотонов (атом/молекула стремится вернуться в прежнее стабильное энергетическое состояние). Фотоны могут быть поглощены каким-либо атомом или молекулой, что может также привести к ионизации (если энергия фотона достаточна для отрыва электрона).

Для параллельных пластин в атмосферном воздухе критическую величину напряженности электрического поля можно вычислить из уравнения [1]:

Для рассматриваемой электродной системы критическая напряженность (при нормальных атмосферных условиях) составляет около 30,6кВ/см, а напряжение пробоя –33,6кВ. К сожалению, мой источник высокого напряжения не может выдать более 25кВ, поэтому для наблюдения электрического пробоя воздуха пришлось уменьшить межэлектродное расстояние до 0,7см (критическая напряженность 32.1кВ/см; напряжение пробоя 22,5кВ).

Эксперимент #2

Наблюдение электрического пробоя воздушного промежутка. Будем повышать приложенную к электродам разность потенциалов до возникновения электрического пробоя.

L = 7мм = 0.7см; U = 14…25кВ.

Пробой промежутка в виде искрового разряда наблюдался при напряжении 21,5кВ. Разряд испускал свет и звук (щелчок), стрелки измерителей тока отклонялись (значит, что электрический ток протекал). При этом в воздухе ощущался запах озона (такой же запах, например, возникает при работе УФ-ламп во время кварцевания помещений в больницах).

Вольт-амперная характеристика:

U, кВ E, кВ/см I, мкА
0 0 0
14 20 0
21 30 0
21.5 30.71 пробой

Неоднородное электрическое поле

Заменим в системе электродов положительный пластинчатый электрод на тонкий проволочный электрод диаметром 0.1мм (т.е. R1=0.05мм), также расположенный параллельно отрицательному пластинчатому электроду. В этом случае в пространстве межэлектродного промежутка при наличии разности потенциалов образуется неоднородное [2, 4] электрическое поле: чем ближе точка пространства к проволочному электроду – тем выше значение напряженности электрического поля. На рисунке ниже представлена примерная картина распределения:

Для наглядности можно построить более точную картину распределения напряженности — проще это сделать для эквивалентной электродной системы, где пластинчатый электрод заменен на трубчатый электрод, расположенный коаксиально коронирующему электроду:

Для этой электродной системы значения напряженности в точках межэлектродного пространства можно определить из простого уравнения [1, 2]:

На рисунке ниже представлена рассчитанная картина для значений:

R1 = 0.05мм = 0.005см; R2 = 11мм = 1.1см;

U = 5кВ;

Линии характеризуют значение напряженности на данном удалении; значения соседних линий отличаются на 1кВ/см.

Из картины распределения видно, что в большей части межэлектродного пространства напряженность изменяется незначительно, а вблизи проволочного электрода, по мере приближения к нему, резко возрастает.

Коронный разряд

В электродной системе провод-плоскость (или подобной, в которой радиус кривизны одного электрода существенно меньше межэлектродного расстояния), как мы увидели из картины распределения напряженности, возможно существование электрического поля со следующими особенностями:

При такой конфигурации электрического поля образуется электрический пробой воздуха, локализованный в небольшой области вблизи провода и не перекрывающий межэлектродный промежуток (см. фото). Такой незавершенный электрический разряд называется коронным разрядом[1, 2], а электрод, вблизи которого он образуется – коронирующим электродом [2].

В межэлектродном промежутке с коронным разрядом выделяется две зоны [1]: зона ионизации(или чехол разряда) и зона дрейфа:

В зоне ионизации, как можно догадаться из названия, протекают ионизационные процессы – ударная ионизация и фотоионизация, и образуются ионы разных знаков и электроны. Электрическое поле, присутствующее в межэлектродном пространстве, воздействует на электроны и ионы, из-за чего электроны и отрицательные ионы (при наличии) устремляются к коронирующему электроду, а положительные ионы вытесняются из зоны ионизации и поступают в зону дрейфа.

В зоне дрейфа, на которую приходится основная часть межэлектродного промежутка (все пространство промежутка за исключением зоны ионизации), ионизационные процессы не протекают. Здесь распределяется множество дрейфующих под действием электрического поля (в основном в направлении пластинчатого электрода) положительных ионов.

За счет направленного движения зарядов (положительные ионы замыкают ток на пластинчатый электрод, а электроны и отрицательные ионы — на коронирующий электрод) в промежутке протекает электрический ток, ток коронного разряда [2, 3].

В атмосферном воздухе в зависимости от условий положительный коронный разряд может принимать одну из форм [1]: лавинную или стримерную. Лавинная форма наблюдается в виде равномерного тонкого светящегося слоя, покрывающего гладкий электрод (например, провод), выше было фото. Стримерная форма наблюдается в виде тонких светящихся нитевидных каналов (стримеров), направленных от электрода и чаще возникает на электродах с острыми неровностями (зубья, шипы, иглы), фото ниже:

Как и в случае с искровым разрядом, побочным эффектом протекания любой формы коронного разряда в воздухе (из-за наличия ионизационных процессов) является выработка вредных газов – озона и оксидов азота.

Эксперимент #3

Наблюдение положительного лавинного коронного разряда. Коронирующий электрод – проволочный, положительное питание;

L = 11 мм = 1.1см; R1 = 0.05 мм = 0.005см

Свечение разряда:

Процесс коронирования (появился электрический ток) начался при U = 6.5кВ, при этом поверхность проволочного электрода начала равномерно покрываться тонким слабосветящимся слоем и появился запах озона. В этой светящейся области (чехле коронного разряда) и сосредоточены ионизационные процессы. При увеличении напряжения наблюдалось увеличение интенсивности свечения и нелинейный рост тока, а при достижении U = 17.1кВ произошло перекрытие межэлектродного промежутка (коронный разряд перешел в искровой разряд).

Вольт-амперная характеристика:

U, кВ I, 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 перекрытие
Эксперимент #4

Наблюдение отрицательного коронного разряда. Поменяем местами провода электропитания электродной системы (отрицательный провод к проволочному электроду, положительный провод – к пластинчатому). Коронирующий электрод – проволочный, отрицательное питание;

L = 11 мм; R1 = 0.05 мм = 0.005 см.

Свечение:

Коронирование началось при U = 7.5кВ. Характер свечения отрицательной короны существенно отличался от свечения положительной короны: теперь на коронирующем электроде возникали отдельные пульсирующие светящиеся равноудаленные друг от друга точки. При повышении приложенного напряжения возрастал ток разряда, а также увеличивалось количество светящихся точек и интенсивность их свечения. Запах озона ощущался сильней, чем при положительной короне. Искровой пробой промежутка произошел при U = 18.5кВ.

Вольт-амперная характеристика:

U, кВ I, 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 перекрытие
Эксперимент #5

Наблюдение положительного стримерного коронного разряда. Заменим в электродной системе проволочный электрод на пилообразный электрод и вернем полярность электропитания в исходное состояние. Коронирующий электрод – зубчатый, положительное питание;

L = 11 мм = 1.1см;

Свечение:

Процесс коронирования начался при U = 5.5кВ, при этом на остриях коронирующего электрода появились тонкие светящиеся каналы (стримеры), направленные в сторону пластинчатого электрода. По мере увеличения напряжения размер и интенсивность свечения этих каналов, а также коронный ток увеличивался. Запах озона ощущался примерно как при положительной лавинной короне. Переход коронного разряда в искровой разряд произошел при U = 13кВ.

