ионизационный фильтр для очистки воздуха

Формула изобретения

1. ИОНИЗАЦИОННЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА , содеpжащий тpубопpовод и ионизатоp, установленный на боковых стенках тpубопpовода и выполненный в виде набоpа игольчатых электpодов, повеpхность котоpых покpыта металлом, имеющим низкий потенциал ионизации, и нагpевательного элемента, установленных в теплоизолиpующую камеpу, электpода пpотивоположной поляpности и источников низкого и высокого напpяжения, отличающийся тем, что он снабжен последовательно соединенными датчиком ионов, устpойством выбоpки и хpанения, аналого-цифpовым пpеобpазователем, блоком сpавнения цифpовых кодов, содеpжащим пеpвый и втоpой pегистpы памяти, подключенные к входу цифpового компаpатоpа, выходы котоpого подключены к схеме стpобиpования, состоящей из тpех двухвходовых схем И, а также блоком упpавления блоком сpавнения, включающим последовательно соединенные пеpвый одновибpатоp и счетный тpиггеp, к пpямому и инвеpсному выходу котоpого подключены соответственно пеpвый вход пеpвой схемы И - НЕ и пеpвый вход втоpой двухвходовой схемы И - НЕ, втоpые входы котоpых соединены и чеpез линию задеpжки подключены к выходу пеpвого одновибpатоpа, и подключенные к выходу втоpой схемы И - НЕ последовательно соединенные втоpой одновибpатоp и инвеpтоp, блоком счетчика, содеpжащим последовательно включенные счетный тpиггеp, пеpвую двухвходовую схему И, упpавляемый однополюсный пеpеключатель и двухвходовую схему ИЛИ, pевеpсивный счетчик, у котоpого вход счета на увеличение подключен к выходу схемы ИЛИ, а вход счета на уменьшение - ко втоpому выходу однополюсного пеpеключателя, втоpую двухвходовую схему И, входы котоpой соединены с выходами окончания счета на увеличение и уменьшение pевеpсивного счетчика, а выход - с втоpым входом пеpвой схемы И, постоянным запоминающим устpойством, соединенным с выходом pевеpсивного счетчика, блоком коммутиpуемых балластных сопpотивлений, подключенным к выходной шине постоянного запоминающего устpойства и выполненным в виде набоpа электpических цепочек из балластных сопpотивлений, каждое из котоpых шунтиpуется ключом, упpавляющий вход котоpого связан с одной из линий выходной шины постоянного запоминающего устpойства, и сопpотивления нагpевательного элемента, соединенного с источником тока и чеpез однополюсный пеpеключатель, втоpой выход котоpого заземлен, с общей точкой соединения балластных сопpотивлений, блоком упpавления, включающим последовательно соединенные генеpатоp тактовых сигналов, таймеp, пеpвый одновибpатоp, пеpвую тpехвходовую схему ИЛИ - НЕ, пеpвую линию задеpжки, а также втоpой одновибpатоp, вход котоpого подключен к выходу пеpвой схемы ИЛИ - НЕ, втоpую линию задеpжки, выход котоpой соединен с пеpвым входом пеpвой схемы ИЛИ - НЕ, пеpвый IK-тpиггеp и втоpой IK-тpиггеp, вход K котоpого соединен с выходом таймеpа, пеpвый инвеpтоp, выход котоpого подсоединен к запускающему входу таймеpа, последовательно соединенные фоpмиpователь импульса запуска, тpетью линию задеpжки, выход котоpой соединен с тpетьим входом пеpвой схемы ИЛИ - НЕ, последовательно соединенные втоpой инвеpтоp, световой элемент сигнализации неиспpавности системы pегулиpования, двухвходовую схему И, втоpой вход котоpой соединен с выходом пеpвого одновибpатоpа, и втоpую двухвходовую схему ИЛИ - НЕ, втоpой вход котоpой подключен к выходу фоpмиpователя импульса запуска, и блоком импульсов окончания, содеpжащим последовательно включенные двухвходовую схему И и одновибpатоp, пpичем выход окончания пpеобpазования аналого-цифpового пpеобpазователя подсоединен к входу пеpвого одновибpатоpа блока упpавления блоком сpавнения, выходы пеpвой и втоpой схем И - НЕ указанного блока подключены соответственно к входам pазpешения записи пеpвого и втоpого pегистpов памяти, выход втоpого одновибpатоpа соединен с входами pазpешения чтения обоих pегистpов памяти, а выход инвеpтоpа - с втоpыми входами двухвходовых схем И схемы стpобиpования выхода цифpового компаpатоpа, выход пеpвого одновибpатоpа соединен одновpеменно со счетным входом тpиггеpа блока счетчика и входом втоpой линии задеpжки блока упpавления, выход схемы стpобиpования блока сpавнения "= " соединен со входом I пеpвого IK-тpиггеpа блока упpавления, выход котоpого подключен к упpавляющему входу однополюсного пеpеключателя блока счетчика, выход схемы стpобиpования "<" соединен одновpеменно с пеpвым входом двухвходовой схемы И блока импульсов окончания, выход котоpой соединен с втоpым входом схемы ИЛИ блока счетчика, входом K пеpвого IK-тpиггеpа блока упpавления, а также входом I втоpого IK-тpиггеpа, выход котоpого подключен к входу pазpешения пpеобpазования аналого-цифpового пpеобpазователя, и с входом пеpвого инвеpтоpа блока упpавления, выход пеpвой линии задеpжки блока упpавления соединен с входом сбpоса аналого-цифpового пpеобpазователя, выход генеpатоpа тактовых сигналов соединен одновpеменно с тактовым входом аналого-цифpового пpеобpазователя, с входами записи пеpвого и втоpого pегистpов памяти блока сpавнения и с втоpым входом схемы И блока импульсов окончания, выход одновибpатоpа блока окончания соединен с упpавляющим входом однополюсного пеpеключателя блока коммутиpуемых балластных сопpотивлений, выход втоpой схемы ИЛИ - НЕ блока упpавления соединен с входом pазpешения загpузки pевеpсивного счетчика, выход втоpой схемы И блока счетчика подключен к входу втоpого инвеpтоpа блока упpавления, а выход втоpого одновибpатоpа блока упpавления соединен с упpавляющим входом устpойства выбоpки и хpанения, выходы блока коммутиpуемых балластных сопpотивлений включены в цепь последовательно с игольчатыми электpодами ионизатоpа.

