Сделать мощный фильтр для воздуха. Можно ли изготовить очиститель воздуха самостоятельно? Как сделать очиститель воздуха своими руками для комнаты с повышенной влажностью

К сожалению, в наших домах воздух нельзя назвать совершенным. Более того, на улице он намного чище, поскольку очищается солнцем и естественной ионизацией, продувается ветром, увлажняется дождем. А разве в своей жилище мы можем создать такие условия для очищения воздуха? Одного проветривания и уборки пылесосом будет мало: они не способны уничтожить пыль и продукты распада: угарный газ, окислы азота, аммиак и многое другое. Выход, конечно, есть – купить такой прибор очиститель воздуха. Если говорить о том, как работает очиститель воздуха, то тут все просто. Воздух в комнате проходит через прибор, и пыль, аллергены, пух, табачный дым, химические вещества оседают на его фильтрах. Сейчас производители предлагают различные устройства: с угольным или HEPA-фильтром, плазменные, ионизирующие, фотокаталитические и мойки воздуха.

Скажем сразу, стоимость такого прибора не низкая. И к тому же решить, лучший , не так уж и просто. Поэтому при наличии умелых рук предлагаем вам создать прибор своими руками.

Как сделать

Предлагаемый очиститель воздуха представляет собой мойку воздуха, где в качестве фильтра выступает вода, которая очищает воздух от аллергенов, пыли, грязи. В результате воздух не только очищается, но и увлажняется. К тому же вода – самый дешевый фильтр.

Мелкие частицы пыли и других загрязнителей постоянно витают вокруг и это пагубно отражается на здоровье. Покупать готовый прибор для многих очень дорого, поэтому они начинают изготавливать очиститель воздуха своими руками для дома или квартиры.

Прибор для очистки воздушного пространства в помещении, фильтром которого является вода, называется мойка воздуха. Своими руками собрать такое устройство не сложно, главное иметь элементарные навыки и немного фантазии.

Принцип работы мойки воздуха основан на испарении воды

Требуемые материалы и этапы изготовления

Рассмотрим пошаговую инструкцию сборки простейшего воздухоочистителя из вентилятора своими руками. Для этого понадобится:

• любая пластиковая емкость с крышкой;
• вентилятор, мощность его должна быть невысокой, можно взять старый кулер от компьютера;
• чистая вода;
• подручный инструмент.

Подготовив все необходимое, начинаем сборку самодельного очистителя воздуха:

• установить вентилятор на крышку контейнера. Необходимо учесть, что он должен сидеть плотно, и крепко закреплен. В противном случае от собственной вибрации вентилятор пожжет разболтаться и упасть в воду, это приведет в лучшем случае к короткому замыканию;
• залить воду в емкость. Уровень не должен доходить до лопастей кулера на 3-5 см.;
• закрыть крышку.

Это простейший водяной очиститель своими руками начинает работать сразу после включения в сеть. Можно в него положить угольный фильтр, для дополнительной очистки, или добавить в воду серебро или ароматизатор, тогда воздух помещения насытится ионами серебра и благовониями. Главное постоянно следить за уровнем воды, для этого можно предусмотреть окошко для доливки.

Другая более рентабельная, это мойка воздуха из компакт-дисков своими руками изготовить ее сложнее. В каждой семье найдется определенное количество старых потертых дисков, но для того чтобы использовать их необходимо привести в надлежащий вид. Для сборки мойки воздуха из пластинок своими руками необходимо:

• шлиф машинкой или обдирочной щеткой довести диски для мойки воздуха своими руками до шероховатого состояния, так как на глянцевой поверхности влага не задерживается;
• по краям дисков напаять кусочки пластиковых шайб, выполняющих роль черпачков;
• найти прямоугольный пластиковый контейнер и на 3 стороны установить небольшие вентиляторы, можно компьютерные соединенные последовательно;
• необходимое количество пластинок насадить на пластиковую трубу, диаметр которой подбирается согласно отверстию в диске. Можно использовать трубу для электропроводки;
• для того чтобы была хорошая фильтрация и мойка воздуха водой своими руками работала правильно, необходимо между дисками проложить пластиковые шайбы толщиной до 3 мм;
• стянутые на валу диски устанавливаются в контейнер и при помощи небольшого моторчика с игрушки, приводится в движение;
• в емкость наполняется водой до уровня вентиляторов;
• сбоку предусматривается отверстие для доливки.