Вольт-амперная характеристика:

U, кВ I, мкА
0 0
5.5 1
6 3
7 10
8 20
9 35
10 60
11 150
12 300
12.9 410
13 перекрытие

Как было видно из экспериментов, геометрические параметры коронирующего электрода, а также полярность питания существенно влияют на закономерность изменения тока от напряжения, величину напряжения зажигания разряда, величину напряжения пробоя промежутка. Это не все факторы, влияющие на режим протекания коронного разряда, вот более полный список[1,2,3,4]:

Далее в статье будет идти речь только о положительном лавинном коронном разряде, так как такой разряд характеризуется относительно низким количеством вырабатываемых токсичных газов [3,4]. Данная форма разряда менее эффективна для электрической очистки воздуха в сравнении с отрицательным коронным разрядом [3,4] (отрицательная корона повсеместно применяется в промышленных аппаратах по очистке дымовых газов перед их выбросом в атмосферу).

Электрическая очистка воздуха: принцип работы

Принцип электрической очистки заключается в следующем: воздух с взвешенными частицами загрязнений (частицы пыли и/или дыма и/или тумана) пропускается со скоростью Vв.п. через межэлектродный промежуток, в котором поддерживается коронный разряд (в нашем случае положительный).

Частицы пыли сначала электрически заряжаются в поле коронного разряда (положительно), а затем притягиваются к отрицательно заряженным пластинчатым электродам за счет действия электрических сил.

Зарядка частиц

Дрейфующие положительные ионы, имеющиеся в большом количестве в межэлектродном коронирующем промежутке, сталкиваются с частицами пыли, из-за чего частицы приобретают положительный электрический заряд. Процесс зарядки выполняется в основном за счет двух механизмов [1,2,4] – ударной зарядки дрейфующими в электрическом поле ионами и диффузионной зарядки ионами, участвующими в тепловом движении молекул. Оба механизма действуют одновременно, но первый более существенен для зарядки крупных частиц (размерами более микрометра), а второй – для более мелких частиц [1,2,4]. Важно отметить, что при интенсивном коронном разряде скорость диффузионной зарядки значительно ниже ударной [4].

Процессы зарядки [1]

Процесс ударной зарядки протекает в потоке ионов, движущихся от коронирующего электрода под действием электрического поля. Ионы, оказавшиеся слишком близко к частице, захватываются последней за счет молекулярных сил притяжения, действующих на коротких расстояниях (в том числе сила зеркального отображения, обусловленная взаимодействием заряда иона и наведенного за счет электростатической индукции противоположного заряда на поверхности частицы).

Механизм диффузионной зарядки выполняется ионами, участвующими в тепловом движении молекул. Ион, оказавшийся достаточно близко к поверхности частицы, захватываются последней за счет молекулярных сил притяжения (в том числе силой зеркального отображения), поэтому вблизи поверхности частицы образуется пустая область, где ионы отсутствуют:

Из-за образовавшейся разности концентраций возникает диффузия ионов к поверхности частицы (ионы стремятся занять пустую область), и в результате эти ионы оказываются захваченными.

При любом механизме по мере накопления частицей заряда, на находящиеся вблизи частицы ионы начинает действовать отталкивающая электрическая сила (заряд частицы и ионов одного знака), поэтому скорость зарядки будет со временем снижаться и в некоторый момент прекратится совсем [1,4]. Этим объясняется существование предела зарядки частицы.

Величина заряда, полученного частицей в коронирующем промежутке, зависит от следующих факторов:

Способность частицы к зарядке определяется параметрами частицы [2,4] (в первую очередь размер, а также электрофизические характеристики). Электрические параметры в месте нахождения частицы определяются режимом коронного разряда и удаленностью частицы от коронирующего электрода [1,3,4].

Дрейф и осаждение частиц

В межэлектродном пространстве коронирующей электродной системы присутствует электрическое поле, поэтому на частицу, получившую какой-либо заряд, сразу начинает действовать [1,2,3,4] сила Кулона Fк, из-за чего частица начинает смещаться в направлении осадительного электрода – возникает скорость дрейфа W:

Значение силы Кулона пропорционально заряду частицы и напряженности электрического поля в месте ее нахождения [1,2,4]:

Из-за движения частицы в среде возникает [1,2] сила сопротивления Fс, зависящая от размеров и формы частицы, скорости ее движения, а также вязкости среды, поэтому нарастание скорости дрейфа ограничивается. Известно [1]: скорость дрейфа крупной частицы в поле коронного разряда пропорциональна напряженности электрического поля и квадрату ее радиуса, а мелкой – пропорциональна напряженности поля.

Спустя какое-то время частица достигает поверхности осадительного электрода, где удерживается за счет следующих сил [4]:

Эти силы противодействуют воздушному потоку, стремящемуся сорвать частицу. Частица выведена из воздушного потока.

Как можно заметить, коронирующий промежуток электродной системы выполняет следующие необходимые для электрической очистки функции:

Поэтому электрический режим коронного разряда существенно влияет на эффективность очистки. Известно [4], что процессу электроочистки способствует увеличение мощности, затрачиваемой коронным разрядом – увеличение разности потенциалов, приложенной к электродам и/или силы тока разряда. Из ВАХ межэлектродного промежутка, рассмотренной ранее, видно, что для этого необходимо поддерживать предпробойное значение разности потенциалов (кроме того видно, что это непростая задача).

Некоторые факторы могут оказывать существенное влияние на процесс электрической очистки:

Электродные системы электрических фильтров

По мере удаления от коронирующего электрода по направлению вдоль пластин, значение напряженности поля снижается. Условно выделим в межэлектродном промежутке активную область, в пределах которой напряженность поля принимает существенные значения; за пределами этой области необходимые для электрической очистки процессы неэффективны из-за недостаточной напряженности.

Сценарий движения частицы загрязнения на практике может отличаться от описанного ранее: например, частица так и не достигнет осадительного электрода (а), или осажденная частица может по каким-то причинам оторваться (б) от осадительного электрода с последующим уносом воздушным потоком:

Очевидно, что для достижения высоких показателей качества очистки необходимо, чтобы выполнялись условия:

Напрашивается предположение, что следующие меры должны приводить к повышению качества очистки:

Наибольший интерес, конечно, вызывает возможность повышения скорости дрейфа. Как было ранее отмечено, она в основном определяется величиной напряженности электрического поля и зарядом частицы, поэтому для обеспечения ее максимальных значений необходимо поддерживать интенсивный коронный разряд, а также обеспечить достаточное время пребывания (не менее 0,1с [2,3]) частицы в активной области промежутка (чтобы частица успела получить значительный заряд).

Величина скорости воздушного потока (при постоянном размере активной области) определяет время пребывания частицы в активной области промежутка, и, следовательно, время, отпущенное на процесс зарядки и время, отпущенное на процесс дрейфа. Кроме того, чрезмерное увеличение скорости приводит [3] к возникновению явления вторичного уноса – к вырыванию осажденных частиц с осадительного электрода. Выбор скорости потока является компромиссом, так как снижение скорости приводит к падению объемной производительности аппарата, а значительное увеличение – к резкому ухудшению качества очистки. Обычно скорость в электрофильтрах составляет [1,3] около 1 м/с (может находиться в пределах 0,5…2,5 м/с).