2. Фильтp по п. 1, отличающийся тем, что в блок счетчика введены n дополнительных pевеpсивных счетчиков, n дополнительных постоянных запоминающих устpойств, подсоединенных к выходам соответствующих pевеpсивных счетчиков, n дополнительных набоpов балластных сопpотивлений, включенных последовательно в виде коммутиpуемых ступеней pегулиpования на участке между однополюсным пеpеключателем и набоpом балластных сопpотивлений блока коммутиpуемых балластных сопpотивлений, а также (n + 1) дополнительных двухвходовых схем ИЛИ, n схем стpобиpования тактовых входов pевеpсивных счетчиков, каждая из котоpых содеpжит пеpвую и втоpую схемы N, выходы котоpых соединены соответственно с входом счета на увеличение и входом счета на уменьшение каждого pевеpсивного счетчика, n упpавляющих IK-тpиггеpов, пpичем пеpвые входы n дополнительных схем ИЛИ объединены и подключены к пеpвому входу схемы ИЛИ блока счетчика, втоpые входы указанных схем ИЛИ объединены и подключены к втоpому входу схемы ИЛИ блока счетчика, выходы указанных схем ИЛИ соединены с пеpвыми входами пеpвых схем И схем стpобиpования тактовых входов pевеpсивных счетчиков, выход окончания счета на увеличение каждого i-го pевеpсивного счетчика, кpоме (n + 1)-го, соединен с входом K соответствующего i-го упpавляющего тpиггеpа типа IK, а выход окончания счета на уменьшение каждого i-го pевеpсивного счетчика, кpоме I-го, - со входом I (i - 1)-го упpавляющего IK-тpиггеpа, пpямой выход i-го упpавляющего IK-тpиггеpа подключен к втоpому входу каждой из схем И i-й схемы стpобиpования, инвеpсный выход i-го упpавляющего тpиггеpа - к тpетьим входам схем И (i + 1)-й схемы стpобиpования, пеpвые входы втоpых схем И схем стpобиpования объединены и подключены к втоpому входу однополюсного пеpеключателя блока счетчика, пpи этом инвеpсный выход n-го упpавляющего IK-тpиггеpа соединен с втоpыми входами схем И (n + 1)-й схемы стpобиpования, выход окончания счета на уменьшение I-го pевеpсивного счетчика и выход окончания счета на увеличение (n + 1)-го pевеpсивного счетчика подключены к пеpвому и втоpому входам втоpой схемы И блока счетчика, а входы загpузки n дополнительных счетчиков объединены и подсоединены ко входу pазpешения загpузки pевеpсивного счетчика блока счетчика.

3. Фильтp по п. 1, отличающийся тем, что тpубопpовод пеpеменного сечения выполнен в виде тpубы Вентуpи, а датчик ионов установлен в конце диффузоpного участка тpубы Вентуpи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к фильтрам для очистки воздуха от паров газообразных примесей органического происхождения, например летучих растворителей, и может быть использовано для очистки промышленных газовых выбросов, выхлопных газов, вентиляционных выбросов от паро- и газообразных примесей, удаляемых от печатных машин, устройства для припрессовки пленки и т. п.

Известен ряд фильтров, использующих адсорбционный метод очистки путем прокачки загрязненного газообразными органическими примесями воздуха через слой адсорбента с последующей заменой или регенерацией этого слоя [1] .

Недостатками подобных фильтров являются: необходимость частой замены или регенерации слоя адсорбента ввиду его полного насыщения за короткий период эксплуатации вследствие недостаточной динамической емкости адсорбента, значительные эксплуатационные затраты, обусловленные повышенным расходом материалов - адсорбента и пара для регенерации - и расходом электроэнергии на разогрев пара.

Известно устройство для очистки воздуха от тумана пластификаторов, выполненное в виде трубы Вентури, содержащей осадительные элементы в виде металлических трубок, установленных в горловине трубы Вентури и заземленных [2] .

Недостатком указанного устройства является повышение аэродинамического сопротивления рабочего участка за счет насыщения его проходного сечения трубчатыми осадительными элементами, что приводит к дополнительным энергозатратам, а также невысокая эффективность очистки, вызванная осаждением на внутренней поверхности металлических трубок под воздействием сил смачивания.

Известны также электрофильтры, обеспечивающие очистку воздуха и газов посредством воздействия на загрязненный воздух коронного разряда и совмещающие очистку воздуха с его ионизацией и озонированием [3 и 4] .

Недостатками данного вида фильтров являются повышенный расход электроэнергии, связанный с необходимостью ионизации как сложных органических молекул загрязнителя, так и газовых компонентов воздуха, а также повышенное аэродинамическое сопротивление электрофильтра из-за расположенных в его проточном участке рабочих электродов.

Более близким по техническому существу к заявленному техническому решению является устройство для ионизации газа, содержащее трубопровод с ионизатором, установленным на кронштейнах и включающим игольчатый электрод и электрод противоположной поляpности, при этом ионизатор выполнен в виде камеры с нагревателем, а трубопровод выполнен переменного сечения, камера установлена на трубопроводе, игольчатый электрод, поверхность которого выполнена из металла с низким потенциалом ионизации, размещен в камере ионизации, электрод противоположной полярности выполнен плоским или пластинчатым [5] .

Данное устройство обеспечивает высокую степень ионизации газового потока зарядом одного знака в режиме частичного пробоя межэлектрического промежутка, однако стабилизация указанного пробоя при переменном давлении и плотности газа, температуре и скорости потока в межэлектродном промежутке может быть осуществлена только в узком диапазоне изменения указанных параметров, причем стабилизация пробоя особенно затруднена в условиях неустойчивого тлеющего разряда в больших объемах, при повышенных давлениях и при сильных токах, т. е. в условиях, наиболее интересных для практического применения.

Заявленное техническое решение позволяет производить очистку воздуха, загрязненного летучими органическими примесями, с более высокой эффективностью и при минимальном увеличении расхода электроэнергии посредством его прокачки через положительный столб тлеющего разряда, созданного электродами, размещенными в горловине трубы Вентури прямоугольного сечения, и устойчивость которого поддерживается в расширенном диапазоне изменений давления и плотности, температуры и скорости воздушного потока за счет регулирования межэлектродного напряжения по цепям питания секционированных катодов.

