Ионизатор

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Ионизатор — устройство для получения свободных ионов.

Терминология[править | править вики-текст]

Терминология, укрепившаяся в мировой науке:

Ионы атмосферы были названы А. Л. Чижевским аэроионами,

процесс их возникновения – аэроионизацией,

искусственное насыщение ими воздуха закрытых помещений – аэроионификацией, лечение ими – аэроионотерапией.

Виды ионизаторов[править | править вики-текст]

Ионизаторы работают или на высоком напряжении (несколько тыс. вольт) с коронным разрядом на электродах, или от источника ионизирующего излучения на ультрафиолетовом излучении, или на радиоактивных изотопах. Поток ионов достигает зачастую 1 µA, что соответствует нескольким миллиардам ионов в секунду.

Основными частями аэроионизационных установок являются ионизирующие электроды и источники высоковольтного питания аэроионизаторов, устройства автоматики и техники безопасности. Ионизирующие электроды бывают двух типов: игольчатые (остриевые) и проволочные.

Было создано большое количество аэроионизаторов различных типов, к ним относятся:

- термоэлектронные аэроионизаторы Ф. Г. Портнова и Д. Л. Вильчевского, Я. Ю. Рейнета и др., В. И. Грачева и А. К. Тумана;
- радиоизотопные аэроионизаторы А. Б. Вериго и В. А. Подерни, Ц. И. Штейнбока, «Сигма»;
- радиоактивные аэроионизаторы Института ядерных исследований АН УССР «ИВА 1» и «ИВА 2»;
- фотоэлектрические аэроионизаторы Я. Ю. Рейнета и А. К. Тумана;
- гидродинамические аэроионизаторы (гидроаэроионизаторы) А. А. Микулина, Е. А. Чернявского, Д. К. Пислегина и др.;
- коронные (эффлювиальные) аэроионизаторы Д. П. Соколова, А. Л. Чижевского, «АИР-2», «Рига», «Рязань-101», ЭФА, «Зовуни», «Айна», «Электроника».

Ультрафиолетовые аэроионизаторы[править | править вики-текст]

Ультрафиолетовые аэроионизаторы при различных источниках ультрафиолетового света давали исключительно большое количество озона и окислов азота. Уже через несколько минут после включения кварцевой лампы в воздухе количество вредных газов в десятки и сотни раз превосходит допустимое значение. Для физиологических опытов ультрафиолетовые ионизаторы непригодны.

Гидроионизаторы[править | править вики-текст]

Нельзя путать аэроионы с аэрозолями. Эта грубая ошибка привела к появлению так называемых гидроионизаторов (генераторов электростатически заряженной водяной пыли), не имеющих ничего общего с аэроионизаторами (генераторами ионизированного воздуха). Путаница, обусловленная инженерно-физической некомпетентностью, привела к многим недоразумениям и, в частности, затормозила внедрение метода аэроионизации. Например, в нашей стране широкое применение нашли гидродинамические «аэроионизаторы» типа «Комфорт» (А. А. Микулина), которые вырабатывали большое количество тяжёлых ионов, совершенно не вырабатывали лёгкие отрицательные ионы кислорода воздуха, плохо управлялись, требовали наличия дистиллированной воды и создавали ощущения холода, особенно в зимнее время. В настоящее время так называемые «гидроаэроионизаторы» сняты с производства. Другое дело, когда применяются медикаментозные электроаэрозоли и мелкодисперсное распыление жидкости, но это уже иная область.

Ионизаторы на коронном разряде[править | править вики-текст]

Ионизатор на коронном разряде

Ионизаторы этого типа оснащены заострёнными электродами, которые посредством коронного разряда и электростатической эмиссии образуют ионы в непосредственной близости от электродов. Данные приборы бывают двух типов:

  • нерегулируемые — работают в постоянном режиме и бесконтрольно образуют новые ионы;
  • регулируемые — изменяют напряжение на электродах в зависимости от электрического поля в окружении.

Оба типа ионизаторов применяются как для получения определённого заряда, так и для отвода или предотвращения нежелательных электростатических зарядов. Чтобы получить возможность располагать ионизаторы на возможно большем расстоянии к разряжаемой (заряжаемой) поверхности (до 2 м), они снабжаются воздуходувами (внешними или встроенными) — таким образом, ионизированный воздух, а с ним и электрический заряд, подводится к нужному месту (например, в печатных станках)[1]. Коронарные ионизаторы зачастую выполняются в виде гребёнчатых реек; они получают питание от источников переменного или постоянного тока. При подключении к переменному току подключаются все наконечники гребёнок; при постоянном токе к соседним наконечникам подводят напряжение разных знаков.

В копировальных аппаратах и лазерных принтерах применяется ионизаторы постоянного тока (переменный ток проходит через выпрямители) — в них ионизаторы служат для бесконтактной электростатической зарядки фотовала.