Увеличение длины S осадительного электрода не сможет оказать значительного положительного эффекта, так как в удлиненной части межэлектродного промежутка за пределами условной активной области (большое удаление от коронирующего электрода) напряженность электрического поля и, следовательно, скорость дрейфа частицы будет мала:

Установка дополнительного коронирующего электрода в удлиненной части значительно улучшит ситуацию, но для бытового устройства это решение может вызвать проблемы с выработкой токсичных газов (из-за увеличения суммарной протяженности коронирующего электрода):

Аппараты с таким расположением электродов известны как многопольные электрофильтры [4] (в данном случае двухпольный электрофильтр) и применяются в промышленности для очистки больших объемов газов.

Уменьшение межэлектродного расстояния (L → *L) приведет к уменьшению пути (*A < A), который необходимо преодолеть частице, чтобы достигнуть осадительного электрода:

Из-за сокращения межэлектродного расстояния будет снижена разность потенциалов U, из-за чего уменьшится и размер активной области межэлектродного промежутка. Это приведет к сокращению времени, отпущенного на процесс зарядки и процесс дрейфа частицы, что в свою очередь может привести к снижению качества очистки (особенно для мелких частиц, обладающих низкой способностью к зарядке). Кроме того, уменьшение расстояния приведет к сокращению площади поперечного сечения активной зоны. Решить проблему сокращения площади можно параллельной установкой такой же электродной системы:

Аппараты с таким расположением электродов известны как многосекционные электрофильтры[4] (в данном случае двухсекционный) и применяются в промышленных установках. У данной конструкции увеличена протяженность коронирующего электрода, что может вызвать проблемы с выработкой токсичных газов.

Гипотетический высокоэффективный электрический фильтр, наверное, содержал бы некоторое количество электрический полей и секций очистки:

Каждая поступившая в этот многосекционный многопольный электрофильтр частица успевала бы получить максимально возможный заряд, так как в аппарате обеспечивается активная область зарядки большой протяженности. Каждая заряженная частица достигала бы поверхности осадительного электрода, так как в аппарате обеспечена активная область осаждения большой протяженности и уменьшено расстояние, которое необходимо преодолеть частице, чтобы осесть на электроде. Аппарат без труда справлялся бы и с высокой запыленностью воздуха. Но такая компоновка электродов из-за большой суммарной длины коронирующих электродов будет вырабатывать недопустимо большое количество токсичных газов. Поэтому подобная конструкция совершенно непригодна для использования в устройстве, предназначенном для очистки воздуха, который будет использоваться людьми для дыхания.

В начале статьи была рассмотрена электродная система, состоящая из двух параллельных пластин. Она обладает очень полезными свойствами в случае ее применения в бытовом электрофильтре:

Благодаря этим свойствам использование данной электродной системы в электрическом фильтре может обеспечить эффективное осаждение заряженных частиц без наработки вредных газов.

Заменим в двухпольной электродной системе второй коронирующий проволочный электрод на пластинчатый электрод:

Процесс очистки воздуха в модифицированной электродной системе немного отличается – теперь он протекает в 2 стадии: сначала частица проходит коронирующий промежуток с неоднородным полем (активная область 1), где получает электрический заряд, затем поступает в промежуток с однородным электростатическим полем (активная область 2), который обеспечивает дрейф заряженной частицы к осадительному электроду. Таким образом, можно выделить две зоны: зона зарядки (ионизатор) и зона осаждения (осадитель), поэтому данное решение и получило название — двухзонный электрофильтр [2,3]. Пробойная прочность межэлектродного промежутка осадительной зоны выше [1,2] пробойной прочности промежутка зоны зарядки, поэтому к ней приложено большее значение разности потенциалов U2, что обеспечивает большее значение напряженности электрического поля в этой зоне (активная область 2). Пример: рассмотрим два промежутка с одинаковым межэлектродным расстоянием L=30мм: с коронирующим электродом и с пластинчатым электродом; пробойное значение средней напряженности для промежутка с неоднородным полем не превышает 10кВ/см [1]; пробойная прочность промежутка с однородным полем составляет около 28кВ/см, (более, чем в 2 раза выше). 

Увеличение напряженности поля будет способствовать повышению качества очистки, так как сила, обеспечивающая дрейфа заряженных частиц пыли, пропорциональна ее значению. Что примечательно, электродная система зоны осаждения почти не потребляет электроэнергию. Кроме того, так как поле однородное, по всей длине зоны (по ходу движения воздуха) напряженность будет принимать одинаковое значение. Благодаря этому свойству можно увеличить длину электродов осадительной зоны:

В результате увеличится длина активной области осаждения (активная область 2), что обеспечит увеличение времени, отпущенного на процесс дрейфа. Это будет способствовать повышению качества очистки (особенно для мелких частиц, обладающих низкой скоростью дрейфа).

В электродную систему можно внести еще одно усовершенствование: увеличить количество электродов в осадительной зоне:

Это приведет к уменьшению межэлектродного расстояния осадительной зоны, в результате чего:

Например, пробойная напряженность при межэлектродном расстоянии L=30мм составляет около 28кВ/см, а при L=6мм – около 32кВ/см, что на 14% выше.

Протяженность активной области 2 по ходу движения воздуха при этом, что важно, не уменьшится. Поэтому увеличение количества электродов в осадителе тоже будет способствовать повышению качества очистки.

В конечном счете, мы пришли к двухзонной электродной системе, обладающей высоким качеством очистки от взвешенных частиц, даже мелких, улавливание которых вызывает наибольшие трудности (низкая способность к зарядке и, следовательно, низкое значение скорости дрейфа) при низком уровне вырабатываемых токсичных газов (при условии использования положительной лавинной короны). Конструкция имеет и недостатки: при высокой количественной концентрации пыли возникнет явление запирания короны, что может привести к значительному снижению эффективности очистки. Как правило, воздух жилых помещений не содержит такого количества загрязнений, поэтому такой проблемы возникнуть не должно. Благодаря неплохому сочетанию характеристик устройства с аналогичными электродными системами успешно применяются для тонкой очистки воздуха в помещениях.

По возможности в следующей части будут выложены материалы по конструкции и сборке в домашних условиях полноценного двухзонного электростатического очистителя воздуха.

Огромная благодарность Яне Жировой за предоставленную фотокамеру: без нее качество фото- и видеоматериалов было бы значительно хуже, а фото коронного разряда вообще бы отсутствовали.

  1. Электрофизические основы техники высоких напряжений. И.П.Верещагин, Ю.Н. Верещагин. – М.: Энергоатомиздат, 1993г.;
  2. Очистка промышленных газов электрофильтрами. В.Н. Ужов. – М.: Издательство «Химия», 1967г.;
  3. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов. Г.М.-А. Алиев. – М.: Металлургия, 1986г.;
  4. Промышленная очистка газов: Пер. с англ. – М., Химия, 1981г.

Автор: Назаров Михаил

Воспользуйтесь нашими услугами

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

integral-russia.ru

Электростатический очиститель воздуха: панацея или вред

Любое жилище имеет огромное количество «генераторов» бытовой пыли, среди которых сам человек, мягкая мебель, книги и мягкие игрушки занимают первое место. И чтобы человек не придумывал, все равно пыль производится и ни чего с этим не поделаешь.

В процессе «технической революции» и наполнения наших домов электрическими приборами стали замечать, что некоторые электроприборы имеют свойство притягивать пыль. Исследуя эту особенность, учеными и был разработан электростатический воздухоочиститель. Этот достаточно простой и эффективный прибор стал очень популярен во всем мире и о нем пойдет речь в этой публикации.