Описанный технический результат достигается тем, что устройство для ионизации газа, содержащее трубопровод с ионизатором, установленным на кронштейнах и включающим игольчатый электрод, поверхность которого выполнена из металла с низким потенциалом поверхностной ионизации, нагревательный элемент и электрод противоположной полярности, теплоизолирующую камеру и источники напряжения низкого уровня и высокого уровня, согласно изобретению, снабжено датчиком ионов, к выходу которого подключены последовательно соединенные устройство выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь и блок сравнения цифровых кодов, содержащий первый и второй регистры памяти, подключенные к входу цифрового компаратора, выходы которого подключены к схеме стробирования, состоящей из трех двухвходовых схем И, а также блоком управления блоком сравнения, включающим последовательно соединенные первый одновибратор и счетный триггер, к прямому и инверсному выходу которого подключены соответственно первый вход первой схемы И-НЕ и первый вход второй схемы И-НЕ, вторые входы которых соединены и через линию задержки подключены к выходу первого одновибратора, и последовательно соединенные второй одновибратор и инвертор, подключенные к выходу второй схемы И-НЕ, блоком счетчика, содержащим последовательно включенные счетный триггер, первую двухвходовую схему И, однополюсный переключатель и двухвходовую схему ИЛИ, реверсивный счетчик, у которого вход счета на увеличение подключен к выходу схемы ИЛИ, а вход счета на уменьшение - к второму выходу однополюсного переключателя, вторую двухвходовую схему И, входы которой соединены с выходами окончания счета на увеличение и на уменьшение реверсивного счетчика, а выход - с вторым входом первой смены И, постоянным запоминающим устройством, соединенным с выходом реверсивного счетчика, блоком коммутируемых балластных сопротивлений, подключенным к выходной шине постоянного запоминающего устройства и выполненным в виде набора электрических цепочек из балластных сопротивлений, каждое из которых включено в цепь последовательно с игольчатым электродом и шунтируется ключом, управляющий вход которого связан с одной из линий выходной шины постоянного запоминающего устройства, и сопротивления нагревательного элемента, соединенного с источником тока и через однополюсный переключатель, второй выход которого заземлен, с общей точкой соединения балластных сопротивлений, блоком управления, включающим последовательно соединенные генератор тактовых сигналов, таймер, первый одновибратор, первую трехвходовую схему ИЛИ-НЕ, первую линию задержки, а также второй одновибратор, вход которого подключен к выходу первой схемы ИЛИ-НЕ, вторую линию задержки, выход которой соединен с первым входом первой схемы ИЛИ-НЕ, первый IK-триггер и второй IK-триггер, вход К которого соединен с выходом таймера, первый инвертор, выход которого подсоединен к запускающему входу таймера, последовательно соединенные формирователь импульса запуска, третью линию задержки, выход которой соединен с третьим входом первой схемы ИЛИ-НЕ, последовательно соединенные второй инвертор, световой элемент сигнализации неисправности системы регулирования, двухвходовую схему И, второй вход которой соединен с выходом первого одновибратора, и вторую двухвходовую схему ИЛИ-НЕ, второй вход которой подключен к выходу формирователя импульса запуска, и блоком импульсов окончания регулирования, содержащим последовательно включенные двухвходовую схему И и одновибратор, причем выход окончания преобразователя аналого-цифрового преобразователя подсоединен к входу первого одновибратора блока управления блоком сравнения, выходы первой и второй схемы И-НЕ указанного блока подключены соответственно к входам разрешения записи первого и второго регистров памяти, выход второго обновибратора соединен с входами разрешения чтения регистров памяти, а выход инвертора - с вторыми входами двухвходовых схем И схемы стробирования выхода цифрового компаратора, выход первого одновибратора соединен одновременно со счетным входом триггера блока счетчика и входом второй линии задержки блока управления, выход "= " схемы стробирования блока сравнения соединен со входом I первого IK-триггера блока управления, выход которого подключен к управляющему входу однополюсного переключателя блока счетчика, выход " < " схемы стробирования соединен одновременно с первым входом двухвходовой схемы И блока импульсов окончания регулирования, выход которой соединен с вторым входом схемы ИЛИ блока счетчика, входом К первого IK-триггера блока управления, входом I второго IK-триггера, выход которого подключен к входу разрешения преобразования аналого-цифрового преобразователя, и с входом первого инвертора блока управления, выход первой линии задержки блока управления соединен со входом сброса аналого-цифрового преобразователя, выход генератора тактовых сигналов соединен одновременно с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя, с входами записи первого и второго регистров памяти блока сравнения и с вторым входом схемы И блока импульсов окончания регулирования, выход одновибратора указанного блока соединен с управляющим входом однополюсного переключателя блока коммутируемых балластных сопротивлений, выход второй схемы ИЛИ-НЕ блока управления соединен с входом разрешения загрузки реверсивного счетчика, выход второй схемы И блока счетчика подключен к входу второго инвертора блока управления, а выход второго одновибратора блока управления соединен с управляющим входом устройства выборки и хранения.

