يواجه سكان المدن الكبيرة مشكلة ارتفاع مستويات الملوثات المختلفة في الهواء. يتراكم الغبار والأوساخ في المنزل وتظهر الكائنات المسببة للأمراض. وهذا يؤدي إلى ظهور أمراض الحساسية المختلفة والفطريات على العناصر الداخلية وغيرها من العواقب السلبية. التهوية لا يمكن أن تحل جميع المشاكل. لذلك، ظهرت أجهزة خاصة للبيع يمكنها تحسين المناخ المحلي بشكل كبير.
إذا كنت تريد توفير المال، يمكنك القيام بذلك لتنقية الهواء DIY.إذا اتخذت موقفًا مسؤولًا تجاه عملك، فسوف تكون قادرًا على صنع معدات ذات خصائص أداء محسنة.
مبدأ التشغيل
خلق صنع جهاز لتنقية الهواء للمنزل,من الضروري تقييم الظروف المناخية المحلية في الداخل. اليوم، هناك العديد من الأجهزة التي تزيل الغبار والوبر والمواد المسببة للحساسية والروائح الكريهة (على سبيل المثال، دخان التبغ)، وكذلك المواد الكيميائية.
يمر الهواء الموجود في الغرفة عبر الجهاز. يتم ترسيب الملوثات الموجودة فيه على مرشحات خاصة، واليوم هناك مجموعة واسعة من مرشحات HEPA والبلازما والكربون والأجهزة المؤينة. هناك أيضًا أجهزة التحفيز الضوئي وغسالات الهواء.
تكلفة هذه الأجهزة مرتفعة للغاية، والتصميم في بعض الأحيان بدائي للغاية لدرجة أن المرشحات محلية الصنع تكون أكثر فعالية. ولذلك، يقرر العديد من أصحاب الشقق والمنازل تجميع جهاز التنقية بأنفسهم.
نوع البيئة
خلق DIY لتنقية الهواء للشقةأولا وقبل كل شيء، يجب عليك تحديد مستوى الرطوبة الموجود في الغرفة. لهذا فمن الأفضل استخدام جهاز خاص. يجب أن تتراوح نسبة الرطوبة بين 30 و75%. إذا لم يقع المؤشر ضمن النطاق المحدد، فقد يصاب الأشخاص الذين يعيشون في شقة أو منزل بمشاكل صحية.
إذا كان الهواء جافًا جدًا، فيجب أن يتمتع الفلتر بقدرة على الترطيب. ويسمى أيضا بالوعة. في هذه الحالة يتم استخدام طريقة تبخير الماء البارد. تم تطبيع المناخ المحلي الداخلي. وفي الوقت نفسه، سيتم إزالة الملوثات والمواد المثيرة للحساسية من الهواء.
إذا كانت نسبة الرطوبة في الغرفة أكثر من 60٪، فستحتاج إلى جهاز لن يستخدم الماء في تصميمه. المعدات، على العكس من ذلك، سوف تزيل الرطوبة العالية.
إذا كنت تريد التخلص بسرعة من دخان السجائر والمواد الكيميائية العائمة في هواء الغرفة، فيجب عليك استخدام فلتر الكربون.
منظف للبيئات الجافة
مع مراعاة كيف تصنعها بنفسكيجب أن تبدأ بفئة من الأجهزة تسمى المصارف. خلال موسم التدفئة، يزداد خطر الهواء الجاف. تساهم المشعاعات والمسخنات الحرارية وتسخين الموقد وما إلى ذلك في فقدان الرطوبة بسرعة. ولذلك، ينبغي استخدام معدات مثل غسالة المرشح.
لإنشاء هذا الجهاز، ستحتاج إلى إعداد حاوية بلاستيكية واسعة، ومبرد كمبيوتر أو مروحة صغيرة، وماء مقطر. سيعمل النظام من الشبكة. لذلك، سوف تحتاج إلى إعداد مصدر طاقة للمروحة.
يتم قطع فتحة للمبرد على غطاء الحاوية. يجب أن تكون مؤمنة بالمسامير. يجب أن يكون التصميم موثوقًا به. في حالة سقوط المبرد في الماء، سيحدث ماس كهربائي. يجب عمل عدة ثقوب في الجزء العلوي من الحاوية. يُسكب الماء في المقلاة بحيث يكون هناك 3 سم على الأقل من المروحة ويتم تجميع الدائرة الكهربائية وتوصيلها بالشبكة. سوف يمتص الجهاز الملوثات الموجودة في الهواء، مما يجعله أكثر نظافة.
منظف البيئة الرطبة
عند الإنشاء، يمكنك استخدام الماء كمادة ماصة. تمت مناقشة هذا النهج أعلاه. ومع ذلك، فإن هذا الأسلوب غير مناسب للغرف التي تزيد مستويات الرطوبة فيها عن 60%. استخدام الماء في هذه الحالة سيكون غير مناسب. في مناخ محلي رطب، تتشكل الفطريات والكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض. لذلك، يجب تجفيف هذا الهواء، على العكس من ذلك.
في هذه الحالة، قد يكون عنصر التصفية هو الملح.
يمتص الرطوبة الزائدة جيدًا. إذا كان سطح ملح الطعام مغطى بمادة مسامية، فسيكون هذا الجهاز قادرا على تنظيف الغرفة من الغبار.
يفترض تصميم هذا المرشح أيضًا وجود مروحة ذات سرعة شفرة منخفضة. يتم عمل فتحتين على جانبي الحاوية. تم تركيب مروحة في إحداها. والآخر يجب أن يكون موجودًا على الجانب الآخر أقل قليلاً ويكون حجمه أصغر. وهي مغطاة بمادة مسامية (يمكن أن تكون شاشًا). يُسكب الملح داخل الوعاء بحيث يغطي الفتحة السفلية بالكامل ومغطى بالشاش. يجب ألا يصل الملح إلى المروحة.
مبدأ التشغيل
خلق لتنقية الهواء DIYالنوع الجاف، يجب عليك اختيار نماذج مروحة منخفضة الطاقة. وإلا سيتم تعليق الملح. وسوف تضرب الأسطح الداخلية، مما يخلق الضوضاء.
سيتم امتصاص الهواء بواسطة المروحة ويمر عبر الملح. سوف يستقر الغبار عليه أيضًا. سيتم إطلاق أيونات الصوديوم والكلوريد في البيئة. وهذا سوف يساعد على إزالة مسببات الأمراض والفطريات.
فلتر الكربون
إذا كنت بحاجة إلى جمع DIY لتنقية الهواء الدخانيجب أن يكون العنصر النشط الرئيسي هو الفحم. إنه قادر على التخلص من الروائح الكريهة القوية في الغرفة. يتم استخدامه مع مروحة (يتم اختيارها وفقًا لأبعاد الغرفة).
لتصنيع الجسم، يمكنك أن تأخذ أنابيب بلاستيكية بقطر 200 و 150 ملم. يتم قطع الطول والحجم. يتم عمل ثقوب في الأنبوب الداخلي باستخدام مثقاب ومثقاب (15 مم). قد يصبح التدريبات مملة في هذه العملية.
يتم أيضًا عمل ثقوب بقطر 30 مم في الأنبوب الخارجي. يجب أن تكون المسافة بينهما 5 ملم. أنبوب كبير مغطى بالألياف الزراعية. بعد ذلك، يتم لفها بشبكة طلاء وتثبيتها بمشابك. يجب قطع الألياف الزراعية البارزة بشفرة. يتم تنفيذ نفس الإجراء باستخدام الأنبوب الداخلي، لكن عليك أولاً وضع شبكة طلاء وألياف زراعية عليها. يجب معالجة الحواف بشريط الألمنيوم.
يتم تثبيت الدوائر المتبقية بعد الحفر في القابس. يتم وضع أنبوب واحد في آخر. يسكب الفحم في الداخل. يتم وضع الهيكل على المروحة.
بعد أن فكرت في كيفية القيام بذلك تنقية الهواء DIY,يمكن للجميع القيام بكل العمل بسرعة وكفاءة.
الهواء في المباني السكنية الحديثة ليس نظيفاً، فهو يحتوي على العديد من الجزيئات المختلفة: الغبار، والكائنات الحية الدقيقة، والبكتيريا، وشعر الحيوانات الأليفة، وجزيئات الملابس، وما إلى ذلك، وهذا يضر بصحة الإنسان. ويجب إزالة الملوثات من الهواء. للقيام بذلك، ليس من الضروري شراء منشآت باهظة الثمن. يمكنك تجميع جهاز تنقية الهواء بيديك. سيكون مثل هذا الجهاز غير مكلف وبسيط وفعال.