В данной самодельной мойке воздуха вентиляторы установленные сверху работают на втягивание, а боковые выталкивают наружу увлажненную среду.

Приобрести мойку не каждому по карману, а собрать очиститель воздуха от пыли своими руками возможно. Причем почти у каждого есть старые компьютеры, пластиковые ведра с крышками из под красок или других стройматериалов, старые компакт-диски. Собрав все вместе, получится замечательный воздухоочиститель своими руками.

Разновидности воздухоочистителей

Большинство людей старается приобрести товар в магазине, считая, что лучше заводского производителя не сделаешь. Когда приходит время и начинается ремонт электростатического очистителя своими руками, практически все убеждаются в простоте конструкции.

Мастера на все руки умудряются сделать мощную мойку воздуха своими руками, используя ведро с герметичной крышкой, испарители и вентилятор. Причем по стоимости это им обходится в разы дешевле.

Многие живут в районах расположенных вблизи с заводами, котельными, ТЭЦ и другими дымящими производствами. Постоянно находится в задымленном помещении невозможно, а купить специальное устройство дорого, поэтому изобретатели самоучки мастерят очиститель воздуха от дыма своими руками. Используют при этом вентиляторы и угольные фильтры. Некурящие ставят на свой рабочий стол миниатюрные очистители, сделанные своими руками и работающие от батарейки.

Имея желание можно своими руками сделать такой очиститель, какой необходим,будь то электростатический, или самый простейший. Женщины, зная о вреде сухого воздуха, постоянно вешают на горячие батареи мокрое полотенце, но как быть летом. Батареи не работают, от жары в воздухе поднимаются частицы пыли и пыльцы, которые вызывают аллергическую реакцию. Вот тогда вопрос, как сделать очиститель воздуха, встает особенно остро.

Очистка воздуха первоочередная задача, так как от нее зависит здоровье окружающих. Поэтому купить воздухоочиститель или решить как сделать очиститель самому, необходимо заранее, чтобы не винить погоду и экологию за свое самочувствие. В целях экономии самодельный очиститель воздуха может работать и как кондиционер, стоит только в воду добавить кусочки льда и температура в помещении упадет на 7-8 градусов.

Воздух городов далек от совершенства. И не стоит думать, что в безопасности находятся те, кто установил в свой коттедж систему воздушного обогрева, совмещенную с вентиляцией.

Там имеется лишь пара грубых фильтров, а также примитивный увлажнитель воздуха, но мы сегодня собрались поговорить о более мощных приборах, которые способны удалить из комнат даже микробы.

Если в семье кто-то болеет, или в санузле стоит неприятный запах, это можно попробовать исправить. Вряд ли получится изготовить очиститель воздуха своими руками с нуля, но купить подходящий в магазине уж точно можно.

Мы заранее извиняемся за то, что будем рассказывать про самые разные устройства из класса бытового оборудования. Дело в том, что многими из них попутно проводится очищение воздуха.

Смотрите по тому, что именно должно вкладываться в это понятие. Смотрите и выбирайте. Быть может, на очиститель воздуха денег будет жалко, тогда возьмите прибор с комбинированными функциями. Начнем с увлажнителя весьма оригинального типа.

Имеется два вида пылесосов, которые могут служить в качестве очистителя воздуха:

1. Пылесосы с аквафильтром.
2. Моющие пылесосы.

По сути принцип их действия схож. И, наверное, не сложно догадаться, как эти устройства превращаются в очиститель воздуха. Мы уже выше описали принцип действия увлажнителя с холодным испарением. Пылесосы не сильно отличаются, суть в том же. Воздух засасывается, проходит через воду в том или ином виде, а потом выбрасывается наружу через минимум два фильтра. Можно сказать, что он выйдет более чистым, чем из увлажнителя и будет содержать не меньше паров воды.

Принцип действия очистителя воздуха импровизированного типа достаточно прост. На входе в корпус пылесоса имеется несколько форсунок, разместившихся вкруг канала. Каждая выбрасывает струю воды, омывающую влетающий поток. В обычном режиме предполагается, что там много грязи и соринок, но если применять пылесос в качестве очистителя воздуха, то инородных включений будет намного меньше.