Для лучшего поддержания и повышения точности регулирования положительного столба тлеющего разряда в блок счетчика ионизационного фильтра введены n дополнительных реверсивных счетчиков, n дополнительных постоянных запоминающих устройств, подсоединенных к выходам соответствующих реверсивных счетчиков, n дополнительных наборов балластных сопротивлений, включенных последовательно в виде коммутируемых ступеней регулировки на участке между однополюсным переключателем набором балластных сопротивлений блока коммутируемых балластных сопротивлений, а также n дополнительных двухвходовых схем ИЛИ, n+1 схема стробирования тактовых входов реверсивных счетчиков, каждая из которых содержит первую и вторую схемы И, выходы которых соединены соответственно с входом счета на увеличение и входом счета на уменьшение каждого реверсивного счетчика, n управляющих IK-триггеров, причем первые входы "n" дополнительных схем ИЛИ объединены и подключены к первому входу схемы ИЛИ блока счетчика, вторые входы указанных схем также объединены и подключены к второму входу схемы ИЛИ блока счетчика, выходы названных схем ИЛИ соединены с первыми входами первых схем И схем стробирования тактовых входов реверсивных счетчиков, выход окончания счета на увеличение каждого i-го реверсивного счетчика соединен со входом К соответствующего i-го управляющего IK-триггера, а выход окончания счета на уменьшение - с входом I i-1-го управляющего IK-триггера, прямой выход i-го управляющего триггера подключен к второму входу каждой из схем И i-й схемы стробирования, инверсный выход - к третьим входам схем И i+1-й схемы стробирования, при этом первые входы вторых схем стробирования И каждого реверсивного счетчика объединены и подключены к второму выходу однополюсного переключателя блока счетчика, инверсный выход n-го управляющего IK-триггера соединен с вторыми входами схем И n+1-й схемы стробирования, выход окончания счета на уменьшение I-го реверсивного счетчика и выход окончания счета на уменьшение I-го реверсивного счетчика и выход окончания счета на увеличение n+1-го реверсивного счетчика подключены к первому и второму входам второй схемы И блока счетчика, а входы разрешения загрузки n дополнительных реверсивных счетчиков объединены и подсоединены к входу разрешения загрузки реверсивного счетчика блока счетчика.

Для обеспечения эффективной работы ионизационного фильтра трубопровод переменного сечения на том участке, где установлен ионизатор, выполнен в виде трубки Вентури, при этом датчик ионов установлен в конце диффузорного участка трубы Вентури.

На фиг. 1 показана установка ионизационного фильтра в вентиляционной системе; на фиг. 2 - поперечный разрез предлагаемого фильтра; на фиг. 3 - структурная схема адаптивной системы регулирования включения тлеющего разряда; на фиг. 4 - принципиальная электрическая схема адаптивной системы регулирования (ионизатор, установленный в трубе Вентури, не показан); на фиг. 5 - принципиальная электрическая схема блока счетчика по п. 2 формулы изобретения; на фиг. 6 - сигналы функционирования адаптивной системы регулирования в характерных точках.

Ионизационный фильтр (см. фиг. 1) устанавливается в вентиляционную систему 1 с помощью переходных участков 2, осуществляющих сопряжение фильтра с вентсистемой, и включает в себя конфузор 3, плоский участок 4 с анодной пластиной 5, установленной заподлицо с внутренней стороны крышки плоского участка, распределению на противоположной стороне плоского участка катоды 6 игольчатого или штыревого типа, штуцеры 7 и 8 для подачи анодного и катодного напряжений и диффузор 9, в конце которого устанавливается датчик ионов 10, к выходу которого подключены последовательно соединенные устройства 11 выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь 12 и блок сравнения цифровых кодов 13, а также блок управления блоком сравнения цифровых кодов - блок 14, блок 15 счетчика, к выходу которого подсоединено постоянное запоминающее устройство 16, выходная шина которого связана с управляющими входами блока 17 коммутируемых балластных сопротивлений, блок 18 управления, блок импульсов окончания регулирования 19, источник 20 постоянного тока для питания нагревательного элемента (см. фиг. 3), световой элемент сигнализации работы системы регулирования Л1, световой элемент сигнализации окончания регулирования Л2 и световой элемент сигнализации неисправности системы регулирования Л3, причем выход окончания преобразования аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 12 подключен к управляющему входу блока 14 управления блоком сравнения, первый импульсный выход которого одновременно соединен со счетным входом блока счетчика 15 и первым входом блока 18 управления, импульсный выход , а также импульсные выходы , ЕО и ЕО блока 14 соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока 13 сравнения цифровых кодов (БСК), первый выход которого подключен к световому элементу Л1, выход " < " - к второму входу блока 18 управления, выход "= " к третьему входу блока 18 управления, первый выход которого соединен одновременно с тактовым входом АЦП 12, входом записи БСК 13 и первым входом блока 19 импульсов окончания регулирования (БИО), второй выход - к входу разрешения преобразования , третий выход - к входу сброса АЦП 12, четвертый выход - к управляющему входу устройства 11 выборки и хранения, пятый выход - с переключательным входом блока 15 счетчика, шестой выход - с входом разрешения загрузки блока 15, при этом выход " < " БСК 13 соединен также с вторым входом БИО 19, первый выход которого подсоединен к дополнительному счетному входу блока 15 счетчика, а второй выход - к переключательному входу блока коммутирующих балластных сопротивлений (БКБС) 17, выход сигнализации блока 15 соединен с четвертым входом блока управления (БУ) 18, седьмой выход которого подключен к световому элементу Л3, источник тока 20 (ИТ) соединен с первым входом (БКБС) 17, выходы которого соединены с распределенными игольчатыми катодами 6. Теплоизолирующая камера 21, в которой установлены игольчатые катоды 6 и распределенное сопротивление нагревателя 22, установлена на стенке рабочего участка трубы Вентури, причем поверхность оснований игольчатых электродов 6, обращенная к соответствующему участку нагревателя 22, зачернена. Выходит ИТ 20 соединен с сопротивлением 22 нагревателя.