أنواع المنظفات
بناءً على نوع طريقة تنقية الهواء المستخدمة، يمكن تقسيم الأجهزة إلى نوعين:
- مصممة للغرف ذات الهواء الجاف.
- مناسبة للغرف ذات الهواء الرطب.
في الحالة الأولى، يتم استخدام الماء كمرشح. بسبب تبخره، إضافية . لذلك، لا ينصح باستخدام مثل هذا الجهاز في غرف رطبة - سوف تزيد رطوبة الهواء فقط.
النوع الثاني من الأجهزة يستخدم مادة ماصة، مثل ملح الطعام البسيط. هذه المادة استرطابية، مما يعني أنها تمتص الرطوبة من البيئة. لذلك، عند استخدام هذا النوع من أجهزة التنقية، سيتم تجفيف الهواء.
قبل البدء في تجميع جهاز التنقية، يجب عليك. يعتبر المستوى الأمثل من 40 إلى 60٪. إذا كان هذا المؤشر أقل، فيجب ترطيب الهواء، إذا كان أعلى - يجب تجفيفه.
لذلك، فإن استخدام جهاز التنقية لن يزيل الملوثات من الهواء فحسب، بل سيساعد أيضًا في جعل المناخ المحلي الداخلي أكثر راحة لسكانه.
إنتاج خطوة بخطوة لتنقية الهواء
سير العمل:
- تحتاج إلى قطع فتحة في الغطاء حتى تتناسب الحاوية مع حجم المبرد. يجب أن تكون المروحة ثابتة في مكانها.
- قم بتأمين المبرد. يمكنك استخدام مسامير بالحجم المناسب أو غراء خاص. يجب تأمين المروحة بعناية، وإلا فقد تسقط في الماء، مما يؤدي إلى حدوث ماس كهربائي وفشل.
- صب الماء في الوعاء حتى لا يصل إلى المبرد. لأسباب تتعلق بالسلامة، يجب أن يكون هناك 3-5 سم متبقية للمروحة، وهذا سوف يزيل خطر وصول الماء إلى نقاط التلامس الخاصة بالجهاز.
- أغلق الحاوية بغطاء بمروحة.
- قم بتوصيل المبرد بمصدر الطاقة. عند الاختيار، عليك أن تأخذ في الاعتبار الجهد الذي تم تصميمه من أجله: لا يمكن توصيل مروحة 12 فولت مباشرة بمنفذ منزلي.
- سيعمل جهاز التنقية المُجمَّع بشكل صحيح على الفور عند تشغيله. يمكنك أيضًا صنع جهاز ينظم وقت تشغيل المروحة تلقائيًا. ولكن هذا بناء على طلب المستخدمين.
يجب ألا تترك الجهاز قيد التشغيل طوال الوقت، لأن ذلك قد يؤدي إلى الإفراط في ترطيب الهواء. بشكل دوري، يجب تغيير أو إضافة الماء الموجود في الحاوية أثناء تبخره. لمراقبة مستوى الماء ودرجة التلوث فمن الأفضل استخدام حاوية بلاستيكية شفافة.
إنتاج جهاز التنقية خطوة بخطوة
ستكون تعليمات تجميع جهاز التنقية كما يلي:
- في الحاوية، تحتاج إلى قطع فتحتين على الجدران المقابلة لبعضهما البعض، ولكن على مستويات مختلفة. يجب أن تكون فتحة المروحة أعلى. والثاني، الموجود على الجدار المقابل، أقل وقطره أصغر.
- قم بتثبيت المروحة في مكانها المقصود.
- اصنع مرشحًا من مادة مسامية أكبر قليلًا من حجم الفتحة الثانية. على سبيل المثال، يمكنك لف الصوف القطني أو المطاط الرغوي في عدة طبقات من الشاش المطوي.
- قم بتأمين الفلتر باستخدام الغراء أو الشريط.
- صب الملح في الوعاء بحيث يغطي فتحة الفلتر، لكن لا يصل إلى المروحة.
- قم بتوصيل المروحة بمصدر الطاقة وتشغيل الجهاز بسرعة منخفضة. وإلا فإن البلورات سوف تصطدم بالحاوية، مما يخلق ضجيجًا مزعجًا مستمرًا.
عندما تتسخ، سيتعين عليك تغيير الفلتر المسامي. الملح، الذي يمتص الرطوبة، سوف يثخن ويتكتل. وسوف تحتاج أيضا إلى تغيير بشكل دوري.
يمكن لأي شخص تقريبًا تجميع جهاز تنقية الهواء بأيديه. وهذا لا يتطلب معرفة أو مهارات خاصة. هذا جهاز بسيط ومفيد للغاية.
لسوء الحظ، لا يمكن وصف الهواء في منازلنا بأنه مثالي. علاوة على ذلك، فهو أكثر نظافة في الهواء الطلق، حيث يتم تنظيفه بواسطة الشمس والتأين الطبيعي، وتهب عليه الرياح، ويرطبه المطر. ولكن هل يمكننا خلق مثل هذه الظروف في منزلنا لتنقية الهواء؟ لن يكون التهوية والكنس وحدهما كافيين: فهما غير قادرين على تدمير الغبار ومنتجات التحلل: أول أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين والأمونيا وغير ذلك الكثير. بالطبع، هناك حل - شراء جهاز تنقية الهواء. إذا تحدثنا عن كيفية عمل جهاز تنقية الهواء، فكل شيء بسيط. يمر الهواء الموجود في الغرفة عبر الجهاز، ويستقر الغبار والمواد المسببة للحساسية والوبر ودخان التبغ والمواد الكيميائية على مرشحاته. تقدم الشركات المصنعة الآن أجهزة مختلفة: مع مرشح الكربون أو HEPA والبلازما والغسالات المؤينة والتحفيز الضوئي والهواء.
لنفترض على الفور أن تكلفة مثل هذا الجهاز ليست منخفضة. وإلى جانب ذلك، فإن تحديد ما هو الأفضل ليس بالأمر السهل. لذلك، إذا كان لديك أيدي ماهرة، نقترح عليك إنشاء الجهاز بنفسك.
كيف نفعل
جهاز تنقية الهواء المقترح عبارة عن غسيل للهواء، حيث يعمل الماء كمرشح، مما ينظف الهواء من المواد المسببة للحساسية والغبار والأوساخ. ونتيجة لذلك، لا يتم تنقية الهواء فحسب، بل يتم ترطيبه أيضًا. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الماء هو أرخص مرشح.
يوجد في أي منزل عدد كبير من "مولدات" الغبار المنزلي، ومن بينها يحتل الشخص نفسه الأثاث المنجد والكتب والألعاب الناعمة في المقام الأول. وبغض النظر عما يأتي به الشخص، لا يزال الغبار ينتج ولا يمكن فعل أي شيء حيال ذلك.
في ظل “الثورة التكنولوجية” وملء منازلنا بالأجهزة الكهربائية، بدأنا نلاحظ أن بعض الأجهزة الكهربائية تميل إلى جذب الغبار. ومن خلال دراسة هذه الميزة، طور العلماء جهازًا لتنقية الهواء بالكهرباء الساكنة. أصبح هذا الجهاز البسيط والفعال إلى حد ما شائعًا جدًا في جميع أنحاء العالم وسيتم مناقشته في هذا المنشور.
مبدأ التشغيل وتصميم جهاز التنقية
مبدأ تشغيل جهاز تنقية الهواء الكهروستاتيكي بسيط للغاية: يتم إنشاء شحنة كورونا على القطب، مما ينتج أيونات بشحنة معينة. تبدأ الأيونات المشحونة في التحرك نحو القطب المشحون بشكل معاكس، حيث تلتقط جزيئات الهواء والغبار والبكتيريا وما إلى ذلك على طول الطريق، وبعد ذلك، تستقر جميع الأيونات والملوثات التي تلقت شحنة على القطب، ويتدفق الهواء النقي مرة أخرى إلى داخل الجهاز. غرفة.
من الناحية الهيكلية، تتكون هذه المنظفات من:
- مسكن به فتحات لدخول الهواء الملوث ومخرج للهواء النقي.