Очиститель воздуха сделать своими руками можно из любого пылесоса с аквафильтром. Для этого заполните бак водой. Включите прибор и оставьте его на полчасика с щеткой, висящей в воздухе. Так пылесос для уборки квартиры превращается в гибридную бытовую технику - очиститель воздуха + увлажнитель. Недостатков у данного пути решения проблемы два:

1. Пылесосы очень шумные. Обычный очиститель воздуха работает с громкостью 53 дБ (на максимальной мощности), тогда как пылесос перекрывает, и значительно, данную цифру.
2. Потребляемая мощность оставит желать лучшего, поскольку пылесос напрямую не предназначен для того, чтобы им велась очистка воздуха.

При этом качество очистки будет несомненно лучше, чем в случае с увлажнителем, описанным выше. Дело в том, что на многих пылесосах устанавливаются HEPA фильтры на выходе. Это обеспечивает избавление потока от частиц порядка нескольких микрон в количестве свыше 99%. Однако специализированные очистители воздуха работают тихо, потребляет энергии мало и способны освободить комнату даже от болезнетворных бактерий.

Тот, кто считает, что специализированные очистители воздуха мало чем отличаются от кухонной вытяжки особого типа (у которой нет воздуховода), тот сильно ошибается. Разница в назначении. Кухонная вытяжка призвана фильтровать жиры и запахи, а также сажу. До пыли и болезнетворных бактерий ей нет дела, хотя крупные частицы, безусловно, останутся внутри.

Поэтому возьмите на заметку: примитивным очистителем воздуха может служить кухонная вытяжка. Но только те модели, которые работают по принципу рециркуляции (то есть выбрасывают воздух обратно на кухню). Мы уже упомянули, что такие приборы избавляют от копоти, жиров и запаха.

Что именно будет оседать внутри, зависит от типа установленного фильтра. Устройство очистителя воздуха из кухонной вытяжки возможно, но не будет обладать большой эффективностью.

Мы привели уже достаточно много доводов, которые должны дать понять, что для выполнения процедуры необходим специализированный прибор. И он существует. Больше всего очиститель воздуха напоминает воздуходувку. Но нагрева проходящего потока не происходит, разве что самую малость.

На противоположных боковинах корпуса имеется два набора щелей, входные и выходные. Находящийся внутри вентилятор активно выбрасывает воздух наружу, поэтому с противолежащей стороны поток заходит внутрь.

Очисткой занимаются фильтры, и обычно имеется несколько модификаций. Первая ступень достаточно груба, задерживает пыль, пыльцу, волосы, шерсть животных. Периодически необходимо этот элемент менять, и отдельного внимания он не заслуживает. Гораздо интереснее то, что располагается дальше вглубь очистителя воздуха.

Многие рекламные ролики описывают это общими словами. Наподобие, увлажняющий и дезодорирующий фильтры. Первый занимается насыщением воздуха парами воды, второй очищает поток от запахов. Далее идет еще одна ступень, которая активно борется с бактериями.

Такой очиститель воздуха может включать в свой состав экстракт зеленого чая, гипоаллергенные и бактерицидные компоненты. Считается, что внутри остаются не только частицы крупнее 0,1 мкм, но и болезнетворные бактерии.

Для производства несложного устройства очистки с угольным фильтром нужно будет запастись:

• миниатюрным вентилятором, работающим при напряжении 12 В;
• батарейкой Крона и клеммой для нее;
• коробочкой из пластика, размер которой позволит установить внутри нее вентилятор;
• угольным фильтром.

Коробка будет служить корпусом. Вентилятор необходим для циркуляции очищаемой воздушной массы, батарейка потребуется для питания кулера. Значит, на корпусе нужно сделать отверстия для подсоединения батарейки и для обеспечения свободной подачи на угольный фильтр воздуха, поток которого будет стимулировать вентилятор.

• Маркером на пластиковой коробке разметим линии будущих пропилов для поступления и для отвода очищенного воздуха на крышке и дне, для подключения питающего элемента в центре нижней грани.

• Аккуратно пропиливаем отверстия по намеченным линиям.

• Батарейка к вентилятору будет присоединена с помощью клеммы. Повысить надежность контакта лучше припоем.

• Клемму к вентилятору надо приклеить, после чего проверить работоспособность созданного «узла».

Вот и готов самодельный очиститель воздуха, на сборку которого ушло минимум времени, не было затрачено особых средств и сил.