БСК 13 содержит (см. фиг. 4) регистры памяти 23 и 24, входы которых параллельно подключены к шине выходного катода АЦП 12, а выходы - к соответствующим входам цифрового компаратора 25, выходы которого стробируются схемой 26, состоящей из трех двухвходовых схем И, блок управления блоком сравнения цифровых кодов (БУБС) 14 включает последовательно соединенные одновибратор 27 и счетный триггер 28, к прямому и инверсному выходам которого подключены соответственно первый вход схемы И-НЕ 29 и первый вход схемы И-НЕ 30, вторые входы которых соединены и через линию задержки 31 подключены к выходу одновибратора 27, и последовательно соединенные одновибратор 32 и инвертор 33, соединенные с выходом схемы И-НЕ 30, блок счетчика (БС) 15 содержит последовательно включенные счетный триггер 34, двухвходовую схему И 35, однополюсный переключатель 36 и двухвходовую схему ИЛИ 37, а также реверсивный счетчик 38, у которого вход счета на увеличение подключен к выходу схемы ИЛИ 37, а вход счета на уменьшение - к второму выходу однополюсного переключателя 36, двухвходовую схемы И 39, которой входы соединены с выходами окончания счета на увеличение и на уменьшение реверсивного счетчика 38, выход - с вторым входом схемы И 35, БКБС 17, управляемый по шине ПЗУ 16, выполнен в виде набора электрических цепочек из балластных сопротивлений 40.1, . . . , 40 m, каждое из которых включено последовательно с игольчатыми катодами 6 и шунтируется ключом 41.1, . . . , 41 m, управляющий вход которого связан с одной из линий шины ПЗУ 16, и сопротивления нагревательного элемента 22, соединенного с источником тока ИТ 20 и через однополюсный переключатель 42, второй выход которого заземлен, с общей точкой соединения балластных сопротивлений 40.1, . . . , 40. m, блок управления БУ 18 включает последовательно соединенные генератор тактовых сигналов 43, таймер 44, одновибратор 45, трехвходовую схему ИЛИ-НЕ 46, линию задержки 47, а также одновибратор 48, вход которого подключен к выходу схемы ИЛИ-НЕ 46, вторую линию задеpжки 49, выход которой соединен с первым входом схемы ИЛИ-НЕ 46, IK-триггеры 50 и 51, инвертор 52, выход которого подсоединен к запускающему входу таймера 44, выход которого соединен также с входом К IК-триггера 51, последовательно соединенные формирователь импульса запуска 53, линию задержки 54, выход которой соединен с третьим входом схемы ИЛИ-НЕ 46, последовательно соединенные инвертор 55, двухвходовую схему И 56, второй вход которой соединен с выходом одновибратора 45, и двухвходовую схему ИЛИ-НЕ 57, второй вход которой подключен к выходу формирователя импульса запуска 53, БИО 19 содержит последовательно включенные двухвходовую схему И 58 и одновибратор 59, причем выход окончания преобразования АЦП 12 подсоединен к входу одновибратора 27 (управляющему входу) БУБС 14, выходы схем И-НЕ 29 и 30 указанного блока подключены соответственно к входам разрешения записи регистров памяти 23 и 24 и являются импульсными выходами и названного блока, выход одновибратора 32 (импульсный выход ) блока БУБС 14 соединен с входами разрешения чтения регистров памяти 23 и 24 блока БСК 13, выход инвертора 33 (импульсный выход ) - с вторыми входами двухвходовых схем И схемы стробирования 26 цифрового компаратора 25, выход одновибратора 27 соединен одновременно со счетным входом триггера 34 блока БМ 15 и входом линии задержки 49 блока БУ 18, выход "= " схемы стробирования 26 блока БСК 13 соединен с входом I IK-триггера 50 блока БУ 18, выход которого подключен к управляющему входу однополюсного переключателя 36 блока БС 15, выход " > " схемы стробирования 26 подключен к световому элементу сигнализации работы системы регулирования Л1, выход "< " схемы стробирования 26 и одновременно с первым входом схемы И 58 блока БИО 19, выход которой соединен с вторым входом схемы 4 "ИЛИ" 37 блока БС 15, входом К IK-триггера 50 блока БУ 18, входом I IK-триггера 51, выход которого подключен к входу АЦП 12, и с входом инвертора 52, выход линии задержки 47 блока БУ 18 соединен с входом сброса "" АЦП 12, выход генератора тактовых сигналов 43 соединен одновременно с тактовым входом "С" АЦП 12, с входами записи регистров памяти 23 и 24 блока БСК 13 и с вторым входом схемы И 58 блока БИО 19, выход одновибратора 59 названного блока соединен с управляющим входом однополюсного переключателя 42 блока БКБС 17, выход схемы ИЛИ-НЕ блока БУ 18 соединен с входом разрешения загрузки реверсивного счетчика 38 блока БС 15, выход схемы И 39 блока БМ 15 подключен ко входу инвертора 55 блока БУ 18, а выход одновибратора 48 блока БУ 18 - к управляющему входу устройства выборки и хранения 11, при этом выход одновибратора 27 блока БУБС 14 является первым импульсным выходом названного блока, счетный вход триггера 34, управляющий вход однополюсного переключателя 36, второй вход схемы ИЛИ 37 и вход разрешения загрузки счетчика 38 является соответственно счетным входом, переключательным входом, дополнительным счетным входом и входом разрешения загрузки блока БС 15, а выход схемы И 39 - выходом сигнализации блока БC 15, вход линии задержки 47, соединенные входы инвертора 52, I и К IK-триггеров 51 и 50 вход I IK-триггера 50 и вход инвертора 55 являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами блока БУ 18, а выход генератора тактовых сигналов 43, выход IK-триггера 51, выход линии задержки 47, выход одновибратора 48, выход IK-триггера 50 и схемы ИЛИ-НЕ 57 - первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым выходами блока БУ 18, первый и второй входы схемы И 58 являются вторым и первым входами блока БИО 19, а выходы схемы "И" 58 и одновибратор 59 - первым и вторым выходами блока БИО 19, выход схемы стробирования ">" блока БСК 13, выход инвертора 55 блока БУ 18 и выход таймера 44 блока БУ 18 являются соответственно первым выходом блока БСК 13, седьмыи и восьмым выходами блока БУ 18.

