RU201277U1

RU201277U1 - Электростатический фильтр

Info

Publication number: RU201277U1
Application number: RU2020131076U
Authority: RU
Inventors: Андрей Валентинович Балуев; Владимир Геннадьевич Юртаев; Борис Викторович Мызников
Original assignee: Андрей Валентинович Балуев; Владимир Геннадьевич Юртаев; Борис Викторович Мызников
Priority date: 2020-09-22
Filing date: 2020-09-22
Publication date: 2020-12-07

Abstract

Полезная модель относится к технике кондиционирования и очистки воздуха в бытовых и производственных условиях, а именно к электростатическим фильтрам для очистки воздуха, включающим в себя корпус, содержащий входное окно, выходное окно, фильтр и вентилятор, в корпусе образована камера облучения, имеющая блок электростатической зарядки, блок осаждения заряженных частиц. Устройство может эффективно быть использовано для очистки воздуха от твердых частиц, спор, микроорганизмов, атомов, молекул и ионов многих вредных веществ в системах вентиляции и помещениях. Согласно полезной модели внутренняя поверхность корпуса и камеры облучения покрыта материалом, отражающим световое излучение, а внутри корпуса перед выходным поглотительным воздуховодом расположены эмиттер и осадительный электрод, соединенный с заземлением через источник напряжения, при этом осадительный электрод, эмиттер и поглотительные воздуховодные лабиринтные экраны выполнены из материала или покрыты материалом, химически инертным по отношению к веществам атмосферного воздуха и имеющего работу выхода электрона менее или равно 3,10 эВ у материала эмиссионного электрода и более 6 эВ у покрытия осадительных электродов и внутренней поверхности корпуса. Эмиттер может быть выполнен в виде игольчатых, проволочных, порошковых и других видов структур, имеющих минимальный радиус кривизны поверхности, что позволяет значительно уменьшить эффективную работу выхода электрона. Осадительный электрод имеет отверстия для прохождения воздуха. Поскольку осадительный электрод заземлен, то устройство обогащает проходящие через него воздух отрицательными аэроионами, вследствие того, что поверхность Земли заряжена отрицательно. Достигаемый технический результат – повышение эффективности очистки, обеззараживания и повышения качества обработанного воздуха за счет нейтрализации вредных положительно заряженные легких и тяжелых аэроионов воздуха и очищение его от пыли и спор.

Description

Полезная модель относится к технике кондиционирования и очистки воздуха в бытовых и производственных условиях, а именно к электростатическим фильтрам для очистки воздуха, включающим в себя корпус, содержащий входное окно, выходное окно, фильтр и вентилятор, в корпусе образована камера облучения, имеющая блок электростатической зарядки, блок осаждения заряженных частиц. Устройство может эффективно быть использовано для очистки воздуха от твердых частиц, спор, микроорганизмов, атомов, молекул и ионов многих вредных веществ в системах вентиляции и помещениях.

Уровень техники.

Из уровня техники известен электростатический фильтр для очистки воздуха, включающий в себя корпус, содержащий входное окно, выходное окно, фильтр и вентилятор, в корпусе образована камера облучения, имеющая блок электростатической зарядки, блок осаждения заряженных частиц. (см. патент RU №125894, опубликован 20.03.2013 г.). В нем описано устройство для очистки воздуха, содержащее блок электростатической зарядки с коронирующими и установленными параллельно воздушному потоку пластинчатыми заземленными электродами и блок осаждения заряженных частиц, представляющий собой корпус, в полости которого установлен фильтрующий элемент, выполненный из пористого нетканого материала, состоящего из микронных и субмикронных синтетических волокон, обладающих дипольным моментом. Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению и взято за прототип к предлагаемому изобретению.

Недостатком вышеописанного устройства, как и всех подобных, является создание поля коронного разряда для приобретения заряда взвешенных в воздухе частиц, что также является следствием озонирования очищаемого воздуха и вторичной ионизации кислорода воздуха. Озонация и вторичная ионизация кислорода воздуха создают вредные и некомфортные условия пребывания человека и животных в обрабатываемом помещении.