- مرشح أو خرطوشة أو خرطوشة يتعرض فيها الهواء للتأين عند تعرضه لمجال جهد عالي.
- مجمع غبار يحتوي على أقطاب كهربائية ذات شحنات متضادة.
- لوحات التحكم وإمدادات الطاقة.
- أعضاء الجهاز التنفسي عند الإنسان.
- خصائص الكولسترول، مما يعطيه أشكالا غير قابلة للذوبان.
- على الجهاز التناسلي للإنسان، حيث يعمل على قتل الخلايا التناسلية الذكرية ومنع تكونها.
تشتمل بعض موديلات منظف الهواء الكهروستاتيكي على مروحة لتحسين الأداء وتعميم خليط الهواء خلال مراحل ترشيح إضافية، إذا توفرت.
المميزات والعيوب
الميزة الرئيسية لأجهزة تنقية الهواء هذه هي كفاءة تنظيف الكتل الهوائية من الملوثات التي يقل حجمها عن 1 ميكرومتر، مع الحد الأدنى من استهلاك الطاقة. نادراً ما تتجاوز قوة أجهزة تنقية الهواء الكهروستاتيكية المنزلية 25-45 واط. بالإضافة إلى ذلك، هناك عامل مهم آخر يدعم استخدام أجهزة التنقية هذه وهو حقيقة أن الفلتر الكهروستاتيكي لا يحتاج إلى الاستبدال: من وقت لآخر يجب إزالته وغسله بالماء الدافئ. يعمل جهاز تنقية الهواء بدون مرشحات قابلة للاستبدال على تقليل تكاليف التشغيل بشكل كبير. إذا لم يكن طراز جهاز التنقية مزودًا بمروحة، فهو لا يحتوي على أجزاء متحركة، مما يعني أنه صامت تمامًا. هذه إضافة كبيرة أخرى للمنظفات الكهروستاتيكية.
الآن قليلا عن العيوب. لماذا ليس الكثير - لأنه يوجد واحد منهم فقط، ولكنه خطير للغاية. أثناء التشغيل، لا ينتج مثل هذا الجهاز أيونات بعلامة شحن معينة فحسب، بل ينتج أيضًا الأوزون، وهو عامل مؤكسد قوي.
هذا الغاز بتركيز منخفض له خصائص تطهير مذهلة. يمكن أن يؤدي التحويل غير المنضبط للأكسجين إلى الأوزون إلى عواقب وخيمة للغاية. للأوزون التأثيرات الأكثر ضررًا على:
في بلدنا، يتم تصنيف الأوزون على أنه مادة ضارة ذات أعلى فئة خطر. الحد الأقصى المسموح به لمحتوى الأوزون في هواء المناطق المأهولة بالسكان هو 0.03 ملجم/م3.
قواعد لاختيار جهاز تنقية الهواء الكهروستاتيكي
نظرا للتكلفة العالية النسبية لهذا الجهاز، فإن العديد من مواطنينا يتساءلون عن كيفية صنعه بأيديهم. بالطبع، يمكنك صنع جهاز تنقية الهواء الكهروستاتيكي بيديك ولا يوجد شيء معقد في هذا الأمر: إذا قمت بالحفر قليلاً، فيمكنك العثور على الكثير من المخططات والتعليمات وحتى الكتب على الإنترنت. (أحدها بعنوان "ممارس منزلي"، العدد 7)
على الرغم من الجهد العالي، يمكنك تجنب الصدمة الكهربائية من خلال اتباع احتياطات السلامة الأساسية. لكن التحكم في إنتاج الأوزون في المنزل أمر صعب للغاية أو حتى مستحيل عمليا. نظرًا لسمية الأوزون العالية، لا ننصح بتجميع جهاز تنقية الهواء الكهروستاتيكي بنفسك.
إذا قدمت الشركة المصنعة بيانات عن انبعاثات الأوزون، فلا ينبغي عليك الانتباه إلى جهاز التنقية هذا، بغض النظر عن مدى جاذبية التكلفة.
بالنسبة لجسيمات PM2.5، يبلغ متوسط التركيز السنوي 10 ميكروجرام/مكعب.م، ومتوسط التركيز اليومي 25 ميكروجرام/مكعب.م؛ إن تجاوز متوسط PM10 السنوي البالغ 20 ميكروغرام/مكعب والمتوسط اليومي 50 ميكروغرام/مكعب) يزيد من خطر الإصابة بأمراض الجهاز التنفسي وأمراض القلب والأوعية الدموية وبعض أنواع السرطان التي تم تصنيفها بالفعل على أنها مادة مسرطنة من المجموعة الأولى. تشكل الجزيئات شديدة السمية (التي تحتوي على الرصاص والكادميوم والزرنيخ والبريليوم والتيلوريوم وما إلى ذلك، بالإضافة إلى المركبات المشعة) خطرًا حتى عند التركيزات المنخفضة.
إن أبسط خطوة لتقليل التأثير السلبي للغبار على الجسم هي تركيب جهاز فعال لتنقية الهواء في منطقة النوم، حيث يقضي الإنسان حوالي ثلث وقته.
مصادر الغبار
المصادر الطبيعية الرئيسية للغبار هي الانفجارات البركانية، والمحيطات (تبخر الرذاذ)، والحرائق الطبيعية، وتآكل التربة (على سبيل المثال، العواصف الترابية: زابول، العراق)، والزلازل وانهيارات التربة المختلفة، وحبوب اللقاح النباتية، والجراثيم الفطرية، وعمليات تحلل الكتلة الحيوية، إلخ.وتشمل المصادر البشرية عمليات الاحتراق الأحفوري (الطاقة والصناعة)، ونقل المواد الهشة/السائبة عمل التحميل(انظر ميناء "فوستوتشني" ناخودكا، ميناء "فانينو" منطقة خاباروفسك)، سحق المواد (التعدين، إنتاج مواد البناء، الصناعة الزراعية)، المعالجة الميكانيكية، العمليات الكيميائية، العمليات الحرارية (اللحام، الصهر)، تشغيل المركبات (العادم) من محركات الاحتراق الداخلي وتآكل الإطارات وأسطح الطرق).
يعود وجود جزيئات الغبار في المباني إلى دخول الهواء الخارجي الملوث، وكذلك وجود مصادر داخلية: تدمير المواد (الملابس، الكتان، السجاد، الأثاث، مواد البناء، الكتب)، الطبخ، النشاط البشري (الجزيئات البشرة والشعر)، والفطريات العفن، وغبار العث المنزلي، وما إلى ذلك.
أجهزة تنقية الهواء بأسعار معقولة
لتقليل تركيز جزيئات الغبار (بما في ذلك أخطرها - حجمها أقل من 10 ميكرون)، تتوفر الأجهزة المنزلية التي تعمل وفقًا للمبادئ التالية:- الترشيح الميكانيكي
- تأين الهواء
- الترسيب الكهروستاتيكي (المرسبات الكهربائية).
- مقاومة هيدروليكية عالية لعنصر التصفية.
- الحاجة إلى استبدال عنصر مرشح باهظ الثمن بشكل متكرر.
أثناء التشغيل، يقوم مؤين الهواء بشحن جزيئات الغبار المعلقة في هواء الغرفة كهربائيًا، والتي تترسب بسببها تحت تأثير القوى الكهربائية على الأرض أو الجدران أو السقف أو الأشياء الموجودة في الغرفة. تبقى الجسيمات في الغرفة وقد تعود إلى التعليق، لذلك لا يبدو المحلول مرضيًا. بالإضافة إلى ذلك، يغير الجهاز بشكل كبير التركيب الأيوني للهواء، في حين لم تتم دراسة تأثير هذا الهواء على الأشخاص بشكل كافٍ في الوقت الحالي.
يعتمد تشغيل المنظف الكهروستاتيكي على نفس المبدأ: يتم شحن الجزيئات التي تدخل الجهاز كهربائيًا أولاً، ثم تنجذب بواسطة القوى الكهربائية إلى لوحات خاصة مشحونة بالشحنة المعاكسة (كل هذا يحدث داخل الجهاز). عندما تتراكم طبقة من الغبار على اللوحات، يتم إجراء التنظيف. تتمتع هذه المنظفات بكفاءة عالية (أكثر من 80%) في التقاط الجزيئات ذات الأحجام المختلفة، ومقاومة هيدروليكية منخفضة، ولا تتطلب استبدالًا دوريًا للمواد الاستهلاكية. هناك أيضًا عيوب: إنتاج كمية معينة من الغازات السامة (الأوزون وأكاسيد النيتروجين)، والتصميم المعقد (مجموعات الأقطاب الكهربائية، وإمدادات الطاقة ذات الجهد العالي)، والحاجة إلى التنظيف الدوري لألواح التجميع.