Как сделать очиститель с увлажнителем

Принцип сооружения аналогичен. Только потребуется более объемный контейнер, в котором отверстие нужно будет сделать лишь под вентилятор и под источник питания. Пропилить надо еще и отверстия под болты, с помощью которых вентилятор нужно зафиксировать в зоне верхней плоскости самодельного устройства.

Нижняя часть очистителя будет заполняться водой. Вместо батарейки можно использовать 12-вольтовый блок питания, что позволит подключить устройство к стационарной сети. Если воду в очищающем приборе обогатить морской солью, воздух в комнате будет еще и ионизироваться, насыщаться полезными молекулами.

Ориентируясь на уже внедренные в производство технические разработки, вполне можно сделать любое устройство собственноручно. Супер сложного в самодельных приборах для очистки воздуха ничего нет. Все основано на грамотном применении законов физики, на усердии, трудолюбии и умении пользоваться инструментами.

Воздух в современных многоквартирных домах не отличается чистотой, в нем содержится много разных частиц: пыль, микроорганизмы, бактерии, шерсть домашних животных, частицы одежды и т. д. Это вредно для здоровья человека. Загрязняющие вещества необходимо убирать из воздуха. Для этого не обязательно покупать дорогостоящие установки. Можно собрать очиститель воздуха своими руками. Такой прибор будет недорогим, простым и эффективным.

Типы очистителей

По типу используемого метода воздухоочистки устройства можно разделить на 2 типа:

1. Предназначенные для помещений с сухим воздухом.
2. Подходящие для помещений с влажным воздухом.

В первом случае в качестве фильтра используется вода. За счет ее испарения будет происходить дополнительное . Поэтому в сырых помещениях такое устройство использовать не рекомендуется – влажность воздуха будет только расти.

Во втором типе устройств используется абсорбент, например простая пищевая соль. Это вещество гигроскопично, а значит, поглощает влагу из окружающей среды. Поэтому при использовании такого типа очистителей воздух будет осушаться.

Перед тем как приступить к сборке очистителя, необходимо . Оптимальным считается уровень от 40 до 60 %. Если этот показатель ниже, то воздух необходимо увлажнять, если выше – подсушивать.

Итак, использование очистителя позволит не только убрать загрязняющие вещества из воздуха, но и поможет сделать микроклимат в помещении более комфортным для его обитателей.

Очиститель для квартир с сухим воздухом

Собрать такую установку очень просто. Для этого понадобятся:

• глубокий контейнер с крышкой;
• небольшой вентилятор малой мощности, вполне подойдет кулер для компьютера;
• вода, лучше очищенная, профильтрованная или дистиллированная;
• крепеж для вентилятора/кулера;
• источник питания, например, батарейки;
• острый нож или иной режущий предмет.

Пошаговое изготовление воздухоочистителя

Ход работ:

1. В крышке для контейнера необходимо вырезать отверстие под размер кулера. Вентилятор должен стоять плотно.
2. Закрепить кулер. Можно использовать шурупы подходящего размера или специальный клей. Вентилятор необходимо тщательно закрепить, в противном случае он может упасть в воду, что приведет к короткому замыканию и выходу его из строя.
3. Налить в контейнер воду так, чтобы она не доходила до кулера. В целях безопасности до вентилятора должно остаться 3–5 см. Тогда будет исключен риск попадания воды на контакты прибора.
4. Закрыть контейнер крышкой с вентилятором.
5. Подключить кулер к источнику питания. При выборе необходимо учесть, на какое напряжение он рассчитан: 12-вольтовый вентилятор нельзя напрямую подключать к домашней розетке.
6. Правильно собранный очиститель будет работать сразу при включении. Можно также сделать устройство, автоматически регулирующее время работы вентилятора. Но это уже по желанию пользователей.

Не стоит оставлять прибор включенным постоянно, т. к. это может привести к переувлажнению воздуха. Периодически воду в контейнере необходимо менять или подливать по мере испарения. Чтобы отслеживать уровень воды и степень ее загрязнения, лучше использовать прозрачный пластиковый контейнер.

Для усиления чистящих свойств устройства можно использовать угольный фильтр, который закрепляется на вентиляторе. А если в воду положить серебряный предмет, воздух будет насыщаться ионами серебра.