То есть проблемой, на решение, которой направлена настоящая полезная модель, является повышение качества обработанного воздуха за счет полного отсутствия озонирования воздуха, качественной очистки воздуха от твердых частиц, спор, микроорганизмов, атомов, молекул и ионов многих вредных веществ, а также обеззараживание воздуха в системах вентиляции и помещениях.

Раскрытие полезной модели.

Настоящая полезная модель, главным образом, имеет целью предложить электростатический фильтр для очистки воздуха, включающий в себя корпус, содержащий входное окно, выходное окно, фильтр и вентилятор, в корпусе образована камера облучения, имеющая блок электростатической зарядки, блок осаждения заряженных частиц, позволяющий сгладить, по меньшей мере, один из указанных выше недостатков, а именно обеспечить повышение эффективности очистки, обеззараживания и повышения качества обработанного воздуха за счет нейтрализации вредных положительно заряженные лёгких и тяжелых аэроионов воздуха и очищение его от пыли и спор, что и является поставленной технической задачей. То есть задача - не допустить озонирования кислорода воздуха и расширить область применения электростатического фильтра за счет применения специально подобранных материалов для электродов блока электростатической зарядки и электродов блока осаждения заряженных частиц, а также применения вентилятора для принудительного прохождения воздуха через электростатический фильтр.

Для достижения этой цели внутри корпуса находятся источник светового излучения и воздуховодные поглотительные лабиринты, при этом внутренняя поверхность камеры облучения покрыта материалом, отражающим световое излучение, причем электроды блока электростатической зарядки, и электроды блока осаждения заряженных частиц выполнены из материалов, химически инертных по отношению к веществам атмосферного воздуха и имеющих работу выхода электрона (А_В) менее или равную 3,10 эВ у материала покрытия электродов блока электростатической зарядки, а у покрытия электродов блока осаждения заряженных частиц и внутренней поверхности камера облучения АВ более 6 эВ.

В общем в качестве материала покрытия внутренней поверхности поглотительных воздуховодных лабиринтов используются материалы, поглощающие УФ излучение, в частности: карбид титана, карбид гафния, гексаборид лантана и т.д. (см. таблицу 1.).

Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность использовать внешний фотоэффект для эмиссии электронов с эмиттера и для зарядки и перезарядки твердых частиц, спор, микроорганизмов, атомов, молекул и ионов многих вредных веществ и использовать низкое напряжение на электродах электростатического фильтра, которое не будет приводить к образованию озона. а многократное отражение светового излучения от внутренних поверхностей камеры повышает эффективность внешнего фотоэффекта.

Это дает повышение эффективности очистки, обеззараживания и повышения качества обработанного воздуха за счет нейтрализации вредных положительно заряженные лёгких и тяжелых аэроионов воздуха и очищение его от пыли и спор. Это достигается, в частности, вследствие того, что в установке для увеличения эмиссии электронов с отрицательного электрода кроме разности потенциалов, подаваемые на электроды, используется также внешний фотоэффект и подбираются химически инертные материалы с минимальной работой выхода электрона, что позволяет значительно понижать рабочее напряжение у электродов электростатического пылеулавливателя.

Ионизация достигается за счет эмиссии электронов под действием фотоэффекта и подачи напряжения на электроды, необходимым условием которого являются электроды со специально подобранными характеристиками, которые подсвечиваются специальной лампой с максимумом излучения в интервале от 400 нм до 420 нм, что соответствует энергии квантов 2,95-3,10 эВ, приходящейся на фиолетовую часть спектра видимого света. В частности, в качестве источника света можно использовать различные светодиодные лампы. Ионизированные частицы, молекулы, атомы и ионы заряжаются и перезаряжаются от эмиссионного электрода, оседают и разряжаются на положительно заряженном электроде. Возможен также вариант использования безозоновых ультрафиолетовых ламп, выполненных с максимумом коротковолнового ультрафиолетового излучения при 253,7 нм, что соответствует энергии кванта света 4,9 эВ, и снабженных колбой, состоящей из стекла, отфильтровывающего спектральную линию в 185 нм, то есть квантов при взаимодействии, с которыми образуется озон.