متطلبات تنقية الهواء
عند استخدام جهاز تنقية الهواء المعاد تدويره (يقوم جهاز التنقية هذا بسحب الهواء من الغرفة، وتصفيته، ثم إعادته إلى الغرفة)، يجب أن تكون خصائص الجهاز (كفاءة التمريرة الواحدة، والإنتاجية الحجمية) وحجم الغرفة المستهدفة يجب أخذها بعين الاعتبار، وإلا فقد يصبح الجهاز عديم الفائدة. ولهذه الأغراض، قامت منظمة AHAM الأمريكية بتطوير مؤشر CADR، الذي يأخذ في الاعتبار كفاءة التنظيف أحادية المسار والإنتاجية الحجمية لجهاز التنقية، بالإضافة إلى طريقة لحساب CADR المطلوبة لغرفة معينة. يوجد بالفعل وصف جيد لهذا المؤشر هنا. توصي AHAM باستخدام جهاز تنقية بقيمة CADR أكبر من أو تساوي خمسة أضعاف حجم الغرفة المتغير في الساعة. على سبيل المثال، بالنسبة لغرفة تبلغ مساحتها 20 مترًا مربعًا وارتفاع سقفها 2.5 مترًا، يجب أن يكون معدل CADR 20 * 2.5 * 5 = 250 مترًا مكعبًا في الساعة (أو 147CFM) أو أكثر.كما يجب ألا يخلق جهاز التنقية أثناء التشغيل أي عوامل ضارة: تجاوز مستوى الضوضاء المسموح به، وتجاوز التركيزات المسموح بها للغازات الضارة (في حالة استخدام المرسب الكهربائي).
مجال كهربائي موحد
نتذكر من مقرر الفيزياء أنه بالقرب من جسم به شحنة كهربائية يتشكل مجال كهربائي.خاصية القوة للمجال هي الشدة E [Volt/m أو kV/cm]. شدة المجال الكهربائي هي كمية متجهة (له اتجاه). من المعتاد تصوير التوتر بيانياً باستخدام خطوط القوة (تتوافق مماسات نقاط منحنيات القوة مع اتجاه متجه التوتر عند هذه النقاط)، ويتميز حجم التوتر بكثافة هذه الخطوط (كلما كانت أكثر كثافة تقع الخطوط، كلما زادت قيمة التوتر في هذه المنطقة).
دعونا نفكر في أبسط نظام للأقطاب الكهربائية، والذي يتكون من لوحين معدنيين متوازيين يقعان على مسافة L من بعضهما البعض؛ ويتم تطبيق فرق الجهد U من مصدر الجهد العالي على اللوحات:
الطول = 11 ملم = 1.1 سم؛
U = 11 كيلو فولت (كيلو فولت؛ 1 كيلو فولت = 1000 فولت)؛
يوضح الشكل الموقع التقريبي لخطوط الكهرباء. تظهر كثافة الخطوط أنه في معظم المساحة بين الأقطاب الكهربائية (باستثناء المنطقة القريبة من حواف الصفائح) يكون للجهد نفس القيمة. يسمى هذا المجال الكهربائي الموحد متجانس . يمكن حساب قيمة الجهد في الفراغ بين اللوحات لنظام القطب هذا من معادلة بسيطة:
وهذا يعني أنه عند جهد 11 كيلو فولت سيكون الجهد 10 كيلو فولت / سم. في ظل هذه الظروف، يكون الهواء الجوي الذي يملأ الفراغ بين الألواح عازلًا كهربائيًا (عازلًا)، أي أنه لا يوصل تيارًا كهربائيًا، لذلك لن يتدفق أي تيار في نظام القطب الكهربائي. دعونا نتحقق من هذا في الممارسة العملية.
في الواقع، الهواء يوصل تيارًا قليلًا جدًا.
يوجد دائمًا في الهواء الجوي كمية صغيرة من ناقلات الشحنة المجانية - الإلكترونات والأيونات التي تشكلت نتيجة لتأثير العوامل الخارجية الطبيعية - على سبيل المثال، الإشعاع الخلفي والأشعة فوق البنفسجية. تركيز هذه الشحنات منخفض جدًا، وبالتالي فإن كثافة التيار صغيرة جدًا؛ وأجهزتي غير قادرة على تسجيل مثل هذه القيم.
معدات للتجارب
ولإجراء تجارب عملية صغيرة، سيتم استخدام مصدر الجهد العالي (HVS)، ونظام اختبار القطب الكهربائي و"حامل القياس".
يمكن تجميع نظام القطب الكهربائي في أحد الخيارات الثلاثة: "لوحتان متوازيتان" أو "لوحة سلكية" أو "لوحة أسنان": 
المسافة بين الأقطاب الكهربائية لجميع الخيارات هي نفسها وهي 11 ملم.
يتكون الحامل من أدوات القياس:
- الفولتميتر 50 كيلو فولت (ميكرومتر Pa3 عند 50 μA مع مقاومة إضافية R1 1 GΩ؛ قراءة 1 μA تقابل 1 كيلو فولت)؛
- مقياس ميكرومتر Pa2 عند 50 ميكرو أمبير؛
- ملليمتر Pa1 عند 1mA.
عند الفولتية العالية، تبدأ بعض المواد غير الموصلة فجأة في توصيل التيار (مثل الأثاث)، لذلك يتم تركيب كل شيء على لوح من زجاج شبكي. تبدو هذه الفوضى كما يلي: 
بالطبع، دقة القياسات باستخدام هذه المعدات تترك الكثير مما هو مرغوب فيه، ولكن لمراقبة الأنماط العامة يجب أن تكون كافية (أفضل من لا شيء!). لقد انتهينا من المقدمات، فلنبدأ العمل.
التجربة 1
لوحتان متوازيتان، مجال كهربائي موحد؛ل = 11 مللي متر = 1.1 سنتيمتر ؛
U = 11…22 كيلو فولت.
تظهر قراءات الميكرومتر أنه لا يوجد بالفعل تيار كهربائي. لم يتغير شيء عند جهد 22 كيلو فولت، وحتى عند 25 كيلو فولت (الحد الأقصى لمصدر الجهد العالي الخاص بي).
| يو، كيلو فولت | ه، كيلو فولت / سم | أنا، μA |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 11 | 10 | 0 |
| 22 | 20 | 0 |
| 25 | 22.72 | 0 |
الانهيار الكهربائي للفجوة الهوائية
يمكن للمجال الكهربائي القوي أن يحول فجوة الهواء إلى موصل كهربائي - ولهذا من الضروري أن يتجاوز توتره في الفجوة قيمة حرجة (انهيار) معينة. عندما يحدث هذا، تبدأ عمليات التأين في الهواء بكثافة عالية: بشكل أساسي تأثير التأينو التأين الضوئيمما يؤدي إلى زيادة تشبه الانهيار الجليدي في عدد ناقلات الشحنة الحرة - الأيونات والإلكترونات. في مرحلة ما من الزمن، يتم تشكيل قناة موصلة (مملوءة بحاملات الشحنة)، تغطي الفجوة بين الأقطاب الكهربائية التي يبدأ من خلالها تدفق التيار (وتسمى هذه الظاهرة بالانهيار الكهربائي أو التفريغ). في منطقة عمليات التأين، تحدث تفاعلات كيميائية (بما في ذلك تفكك الجزيئات التي يتكون منها الهواء)، مما يؤدي إلى إنتاج كمية معينة من الغازات السامة (الأوزون، وأكاسيد النيتروجين).عمليات التأين
تأثير التأين
الإلكترونات والأيونات الحرة ذات العلامات المختلفة، الموجودة دائمًا بكميات صغيرة في الهواء الجوي، تحت تأثير المجال الكهربائي، سوف تندفع في اتجاه القطب الكهربائي المعاكس (الإلكترونات والأيونات السالبة - نحو الأيونات الموجبة والموجبة - نحو السالبة ). وسوف يصطدم بعضها بالذرات وجزيئات الهواء على طول الطريق. إذا تبين أن الطاقة الحركية للإلكترونات/الأيونات المتحركة كافية (وكانت أعلى، كلما زادت شدة المجال)، فعند الاصطدامات يتم إخراج الإلكترونات من الذرات المحايدة، ونتيجة لذلك يتم تكوين إلكترونات حرة جديدة وأيونات موجبة شكلت. وفي المقابل، سيتم أيضًا تسريع الإلكترونات والأيونات الجديدة بواسطة المجال الكهربائي، وسيكون بعضها قادرًا على تأين الذرات والجزيئات الأخرى بهذه الطريقة. لذلك يبدأ عدد الأيونات والإلكترونات في الفضاء بين الأقطاب الكهربائية في الزيادة مثل الانهيار الجليدي.