Принцип действия и конструкция очистителя

Принцип работы электростатического очистителя воздуха достаточно прост: на электроде создается коронирующий заряд, который производит ионы с определенным зарядом. Заряженные ионы начинают двигаться в сторону противоположно заряженного электрода захватывая по пути молекулы воздуха, пыль, бактерии и пр. После чего все ионы и загрязнения, получившие заряд оседают на электроде, а очищенный воздух поступает обратно в комнату.

Конструктивно, такие очистители состоят из:

В некоторых моделях электростатических воздухоочистителей установлен вентилятор для повышения производительности и для прокачки воздушной смеси через дополнительные ступени фильтрации, если таковые предусмотрены.

к оглавлению ↑

Достоинства и недостатки

Основным достоинством таких воздухоочистителей является эффективность очистки воздушных масс от загрязнений, размером менее 1 мкр., при минимальном расходе электроэнергии. Мощность бытовых электростатических очистителей воздуха редко когда превышает 25-45 Вт. Кроме этого, еще одним немаловажным фактором в поддержку использования таких очистителей, можно считать тот факт, что электростатический фильтр не нуждается в замене: время от времени его необходимо снимать и промывать в теплой воде. Воздухоочиститель без сменных фильтров значительно снижает затраты на его эксплуатацию. Если модель очистителя не оснащена вентилятором, то в ней нет движущихся частей, а это значит, что она полностью бесшумна. Это еще один большой плюс электростатическим очистителям.

Теперь немного о недостатках. Почему немного – потому что их действительно всего один, но достаточно серьезный. В процессе работы, такой аппарат производит не только ионы с определенным знаком заряда, а и озон, который является сильнейшим окислителем.

Этот газ в малой концентрации обладает потрясающими обеззараживающими свойствами. Неконтролируемое превращение кислорода в озон может привести к достаточно серьезным последствиям. Наиболее пагубное влияние озон оказывает на:

В нашей стране озон отнесет к вредным веществам с высшим классом опасности. ПДК содержания озона в воздухе для населенных пунктов составляет 0,03 мг/м3.

к оглавлению ↑

Правила выбора электростатического воздухоочистителя

В связи со сравнительной дороговизной этого прибора, многие наши соотечественники задают вопрос о том, как его сделать своими руками. Электростатический очиститель воздуха своими руками, конечно изготовить можно и в этом нет ничего сложного: если немного покопаться, в сети можно найти массу схем, инструкций и даже книг. (Одна из них называется «Домашний практик», выпуск 7)

Несмотря на высокое напряжение, можно избежать поражения электрическим токомни, выполняя элементарные требования по технике безопасности. Но, контролировать производство озона в домашних условиях очень сложно или даже практически невозможно. Ввиду высочайшей токсичности озона, мы не рекомендуем собирать электростатический воздухоочиститель своими силами.

Если производитель нее указывает данных по выделению озона, то на такой очиститель не стоит обращать внимание, каким бы привлекательным по стоимости оно ни было.

>>> Все про аренду авто на Кипре

ventilationpro.ru

Фильтр электростатический

Характеристика электростатического фильтра воздуха

Электростатический фильтр своими руками. Вряд ли кто-то удивиться, если сказать человеку, что воздух в городах и на некотором расстоянии от них является грязным и вредным для человека. Хотя существуют установленные нормы загрязнения воздуха, совокупность существующих производств нередко превышают эти нормы, а в особых случаях управляющие предприятиями заведомо не соблюдают законодательные акты. К этому их могут принудить сотрудники санэпидемстанции.

Но даже без этого концентрация вредных веществ в воздухе может быть катастрофически большой. Чтобы как-то снизить воздействие вредных веществ, создаются специальные очистительные устройства. Одним из таких устройств является плазменный ионизатор или по-другому — статический фильтр, который защищает от пыли и мелких частиц вплоть до 0.01мкм. Его применяют в промышленности, как признанные самыми эффективными.

Каким принципом действия обладает электрический статический фильтр

Принцип действия основан на ионизировании частиц пыли при помощи магнитного поля и притягивании, этих частиц, к специальным пластинам. Этому методу уже более 100 лет, хотя, конечно же, мощность данных установок с тех пор многократно возросла. Со временем электрический статический фильтр скапливает большое количество пыли, в результате чего необходимо поменять или отчистить фильтр. В бытовых установках это необходимо делать вручную, а в промышленных вариантах применяются специальные автоматические установки.

Область применения данных фильтров широка, как никогда начиная от мелкобытовых устройств и заканчивая огромными заводами и другими промышленными предприятиями. Например, широко применяется электрический статический фильтр на ТЭЦ где необходимо сжигать уголь или на химических предприятиях, где побочным продуктом производства могут оказаться вредные газы. На ТЭЦ из-за сжигания угля, всегда присутствует повышенное содержание золы.

В целом если смотреть шире, то практически на всех предприятиях, работающих по принципу сжигания каких-либо материалов (мусоросжигающие или мазутосжигающие) устанавливают электростатические фильтры. Дело в том, что во время горения в атмосферу выделяется огромное количество вредных веществ. Чтобы атмосфера не загрязнялась необходимо проводить фильтрацию. В химическом производстве фильтры используются несколько иначе.

Конечно, они продолжают выполнять охранительную функцию, но также они улавливают полезные в производстве вещества для возврата их в цепь производства.

Хотя может показаться, что очистка до 65% воздуха является плохим показателем среди всех остальных форм очистки, он является очень высоким при относительной дешевизне. Огромным достоинством является легкое обслуживание, что положительно влияет на снижение расходов. Следующим положительным качеством является возможность очистки очень маленьких частиц, в связи с чем, область и назначение применения весьма широки.

Главный же недостаток установки: при работе он генерирует озон. Хотя это неопасно в малых количествах в случае превышения норм необходимо его заменить. Вторым недостатком можно назвать неполную очистку, в связи, с чем необходимо подходить к очистительным мероприятия ответственно и создавать многоступенчатые системы.

На данный момент — это один из наиболее перспективных методов очистки и постоянно ведется работа над улучшением характеристик плазменных ионизаторов.

ampersite.ru

Электростатический очиститель воздуха своими руками

Экология потребления. Наука и техника: В какой-то момент времени во мне воспылал энтузиазм к постройке бытового электростатического очистителя воздуха (электрофильтра). Предлагаю познакомиться с принципами работы этих устройств.

В какой-то момент времени во мне воспылал энтузиазм к постройке бытового электростатического очистителя воздуха (электрофильтра). Предлагаю познакомиться с принципами работы этих устройств.

Зачем нужен очиститель

Содержащиеся в воздухе мелкие пылевые частицы PM10 и PM2.5 способны проникать в наш организм при дыхании: бронхи, легкие и даже попадать в кровоток.

По данным всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) загрязнение воздуха такими частицами несет серьезную опасность для здоровья: воздействие воздуха с высоким содержанием таких частиц (превышение по PM2.5 среднегодовой концентрации 10мкг/куб.м и среднесуточной 25мкг/куб.м; превышение по PM10 среднегодовой 20мкг/куб.м и среднесуточной 50мкг/куб.м) повышает риск возникновения респираторных заболеваний, заболеваний сердечнососудистой системы и некоторых онкологических заболеваний, загрязнение уже отнесено к 1 группе канцерогенов.

Высокотоксичные частицы (содержащие свинец, кадмий, мышьяк, бериллий, теллур, и др., а также радиоактивные соединения) представляют опасность даже при небольших концентрациях. 