Повышение эффективности обеззараживания и повышение качества обработанного воздуха происходит также за счет нейтрализации вредных, положительно заряженных аэроионов и того, что микроорганизмы относятся к кумулятивным фотобиологическим приемникам, а, следовательно, бактерицидная эффективность обеззараживания воздуха пропорциональна времени облучения и, в конечном счете, определяется дозой облучения. В данной полезной модели это достигается за счет многократного отражения ультрафиолетового излучения от внутренних поверхностей камеры.

Эмиттер может быть выполнен в виде игольчатых, проволочных, порошковых и других видов структур, имеющих минимальный радиус кривизны поверхности, что позволяет значительно уменьшить работу выхода электрона.

Осадительный электрод имеет отверстия для прохождения воздуха.

Работа выхода электрона в вакууме при фотоэффекте рассчитывается из формул,

где hν – энергия кванта,

кинетическая энергия электрона.

Для нормальных атмосферных условий hν может быть меньше на величину сродства к электрону молекул кислорода, углекислого газа и воды, то есть на 0,44 эВ, 0,51 эВ, 0,8 эВ соответственно. Например, карбид гафния может уже ионизироваться при 1,6 эВ в сродстве эмиссионных электронов с молекулами кислорода, образовывая отрицательные аэроионы кислорода воздуха.

Отличием съёмного электростатического фильтра от аналогов является то, что эмиссия электронов с отрицательного электрода осуществляется в основном за счет фотоэффекта и исполнение эмиттера и осадительного электрода фильтра. Эмиттер выполнен из материала или его поверхность покрыта материалом, у которого значение работы выхода электрона менее или равно 3,10 эВ, например титан, покрытый карбидом титана, а осадительные положительные электроды выполнены из материала или их поверхность покрыта материалом, у которого значение работы выхода электрона существенно более 6 эВ, в частности хорошими характеристиками обладает алюминий, покрытый AL₂O₃ А_В= 7,35 эВ.. При таких значениях Al₂O₃не поглощает, а отражает максимум излучения с энергией квантов 4,9 эВ, а также на нем не происходит вторичной эмиссии электронов.

Эмиссионные электроды должны быть химически инертны по отношению к веществам атмосферного воздуха. Использование таких материалов при производстве электродов позволяет использовать фотоэффект и тем самым значительно снизить вольтаж источника постоянного тока, используемого для ионизации и фильтрации воздуха, а также снизить или исключить озонацию воздуха и его вторичную ионизацию.

Для покрытия эмиттера подходят материалы, представленные в таблице 1.

Таблица 1.

Материал	A_В(эВ)
Карбид гафния (HfC)	2,04
Диборид скандия (ScB₂)	2,30 - 2,90
Карбид ниобия (NbC)	2,24
Карбид тантала (TaC)	3,03-3,10
Карбид титана (TiC) 2,35-3,1 (порошкообразный)	2,35-3,10
Оксид титана (TiO)	2,96-3,10
Диборид вольфрама (WB₂)	2,62
Карбид циркония (ZrC) (порошкообразный)	2,20 -3,05
Карбид вольфрама (W₂C)	2,60
Гексаборид церия (CeB₆)	2,59
Гексаборид скандия (ScB₆)	2,96
Гексаборид гадолиния (GdB₆)	2,05
Гексаборид иттрия (YB₆)	2,22
Гексаборид лантана (LaB₆)	2,68
Гексаборид стронция (SrB₆)	2,96

Существует вариант исполнения полезной модели, в котором источник светового излучения выполнен с возможностью создания максимума излучения в интервале от 400 нм до 420 нм.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность максимально улучшить очистные характеристика устройства.