التأين الضوئي
الذرات أو الجزيئات التي تلقت كمية غير كافية من الطاقة أثناء التصادم للتأين تنبعث منها على شكل فوتونات (تميل الذرة/الجزيء إلى العودة إلى حالة الطاقة المستقرة السابقة). يمكن أن تمتص الذرة أو الجزيء الفوتونات، مما قد يؤدي أيضًا إلى التأين (إذا كانت طاقة الفوتون كافية لإزالة إلكترون).
بالنسبة للصفائح المتوازية في الهواء الجوي، يمكن حساب القيمة الحرجة لشدة المجال الكهربائي من المعادلة:
بالنسبة لنظام القطب الكهربائي قيد النظر، يبلغ الجهد الحرج (في ظل الظروف الجوية العادية) حوالي 30.6 كيلو فولت/سم، ويبلغ جهد الانهيار 33.6 كيلو فولت. لسوء الحظ، لا يمكن لمصدر الجهد العالي أن ينتج أكثر من 25 كيلو فولت، لذلك لمراقبة الانهيار الكهربائي للهواء، اضطررت إلى تقليل المسافة بين الأقطاب الكهربائية إلى 0.7 سم (الجهد الحرج 32.1 كيلو فولت / سم؛ جهد الانهيار 22.5 كيلو فولت).
التجربة رقم 2
ملاحظة الانهيار الكهربائي للفجوة الهوائية. سنقوم بزيادة فرق الجهد المطبق على الأقطاب الكهربائية حتى يحدث عطل كهربائي.ل = 7 مم = 0.7 سم؛
U = 14…25 كيلو فولت.
وقد لوحظ انهيار الفجوة في شكل تفريغ شرارة عند جهد 21.5 كيلو فولت. ينبعث من التفريغ ضوء وصوت (صوت نقر)، وانحرفت إبر جهاز قياس التيار (مما يعني أن التيار الكهربائي كان يتدفق). في الوقت نفسه، تم الشعور برائحة الأوزون في الهواء (نفس الرائحة، على سبيل المثال، تحدث عند تشغيل مصابيح الأشعة فوق البنفسجية أثناء معالجة الكوارتز للغرف في المستشفيات).
خصائص فولت أمبير:
| يو، كيلو فولت | ه، كيلو فولت / سم | أنا، μA |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 14 | 20 | 0 |
| 21 | 30 | 0 |
| 21.5 | 30.71 | انفصال |
مجال كهربائي غير منتظم
دعونا نستبدل قطب اللوحة الموجبة في نظام القطب الكهربائي بقطب سلكي رفيع يبلغ قطره 0.1 مم (أي R1 = 0.05 مم)، ويقع أيضًا بالتوازي مع قطب اللوحة السالبة. في هذه الحالة، في مساحة الفجوة بين الأقطاب الكهربائية في وجود فرق محتمل، أ غير متجانسة المجال الكهربائي: كلما اقتربت النقطة في الفضاء من قطب السلك، زادت قيمة شدة المجال الكهربائي. ويبين الشكل أدناه صورة تقريبية للتوزيع:
من أجل الوضوح، يمكنك إنشاء صورة أكثر دقة لتوزيع الجهد - من الأسهل القيام بذلك لنظام قطب كهربائي مكافئ، حيث يتم استبدال قطب اللوحة بقطب كهربائي أنبوبي يقع بشكل متحد المحور مع قطب التفريغ:
بالنسبة لنظام الإلكترود هذا، يمكن تحديد قيم الجهد عند نقاط الفضاء بين الأقطاب الكهربائية من معادلة بسيطة:
ويوضح الشكل أدناه الصورة المحسوبة للقيم:
R1 = 0.05 مم = 0.005 سم؛
R2 = 11 مم = 1.1 سم؛
يو = 5 كيلو فولت؛
الخطوط تميز قيمة التوتر على مسافة معينة؛ تختلف قيم الخطوط المجاورة بمقدار 1 كيلو فولت / سم.
يتضح من صورة التوزيع أنه في معظم مساحة الأقطاب الكهربائية يتغير الجهد بشكل طفيف، وبالقرب من القطب الكهربائي، عندما يقترب منه، يزداد بشكل حاد.
كورونا التفريغ
في نظام القطب الكهربائي السلكي المستوي (أو نظام مشابه، حيث يكون نصف قطر انحناء أحد القطبين أقل بكثير من المسافة بين القطبين)، كما رأينا من صورة توزيع الجهد، وجود مجال كهربائي مع الميزات التالية ممكنة:- في منطقة صغيرة قريبة من قطب السلك، يمكن أن تصل شدة المجال الكهربائي إلى قيم عالية (تتجاوز بشكل ملحوظ 30 كيلو فولت/سم)، كافية لحدوث عمليات تأين مكثفة في الهواء؛
- في الوقت نفسه، في معظم مساحة الأقطاب الكهربائية، ستأخذ شدة المجال الكهربائي قيمًا منخفضة - أقل من 10 كيلو فولت / سم.
في الفجوة بين الأقطاب الكهربائية مع تفريغ الهالة، يتم التمييز بين منطقتين: منطقة التأين (أو غطاء التفريغ)و منطقة الانجراف:
في منطقة التأين، كما يمكنك تخمين الاسم، تحدث عمليات التأين - تأثير التأين والتأين الضوئي، ويتم تشكيل أيونات ذات علامات وإلكترونات مختلفة. يؤثر المجال الكهربائي الموجود في الفضاء بين الأقطاب على الإلكترونات والأيونات، مما يؤدي إلى اندفاع الإلكترونات والأيونات السالبة (إن وجدت) نحو قطب التفريغ، ويتم إجبار الأيونات الموجبة على الخروج من منطقة التأين ودخول منطقة الانجراف.
في منطقة الانجراف، التي تمثل الجزء الرئيسي من الفجوة بين الأقطاب الكهربائية (كامل مساحة الفجوة باستثناء منطقة التأين)، لا تحدث عمليات التأين. هنا، يتم توزيع العديد من الأيونات الموجبة التي تنجرف تحت تأثير المجال الكهربائي (بشكل رئيسي في اتجاه قطب اللوحة).
بسبب الحركة الاتجاهية للشحنات (الأيونات الموجبة تغلق التيار إلى قطب اللوحة، والإلكترونات والأيونات السالبة - إلى قطب الإكليل)، يتدفق تيار كهربائي في الفجوة، تيار الاكليل .
في الهواء الجوي، اعتمادًا على الظروف، يمكن أن يتخذ تفريغ الإكليل الإيجابي أحد الأشكال التالية: انهيار ثلجيأو غاسل. ويلاحظ شكل الانهيار الجليدي في شكل طبقة مضيئة رقيقة موحدة تغطي قطبًا أملسًا (على سبيل المثال ، سلكًا) ، وكانت هناك صورة أعلاه. يتم ملاحظة شكل غاسل في شكل قنوات رفيعة تشبه الخيوط المضيئة (لافتات) موجهة من القطب الكهربائي وغالبًا ما يحدث على أقطاب كهربائية ذات مخالفات حادة (أسنان ، مسامير ، إبر) ، الصورة أدناه:
كما هو الحال في حالة تفريغ الشرارة، فإن أحد الآثار الجانبية لأي شكل من أشكال تفريغ الإكليل في الهواء (بسبب وجود عمليات التأين) هو إنتاج غازات ضارة - الأوزون وأكاسيد النيتروجين.