Блок БС 15, согласно п. 2 формулы изобретения, содержит дополнительно введенные (см. фиг. 5) реверсивные счетчики 38.1. . . , 38. n, постоянные запоминающие устройства ПЗУ 16.1, . . . , 16. n, подключенные к выходам соответствующих реверсивных счетчиков, наборы балластных сопротивлений 40.11, . . . , 40.1m, . . . , 40. . n1, . . . , 40. nm, включенные последовательно в виде коммутируемых ступеней регулирования на участке между однополюсным переключателем 42 и набором балластных сопротивлений 40.1, . . . , 40. m блока БКБС 17, двухвходовые схемы "ИЛИ" 37-1, . . . 37. n, схемы стробирования тактовых входов реверсивных счетчиков 60, 60.1, . . . , 60. n каждая из которых содержит первую и вторую схемы И, входы которых соединены, соответственно с входом счета на увеличение и входом счета на уменьшение каждого реверсивного счетчика, управляющие IK-триггеры 61.1, . . . , 61. n и ключи 41.11, . . . , 41.1m, . . . , 41. n1, . . . , 41. nm, каждое из которых шунтирует соответствующее балластное сопротивление, причем первые входы схем ИЛИ 37.1, . . . , 37. n объединены и подключены к первому входу схемы ИЛИ 37 блока БС 15, вторые входы указанных схем также объединены и подключены к второму входу схемы ИЛИ 37, выходы схем ИЛИ 37, 37.1, . . . , 37. n соединены с первыми входами первых схем И схем стробирования 60, 61.1, . . . , 60. n тактовых входов реверсивных счетчиков, выход окончания счета на увеличение каждого реверсивного счетчика 38. i соединен с входом К соответствующего i-го управляющего триггера 61. i, а выход окончания счета на уменьшение - со входом I i. 1-го управляющего триггера 61, прямой выход i-го управляющего триггера 61 подключен к второму входу каждой из схем И-й схемы стробирования 60, инверсный выход - к третьим входам схем И i+1-й схемы стробирования 60, при этом первые входы вторых схем И схем стробирования 60, 60.1, . . . , 60. n объединены и подключены к второму выходу однополюсного переключателя 36 блока БМ 15, инверсный выход n-го управляющего IK-триггера 60 соединен с вторыми входами схем И n+1-й схемы стробирования, выход окончания счета на уменьшение 1-го реверсивного счетчика 38 и выход окончания счета на увеличение n+1-го реверсивного счетчика 38 подключены к первому и второму входам схемы И 39 блока БС 15, входы разрешения загрузки реверсивных счетчиков 38, 38.1, . . . , 38. n объединены и подключены к шестому выходу блока БУ 18.

Алгоритм работы системы регулирования предусматривает последовательное подключение каждого межэлектродного участка ионизатора "общий анод 5 - игольчатый катод 6. i к заданной величине высоковольтного напряжения при его ступенчатом увеличении на заранее выбранную величину посредством последовательного шунтирования ключами 41 смежно расположенных в соседних электрических цепях балластных сопротивлений 40 блока БКБС 17, представляющих i-ю ступень регулирования, получение положительного столба тлеющего разряда, фиксируемое двумя одинаковыми последовательными значениями кода на выходе АЦП 12, связанного с выходным сигналом, пропорциональным концентрации ионов на выходе диффузора 9 трубы Вентури, датчика ионов 10, последующее выключение тлеющего разряда до момента его срыва и повторное включение положительного столба тлеющего разряда посредством сигналов окончания регулирования, выpабатываемых блоком БИО 19.

Алгоритм системы регулирования условно представлен в виде таблицы регулирования тлеющего разряда на участках общий анод - игольчатые катоды.

Повторное включение тлеющего разряда осуществляется повторным включением соответствующего ключа 41 блока БКБС 17 и одновременной вольтодобавкой на межэлектродные промежутки ионизатора, производимой при подключении общей точки соединения балластных сопротивлений 40 к земле посредством однополюсного переключателя 42.

Ионизационный фильтр работает следующим образом.

Включается вентилятор вентсистемы 1 и начинается прокачка загрязненного воздуха через конструкцию фильтра. При прохождении загрязненного воздуха через конфузор 3 фильтра эпюра скоростей воздушного потока выравнивается, концентрация загрязняющей примеси становится более равномерно распределенной по сечению потока, средняя скорость потока увеличивается, а давление в рабочем участке 4 понижается, что создает благоприятные условия для взаимодействия положительного столба тлеющего разряда с воздушным потоком при выходе ионизатора фильтра на рабочий режим. Переходные участки 2 осуществляют сопряжение конструкции фильтра с вентсистемой 1.

Затем включается источник высокого напряжения I_а и производится подача начального напряжения на межэлектродные участки ионизатора "общий анод 5 - игольчатый катод 6. i - через включенные сопротивления 40 (см. фиг. 4), причем подача высоковольтного напряжения на анодную пластину 5 осуществляется через штуцер 7, а на катоды 6. i - через штуцер 8. Ионизированный воздушный поток проходит на выход диффузора 9, где датчик ионов 10 производит измерение и выдачу аналогового сигнала на своем выходе, пропорционального концентрации ионов в месте его установки. Значения выходного сигнала датчика ионов 10 дискретно отбираются устройством выборки и хранения 11, являющимся входным устройством АЦП 12, выполненного в виде АЦП с последовательной аппроксимацией. Цифровой код на выходной шине АЦП 12 поступает на параллельно подключенные входные информационные шины регистров памяти 23 и 24, попеременно осуществляющих запись. Содержимое указанных регистров памяти одновременно считывается и поступает на входы цифрового компаратора 25, который производит сравнение и выдачу потенциальных сигналов результата ">", "= " и "<", стробируемых схемой 26. Управление блоком БСК 13 осуществляется блоком БУБС 14 по сигналу АЦП 12, поступающему на вход одновибратора 27 блока БУБС 14, вырабатывающего на своем выходе положительный импульс, переключающий счетный триггер 28 в " I". Одновременно указанный импульс через линию задержки 31 поступает на вторые входы схем И-НЕ 29 и 30, на первых входах которых установлен триггером 28 уровень соответственно "1" и "0". На выходе схемы И-НЕ 29 появляется импульсный сигнал, поступающий на вход разрешения записи регистра памяти 23, и первый сигнал на входе записи С названного регистра производит запись в него содержимого выходной шины АЦП 12. Выходной импульс одновибратора 27 поступает также на счетный вход триггера 34 и устанавливает его в состояние "1" (см. фиг. 6), при этом положительный перепад напряжения на его прямом выходе, проходя через схему И 35, однополюсный переключатель 36 и схему ИЛИ 37 блока БС 15, подается на вход тактового входа +1 на увеличение реверсивного счетчика 38, увеличивая содержимое счетчика 38 на единицу младшего разряда. Одновременно выходной импульс одновибратора 27, проходя через линию задержки 49, схему ИЛИ-НЕ 46 и линию задержки 47 блока БУ 18, поступает на вход сброса S. АЦП 12, подготавливая его к следующему циклу преобразования. Завершение следующего цикла преобразования определяется появлением "0"-го уровня на выходе QСС, приводящим к запуску одновибратора 27 блока БУБС 14, установке триггера 28 в "0" и формированию импульса на выходе (на выходе схемы И-НЕ 30) нулевого потенциала, поступающего на вход разрешения записи регистра памяти 24. В результате содержимое выходной шины АЦП 12 заносится в регистр памяти 24. Одновременно положительный перепад импульса на выходе (см. фиг. 6) приводит к запуску одновибратора 32, вырабатывающего импульс , поступающий одновременно на оба входа разрешения считывания регистров памяти 23 и 24 блока БСК 13. Содержимое регистра памяти 24 пропорционально величине сигнала на выходе датчика ионов 10 через интервал времени по отношению к предыдущему измерению, определяемый линией задержки 49, в течение которого произошло шунтирование одного балластного сопротивления 40 соответствующим ключом 41, управляющий вход которого связан с одной из линий выходной шины ПЗУ 16, подключенного к выходной шине реверсивного счетчика 38 и запрограммированного как для линейного индикатора, отображающего значение измеряемого параметра, получаемого в двоичном коде (код Либау-Крейга). ПЗУ 16, программируемое в коде Либау-Крейга, позволяет реализовать простую схему управления балластными сопротивлениями, входящими в i-ю ступень регулирования, и связать однозначной зависимостью количество замкнутых (разомкнутых) ключей 40 со значением кода на шине ПЗУ 16.