Существует вариант исполнения полезной модели, в котором источник светового излучения выполнен в виде безозоновой ультрафиолетовой лампы, выполненной с максимумом коротковолнового ультрафиолетового излучения при 253,7 нм, что соответствует энергии кванта света 4,9 эВ, и снабженной колбой, выполненной стекла, отфильтровывающего спектральную линию в 185 нм, то есть квантов при взаимодействии с которыми образуется озон

Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность исключить озонацию воздуха.

Существует вариант исполнения полезной модели, в котором блок электростатической зарядки соединен с источником напряжения через регулятор напряжения.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность регулировать напряжение.

Существует вариант исполнения полезной модели, в котором внутренняя поверхность камеры облучения и поверхность осадительного электрода покрыта алюминием.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность использовать дешевый и доступный материал с необходимыми характеристиками. Алюминий обладает хорошей способностью отражать ультрафиолетовое излучение, вследствие того, что у Al₂O₃ А_В= 7,35 эВ, а максимально возможная энергия квантов в камере облучения равна 6,3 эВ.

Существует еще один вариант исполнения полезной модели, в котором в качестве материала покрытия эмиссионного электрода выбран материал, имеющий работу выхода электрона менее или равно 3,1 эВ.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется альтернативная возможность максимально использовать для ионизации энергию квантов видимого света и ультрафиолетового излучения, уменьшающуюся в процессе отражения и частичного поглощения. Например, для карбида гафния от 4,9 эВ до 2,04 эВ, что соответствует оранжевой части спектра видимого света.

Существует, кроме того, и такой вариант исполнения полезной модели, в котором качестве материала покрытия электродов блока электростатической зарядки выбран один из следующих материалов: диборид скандия, карбид ниобия, карбид титана, окись титана, диборид вольфрама, карбид гафния, гексаборид церия, гексаборид скандия, гексаборид гадолиния, гексаборид иттрия, гексаборид лантана, гексаборид стронция.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется альтернативная возможность использовать материалы химически инертные, не токсичные, с проверенными характеристиками, некоторые из них относительно дешевые, например, карбид титана, гексаборид церия, гексаборид иттрия и диборид вольфрама.

Существует и такой вариант исполнения полезной модели, в котором в качестве материала электродов блока электростатической зарядки выбран титан или другой стойкий метал, а в качестве материала покрытия электродов блока электростатической зарядки выбран один из следующих материалов: карбид титана, гексаборид церия, гексаборид иттрия, гексаборид лантана и диборид вольфрама.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется альтернативная возможность наиболее эффективной эмиссии электронов с отрицательных электродов по сравнению с другими материалами.

Существует и такой вариант исполнения полезной модели, в котором покрытие электродов блока электростатической зарядки выполнено из материала, применяемого для покрытия фотокатодов с большим квантовым выходом и с нанесением на него тонкой пленкой химически инертного вещества, прозрачного для УФ, видимой и ближней инфракрасной областей спектра, имеющего квантовый выход (Ɣ) от 0,05 до 0,5. К примеру, покрытие фотокатода, выполненное из Cs₃Sb с длиной волны 620-720 нм, квантовый выход (Ɣ) от 0,2 до 0,25; покрытие фотокатода, выполненное из К₂CsSb – длина волны 650-700 нм, квантовый выход от 0,3 до 0,4; покрытие фотокатода, выполненное из GaAsP-Cs длинна волны 680 нм, квантовый выход 0,5.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность использовать материалы, применяемые для покрытия фотокатодов, в том числе с отрицательным сродством к электрону (О.С.Э.) с квантовым выходом (Ɣ) значительно превосходящим Ɣ у других полупроводников, что позволяет генерировать относительно большой ток эмиссионных электронов. В качестве защитной плёнки эмиттера можно использовать кварцевые стекла КО1; органические проводящие полимеры: полиацетилен, полипиррол, полианилин, поликарбазол и другие хорошо изученные полимеры, используемые в солнечных элементах. Установлено, что ванадиевые стекла обладают электронной проводимостью – ионную проводимость установить не удалось. В качестве плёнки можно использовать золото, толщиной плёнки 5 нм, у которой спектральный коэффициент пропускания квантов с длиной волны от 253,6 нм до 643,8 нм находится в пределах от 0,542 до 0,690.