На фото коронный разряд, используемый в электростатических очистителях воздуха

Самый простой шаг к снижению негативного воздействия пыли на организм – установка эффективного очистителя воздуха в спальном помещении, где человек проводит около трети времени.  

Источники пыли

Крупными природными поставщиками пыли являются извержения вулканов, океан (испарение брызг), природные пожары, эрозия почв (например, пыльные бури: г.Забол, Ирак), землетрясения и различные обвалы грунта, пыльца растений, споры грибов, процессы разложения биомассы и др. К антропогенным источникам относятся процессы сжигания ископаемых (энергетика и промышленность), транспортирование хрупких/сыпучих материалов и погрузочные работы (см. порт «Восточный» г.Находка, порт «Ванино» Хабаровский кр.), дробление материалов (добыча ископаемых, производство стройматериалов, сельхоз промышленность), механическая обработка, химические процессы, термические операции (сварка, плавка), эксплуатация транспортных средств (выхлоп двигателей внутреннего сгорания, истирание шин и дорожного покрытия).

Наличие пылевых частиц в помещениях обусловлено поступлением загрязненного наружного воздуха, а также присутствием внутренних источников: разрушение материалов (одежда, белье, ковры, мебель, стройматериалы, книги), приготовление пищи, жизнедеятельность человека (частички эпидермиса, волосы), плесневелые грибы, клещи домашней пыли и др.

 

Доступные очистители воздуха

Для снижения концентрации частиц пыли (в том числе самых опасных – размером менее 10мкм) доступны бытовые приборы, работающие на следующих принципах:

Метод механической фильтрации является самым распространенным. Принципы улавливания частиц этими фильтрами здесь уже были описаны. Для улавливания тонких твердых частиц используются высокоэффективные (более 85%) волокнистые фильтрующие элементы (стандарты EPA, HEPA). Такие устройства хорошо справляются со своей задачей, но имеют и некоторые недостатки: 

Из-за высокого сопротивления разработчики таких очистителей вынуждены обеспечить большую площадь фильтрующего элемента, использовать мощные, но при этом малошумные вентиляторы, избавляться от щелей в корпусе устройства (так как даже небольшой подсос воздуха в обход фильтрующего элемента значительно снижает эффективность очистки прибора). Ионизатор воздуха при работе электрически заряжает взвешенные в воздухе помещения частицы пыли, из-за чего последние под действием электрических сил осаждаются на пол, стены, потолок или предметы в помещении. Частицы остаются в помещении и могут вернуться во взвешенное состояние, поэтому решение не выглядит удовлетворительным. Кроме того, прибор значительно изменяет ионный состав воздуха, при этом воздействие такого воздуха на людей на данный момент изучено недостаточно.

Работа электростатического очистителя основана на том же принципе: поступающие внутрь прибора частицы сначала электрически заряжаются, затем притягиваются электрическими силами к специальным пластинам, заряженным противоположным зарядом (все это происходит внутри прибора). При накоплении слоя пыли на пластинах выполняется чистка. Эти очистители обладают высокой эффективностью (более 80%) улавливания частиц разных размеров, низким гидравлическим сопротивлением, и не требуют периодической замены расходных элементов. Имеются и недостатки: выработка некоторого количества токсичных газов (озон, оксиды азота), сложная конструкция (электродные сборки, высоковольтное электропитание), необходимость периодической чистки осадительных пластин.

 

Требования к очистителю воздуха

При применении рециркуляционного очистителя воздуха (такой очиститель засасывает воздух из помещения, фильтрует, а затем возвращает в помещение) обязательно должны учитываться характеристики прибора (однопроходная эффективность, объемная производительность) и объем целевого помещения, иначе прибор может оказаться бесполезным.

Американской организацией AHAM для этих целей был разработан показатель CADR, учитывающий однопроходную эффективность очистки и объемную производительность очистителя, а также способ вычисления необходимого CADR для заданного помещения. Здесь уже есть неплохое описание этого показателя.

AHAM рекомендует использовать очиститель со значением CADR большим или равным пятикратному обмену объема помещения в час. Например, для комнаты площадью 20 кв.м и высотой потолка 2,5м показатель CADR должен составлять 20 * 2.5 * 5 = 250 куб.м/час (или 147CFM) или более.

Также очиститель при работе не должен создавать какие-либо вредные факторы: превышение допустимых значений уровня шума, превышение допустимых концентраций вредных газов (в случае использования электрофильтра).

 

Однородное электрическое поле

Из курса физики мы помним, что вблизи тела, обладающего электрическим зарядом, образуется электрическое поле [2]. 

Силовой характеристикой поля является напряженность E [Вольт/м или кВ/см]. Напряженность электрического поля – векторная величина (имеет направление). Графически изображать напряженность принято силовыми линиями (касательные к точкам силовых кривых совпадают с направлением вектора напряженности в данных точках), величина напряженности характеризуется густотой этих линий (чем более густо расположены линии – тем большее значение принимает напряженность в этой области).  Рассмотрим простейшую систему электродов, представляющую из себя две параллельные металлические пластины, находящиеся друг от друга на расстоянии L, к пластинам приложена разность потенциалов напряжением U с источника высокого напряжения: L= 11мм = 1.1см;

U = 11кВ (киловольт; 1киловольт = 1000вольт);

 

На рисунке показано примерное расположение силовых линий. По густоте линий видно, что в большей части пространства межэлектродного промежутка (за исключением области вблизи кромок пластин) напряженность имеет одинаковое значение. Такое равномерное электрическое поле называется однородным [2, 3, 4]. Значение напряженности в пространстве между пластинами для этой электродной системы можно вычислить из простого уравнения [1, 2.]: 

Значит, при напряжении 11кВ напряженность составит 10кВ/см. В данных условиях атмосферный воздух, заполняющий пространство между пластинами, является электрическим изолятором (диэлектриком), то есть не проводит электрический ток, поэтому в электродной системе ток протекать не будет. Проверим это на практике.

 

На самом деле воздух совсем немного проводит ток

Оборудование для экспериментов

Эксперимент #1

Две параллельные пластины, однородное электрическое поле;  L = 11мм = 1.1см; 

U = 11…22кВ.

 

По показаниям микроамперметра видно, что электрический ток действительно отсутствует. Ничего не изменилось и при напряжении 22кВ, и даже при 25кВ (максимальном для моего источника высокого напряжения).

Вольт-амперная характеристика: 

U, кВ E, кВ/см I, мкА
0 0 0
11 10 0
22 20 0
25 22.72 0
Электрический пробой воздушного промежутка

Сильное электрическое поле способно превратить воздушный промежуток в электрический проводник – для этого необходимо, чтобы его напряженность в промежутке превысила некоторую критическую (пробойную) величину. Когда это происходит, в воздухе с высокой интенсивностью начинают протекать ионизационные процессы: в основном ударная ионизация и фотоионизация, что приводит к лавинообразному росту количества свободных носителей зарядов – ионов и электронов. В какой-то момент времени образуется проводящий канал (заполненный носителями зарядов), перекрывающий межэлектродный промежуток, по которому начинает течь ток (явление называется электрическим пробоем или разрядом). В зоне протекания ионизационных процессов имеют место химические реакции (в том числе диссоциация молекул, входящих в состав воздуха), что приводит к выработке некоторого количества токсичных газов (озон, оксиды азота).

Ионизационные процессы [1, 2]

Ударная ионизация

Свободные электроны и ионы различных знаков, всегда имеющиеся в атмосферном воздухе в небольшом количестве, под действием электрического поля будут устремляться в направлении электрода противоположной полярности (электроны и отрицательные ионы – к положительному, положительные ионы–к отрицательному).