Ионизаторы на излучении[править | править вики-текст]

Ультрафиолетовое излучение, альфа-, бета-, рентгеновское- и гамма-излучения также воспроизводят ионы. Ультрафиолетовые излучатели применялись в медицинских учреждениях для дезинфекции. На сегодняшний день они применяются для очистки питьевой воды, отверждения лаков, смол и полимеров, но основное действие здесь производят не ионы, а фотоны высоких энергий, разрушающие молекулы облучаемого вещества и производящие эффект разрушения поверхностного слоя.

Радиоактивные изотопы (радионуклиды) применяются в ионизационных пожарных датчиках для обнаружения ионов абсорбционных веществ (дымов, аэрозолей); при этом проводимость воздуха измеряется посредством ионизации — проводимость воздуха повышается при наличии в нём органических газов, дымов или аэрозолей.

Применение[править | править вики-текст]

Снятие электростатического напряжения[править | править вики-текст]

Ионизация в домашних приборах[править | править вики-текст]

В продаже доступны сушилки для волос (фены)[2], пылесосы[3], увлажнители воздуха[4], клавиатуры[5] и даже ноутбуки[6] со встроенными ионизаторами, обещающими оказать антистатическое действие.
Ионизация воздуха в жилых помещениях производится в основном биполярными ионизаторами воздуха, что входит в понятие микроклимат помещений.

Коронная обработка полимеров[править | править вики-текст]

Процесс заключается в поверхностном шероховании и активации диэлектрических поверхностей посредством коронного разряда с целью увеличения притяжения и улучшения слипания. После такой обработки, а у некоторых полимеров только после неё, на поверхности может быть нанесено покрытие (ламинирование, покраска, грунтовка и т. п.)

Обработка воздуха и воды[править | править вики-текст]

Очистка воздуха[править | править вики-текст]

Ионизатор воздуха вырабатывает отрицательно заряженные ионы, в то время как застоявшийся (использованный) воздух содержит больше положительных ионов[источник не указан 88 дней]. Аргументация производителей ионизаторов воздуха сводится к тому, что чистый природный воздух содержит больше отрицательных ионов (на природе, особенно в горах, лесах, вблизи водопадов). Пыль, копоть, дым, пыльца растений, бактерии, аллергены и все твёрдые частицы воздуха заряжаются под воздействием ионизатора воздуха и начинают медленно дрейфовать к плюсовому электроду, в качестве которого выступают стены, потолок, пол, где и оседают. Воздух помещений очищается, но все загрязнения придётся удалять со всех окружающих предметов и конструкций, это портит внешний вид комнат и считается недостатком люстр Чижевского. В противовес этому производители приводят следующий аргумент: все то, что оседает на стены, потолок, пол, предметы без ионизатора воздуха, находится в воздухе, и человек это вдыхает. Ионизация воздуха инициирует реакции осаждения зловонных газов и аэрозолей. Так, сосуд, наполненный дымом, внезапно делается совершенно прозрачным, если внести в него острые металлические электроды, соединенные с электрической машиной, а все твёрдые и жидкие частицы будут осаждаться на электродах. Объяснение опыта заключается в следующем: как только между электродами зажигается коронный разряд, воздух внутри трубки сильно ионизируется. Ионы воздуха заряжают частицы пыли. Заряженные частицы пыли движутся под действием поля к электродам, где и оседают.

Согласно санитарно-гигиеническим нормам допустимых уровней ионизации воздуха (СанПиН 2.2.4.1294-2003 от 15 июня 2003 года), минимально допустимая концентрация ионов в воздухе производственных и общественных помещений должна составлять 400 положительных или 400 отрицательных ионов на см³ воздуха. Максимальная же концентрация регламентируется на уровне 50 000 положительных или 50 000 отрицательных ионов на см³ воздуха. Для создания и поддержания необходимого аэроионного состава воздуха используют ионизаторы воздуха.

Люстра Чижевского[править | править вики-текст]

Советский биофизик А. Л. Чижевский экспериментально установил факт противоположного физиологического действия положительных и отрицательных ионов в воздухе на живые организмы, применил искусственную аэроионификацию. Впоследствии Чижевским был создан электронный прибор — аэроионификатор, повышающий концентрацию отрицательных аэроионов кислорода в воздухе. В настоящее время, в честь изобретателя, этот прибор называют «люстрой Чижевского» (по конструкции прибор напоминает люстру и предназначен для подвешивания на потолок). Следует отметить отрицательное отношение А. Л. Чижевского о целесообразности производства некоторых типов аэроионизаторов, применяемых для медицинских и гигиенических целей. Учёный писал: «Для создания лёгких аэроионов кислорода воздуха, благотворно влияющих на людей и очищающих воздух населённых помещений, ни в коем случае не могут быть использованы многочисленные ионизаторы, предлагаемые разными изобретателями. Для этих целей совершенно непригодны гидроионы, а также ионы, получаемые в результате действия на молекулы воздуха опасных для здоровья радиоактивных или ионизирующих излучений». Только А. Л. Чижевский проводил медицинские, ветеринарные и сельскохозяйственные опыты с электроэффлювиальной люстрой, скрупулёзно подсчитывая вырабатываемое количество лёгких и тяжёлых аэроионов.