Существует и такой вариант исполнения полезной модели, в котором качестве защитной плёнки электродов блока электростатической зарядки выбран один из следующих материалов: золото, осмий, родий, рутений, серебро, толщиной пленки меньшей или равной 5 нм.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется альтернативная возможность использования материалов.

Существует и такой вариант исполнения полезной модели, в котором внутри корпуса располагается увлажнитель, то есть емкость с открытой поверхностью.

Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность значительного увеличения эмиссии электронов с эмиттера, поскольку при адиабатическом расширении водяного пара он охлаждается и становится пересыщенным с дальнейшим образованием капелек тумана на центрах конденсации: твердых частицах, спорах, микроорганизмах и ионах. Этот туман хорошо ионизирует эмиттер, так как сродство к электрону поверхности капелек воды равно 6 эВ.

Краткое описание чертежей.

Другие отличительные признаки и преимущества полезной модели ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:

- фиг. 1 изображает устройство электростатического фильтра и схему подключения устройства через электрическую сеть общего назначения

- фиг. 2 изображает съемный осадительный электрод,

- фиг. 3 изображает график поля в зависимости от расстояния от эмитирующей поверхности.

На фигурах обозначено:

1 – корпус

2 – камера облучения

3 – входное окно

4 – выходное окно

5 – входной воздуховодный лабиринт

6 – выходной воздуховодный лабиринт

7 – вентилятор

8 – эмиттер

9 - фильтр

10 – источник светового излучения

11 – осадительный электрод

12 – источник напряжения

13 – воздуховодные отверстия осадительного электрода

Согласно фигуре 1 электростатический фильтр, включает в себя корпус 1, в котором образована камера облучения 2, внутренняя поверхность которой покрыта материалом, отражающее световое излучений, воздуховодные лабиринты 5 и 6, вентилятор 7, блок электростатической зарядки (эмиттер) 8, фильтр 9, источник светового излучения 10, блок осаждения заряженных частиц (осадительный электрод) 11 и источник напряжения 12.

Внутренняя поверхность камеры облучения 2 покрыта материалом, отражающим световое излучение, а внутри корпуса 1 расположен эмиттер 8, соединенный с заземлением или выводом в наружную среду через источник напряжения 12, при этом эмиттер 8, осадительный электрод 11, воздуховодные лабиринты 5 и 6 внутренняя поверхность которых покрыта материалом, химически инертным по отношению к веществам атмосферного воздуха и имеющего работу выхода электрона равную или менее 3,1 эВ у покрытия эмиссионных электродов, а у покрытия внутренней поверхности камеры облучения и у поверхности осадительного электрода более 6 эВ.

Эмиттер 8 и осадительный электрод соединены с корпусом 1 и камерой облучения 2 через изоляторы.

Внутренняя поверхность камеры облучения может быть покрыта алюминием.

В качестве материала покрытия эмиттера может быть выбран один из следующих материалов: карбид гафния, диборид скандия, карбид ниобия, карбид тантала, карбид титана (порошкообразный), оксид титана, диборид вольфрама, карбид циркония (порошкообразный), карбид вольфрама, гексаборид церия, гексаборид скандия, гексаборид гадолиния, гексаборид иттрия, гексаборид лантана, гексаборид стронция,

Осадительный электрод может быть выполнен из алюминия.