Некоторые из них будут по пути сталкиваться с атомами и молекулами воздуха.

В случае, если кинетическая энергия движущихся электронов/ионов оказывается достаточной (а она тем выше, чем выше напряженность поля), то при столкновениях из нейтральных атомов выбиваются электроны, в результате чего образуются новые свободные электроны и положительные ионы.

В свою очередь новые электроны и ионы будут также ускоряться электрическим полем и некоторые из них будут способны таким образом ионизировать другие атомы и молекулы. Так количество ионов и электронов в межэлектродном пространстве начинает лавинообразно увеличиваться.

Фотоионизация 

Атомы или молекулы, получившие при столкновении недостаточное для ионизации количество энергии, испускают ее в виде фотонов (атом/молекула стремится вернуться в прежнее стабильное энергетическое состояние). Фотоны могут быть поглощены каким-либо атомом или молекулой, что может также привести к ионизации (если энергия фотона достаточна для отрыва электрона). Для параллельных пластин в атмосферном воздухе критическую величину напряженности электрического поля можно вычислить из уравнения [1]: 

Для рассматриваемой электродной системы критическая напряженность (при нормальных атмосферных условиях) составляет около 30,6кВ/см, а напряжение пробоя –33,6кВ. К сожалению, мой источник высокого напряжения не может выдать более 25кВ, поэтому для наблюдения электрического пробоя воздуха пришлось уменьшить межэлектродное расстояние до 0,7см (критическая напряженность 32.1кВ/см; напряжение пробоя 22,5кВ).

 

Эксперимент #2

Наблюдение электрического пробоя воздушного промежутка. Будем повышать приложенную к электродам разность потенциалов до возникновения электрического пробоя.  L = 7мм = 0.7см;

U = 14…25кВ.

 

Пробой промежутка в виде искрового разряда наблюдался при напряжении 21,5кВ. Разряд испускал свет и звук (щелчок), стрелки измерителей тока отклонялись (значит, что электрический ток протекал). При этом в воздухе ощущался запах озона (такой же запах, например, возникает при работе УФ-ламп во время кварцевания помещений в больницах).

Вольт-амперная характеристика: 

U, кВ E, кВ/см I, мкА
0 0 0
14 20 0
21 30 0
21.5 30.71 пробой

Неоднородное электрическое поле

Заменим в системе электродов положительный пластинчатый электрод на тонкий проволочный электрод диаметром 0.1мм (т.е. R1=0.05мм), также расположенный параллельно отрицательному пластинчатому электроду. В этом случае в пространстве межэлектродного промежутка при наличии разности потенциалов образуется неоднородное [2, 4] электрическое поле: чем ближе точка пространства к проволочному электроду – тем выше значение напряженности электрического поля. На рисунке ниже представлена примерная картина распределения:

Для наглядности можно построить более точную картину распределения напряженности — проще это сделать для эквивалентной электродной системы, где пластинчатый электрод заменен на трубчатый электрод, расположенный коаксиально коронирующему электроду: 

Для этой электродной системы значения напряженности в точках межэлектродного пространства можно определить из простого уравнения [1, 2]:   

На рисунке ниже представлена рассчитанная картина для значений: R1 = 0.05мм = 0.005см;  R2 = 11мм = 1.1см;  U = 5кВ; 

Линии характеризуют значение напряженности на данном удалении; значения соседних линий отличаются на 1кВ/см.

 

Из картины распределения видно, что в большей части межэлектродного пространства напряженность изменяется незначительно, а вблизи проволочного электрода, по мере приближения к нему, резко возрастает.

 

Коронный разряд

В электродной системе провод-плоскость (или подобной, в которой радиус кривизны одного электрода существенно меньше межэлектродного расстояния), как мы увидели из картины распределения напряженности, возможно существование электрического поля со следующими особенностями:   

При такой конфигурации электрического поля образуется электрический пробой воздуха, локализованный в небольшой области вблизи провода и не перекрывающий межэлектродный промежуток (см. фото). Такой незавершенный электрический разряд называется коронным разрядом[1, 2], а электрод, вблизи которого он образуется – коронирующим электродом [2].

В межэлектродном промежутке с коронным разрядом выделяется две зоны [1]: зона ионизации(или чехол разряда) и зона дрейфа:

 

В зоне ионизации, как можно догадаться из названия, протекают ионизационные процессы – ударная ионизация и фотоионизация, и образуются ионы разных знаков и электроны. Электрическое поле, присутствующее в межэлектродном пространстве, воздействует на электроны и ионы, из-за чего электроны и отрицательные ионы (при наличии) устремляются к коронирующему электроду, а положительные ионы вытесняются из зоны ионизации и поступают в зону дрейфа.  В зоне дрейфа, на которую приходится основная часть межэлектродного промежутка (все пространство промежутка за исключением зоны ионизации), ионизационные процессы не протекают. Здесь распределяется множество дрейфующих под действием электрического поля (в основном в направлении пластинчатого электрода) положительных ионов. 

За счет направленного движения зарядов (положительные ионы замыкают ток на пластинчатый электрод, а электроны и отрицательные ионы — на коронирующий электрод) в промежутке протекает электрический ток, ток коронного разряда [2, 3].

В атмосферном воздухе в зависимости от условий положительный коронный разряд может принимать одну из форм [1]: лавинную или стримерную. Лавинная форма наблюдается в виде равномерного тонкого светящегося слоя, покрывающего гладкий электрод (например, провод), выше было фото. Стримерная форма наблюдается в виде тонких светящихся нитевидных каналов (стримеров), направленных от электрода и чаще возникает на электродах с острыми неровностями (зубья, шипы, иглы).

Как и в случае с искровым разрядом, побочным эффектом протекания любой формы коронного разряда в воздухе (из-за наличия ионизационных процессов) является выработка вредных газов – озона и оксидов азота.  

Эксперимент #3

Наблюдение положительного лавинного коронного разряда. Коронирующий электрод – проволочный, положительное питание;  L = 11 мм = 1.1см; 

R1 = 0.05 мм = 0.005см

Свечение разряда:

Процесс коронирования (появился электрический ток) начался при U = 6.5кВ, при этом поверхность проволочного электрода начала равномерно покрываться тонким слабосветящимся слоем и появился запах озона. В этой светящейся области (чехле коронного разряда) и сосредоточены ионизационные процессы. При увеличении напряжения наблюдалось увеличение интенсивности свечения и нелинейный рост тока, а при достижении U = 17.1кВ произошло перекрытие межэлектродного промежутка (коронный разряд перешел в искровой разряд).

Вольт-амперная характеристика: 

U, кВ I, 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 перекрытие

Эксперимент #4

Наблюдение отрицательного коронного разряда. Поменяем местами провода электропитания электродной системы (отрицательный провод к проволочному электроду, положительный провод – к пластинчатому). Коронирующий электрод – проволочный, отрицательное питание;  L = 11 мм; 

R1 = 0.05 мм = 0.005 см.

 

Свечение:  

Коронирование началось при U = 7.5кВ. Характер свечения отрицательной короны существенно отличался от свечения положительной короны: теперь на коронирующем электроде возникали отдельные пульсирующие светящиеся равноудаленные друг от друга точки. При повышении приложенного напряжения возрастал ток разряда, а также увеличивалось количество светящихся точек и интенсивность их свечения. Запах озона ощущался сильней, чем при положительной короне. Искровой пробой промежутка произошел при U = 18.5кВ. 