التجربة رقم 3
ملاحظة تفريغ كورونا الانهيار الإيجابي. قطب كورونا – سلك، مصدر طاقة إيجابي؛ل = 11 مم = 1.1 سم؛
R1 = 0.05 مم = 0.005 سم
توهج التفريغ:
بدأت عملية الإكليل (ظهر التيار الكهربائي) عند U = 6.5 كيلو فولت، بينما بدأ سطح قطب السلك مغطى بشكل موحد بطبقة رقيقة ضعيفة الإضاءة وظهرت رائحة الأوزون. وفي هذه المنطقة المضيئة (حالة تفريغ الإكليل) تتركز عمليات التأين. مع زيادة الجهد، لوحظت زيادة في شدة التوهج وزيادة غير خطية في التيار، وعندما تم الوصول إلى U = 17.1 كيلو فولت، تداخلت الفجوة بين الأقطاب الكهربائية (تحول تفريغ الإكليل إلى تفريغ شرارة).
خصائص فولت أمبير:
| يو، كيلو فولت | أنا، μA |
|---|---|
| 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 | تداخل |
التجربة رقم 4
ملاحظة تفريغ كورونا السلبي. لنقم بتبديل أسلاك إمداد الطاقة لنظام القطب الكهربائي (السلك السالب إلى قطب السلك، والسلك الموجب إلى قطب اللوحة). قطب كورونا – سلك، طاقة سلبية؛ل = 11 ملم؛
R1 = 0.05 مم = 0.005 سم.
يشع:
بدأ كورونا عند U = 7.5 كيلو فولت. اختلفت طبيعة توهج الإكليل السالب بشكل كبير عن توهج الإكليل الموجب: الآن ظهرت نقاط مضيئة نابضة منفصلة على مسافة متساوية من بعضها البعض على قطب الإكليل. مع زيادة الجهد المطبق، زاد تيار التفريغ، وكذلك عدد النقاط المضيئة وشدة توهجها. شعرت برائحة الأوزون أقوى من رائحة الهالة الإيجابية. حدث انهيار شرارة الفجوة عند U = 18.5 كيلو فولت.
خصائص فولت أمبير:
| يو، كيلو فولت | أنا، μA |
|---|---|
| 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 | تداخل |
التجربة رقم 5
ملاحظة تفريغ كورونا غاسل إيجابي. دعونا نستبدل قطب السلك في نظام القطب الكهربائي بقطب مسنن ونعيد قطبية مصدر الطاقة إلى حالته الأصلية. قطب كورونا – مزود طاقة مسنن وإيجابي ؛ل = 11 مم = 1.1 سم؛
يشع:
بدأت عملية الإكليل عند U = 5.5 كيلو فولت، وظهرت قنوات مضيئة رقيقة (لافتات) على أطراف قطب الإكليل، موجهة نحو قطب اللوحة. ومع زيادة الجهد، زاد حجم وشدة توهج هذه القنوات، وكذلك تيار الإكليل. كانت رائحة الأوزون مشابهة لرائحة الانهيار الجليدي الإيجابي. حدث انتقال تفريغ الإكليل إلى تفريغ شرارة عند U = 13 كيلو فولت.
خصائص فولت أمبير:
| يو، كيلو فولت | أنا، μA |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 5.5 | 1 |
| 6 | 3 |
| 7 | 10 |
| 8 | 20 |
| 9 | 35 |
| 10 | 60 |
| 11 | 150 |
| 12 | 300 |
| 12.9 | 410 |
| 13 | تداخل |
كما كان واضحًا من التجارب، فإن المعلمات الهندسية لقطب التفريغ، وكذلك قطبية مصدر الطاقة، تؤثر بشكل كبير على نمط التغير في التيار من الجهد، وحجم جهد الإشعال التفريغ، وحجم الفجوة انهيار الجهد. هذه ليست جميع العوامل التي تؤثر على وضع تفريغ الهالة، إليك قائمة أكثر اكتمالا:
- المعلمات الهندسية للمساحة بين الأقطاب الكهربائية:
- المعلمات الهندسية للقطب الاكليل.
- المسافة بين القطبين
- قطبية مصدر الطاقة الموردة إلى قطب الاكليل.
- معلمات خليط الهواء الذي يملأ مساحة الأقطاب الكهربائية:
- التركيب الكيميائي؛
- رطوبة؛
- درجة حرارة؛
- ضغط؛
- الشوائب (جزيئات الهباء الجوي، على سبيل المثال: الغبار والدخان والضباب)
- في بعض الحالات، المادة (قيمة وظيفة عمل الإلكترون) للقطب السالب، حيث قد يتم فصل الإلكترونات عن سطح القطب المعدني أثناء القصف بالأيونات والتشعيع بالفوتونات.
تنقية الهواء الكهربائية: مبدأ التشغيل
مبدأ التنظيف الكهربائي هو كما يلي: يتم تمرير الهواء الذي يحتوي على جزيئات عالقة من الملوثات (جزيئات الغبار و/أو الدخان و/أو الضباب) بسرعة V.p. من خلال الفجوة بين الأقطاب الكهربائية التي يتم فيها الحفاظ على تفريغ الهالة (في حالتنا، إيجابي).
يتم أولاً شحن جزيئات الغبار كهربائيًا في مجال تفريغ الإكليل (إيجابيًا) ثم تنجذب إلى أقطاب اللوحة السالبة الشحنة بسبب عمل القوى الكهربائية.
شحن الجزيئات
تصطدم الأيونات الموجبة المنجرفة، الموجودة بكميات كبيرة في فجوة الهالة بين الأقطاب، بجزيئات الغبار، مما يجعل الجزيئات تكتسب شحنة كهربائية موجبة. تتم عملية الشحن بشكل رئيسي من خلال آليتين - شحن الصدمةالأيونات تنجرف في مجال كهربائي و شحن الانتشارالأيونات المشاركة في الحركة الحرارية للجزيئات. تعمل كلتا الآليتين في وقت واحد، ولكن الأول أكثر أهمية لشحن الجزيئات الكبيرة (أكبر من ميكرومتر في الحجم)، والثاني - للجزيئات الأصغر. من المهم ملاحظة أنه مع تفريغ الهالة المكثف، يكون معدل شحن الانتشار أقل بكثير من معدل الصدمة.عمليات الشحن
تحدث عملية الشحن بالصدمة في تدفق الأيونات التي تتحرك من قطب الإكليل تحت تأثير مجال كهربائي. يتم التقاط الأيونات القريبة جدًا من الجسيم بواسطة الأخير بسبب قوى التجاذب الجزيئي التي تعمل على مسافات قصيرة (بما في ذلك قوة الصورة المرآة الناتجة عن تفاعل شحنة الأيون والشحنة المعاكسة المستحثة بسبب الحث الكهروستاتيكي على سطح الجسيم). جسيم).
يتم تنفيذ آلية شحن الانتشار بواسطة الأيونات المشاركة في الحركة الحرارية للجزيئات. يتم التقاط الأيون الذي يكون قريبًا بدرجة كافية من سطح الجسيم بواسطة هذا الأخير بسبب قوى الجذب الجزيئية (بما في ذلك قوة الصورة المرآة)، لذلك تتشكل منطقة فارغة بالقرب من سطح الجسيم حيث لا توجد أيونات :
بسبب الاختلاف الناتج في التركيزات، يحدث انتشار للأيونات على سطح الجسيم (تميل الأيونات إلى احتلال المساحة الفارغة)، ونتيجة لذلك، يتم احتجاز هذه الأيونات.
مع أي آلية، عندما يقوم الجسيم بتجميع الشحنة، تبدأ قوة كهربائية تنافرية في التأثير على الأيونات الموجودة بالقرب من الجسيم (شحنة الجسيم والأيونات لها نفس الإشارة)، وبالتالي فإن معدل الشحن سينخفض بمرور الوقت وفي في مرحلة ما سوف تتوقف تماما. وهذا ما يفسر وجود حد لشحن الجسيمات.