Для регулярного обслуживания корпус 1 устройства выполнен разборным, а осадительный электрод съёмным.

Осуществление полезной модели.

Фильтр электростатический работает следующим образом. (Приводится не ограничивающий применения полезной модели пример работы устройства).

Этап 1. Забираемый из помещения через входное окно 3 воздух очищается от пыли в фильтре очистки воздуха общего назначения 9.

Этап 2. Далее он проходит через входные воздуховодные лабиринты 5.

Этап 3. Воздух поступает в камеру облучения 2 и происходит через эмиттер, где молекулы кислорода, углекислого газа и воды, а также твердые частицы, споры, микроорганизмы, атомы, молекулы и ионы многих вредных веществ заряжаются и перезаряжаются эмиссионными электронами.

Этап 4. Далее заряженные и перезаряженные эмиссионными электронами твердые частицы, споры, микроорганизмы, атомы, молекулы и ионы многих вредных веществ разряжаются и адсорбируются на осадительном электроде, а молекулы кислорода, углекислого газа и воды становятся нейтральными.

Этап 5. Очищенный воздух проходит через выходные воздуховодные лабиринты 6 и под действием вентилятора 7 направляется в помещение.

Входные и выходные воздуховодные лабиринты 5 и 6 препятствуют попаданию ультрафиолетового излучения в помещение, что позволяет во время работы электростатического фильтра находиться в помещении людям.

Промышленная применимость.

Электростатический фильтр может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения. Возможность осуществления специалистом на практике следует из того, что для каждого признака, включённого в формулу полезной модели на основании описания, известен материальный эквивалент, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для полезной модели, а также критерию «полнота раскрытия» для полезной модели.

Предлагаемое устройство имеет также дополнительные преимущества, выраженные в том, что:

1. В устройстве за счет фотоэффекта генерируется дополнительная Э.Д.С. примерно равная hν/ē, где hν берется в электронвольтах. Эта Э.Д.С. остается и при отключённом источнике напряжении на электродах, но при включенных ультрафиолетовых лампах.

2. Генерируется дополнительная Э.Д.С. между противоположными остриями эмиттера за счет эффекта увлечения свободных носителей заряда фотонами. Установлено, что если вдоль стержня из полупроводника проходит пучок излучения, то в этом стержне в продольном направлении возникнет фото Э.Д.С., создающая разность потенциалов V.

V= -W₀/cen,

где W₀ мощность излучения в пучке на единицу площади,

n - концентрация электронов,

е – заряд электрона,

с - скорость света.

3. Бактерицидная эффективность предлагаемой полезной модели значительно выше, чем у ультрафиолетовых бактерицидных рециркуляторов при условии использовании УФ лампы в качестве источника светового излучения. Уничтожение микроорганизмов происходит на осадительном электроде, что значительно увеличивает время нахождения микроорганизмов под действием УФ излучения и отрицательных аэроионов.

4. Поскольку осадительный электрод заземлен, то устройство обогащает проходящие через него воздух отрицательными аэроионами, вследствие того, что поверхность Земли заряжена отрицательно.

Потребляемая мощность устройства зависит главным образом от мощности источника света и мощности вентилятора.

У встроенного электростатического пылеулавливателя напряжение тока от 36 В до 220 В, в зависимости от вариантов компоновки. В качестве заземления, в помещениях, можно использовать заземление электрической сети общего назначения, если оно присутствует.

Электрический ток эмиссионных электронов, генерируемых эмиттером, составляет от 1 мкА до 15 мкА, в зависимости от регулировки. Источником постоянного напряжения могут служить как автономные источники - первичные источники тока, аккумуляторные батареи, так и электрическая сеть общего назначения. Материал заземления, контактирующего с внешней средой, выбирается из соображения инертности и максимального сродства к электрону, в частности, алюминий с оксидной пленкой Al₂O₃ с А_В = 7,35 эВ для атмосферы и медь, никель или платина для контакта с поверхностью земли или воды.