Вольт-амперная характеристика: 

U, кВ I, 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 перекрытие

Эксперимент #5

Наблюдение положительного стримерного коронного разряда. Заменим в электродной системе проволочный электрод на пилообразный электрод и вернем полярность электропитания в исходное состояние. Коронирующий электрод – зубчатый, положительное питание; 

L = 11 мм = 1.1см; 

 

Свечение:  

Процесс коронирования начался при U = 5.5кВ, при этом на остриях коронирующего электрода появились тонкие светящиеся каналы (стримеры), направленные в сторону пластинчатого электрода. По мере увеличения напряжения размер и интенсивность свечения этих каналов, а также коронный ток увеличивался. Запах озона ощущался примерно как при положительной лавинной короне. Переход коронного разряда в искровой разряд произошел при U = 13кВ. 

Вольт-амперная характеристика: 

U, кВ I, мкА
0 0
5.5 1
6 3
7 10
8 20
9 35
10 60
11 150
12 300
12.9 410
13 перекрытие

Как было видно из экспериментов, геометрические параметры коронирующего электрода, а также полярность питания существенно влияют на закономерность изменения тока от напряжения, величину напряжения зажигания разряда, величину напряжения пробоя промежутка. Это не все факторы, влияющие на режим протекания коронного разряда, вот более полный список[1,2,3,4]:  

Далее в статье будет идти речь только о положительном лавинном коронном разряде, так как такой разряд характеризуется относительно низким количеством вырабатываемых токсичных газов [3,4]. Данная форма разряда менее эффективна для электрической очистки воздуха в сравнении с отрицательным коронным разрядом [3,4] (отрицательная корона повсеместно применяется в промышленных аппаратах по очистке дымовых газов перед их выбросом в атмосферу).  

Электрическая очистка воздуха: принцип работы

Принцип электрической очистки заключается в следующем: воздух с взвешенными частицами загрязнений (частицы пыли и/или дыма и/или тумана) пропускается со скоростью Vв.п. через межэлектродный промежуток, в котором поддерживается коронный разряд (в нашем случае положительный).  

Частицы пыли сначала электрически заряжаются в поле коронного разряда (положительно), а затем притягиваются к отрицательно заряженным пластинчатым электродам за счет действия электрических сил.  

Зарядка частиц

Дрейфующие положительные ионы, имеющиеся в большом количестве в межэлектродном коронирующем промежутке, сталкиваются с частицами пыли, из-за чего частицы приобретают положительный электрический заряд. Процесс зарядки выполняется в основном за счет двух механизмов [1,2,4] – ударной зарядки дрейфующими в электрическом поле ионами и диффузионной зарядки ионами, участвующими в тепловом движении молекул. Оба механизма действуют одновременно, но первый более существенен для зарядки крупных частиц (размерами более микрометра), а второй – для более мелких частиц [1,2,4]. Важно отметить, что при интенсивном коронном разряде скорость диффузионной зарядки значительно ниже ударной [4].

Процессы зарядки [1]

Процесс ударной зарядки протекает в потоке ионов, движущихся от коронирующего электрода под действием электрического поля. Ионы, оказавшиеся слишком близко к частице, захватываются последней за счет молекулярных сил притяжения, действующих на коротких расстояниях (в том числе сила зеркального отображения, обусловленная взаимодействием заряда иона и наведенного за счет электростатической индукции противоположного заряда на поверхности частицы).

Механизм диффузионной зарядки выполняется ионами, участвующими в тепловом движении молекул. Ион, оказавшийся достаточно близко к поверхности частицы, захватываются последней за счет молекулярных сил притяжения (в том числе силой зеркального отображения), поэтому вблизи поверхности частицы образуется пустая область, где ионы отсутствуют: 

 

Из-за образовавшейся разности концентраций возникает диффузия ионов к поверхности частицы (ионы стремятся занять пустую область), и в результате эти ионы оказываются захваченными.  При любом механизме по мере накопления частицей заряда, на находящиеся вблизи частицы ионы начинает действовать отталкивающая электрическая сила (заряд частицы и ионов одного знака), поэтому скорость зарядки будет со временем снижаться и в некоторый момент прекратится совсем [1,4]. Этим объясняется существование предела зарядки частицы. 

Величина заряда, полученного частицей в коронирующем промежутке, зависит от следующих факторов: 

 

Способность частицы к зарядке определяется параметрами частицы [2,4] (в первую очередь размер, а также электрофизические характеристики). Электрические параметры в месте нахождения частицы определяются режимом коронного разряда и удаленностью частицы от коронирующего электрода [1,3,4].  

Дрейф и осаждение частиц

В межэлектродном пространстве коронирующей электродной системы присутствует электрическое поле, поэтому на частицу, получившую какой-либо заряд, сразу начинает действовать [1,2,3,4] сила Кулона Fк, из-за чего частица начинает смещаться в направлении осадительного электрода – возникает скорость дрейфа W:  

Значение силы Кулона пропорционально заряду частицы и напряженности электрического поля в месте ее нахождения [1,2,4]: Из-за движения частицы в среде возникает [1,2] сила сопротивления Fс, зависящая от размеров и формы частицы, скорости ее движения, а также вязкости среды, поэтому нарастание скорости дрейфа ограничивается. Известно [1]: скорость дрейфа крупной частицы в поле коронного разряда пропорциональна напряженности электрического поля и квадрату ее радиуса, а мелкой – пропорциональна напряженности поля. 

Спустя какое-то время частица достигает поверхности осадительного электрода, где удерживается за счет следующих сил [4]: 

 

Эти силы противодействуют воздушному потоку, стремящемуся сорвать частицу. Частица выведена из воздушного потока.

Как можно заметить, коронирующий промежуток электродной системы выполняет следующие необходимые для электрической очистки функции:

 

Поэтому электрический режим коронного разряда существенно влияет на эффективность очистки. Известно [4], что процессу электроочистки способствует увеличение мощности, затрачиваемой коронным разрядом – увеличение разности потенциалов, приложенной к электродам и/или силы тока разряда. Из ВАХ межэлектродного промежутка, рассмотренной ранее, видно, что для этого необходимо поддерживать предпробойное значение разности потенциалов (кроме того видно, что это непростая задача). 

Некоторые факторы могут оказывать существенное влияние на процесс электрической очистки: 

Электродные системы электрических фильтров

По мере удаления от коронирующего электрода по направлению вдоль пластин, значение напряженности поля снижается. Условно выделим в межэлектродном промежутке активную область, в пределах которой напряженность поля принимает существенные значения; за пределами этой области необходимые для электрической очистки процессы неэффективны из-за недостаточной напряженности.  