В зависимости от результата сравнения цифровым компаратором 25 значений кодов в регистрах памяти 23 и 24, на выходах схемы стробирования появляются следующие импульсные сигналы:

1) сигнал ">", приводящий к прерывистому загоранию светового элемента сигнализации работы системы регулирования Л1. При этом посредством сигнала с выхода одновибратора 27 блока БУБС 14, который проходит через последовательно соединенные элементы 49 и 46 на входы линии задержки 47 и одновибратора 48, производится повторное включение устройства выборки и хранения 11 и с задержкой - АЦП 12 (см, фиг. 6).

2) сигнал "= ". В результате его появления IK-триггер 50 устанавливается в состояние "1" и переключает однополюсник 36 так, что его вход подсоединяется к выходу, связанному с тактовым входом счета на уменьшение реверсивного счетчика 38 - входом "1". Положительные перепады напряжения выхода счетного триггера 34 уменьшают содержимое счетчика 38 и кодовые комбинации на выходе ПЗУ 16 изменяются в обратном направлении и последовательности, приводя к последовательному размыканию ключей 41 до момента выключения тлеющего разряда. Появление сигнала "= " свидетельствует о возникновении положительного столба тлеющего разряда и 100% -й ионизации примесей в очищаемом воздухе.

3) сигнал "<". Возникновение данного сигнала приводит к сбросу IK-триггера 50 и возвращению переключателя 36 в исходное положение, а также к установке IK-триггера 51 в "1" и подаче его выходного сигнала запрещающего уровня на вход разрешения преобразования АЦП 12, - вход . Кроме того, импульсный сигнал "<", проходя инвертор 52 блока БУ 18, запускает таймер по его входу К2. При этом загорается световой элемент сигнализации окончания регулирования Л2 и начинается выдержка заранее установленного интервала времени таймером 44, на другой вход которого поступают импульсы с выхода генератора тактовых сигналов 43. Одновременное поступление импульсного сигнала "<" на первый вход схемы И 58 блока БИО 19 обеспечивает прохождение тактовых сигналов генератора 43 на выход этой схемы и далее на второй вход схемы ИЛИ блока БС 15 и вход +1 реверсивного счетчика 38, подсоединенного к выходу схемы ИЛИ 37. Таким образом осуществляется досчет содержимого счетчика 38 до значения, соответствующего выходному коду ПЗУ 16, при котором был зафиксирован пробой и тлеющий разряд в межэлектронном промежутке ионизатора на рабочем участке 4. Для гарантированного включения положительного столба тлеющего разряда осуществляется вольтодобавка посредством подключения общей точки соединения балластных сопротивлений 40 на землю. При этом на управляющий вход однополюсного переключателя 42 подается импульс с выхода одновибратора 59 блока БИО 19, запускаемого по первому импульсу на выходе схемы И указанного блока.

Запуск блоков системы pегулирования обеспечивается после включения их источников питания и посредством элемента формирования импульса запуска 53 блока БУ 18, вырабатывающего положительный импульс на своем выходе, который проходит на второй вход схемы ИЛИ-НЕ 47 и формирует сигнал "0"-го уровня на ее выходе. Данный сигнал проходит на вход разрешения загрузки счетчика 38 и производит начальную установку его в соответствии с сигналами на шине. Одновременно импульс запуска через линию задержки 54, необходимую для устранения влияния переходных процессов установления на межэлектродных промежутках ионизатора фильтра режима ионизации на процесс измерения датчика ионов 10, поступает на третий вход схемы ИЛИ-НЕ 46, включающей своим выходным импульсом одновибратор 48, управляющий устройством выборки и хранения 11, и через линию задержки 47 преобразователь АЦП 12. Кроме того, производится установка после включения источников питания: триггера 28 в "0", триггера 34 в "0", К-триггера 50 в "0", и IK-триггера 51 также в "0".

Автоматический режим запуска адаптивной системы регулирования обеспечивается выходным сигналом таймера 44 по истечении установленной выдержки времени, при этом выходной сигнал запускает одновибратор 45, включающий схему ИЛИ-НЕ 46 по второму входу, и одновременно сбрасывает IK-триггер 51 в "0", что приводит к появлению сигнала разрешающего уровня на входе Е1 АЦП 12, который запускается и осуществляет очередной цикл регулирования положительного столба тлеющего разряда на рабочем участке 4 ионизатора фильтра. Аварийный режим работы ионизационного фильтра, вызванный выходом из строя высоковольтной части или деталей и блоков системы регулирования ионизационного фильтра, характеризуется переполнением или обнулением реверсивного счетчика 38, у которого выходы окончания счета на увеличение и на уменьшение СR и BR имеют нормальный уровень "1". При появлении на одном из указанных выходов уровня "0" выходной сигнал на выходе схемы И 39 также переходит в "0", запрещая прохождение через схему И 35 сигналов с выхода счетного триггера 34 блока БМ 15. Одновременно загорается световой элемент сигнализации неисправности системы регулирования Л3, на который поступает сигнал высокого уровня с выхода инвертора 55, соединенного с выходом схемы И 39. Если в предыдущем цикле регулирования был запущен таймер 44, то выходной импульс положительной полярности с выхода одновибратора 45 блока БУ 18 проходит через схему И 56, на второй вход которой подан сигнал "1" с выхода инвертора 55, и через схему ИЛИ-НЕ 57 на вход разрешения загрузки реверсивного счетчика 38, в результате чего осуществляется повторный пуск системы регулирования. В противном случае элемент сигнализации Л3 работает в режиме постоянного свечения, показывая необходимость вмешательства в работу ионизационного фильтра.