Спектральный коэффициент отражения Al с оксидной пленкой Al₂O₃ ближнего УФ излучения с энергией квантов от 3,10 эВ до 4,9 эВ и видимого света находится в пределах от 0,80 до 0,93. Кроме того, коэффициент отражения в видимой и ближней УФ областях велик и лишь малая часть поглощается материалом.

Квантовым выходом (Ɣ) называется число эмитированных электронов в расчете на один фотон, падающих на поверхность тела.

В видимой и ближней УФ областях Ɣ меньше или равно 0,001 электрон/фотон. С учетом многократного отражения в данной установке квантовый выход Ɣ значительно увеличивается, а принимая во внимание подачу отрицательного потенциала на электроды, Ɣ повышается еще больше, в зависимости от величины напряжения.

Энергия сродства к электрону положительна у молекулы кислорода и равна 0,44 эВ, у молекулы воды равна 0,8 эВ, а у углекислого газа равна 0,51 эВ и отсутствует или отрицательна у аргона и азота, поэтому устойчивые отрицательные аэроионы могут быть только у молекул кислорода, воды и углекислого газа при присоединении эмиссионных электронов, что и используется в данной полезной модели.

При отсутствии электрического поля, распределение потенциала U вблизи поверхности металла имеет форму гиперболы (1), (Рис 1.), что связано с действием сил электрич. притяжения, называемых также силами зеркального изображения (при покидании электроном эмиттера в твёрдом теле индуцируется заряд, являющийся его зеркальным изображением). При наложении внешнего однородного электрического поля напряжённостью E, потенциальный барьер изображается кривой (2), (Рис 1.) и работа выхода уменьшается на ΔΦ=e3/2E1/2 (е – заряд электрона). Последнее выражение для металлов применимо при E<107 В/м, когда начинается автоэлектронная эмиссия. Если источником электронного тока служит накалённый катод, то за счёт Шоттки эффекта (Ш. э.) сила тока возрастает от I0 до I=I0exp(e3/2E1/2/kT), где T – температура катода, k – постоянная Больцмана. В случае фотокатода происходят сдвиг порога фотоэффекта в сторону бо́льших длин волн и соответствующий рост фотоэлектронного тока при освещении катода.

При покрытии поверхности металла тонкой адсорбирующей плёнкой неоднородной структуры в Ш. э. возникают аномалии, связанные со сложным взаимодействием локальных электрических полей между чистыми и покрытыми плёнкой участками поверхности.

В полупроводниках Ш. э. более сложный, чем в металлах. В них, наряду с понижением внешнего потенциального барьера, наблюдается как частичное проникновение электрического поля внутрь полупроводника на глубину, зависящую от концентрации свободных носителей заряда, так и его частичное экранирование слоем поверхностных зарядов. В результате электрическое поле, как правило, оказывает большее влияние на работу выхода электрона, а следовательно, и на силу электронного тока.

См. фиг. 3, где, Φ – полная работа выхода; Z – расстояние от эмитирующей поверхности.

Также радиус кривизны влияет на электрическое поле у поверхности эмиссионного электрода. Для шаровой поверхности Е=U/R, где Е – напряженность электрического поля, U – разность потенциалов между электродами, R – радиус кривизны. Холодная автоэлектродная эмиссия наблюдается при значениях Е от 10⁶-10⁸ В/м. К примеру, U=220 В, R =2,2×10^-6м, Е=10⁸ В/м. Эти соображения, в частности, и лежат в основе сути данной полезной модели.

Таким образом, за счет указанных выше признаков и достигается заявленный технический результат – повышение эффективности очистки, обеззараживания и повышения качества обработанного воздуха за счет нейтрализации вредных положительно заряженные лёгких и тяжелых аэроионов воздуха и очищение его от пыли и спор. Это достигается, в частности, вследствие того, что в установке для увеличения эмиссии электронов с отрицательного электрода кроме разности потенциалов, подаваемые на электроды, используется также внешний фотоэффект и подбираются химически инертные материалы с минимальной работой выхода электрона, что позволяет значительно понижать рабочее напряжение у электродов электростатического пылеулавливателя.

