Способ создания ионов в аэродинамическом ионизаторе

(53) ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ЯР 1"л /Ял ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПАТЕНТУ Герет Зебальд 5 ГЗ/04,4, кл. Н 05 РЗ/06,ИОНОВ В АЭРО- АТОРЕ Патент США М 4542 1986,(71) Сорбиос Ферфаренстехнишунд Зюстеме ГмбХ (ОЕ)(56) Патент ФРГ % 23140011, кл, Н1974 иИзобретение касается устройства для создания ионов в газовых потоках для снятия электростатических зарядов, которые в таких чувствительных элементах, как, например, микрокристаллы, пленки, магнитные диски, диски запоминающих устройств на лазерах и печатные платы, при неконтролируемом разряде приводят к разрушениям или сами по себе вызывают повышение осаждения частиц.В основу изобретения положена задача создания устройства для получения ионов в газовых потоках с системой электродов, расположенных в них и пульсирующим высоким напряжением питания, которое дает переменную последовательность отрицательных и положительных импульсов с крутым фронтом, которая также обеспечивает в течение сравнительно длительного проме(57) Использование: изобретение относится к способам управления аэродинамическими ионизаторами высоковольтного коронного разряда, Сущность изобретения; для повышения эффективности способа за счет повышения равномерности распределения ионов по сечению потока длительность каждого высоковольтного импульса устанавливают равной времени пролета ионов между электродами от 5 до 60 мс, паузу между импульсами устанавливают соответственно от 100 до 1000 мс при скорости газового потока 0,1 - 1 м/с и расстоянии между электродами 5-20 см и амплитуде импульсов 10 - 20 кВ. 7 ил,жутка времени постоянные условия эксплуатации с равномерным распределениемионов в поперечном сечении потока с хорошим КПД. На фиг.1 показаны различные изменения по времени высокого напряжения для питания разрядных электродов; на фиг,2 - изменение по времени высокого напряжения для питания разрядных электродов согласно устройству в соответствии с изобретением на фиг.З - разрез первого примера исполнения устройства согласно изобретению; на фиг,4 - схематическое представление различных составных частей устройства согласно изобретению; на фиг.5 а - перспективное схематическое представление системы электродов другого примера исполнения; на фиг.5 в и 5 с - схематические представления сечения других1830198 3 4систем электродов; на фиг.б-часть сечения ния 10. Выступ вставлен в элвктродержаэлектрододержателя согласно фиг.5 а; на тель 5, причем втулка 11. соединенная с фиг,7 а - схемнов оформление модуля высо- проводом высокого напряжения и штифт 12, кого напряжения; на фиг.7 в - диаграмма предусмотренный в электродержателе 5, импульсов для модуля высокого напряже-. 5 имеют электрическое соединение, Акрилония согласно фиг,7 з. вая трубка ЗЗ обеспечивает путь стеканияНа фиг.4 изображено устройство со- электричества между электродержателем, гласно изобретению, которое имеет низко- присоединенным к высокому напряжению и вольтное установочное устройство 30, поперечиной 1, присоединеннойкпотенцимодуль высокого напряжения 31 и систему 10 алу масс. Вставной разъем 7 также имеет электродов 32, Системз Электродов распо- изолирующий акриловый стержень 34, колагавтся в области воздушного потока, на- нец которого вставлен в электродержатель пример, в чистых помещениях в зоне изафиксированустановочнцмштифтом 14. перекрытия ниже выхода воздуха или.воз- Пружина сжатия 13 упирается в конец акридушного фильтра. Фиг.4 а схематически по ловой трубки 34; Установочный штифт 14 . кззывает .систему электродов. в виде предохраняет от проворачивания, так что решетки, которая подходит для монтажа остроконечныеразрядныеэлвктродынемоподфильтрующимпокрытйвмчистогопоме- гут изменять свое положение относительно щения, Система электр(щое 31 имеет попе- противоположных электродов 4; Вставные рвчины 1, 8 из полукруглых металлических 20 разъемыЗи 7 вместеобразуютфиксированпрофйлей, которые вместе с трубчатыми ме- ное штепсельное гнездо, так что электроталлическими электродами 4, расположен- держатели можно без труда снимать и ными на массе, образуют жесткую раму. На чистить. На остроконечные разрядные элекпопвречинех 18 при.помощи вставленных троды попеременно подается высокое насоединвний 3, 7 закреплены электродержа-. 25 пряжение согласно фиг.2 в виде тели 5, которые удерживают игольчатые или положительных и отрицательных импульсов остроконечные. разрядные электроды 6, скрутымфронтом. Например,сначалаприПротивоположные электроды 4 и электро- кладывается высокое напряжение втечение держатели 5 рзсположвйы параллельно отрезка времени т 1, котоРый выбран. таким друг другу в одной плоскости, причем ост образом, что пространство между электророконечные разрядные .электроды также дами 4, 6 заполнено положительными ионарзсположвны в одной плоскости, преиму- ми. В это время из-за высокой скорости щественно перпендикулярно противопо-, ионов вследствие большой напряженности ложным электродам 4, поля ионы почти не консервируются в возНа фиг.5 а на каждый электродержатель 35 душном потоке, протекающем перпендику предусмотрено только три остроконечных лярно решетчатой системе электродов разрядных электрода 6. Само собой разуме- согласно фиг.5 а. Если. теперь через промеется, что можно быть предусмотрено также жуток времени, который соответствует вребольше разрядных электродов. Оротивопо- мени полета ионов, высокое напряжению ложные электроды 4 или элвктродержатели 40 круто падает, то действиесил электрическо имеют диаметр 315 .