Очиститель воздуха для влажных помещений

Поэтапное изготовление очистителя

Инструкция по сборке очистителя будет следующей:

1. В контейнере нужно вырезать 2 отверстия на стенках напротив друг друга, но на разных уровнях. Отверстие под вентилятор должно быть выше. Второе, расположенное на противоположной стенке, ниже и меньшего диаметра.
2. Закрепить вентилятор на предназначенном для него месте.
3. Сделать фильтр из пористого материала по размеру немного больше второго отверстия. Например, в сложенную несколько слоев марлю можно завернуть вату или поролон.
4. Закрепить фильтр с помощью клея или скотча.
5. Насыпать соль в контейнер так, чтобы она закрыла отверстие с фильтром, но не доходила до вентилятора.
6. Соединить вентилятор с источником питания и включить устройство на малой скорости. В противном случае кристаллы будут стучаться о контейнер, создавая постоянный неприятный шум.

Всасываемый воздух будет проходить через 2 фильтра: пористый материал, который задержит более крупные частицы, и через соль, которая соберет излишки влаги, бактерии и более мелкую пыль. Также воздух будет насыщаться ионами хлора и натрия.

По мере загрязнения придется менять пористый фильтр. Соль, впитывая влагу, будет уплотняться, слеживаться. Ее также необходимо будет периодически менять.

Собрать очиститель воздуха своими руками может практически каждый. Для этого не требуются особенные знания и умения. Это очень простой и полезный прибор.

В какой-то момент времени во мне воспылал энтузиазм к постройке бытового электростатического очистителя воздуха (электрофильтра). Удивительно, но мне не удалось в сети найти годных материалов по этой области что и подтолкнуло меня к написанию данной статьи.

В первой части предлагаю познакомиться с принципами работы этих устройств, а в следующей – построить полноценный очиститель своими руками.

На фото коронный разряд, используемый в электростатических очистителях воздуха

Зачем нужен очиститель

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

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

• механическая фильтрация;
• ионизация воздуха;
• электростатическое осаждение (электрофильтры).

• высокое гидравлическое сопротивление фильтрующего элемента;
• необходимость в частой замене дорогостоящего фильтрующего элемента.

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

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

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);

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

В атмосферном воздухе всегда присутствует небольшое количество свободных носителей зарядов – электронов и ионов, образующихся в результате воздействия естественных внешних факторов – например, радиационного фона и УФ–излучения. Концентрация этих зарядов очень низкая, поэтому плотность тока составляет очень малые значения, такие значения мое оборудование зарегистрировать неспособно.

Оборудование для экспериментов

Для проведения небольших практических экспериментов будет использоваться источник высокого напряжения (ИВН), тестовая электродная система и «измерительный стенд».
Электродная система может быть собрана в один из трех вариантов: «две параллельные пластины», «провод-пластина» или «зубья-пластина»:

Межэлектродное расстояние для всех вариантов одинаковое и составляет 11мм.

Стенд состоит из измерительных приборов:

• вольтметр 50кВ (микроамперметр Pa3 на 50мкА с добавочным сопротивлением R1 1ГОм; 1мкА показаний соответствует 1кВ);
• микроамперметр Pa2 на 50мкА;
• миллиамперметр Pa1 на 1мА.

При высоких напряжениях некоторые непроводящие материалы внезапно начинают проводить ток (например, мебель), поэтому все смонтировано на листе оргстекла. Выглядит это безобразие так:

Конечно, точность измерений таким оборудованием оставляет желать лучшего, но для наблюдений за общими закономерностями вполне должно хватить (лучше, чем ничего!). Со вступлениями заканчиваем, приступим к делу.

Эксперимент #1

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).

Электрический пробой воздушного промежутка

Ионизационные процессы

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 :

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

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:

Неоднородное электрическое поле

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 небольшой области, приближенной к проволочному электроду, напряженность электрического поля может достигать высоких значений (значительно превышающих 30кВ/см), достаточных для возникновения интенсивных ионизационных процессов в воздухе;
• одновременно с этим, в большей части межэлектродного пространства напряженность электрического поля будет принимать невысокие значения – менее 10 кВ/см.

В межэлектродном промежутке с коронным разрядом выделяется две зоны : зона ионизации(или чехол разряда) и зона 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 .

В атмосферном воздухе в зависимости от условий положительный коронный разряд может принимать одну из форм : 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:

Эксперимент #3

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

Вольт-амперная характеристика:

Эксперимент #4

L = 11 мм;
R1 = 0.05 мм = 0.005 см.