Блок БС 15, снабженный дополнительно введенными реверсивными счетчиками 38. i, постоянными запоминающими устройствами ПЗУ 16. i и наборами балластных коммутируемых сопротивлений 40. i с соответствующими элементами управления (см. фиг. 5) работает следующим образом.

Управляющие IK-триггеры 61. i предварительно устанавливаются в состояние "1", что определяет возможность последовательной работы ступеней регулирования в высоковольтной части ионизационного фильтра. При этом i-й управляющий триггер 61 подключает i-ю схему стробирования 60 ко входу счетчика 38. i, связанного через ПЗУ 16. i c i-й ступенью регулирования, выполненной в виде набора балластных сопротивлений 4. i, каждое из которых включено в смежные высоковольтные электрические цепи, причем переполнение счетчика 38. i приводит к появлению сигнала "0"-го уровня на выходе CR, который поступает на вход К управляющего IK-триггера 61. i и сбрасывает его в "0". В результате схема стробирования 60. i отключает входы +1 и -1 реверсивного счетчика 38. i от выхода схемы "ИЛИ" 37. i и выхода однополюсного переключателя 36. Обнуление счетчика 38. i характеризуется появлением "0"-го сигнала на выходе BR, который подается на вход I управляющего IK-триггера предыдущей, i-1-й ступени регулирования, и устанавливает его в состояние "1". Инверсный выход управляющего IK-триггера i-1-й ступени регулирования своим нулевым уровнем закрывает i-ю схему стробирования 60, а прямым выходом указанного IK-триггера, на котором установлен уровень "1", схема стробирования 60 ii-1-й ступени регулирования открывается, обеспечивая работу соответствующего счетчика 38 блока БС 15.

Таким образом осуществляется двухзонная схема регулирования положительного столба тлеющего разряда ионизатора, при которой последовательно включаются как межэлектродные участки "общий анод 5 - игольчатый катод 6. i", так и ступенчатоизменяющееся высокое напряжение, подаваемое на соответствующий межэлектродный участок ионизационного фильтра.

Количество импульсов досчета реверсивного счетчика 38 зависит от шага ступенчатоизменяющегося высокого напряжения, подаваемого на межэлектродные участки и определяется длительностью импульса с выхода "<" схемы стробирования 26 блока БСК 13, связанной с длительностью импульса одновибратора 32 блока БУБС 14. Длительность импульса указанного одновибратора устанавливается в течение первых циклов регулирования из условия обеспечения 100% ионизации на рабочем участке 4 ионизационного фильтра, определяемой с помощью датчика ионов 10, при максимальной скорости потока, давления и плотности и минимальной температуре движущегося загрязненного воздуха.

Необходимость и эффективность предложенного алгоритма системы регулирования положительного столба тлеющего разряда определяются следующими физическими эффектами, используемыми в заявленном техническом решении.

При прохождении загрязненного органической примесью воздуха через положительный столб тлеющего разряда под действием потока электронов, направленного от катодов 6. i к аноду 5 перпендикулярно направлению движения воздушного потока, происходит возбуждение и ионизация молекул примеси RH, которые в этих состояниях становятся значительно более реакционноспособными, чем в обычных невозбужденных состояниях, причем существенным является то обстоятельство, что потенциал ионизации сложных органических молекул меньше потенциала ионизации газовых компонентов воздуха, что и используется в заявленном устройстве, в котором разность потенциалов на электродах ионизатора фильтра поддерживается таким образом, что газовые компоненты воздуха были неионизованы.

При этом, во-первых, увеличиваются константы скоростей реакций, во-вторых, растут сечения взаимодействия молекул примеси с электронами. В результате прохождения участка 4 молекулы примеси распадаются на нейтральные осколки, радикалы, возбужденные и ионизованные атомы и молекулы. Основными реакциями взаимодействия на этом участке являются следующие;

RH + e = H + R OH + RH = H₂O + R

H + O₂ =

= OH + 0 - 1,9 ккал O + RH = OH + R

RH + H = H₂ + R N + NO = N₂ + 0 где RH - молекула примеси, R - радикал, Н - водород, О - кислород, N - азот, е - электрон.

Конкретная номенклатура реакций определяется составом и концентрацией исходной примеси.

После прохождения участка ионизатора фильтра 4 воздушный поток попадает в диффузоpный участок 9 фильтра, в котором происходит снижение скоростей потока и повышение давления. На этом участке происходит:

- нейтрализация объемного заряда выносимых из участка 4 заряженных частиц за счет их осаждения на стенках и реакций рекомбинации;

- реакции восстановления частиц разрушенных молекул органических примесей до более простых и нетоксичных компонентов. Основными реакциями на участке 9 являются следующие:

А + В -------АВ = = = АВ*; АВ* +

+ M ------ АВ + М* где А и В - компоненты составляющих газа, покинувшие участок 4, М - молекулы компонентов воздуха.

Дополнительно следует отметить возможность цепных реакций, связанных с нейтрализацией свободных атомов и радикалов.

Эффективность очистки слабо зависит от начальной концентрации примесей в интервале до 10³ ПДК и повышается практически до 100% при малых концентрациях примесей порядка 10-100 ПДК, когда применение других методов очистки воздуха является экономически невыгодным.

Таким образом, заявленное техническое решение позволяет производить очистку воздуха, загрязненное летучими органическими примесями, с более высокой эффективностью и в расширенном диапазоне изменений давления и плотности, температуры и скорости воздушного потока при устранении избыточного вредного озонирования, связанного с затратами дополнительной энергии. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1278006, кл. В 01 D 53/04, 1986.

2. Авторское свидетельство СССР N 1212516, кл. В 01 D 47/10, 1986.

3. Авторское свидетельство СССР N 1212490, кл. В 01 D 35/06, 1986.

4. Авторское свидетельство СССР N 1122364, кл. В 03 С 3/00, 1984.

5. Авторское свидетельство СССР N 1544500, кл. В 03 С 3/00, 1990.