تعتمد كمية الشحنة التي يتلقاها الجسيم في فجوة الإكليل على العوامل التالية:
- قدرة الجسيم على الشحن (سرعة الشحن والحد الأقصى للشحن الذي لا يمكن للجسيم الشحن بعده)؛
- الوقت المخصص لعملية الشحن؛
- المعلمات الكهربائية للمنطقة التي يقع فيها الجسيم (قوة المجال الكهربائي، وتركيز وتنقل الأيونات)
الانجراف وترسب الجسيمات
يوجد مجال كهربائي في الفضاء بين الأقطاب الكهربائية لنظام قطب الإكليل، لذلك تبدأ قوة Coulomb Fk على الفور في التأثير على الجسيم الذي تلقى أي شحنة، وبالتالي يبدأ الجسيم في التحول في اتجاه قطب التجميع - تنشأ سرعة الانجراف W:
تتناسب قيمة قوة كولومب مع شحنة الجسيم وشدة المجال الكهربائي عند موقعه:
نتيجة لحركة الجسيم في الوسط تنشأ قوة مقاومة Fc، وذلك يعتمد على حجم الجسيم وشكله وسرعة حركته وكذلك لزوجة الوسط، وبالتالي تكون الزيادة في سرعة الانجراف محدودة . ومن المعلوم: أن سرعة انجراف الجسيم الكبير في مجال تفريغ الإكليل تتناسب مع شدة المجال الكهربائي ومربع نصف قطره، وسرعة انجراف الجسيم الصغير تتناسب مع شدة المجال.
بعد مرور بعض الوقت، يصل الجسيم إلى سطح قطب التجميع، حيث يتم احتجازه بسبب القوى التالية:
- قوى الجذب الكهروستاتيكية بسبب وجود شحنة على الجسيم.
- القوى الجزيئية
- القوى الناتجة عن التأثيرات الشعرية (في وجود كمية كافية من السائل وقدرة الجسيم والقطب على الترطيب).
تعمل هذه القوى على مقاومة تدفق الهواء، الذي يميل إلى تمزيق الجسيم. تتم إزالة الجسيمات من تدفق الهواء.
كما ترون، فإن فجوة الهالة في نظام القطب الكهربائي تؤدي الوظائف التالية اللازمة للتنظيف الكهربائي:
- إنتاج الأيونات الموجبة لشحن الجزيئات؛
- توفير مجال كهربائي للانجراف الموجه للأيونات (الضروري لشحن الجزيئات) وللانجراف الاتجاهي للجزيئات المشحونة إلى قطب الترسيب (الضروري لترسيب الجسيمات).
هناك عدة عوامل يمكن أن يكون لها تأثير كبير على عملية التنظيف الكهربائي:
- التركيز الكمي العالي لجزيئات الملوثات؛ يؤدي إلى نقص الأيونات (معظمها يترسب على الجزيئات)، ونتيجة لذلك تنخفض شدة الإكليل، حتى تتوقف (تسمى الظاهرة قفل الإكليل)، وتدهور معلمات المجال الكهربائي في الفجوة؛ مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة عملية الشحن؛
- تراكم طبقة من الغبار على قطب التجميع:
- إذا كانت الطبقة ذات مقاومة كهربائية عالية، فإن شحنة كهربائية لها نفس علامة شحنة الجزيئات المنجرفة (وقطبية قطب التفريغ) تتراكم فيها، مما يؤدي إلى:
- تنخفض شدة تفريغ الهالة (بسبب تشوه المجال الكهربائي في الفجوة)، مما يؤثر سلبًا على عملية شحن الجسيمات وعملية انجراف الجسيمات إلى قطب التجميع؛
- الطبقة المشحونة لها تأثير تنافر على الجسيم المترسب، الذي يحمل شحنة لها نفس العلامة، مما يؤثر سلباً على عملية الترسيب؛
- إذا كانت الطبقة ذات مقاومة كهربائية عالية، فإن شحنة كهربائية لها نفس علامة شحنة الجزيئات المنجرفة (وقطبية قطب التفريغ) تتراكم فيها، مما يؤدي إلى:
- يمكن أن يكون للرياح الكهربائية (ظهور تدفق الهواء في الاتجاه من قطب الإكليل نحو قطب التجميع) في بعض الحالات تأثير ملحوظ على مسار الجزيئات، وخاصة الصغيرة منها.
أنظمة القطب الكهربائي للمرشحات الكهربائية
كلما ابتعدت عن قطب الإكليل على طول الألواح، تقل شدة المجال. دعونا نختار بشكل تقليدي منطقة نشطة في الفجوة بين الأقطاب الكهربائية، حيث تأخذ شدة المجال قيمًا مهمة؛ أما خارج هذه المنطقة فإن العمليات اللازمة للتنظيف الكهربائي تكون غير فعالة بسبب عدم كفاية الجهد الكهربائي.
قد يختلف سيناريو حركة الجسيم الملوث عمليًا عن ذلك الموصوف سابقًا: على سبيل المثال، لا يصل الجسيم أبدًا إلى قطب التجميع (أ)، أو قد ينفصل الجسيم المترسب لسبب ما (ب) عن قطب التجميع مع الانجراف اللاحق عن طريق تدفق الهواء:
ومن الواضح أنه لتحقيق مؤشرات جودة تنظيف عالية، من الضروري استيفاء الشروط التالية:
- يجب أن يصل كل جسيم ملوث إلى سطح قطب التجميع؛
- يجب تثبيت كل جسيم يصل إلى قطب التجميع بشكل آمن على سطحه حتى تتم إزالته أثناء التنظيف.
- زيادة في سرعة الانجراف W؛
- تخفيض سرعة تدفق الهواء Vv.p .؛
- زيادة طول S لأقطاب التجميع على طول اتجاه حركة الهواء؛
- انخفاض في المسافة بين القطبين L، مما سيؤدي إلى انخفاض في المسافة A (والتي يجب على الجسيم التغلب عليها للوصول إلى قطب التجميع).
الفائدة الأكبر بالطبع هي إمكانية زيادة سرعة الانجراف. كما ذكرنا سابقًا، يتم تحديده بشكل أساسي من خلال حجم شدة المجال الكهربائي وشحنة الجسيم، وبالتالي، لضمان قيمه القصوى، من الضروري الحفاظ على تفريغ مكثف للإكليل، وكذلك ضمان فترة بقاء كافية ( ما لا يقل عن 0.1 ثانية) من الجسيم في المنطقة النشطة من الفجوة (بحيث يتمكن الجسيم من الحصول على شحنة كبيرة).
إن حجم سرعة تدفق الهواء (عند حجم ثابت للمنطقة النشطة) يحدد زمن بقاء الجسيم في المنطقة النشطة من الفجوة، وبالتالي الوقت المخصص لعملية الشحن والوقت المخصص للانجراف عملية. بالإضافة إلى ذلك، تؤدي الزيادة المفرطة في السرعة إلى حدوث احتجاز ثانوي - وهو تمزيق الجزيئات المترسبة من قطب التجميع. يعد اختيار معدل التدفق بمثابة حل وسط، حيث يؤدي انخفاض السرعة إلى انخفاض في الإنتاجية الحجمية للجهاز، وتؤدي الزيادة الكبيرة إلى تدهور حاد في جودة التنظيف. عادة، تبلغ السرعة في المرسبات الكهربائية حوالي 1 م/ث (يمكن أن تكون في نطاق 0.5...2.5 م/ث).
لن يكون لزيادة طول S للقطب التجميعي تأثير إيجابي كبير، لأنه في الجزء المطول من فجوة الأقطاب البينية خارج المنطقة النشطة التقليدية (مسافة كبيرة من قطب التفريغ) شدة المجال الكهربائي، وبالتالي انجراف الجسيمات ستكون السرعة منخفضة:
سيؤدي تركيب قطب كهربائي إضافي للإكليل في الجزء الممتد إلى تحسين الوضع بشكل كبير، ولكن بالنسبة للجهاز المنزلي، قد يسبب هذا الحل مشاكل في إنتاج الغازات السامة (بسبب زيادة الطول الإجمالي لقطب الهالة):
تُعرف الأجهزة التي تحتوي على هذا الترتيب من الأقطاب الكهربائية باسم المرسبات الكهروستاتيكية متعددة المجالات (في هذه الحالة، المرسبات الكهروستاتيكية ذات المجالين) وتستخدم في الصناعة لتنقية كميات كبيرة من الغازات.