Claims

1. Электростатический фильтр для очистки воздуха, включающий в себя корпус, содержащий входное окно, выходное окно, фильтр и вентилятор, в корпусе образована камера облучения, имеющая блок электростатической зарядки, блок осаждения заряженных частиц, отличающийся тем, что внутри корпуса находятся источник светового излучения и воздуховодные поглотительные лабиринты, при этом внутренняя поверхность камеры облучения покрыта материалом, отражающим световое излучение, причем электроды блока электростатической зарядки и электроды блока осаждения заряженных частиц выполнены из материалов, химически инертных по отношению к веществам атмосферного воздуха и имеющих работу выхода электрона (А_В) менее или равную 3,10 эВ у материала покрытия электродов блока электростатической зарядки, а у покрытия электродов блока осаждения заряженных частиц и внутренней поверхности камера облучения А_В более 6 эВ.

2. Электростатический фильтр по п. 1, отличающийся тем, что источник светового излучения выполнен с возможностью создания максимума излучения в интервале от 400 нм до 420 нм.

3. Электростатический фильтр по п. 1, отличающийся тем, что источник светового излучения выполнен в виде безозоновой ультрафиолетовой лампы, выполненной с максимумом коротковолнового ультрафиолетового излучения при 253,7 нм, что соответствует энергии кванта света 4,9 эВ, и снабженной колбой, выполненной из стекла, отфильтровывающего спектральную линию в 185 нм, то есть квантов, при взаимодействии с которыми образуется озон.

4. Электростатический фильтр по п. 1, отличающийся тем, что блок электростатической зарядки соединен с источником напряжения через регулятор напряжения.

5. Электростатический фильтр по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность камеры облучения и поверхность электродов блока осаждения заряженных частиц покрыты алюминием.

6. Электростатический фильтр по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала покрытия электродов блока электростатической зарядки выбран материал, имеющий работу выхода электрона менее или равно 3,1 эВ.

7. Электростатический фильтр по п. 6, отличающийся тем, что в качестве материала покрытия электродов блока электростатической зарядки выбран один из следующих материалов: диборид скандия, карбид ниобия, карбид титана, окись титана, диборид вольфрама, карбид гафния, гексаборид церия, гексаборид скандия, гексаборид гадолиния, гексаборид иттрия, гексаборид лантана, гексаборид стронция.

8. Электростатический фильтр по п. 7, отличающийся тем, что в качестве материала электродов блока электростатической зарядки выбран титан или другой стойкий металл, а в качестве материала покрытия электродов блока электростатической зарядки выбран один из следующих материалов: карбид титана, гексаборид церия, гексаборид иттрия, гексаборид лантана и диборид вольфрама.

9. Электростатический фильтр по п. 6, отличающийся тем, что покрытие электродов блока электростатической зарядки выполнено из материала, применяемого для покрытия фотокатодов с большим квантовым выходом и с нанесением на него тонкой пленки химически инертного вещества, прозрачного для УФ, видимой и ближней инфракрасной областей спектра, имеющего квантовый выход (Ɣ) от 0,05 до 0,5.

10. Электростатический фильтр по п. 9, отличающийся тем, что в качестве защитной пленки электродов блока электростатической зарядки выбран один из следующих материалов: золото, осмий, родий, рутений, серебро, толщиной пленки, меньшей или равной 5 нм.

11. Электростатический фильтр по п. 1, отличающийся тем, что электроды блока электростатической зарядки выполнены из пластин, имеющих ломаную или синусоидальную форму поверхности с остриями на концах.

12. Электростатический фильтр по п. 1, отличающийся тем, что внутри корпуса располагается увлажнитель.