В качестве генератора аэроионов А. Л. Чижевским ещё в 1931 г. была предложена конструкция электроэффлювиальной люстры. Принципиальная схема его сравнительно проста. Рабочим органом служит электроэффлювиальная (от греч. «эффлювий» – истекаю) люстра, соединенная с высоковольтным источником отрицательной полярности. Люстра представляет собой лёгкий металлический обод, на котором натянута по двум перпендикулярным осям проволока. Она образует часть сферы – сетку, выступающую вниз. В узлах сетки припаиваются иглы (длиной до 50 мм и толщиной до 1 мм). Степень их заточенности должна быть максимальной, так как истечение тока с острия увеличивается, а возможность образования озона уменьшается. Для эффективной генерации аэроионов подаваемое напряжение отрицательной полярности должно быть не ниже 25 кВ. Для обеспечения безопасности ток на люстре должен быть ниже 0,03 А (на выходе перед люстрой ставится ограничивающее сопротивление 1ГОм).

Очистка воды[править | править вики-текст]

Ультрафиолетовые излучатели применяются в процессе подготовки питьевой воды для очистки воды от органических примесей и бактерий, но это не имеет прямого отношения к ионизации.

Очистка воды в бассейне[править | править вики-текст]

Американская компания «Clear Wagner Enviro Technologies» разработала систему минеральной обработки, позволяющую значительно снизить применение химических реагентов при дезинфекции воды в бассейне. В основе минеральной обработки лежит принцип насыщения проточной воды ионами меди и серебра, оказывающими воздействие на водоросли, вирусы и болезнетворные бактерии.

Система очистки состоит из микропроцессорного блока управления и набора электродов, изготовленных из сплава меди и серебра и расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.

Вода проходит через специальную проточную камеру с расположенными в ней электродами. Блок управления генерирует на электродах низковольтное постоянное напряжение. Электрический ток заставляет атомы на поверхности электродов отдавать свои электроны и превращает их в положительно заряженные ионы. Ионы, увлекаемые потоком воды, попадают в бассейн, где и происходит очистка. Микропроцессор контролирует количество ионов, поступающих в воду в зависимости от выбранного уровня ионизации. Периодическая смена полярности напряжения обеспечивает равномерный износ электродов.

Ионы меди и серебра, попавшие в воду, химически активны и потому разрушают находящиеся там живые микроорганизмы. Медь уничтожает водоросли, а серебро — вирусы и бактерии, обеспечивая длительную, нетоксичную очистку и препятствуя повторному заражению. Ионы остаются в воде до тех пор, пока не выпадут в осадок или не вступят в нерастворимые соединения с водорослями и бактериями, которые затем осядут на фильтрах. Ионизатор, непрерывно инжектирующий ионы, восполнит их потери.

Массообменные процессы[править | править вики-текст]

Ионизация может ускорять или, наоборот, замедлять массообменные процессы. Так, если контактирующие вещества заряжены разноименно — процесс ускоряется, в то время, как при одноимённом заряде — тормозится. Этот эффект нашёл широкое применение, например, в электрофотографии, очистке продуктов сгорания от частиц сажи, для интенсификации процесса копчения и т. п.


См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Rudi Riedl, Dieter Neumann, Jürgen Teubner: Technologie des Offsetdrucks. Seite 283. 1.Auflage. VEB Fachbuchverlag Leipzig. Leipzig 1989, ISBN 3-343-00527-4
  2. Фен с ионизатором (рус.)(недоступная ссылка — история). ezzz.ru. — Фен с ионизатором призван подарить волосам женщины блеск, мягкость, послушность и здоровый вид. Проверено 15 августа 2012.
  3. Пылесосы SAMSUNG EcoDrive: аллергики, налетай! (рус.). idh.ru. — В пылесос встроен ионизатор воздуха. Проверено 15 августа 2012. Архивировано из первоисточника 18 августа 2012.
  4. Что стоит знать о такой технике, как увлажнитель воздуха с ионизатором: цена, виды и качество? (рус.). Maxwell-products.ru (25 мая 2012). — Некоторые увлажнители воздуха снабжаются специальными ионизаторами, которые насыщают воздух отрицательно заряженными ионами. Проверено 15 августа 2012. Архивировано из первоисточника 18 августа 2012.
  5. Архивная продукция! Проводная мультимедийная Anti-RSI клавиатура A4Tech KAS-15 (рус.). A4Tech. — Слим-клавиатура A4Tech KA(S)-15 с ионизатором воздуха (маленькое отверстие в центре клавиатуры) позволяет обогатить воздух специальными анионами. Проверено 15 августа 2012. Архивировано из первоисточника 18 августа 2012.
  6. CeBIT 2008: ECOlution и другие инновации MSI (рус.). 3DNews Daily Digital Digest (13 марта 2008). — Модель ноутбука MSI PR620 (MSI Anion) имеет уникальный встроенный ионизатор воздуха вкупе с системой пылепоглощения. Проверено 15 августа 2012.

Литература[править | править вики-текст]