Сценарий движения частицы загрязнения на практике может отличаться от описанного ранее: например, частица так и не достигнет осадительного электрода (а), или осажденная частица может по каким-то причинам оторваться (б) от осадительного электрода с последующим уносом воздушным потоком:  

Очевидно, что для достижения высоких показателей качества очистки необходимо, чтобы выполнялись условия:  

Напрашивается предположение, что следующие меры должны приводить к повышению качества очистки:  

Наибольший интерес, конечно, вызывает возможность повышения скорости дрейфа. Как было ранее отмечено, она в основном определяется величиной напряженности электрического поля и зарядом частицы, поэтому для обеспечения ее максимальных значений необходимо поддерживать интенсивный коронный разряд, а также обеспечить достаточное время пребывания (не менее 0,1с [2,3]) частицы в активной области промежутка (чтобы частица успела получить значительный заряд). Величина скорости воздушного потока (при постоянном размере активной области) определяет время пребывания частицы в активной области промежутка, и, следовательно, время, отпущенное на процесс зарядки и время, отпущенное на процесс дрейфа. Кроме того, чрезмерное увеличение скорости приводит [3] к возникновению явления вторичного уноса – к вырыванию осажденных частиц с осадительного электрода. Выбор скорости потока является компромиссом, так как снижение скорости приводит к падению объемной производительности аппарата, а значительное увеличение – к резкому ухудшению качества очистки. Обычно скорость в электрофильтрах составляет [1,3] около 1 м/с (может находиться в пределах 0,5…2,5 м/с). 

Увеличение длины S осадительного электрода не сможет оказать значительного положительного эффекта, так как в удлиненной части межэлектродного промежутка за пределами условной активной области (большое удаление от коронирующего электрода) напряженность электрического поля и, следовательно, скорость дрейфа частицы будет мала:

 

Установка дополнительного коронирующего электрода в удлиненной части значительно улучшит ситуацию, но для бытового устройства это решение может вызвать проблемы с выработкой токсичных газов (из-за увеличения суммарной протяженности коронирующего электрода):  

Аппараты с таким расположением электродов известны как многопольные электрофильтры [4] (в данном случае двухпольный электрофильтр) и применяются в промышленности для очистки больших объемов газов. 

Уменьшение межэлектродного расстояния (L → *L) приведет к уменьшению пути (*A < A), который необходимо преодолеть частице, чтобы достигнуть осадительного электрода: 

 

Из-за сокращения межэлектродного расстояния будет снижена разность потенциалов U, из-за чего уменьшится и размер активной области межэлектродного промежутка. Это приведет к сокращению времени, отпущенного на процесс зарядки и процесс дрейфа частицы, что в свою очередь может привести к снижению качества очистки (особенно для мелких частиц, обладающих низкой способностью к зарядке). Кроме того, уменьшение расстояния приведет к сокращению площади поперечного сечения активной зоны. Решить проблему сокращения площади можно параллельной установкой такой же электродной системы:   

Аппараты с таким расположением электродов известны как многосекционные электрофильтры[4] (в данном случае двухсекционный) и применяются в промышленных установках. У данной конструкции увеличена протяженность коронирующего электрода, что может вызвать проблемы с выработкой токсичных газов.

Гипотетический высокоэффективный электрический фильтр, наверное, содержал бы некоторое количество электрический полей и секций очистки:

 

Каждая поступившая в этот многосекционный многопольный электрофильтр частица успевала бы получить максимально возможный заряд, так как в аппарате обеспечивается активная область зарядки большой протяженности. Каждая заряженная частица достигала бы поверхности осадительного электрода, так как в аппарате обеспечена активная область осаждения большой протяженности и уменьшено расстояние, которое необходимо преодолеть частице, чтобы осесть на электроде. Аппарат без труда справлялся бы и с высокой запыленностью воздуха. Но такая компоновка электродов из-за большой суммарной длины коронирующих электродов будет вырабатывать недопустимо большое количество токсичных газов. Поэтому подобная конструкция совершенно непригодна для использования в устройстве, предназначенном для очистки воздуха, который будет использоваться людьми для дыхания. 

В начале статьи была рассмотрена электродная система, состоящая из двух параллельных пластин. Она обладает очень полезными свойствами в случае ее применения в бытовом электрофильтре: 

 

Благодаря этим свойствам использование данной электродной системы в электрическом фильтре может обеспечить эффективное осаждение заряженных частиц без наработки вредных газов. Заменим в двухпольной электродной системе второй коронирующий проволочный электрод на пластинчатый электрод:   

Процесс очистки воздуха в модифицированной электродной системе немного отличается – теперь он протекает в 2 стадии: сначала частица проходит коронирующий промежуток с неоднородным полем (активная область 1), где получает электрический заряд, затем поступает в промежуток с однородным электростатическим полем (активная область 2), который обеспечивает дрейф заряженной частицы к осадительному электроду. Таким образом, можно выделить две зоны: зона зарядки (ионизатор) и зона осаждения (осадитель), поэтому данное решение и получило название — двухзонный электрофильтр [2,3]. Пробойная прочность межэлектродного промежутка осадительной зоны выше [1,2] пробойной прочности промежутка зоны зарядки, поэтому к ней приложено большее значение разности потенциалов U2, что обеспечивает большее значение напряженности электрического поля в этой зоне (активная область 2). Пример: рассмотрим два промежутка с одинаковым межэлектродным расстоянием L=30мм: с коронирующим электродом и с пластинчатым электродом; пробойное значение средней напряженности для промежутка с неоднородным полем не превышает 10кВ/см [1]; пробойная прочность промежутка с однородным полем составляет около 28кВ/см, (более, чем в 2 раза выше). 

Увеличение напряженности поля будет способствовать повышению качества очистки, так как сила, обеспечивающая дрейфа заряженных частиц пыли, пропорциональна ее значению. Что примечательно, электродная система зоны осаждения почти не потребляет электроэнергию. Кроме того, так как поле однородное, по всей длине зоны (по ходу движения воздуха) напряженность будет принимать одинаковое значение. Благодаря этому свойству можно увеличить длину электродов осадительной зоны:

 

В результате увеличится длина активной области осаждения (активная область 2), что обеспечит увеличение времени, отпущенного на процесс дрейфа. Это будет способствовать повышению качества очистки (особенно для мелких частиц, обладающих низкой скоростью дрейфа).  В электродную систему можно внести еще одно усовершенствование: увеличить количество электродов в осадительной зоне:   

Это приведет к уменьшению межэлектродного расстояния осадительной зоны, в результате чего:   

Например, пробойная напряженность при межэлектродном расстоянии L=30мм составляет около 28кВ/см, а при L=6мм – около 32кВ/см, что на 14% выше.

Протяженность активной области 2 по ходу движения воздуха при этом, что важно, не уменьшится. Поэтому увеличение количества электродов в осадителе тоже будет способствовать повышению качества очистки.

Заключение

В конечном счете, мы пришли к двухзонной электродной системе, обладающей высоким качеством очистки от взвешенных частиц, даже мелких, улавливание которых вызывает наибольшие трудности (низкая способность к зарядке и, следовательно, низкое значение скорости дрейфа) при низком уровне вырабатываемых токсичных газов (при условии использования положительной лавинной короны).

Конструкция имеет и недостатки: при высокой количественной концентрации пыли возникнет явление запирания короны, что может привести к значительному снижению эффективности очистки. Как правило, воздух жилых помещений не содержит такого количества загрязнений, поэтому такой проблемы возникнуть не должно. Благодаря неплохому сочетанию характеристик устройства с аналогичными электродными системами успешно применяются для тонкой очистки воздуха в помещениях.

 

Источники

  1. Электрофизические основы техники высоких напряжений. И.П.Верещагин, Ю.Н. Верещагин. – М.: Энергоатомиздат, 1993г.;
  2. Очистка промышленных газов электрофильтрами. В.Н. Ужов. – М.: Издательство «Химия», 1967г.;
  3. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов. Г.М.-А. Алиев. – М.: Металлургия, 1986г.;
  4. Промышленная очистка газов: Пер. с англ. – М., Химия, 1981г. опубликовано econet.ru  Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet

econet.ru


Смотрите также