Вольт-амперная характеристика:

Эксперимент #5

L = 11 мм = 1.1см;

Вольт-амперная характеристика:

• геометрические параметры межэлектродного пространства:
  • геометрические параметры коронирующего электрода;
  • межэлектродное расстояние;
• полярность электропитания, подводимого к коронирующему электроду;
• параметры воздушной смеси, заполняющей межэлектродное пространство:
  • химический состав;
  • влажность;
  • температура;
  • давление;
  • примеси (частицы аэрозолей, например: пыль, дым, туман)
• в некоторых случаях материал (значение работы выхода электрона) отрицательного электрода, так как с поверхности металлического электрода при бомбардировке ионами и при облучении фотонами может происходить отрыв электронов.

Электрическая очистка воздуха: принцип работы

Зарядка частиц

Процессы зарядки

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:

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 . Этим объясняется существование предела зарядки частицы.

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

• способность частицы к зарядке (скорость зарядки и предельный заряд, больше которого частица зарядиться не может);
• время, отпущенное на процесс зарядки;
• электрические параметры области, в которой находится частица (напряженность электрического поля, концентрация и подвижность ионов)

Дрейф и осаждение частиц

Из-за движения частицы в среде возникает сила сопротивления Fс, зависящая от размеров и формы частицы, скорости ее движения, а также вязкости среды, поэтому нарастание скорости дрейфа ограничивается. Известно : 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 :

• электростатических сил притяжения, обусловленных наличием заряда на частице;
• молекулярных сил;
• сил, обусловленных капиллярными эффектами (в случае присутствия достаточного количества жидкости и способности частицы и электрода к смачиванию).

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

• производство положительных ионов для зарядки частиц;
• обеспечение электрического поля для направленного дрейфа ионов (необходимого для зарядки частиц) и для направленного дрейфа заряженных частиц к осадительному электроду (необходимого для осаждения частиц).

Некоторые факторы могут оказывать существенное влияние на процесс электрической очистки:

• высокая количественная концентрация частиц загрязнений; приводит к дефициту ионов (большая их часть осаждается на частицах), в результате чего снижается интенсивность коронирования, вплоть до прекращения (явление носит название запирание короны), ухудшению параметров электрического поля в промежутке ; это приводит к падению эффективности процесса зарядки;
• накопление слоя пыли на осадительном электроде:
  • если слой обладает высоким электрическим сопротивлением, то в нем накапливается электрический заряд того же знака, что и заряд дрейфующих частиц (и полярность коронирующего электрода), в результате чего:
    • снижается интенсивность коронного разряда (из-за деформации электрического поля в промежутке), что негативно отражается на процессе зарядки частиц и процессе дрейфа частиц к осадительному электроду;
    • заряженный слой оказывает отталкивающее действие на осаждающуюся частицу , имеющую заряд того же знака, что негативно отражается на процессе осаждения;
• электрический ветер (возникновение воздушного потока в направлении от коронирующего электрода в сторону осадительного электрода) в некоторых случаях может оказывать заметное влияние на траекторию движения частиц, особенно мелких.

Электродные системы электрических фильтров

• каждая частица загрязнения должна достигнуть поверхности осадительного электрода;
• каждая частица, достигнувшая осадительного электрода, должна надежно удерживаться на его поверхности до момента ее удаления при чистке.

• увеличение скорости дрейфа W;
• снижение скорости воздушного потока Vв.п.;
• увеличение длины S осадительных электродов по ходу движения воздуха;
• уменьшение межэлектродного расстояния L, что приведет к уменьшению расстояния A (которое необходимо преодолеть частице, чтобы достигнуть осадительного электрода).

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 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 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:

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

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

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

• электрический разряд в электродной системе не протекает (ионизационные процессы отсутствуют), поэтому токсичные газы не вырабатываются;
• в межэлектродном пространстве образуется однородное электрическое поле, поэтому пробойная прочность межэлектродного промежутка выше, чем эквивалентного промежутка с коронирующим электродом.

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:

• уменьшится расстояние, которое необходимо преодолеть заряженной частице, чтобы достигнуть осадительного электрода;
• увеличится пробойная прочность межэлектродного промежутка (видно из уравнения критической напряженности воздушного промежутка), благодаря чему будет возможно обеспечить еще более высокие значения напряженности электрического поля в зоне осаждения.

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

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.

Назаров Михаил.

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.