سيؤدي تقليل المسافة بين الأقطاب الكهربائية (L → *L) إلى انخفاض المسار (*A< A), который необходимо преодолеть частице, чтобы достигнуть осадительного электрода:
نظرًا لانخفاض المسافة بين الأقطاب الكهربائية، سيتم تقليل فرق الجهد U، مما سيؤدي أيضًا إلى تقليل حجم المنطقة النشطة في فجوة الأقطاب البينية. سيؤدي ذلك إلى تقليل الوقت المتاح لعملية الشحن وعملية انجراف الجسيمات، مما قد يؤدي بدوره إلى انخفاض جودة التنظيف (خاصة للجزيئات الصغيرة ذات قدرة الشحن المنخفضة). بالإضافة إلى ذلك، فإن تقليل المسافة سيؤدي إلى تقليل مساحة المقطع العرضي للنواة. يمكن حل مشكلة تقليل المساحة عن طريق التثبيت المتوازي لنفس نظام القطب الكهربائي:
تُعرف الأجهزة التي تحتوي على هذا الترتيب من الأقطاب الكهربائية باسم المرسبات الكهروستاتيكية متعددة الأقسام (في هذه الحالة، قسمين) وتستخدم في المنشآت الصناعية. يزيد هذا التصميم من طول قطب الإكليل، مما قد يسبب مشاكل في إنتاج الغازات السامة.
من المحتمل أن يحتوي المرشح الكهربائي الافتراضي عالي الكفاءة على عدد من المجالات الكهربائية وأقسام التنظيف:
كل جسيم يدخل هذا المرسب الكهروستاتيكي متعدد الأقسام والمجالات سيكون لديه الوقت لتلقي أقصى شحنة ممكنة، حيث يوفر الجهاز منطقة شحن نشطة على نطاق واسع. سيصل كل جسيم مشحون إلى سطح قطب الترسيب، حيث يوفر الجهاز منطقة ترسيب نشطة ذات نطاق كبير ويقلل المسافة التي يجب أن يتغلب عليها الجسيم حتى يستقر على القطب. يمكن للجهاز التعامل بسهولة مع مستويات الغبار العالية في الهواء. لكن مثل هذا الترتيب للأقطاب الكهربائية، بسبب الطول الإجمالي الكبير لأقطاب الإكليل، سوف ينتج كمية كبيرة غير مقبولة من الغازات السامة. ولذلك، فإن مثل هذا التصميم غير مناسب تمامًا للاستخدام في جهاز مخصص لتنقية الهواء الذي سيستخدمه الأشخاص للتنفس.
في بداية المقال تم النظر في نظام القطب الكهربائي الذي يتكون من لوحين متوازيين. له خصائص مفيدة جدًا عند استخدامه في المرسب الكهروستاتيكي المنزلي:
- ولا يحدث أي تفريغ كهربائي في نظام القطب الكهربائي (لا توجد عمليات تأين)، لذلك لا يتم إنتاج غازات سامة؛
- يتم تشكيل مجال كهربائي منتظم في الفضاء بين الأقطاب الكهربائية، وبالتالي فإن قوة الانهيار في فجوة الأقطاب البينية أعلى من الفجوة المكافئة مع قطب التفريغ.
دعونا نستبدل قطب سلك الإكليل الثاني في نظام قطب كهربائي ثنائي المجال بقطب كهربائي لوحي:
تختلف عملية تنقية الهواء في نظام القطب الكهربائي المعدل قليلًا - الآن تتم على مرحلتين: أولاً، يمر الجسيم عبر فجوة الهالة مع مجال غير منتظم (المنطقة النشطة 1)، حيث يتلقى شحنة كهربائية، ثم يدخل فجوة بمجال إلكتروستاتيكي موحد (المنطقة النشطة 2)، مما يضمن انجراف الجسيم المشحون إلى قطب التجميع. وبالتالي، يمكن التمييز بين منطقتين: منطقة الشحن (المؤين) ومنطقة الترسيب (المرسب)، ولهذا السبب يسمى هذا المحلول المرسب الكهروستاتيكي ثنائي المنطقة. تكون قوة الانهيار في فجوة الأقطاب البينية في منطقة هطول الأمطار أعلى من قوة الانهيار في فجوة منطقة الشحن، وبالتالي يتم تطبيق قيمة أكبر لفرق الجهد U2 عليها، مما يوفر قيمة أكبر لشدة المجال الكهربائي في هذه المنطقة (المنطقة النشطة 2). مثال: ضع في الاعتبار وجود فجوتين لهما نفس المسافة بين الأقطاب الكهربائية L=30 مم: مع قطب كهربائي كورونا ومع قطب كهربائي لوحي؛ لا تتجاوز قيمة انهيار متوسط الجهد لفجوة ذات مجال غير منتظم 10 كيلو فولت / سم؛ تبلغ قوة الانهيار لفجوة ذات مجال موحد حوالي 28 كيلو فولت / سم (أكثر من مرتين).
ستساعد الزيادة في قوة المجال على تحسين جودة التنظيف، حيث أن القوة التي تضمن انجراف جزيئات الغبار المشحونة تتناسب مع قيمتها. واللافت للنظر هو أن نظام القطب الكهربائي في منطقة الترسيب لا يستهلك أي كهرباء تقريبًا. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن المجال موحد، فإن الشدة ستأخذ نفس القيمة على طول المنطقة بأكملها (على طول اتجاه حركة الهواء). بفضل هذه الخاصية، من الممكن زيادة طول أقطاب منطقة هطول الأمطار:
ونتيجة لذلك، سيزداد طول منطقة الترسيب النشطة (المنطقة النشطة 2)، مما سيزيد من الوقت المتاح لعملية الانجراف. سيؤدي ذلك إلى تحسين جودة التنظيف (خاصة بالنسبة للجزيئات الصغيرة ذات سرعة الانجراف المنخفضة).
يمكن إجراء تحسين آخر على نظام القطب الكهربائي: زيادة عدد الأقطاب الكهربائية في منطقة هطول الأمطار:
سيؤدي ذلك إلى انخفاض المسافة بين الأقطاب الكهربائية لمنطقة هطول الأمطار، مما يؤدي إلى:
- ستنخفض المسافة التي يحتاج الجسيم المشحون إلى التغلب عليها للوصول إلى قطب التجميع؛
- ستزداد قوة الانهيار في فجوة الأقطاب البينية (كما يتبين من معادلة التوتر الحرج لفجوة الهواء)، مما يسمح بتوفير قيم أعلى لشدة المجال الكهربائي في منطقة الترسيب .
لن يتناقص طول المنطقة النشطة 2 على طول اتجاه حركة الهواء، وهو أمر مهم. ولذلك، فإن زيادة عدد الأقطاب الكهربائية في المرسب سيؤدي أيضًا إلى تحسين جودة التنظيف.
خاتمة
في النهاية، وصلنا إلى نظام القطب الكهربائي ثنائي المنطقة الذي يتمتع بجودة عالية في إزالة الجزيئات العالقة، حتى الصغيرة منها، والتي يسبب التقاطها أكبر الصعوبات (قدرة شحن منخفضة، وبالتالي سرعة انجراف منخفضة) بمستوى منخفض من الغازات السامة المنتجة (شريطة استخدام تاج الانهيار الإيجابي). التصميم له أيضًا عيوب: مع التركيز الكمي العالي للغبار، ستحدث ظاهرة قفل التاج، مما قد يؤدي إلى انخفاض كبير في كفاءة التنظيف. كقاعدة عامة، الهواء السكني لا يحتوي على الكثير من الملوثات، لذلك لا ينبغي أن يكون هذا مشكلة. بفضل المزيج الجيد من الخصائص، يتم استخدام الأجهزة ذات أنظمة الأقطاب الكهربائية المشابهة بنجاح لتنقية الهواء بشكل جيد في الغرف.إذا أمكن، سيحتوي الجزء التالي على مواد حول تصميم وتجميع جهاز تنقية الهواء الكهروستاتيكي ثنائي المنطقة الكامل في المنزل.
شكرا جزيلا ليانا جيروفابالنسبة للكاميرا المتوفرة: بدونها ستكون جودة مواد الصور والفيديو أسوأ بكثير، ولن تكون هناك صور لتفريغ الهالة على الإطلاق.
نزاروف ميخائيل.
مصادر
- الأساسيات الكهربية لتكنولوجيا الجهد العالي. I.P.Vereshchagin، يو.ن. فيريشاجين. - م: إنرجواتوميزدات، 1993؛
- تنقية الغازات الصناعية باستخدام المرسبات الكهربائية. ف.ن. أوزوف. – م: دار نشر “الكيمياء” 1967؛
- تقنيات جمع الغبار وتنقية الغازات الصناعية. ج.م.-أ. علييف. - م: علم المعادن، 1986؛
- تنقية الغاز الصناعي: لكل. من الانجليزية - ماجستير كيمياء 1981.
يمكن للمستخدمين المسجلين فقط المشاركة في الاستطلاع. ، لو سمحت.