мм и расстояние го поля прерывается и ионы могут выталкимежду. ними составляет 550 см. Остроко- ваться из пространства наибольшей нечные.разрядные электроды 6 расположв- напряженности поля между электродами 4, ны на одинаковых расстояниях друг от 5; 6 за счет силы трения воздушного потока, друга. составляющих примерно 330 си. 45 Это происходит нз отрезке времени тг, ПоВысоков напряжение подводйтся через слв этого к тем же остроконечным электро- .защитные сопротивления в поперечине 1 и дам 6 прикладывается высокое напряжение штепсельные разъемы 3 к разрядным алек- противоположной полярности, Это отрица. тродам 6, причем электродвржатвли 5 вклю- . тельное напряжение также включено до твх чены. электрически параллельно В 50 пор, пока отрицательное ионное облако запопвречине 1 или на ней также предуемот- полняет пространство между электродами рено непрвдставлвнное клвмное соедине, 5, 6 (тз), и затем резко отключается, Рзсние для электрического присоедйнейия стояние а согласно фиг.5 а между электро- заземленного экранировзния одножильно- держателями 5 с разрядными электродами го кабеля высокого напряжения 9. 55 6 и п ротивоположными электродами 4 черезНа фиг.б представлено сечение злект- подвижность ионов определяет времена родержателяи, в частности, вставныеразь- включения О и з высокого напряжения. вмы 3, 7. Вставной разъем 3 имеет Времена включения, например, составляют акриловую трубку ЗЗ с выступом, внутри ко от нескольких миллисекунд до нескольких торой проходит провод высокого нзпряжв- десятков миллисекунд, в частности, от 5 до60 мс. При скоростях воздушных потоков от 0,1 до 1 м/с временй выключения, т.к. интервалы между импульсами, составляют от 100 до 1000 мс. Отсюда получаются коэффициенты усреднения от 1;5 до 1:20. В результате этого согласования жесткой системы электродов и включения и выключения высокого напряжения преимущественная часть ионов, создаваемых на наконечниках разряднцх электродов, вносится в воздушный поток. В результате этого, токовая нагрузка на наконечники снижается на порядок величины, а она определяет образование частиц в воздушном потоке.Для разрядныхэлектродов применяется эрозионностойкий материал. причем дь сих пор находили применение высококачественная сталь и вольфрам, При этом вольфрам обнаружил меньший характер уноса.Исследования других материалов показали, что при использовании ниобия и его сплавов в качестве материала электродов можно получить существенно лучшие результаты, так что этот материал применяется для разрядных электродов 6, ТаблЛ показывает результаты испытания, проведенные в течение 1000 ч, с 20-кратной, непереключавмой токовой нагрузкой остроконечных разрядных электродов. Из столбца 2 получается, что уносимый объем в 6 раз меньше, чем у вольфрама. Тантал также показал лучшие результаты, чем вольфрам,Модуль высокого напряжения 31, который расположен преимущественно вблизи системы электродов для уменьшения длины кабеля высокого напряжения 9, но вне воздушного потока, подробнее представлен на фиг,7 а. Два высокочастотных тенераторз 18 при помощи возбукдающего каскада, который не показан, задают низкое напряжение первичной обмотки двух трансформаторов высокого напряжения 19, причем в зависимости от пропускачия соответственно залитых высоковольтных диодов один трансформатор дает положительное высокое напряжение, а другой - отрицательное.Два высоковольтных реле 20 подают соответствующее высокое напряжение к экранированному кабелю 9, который питает разрядные электроды 6. Чтобы высоковольтные реле 20 работали без нагрузки, генераторы 18 и реле 20 управляются в . соответствии с диаграммой импульсов согласно фиг.7 в, Из рисунка видно, что высоковольтные реле 20 включаются и выключаются, если управляемые друг за другом импульсами генераторы 18 не выключены,Низковольтное исполнительное устройство 30 может находиться в непосредственной близости от рабочего места илиразмещаться в центральном шкафу комп 5 лексного распределительного устройства.Оно выдает иа модуль высокого напряженияпостоянный ток, имеющий два значения независимо друг от друга установленного постоянного напряжения, в результате чего10 положительные и отрицательные значениявысокого напряжения могут быть определены независимо друг от друга. Для регулирования значений постоянного напряжения,выдаваемого низковольтным исполнитель 15 ным устройством 30, а также для регулирования баланса полярности ионов в контуререгулирования, который не показан, раздельно измеряются токи в модуле высокогонапряжения 31, необходимые для получе 20 ния положительных и отрицательных ионови в качестве регулируемой величины подводятся к низковольтному исполнительномуустройству 30.В системе электродов согласно фиг.5 а25 предусмотрены специальные противоположные электроды 4. На Фиг.бв и 5 с противоположные электроды образуют элементысистемы, окружающие разрядные электроды 6. Например, согласно фиг,5 в каркасная30 система 16, которая электрически соединена с массой, представляет собой противоэлектрод. На фиг.бс в качествепротивоположного электрода предусмотрен лист с отверстиями 17, который распо 35 ложен на массе и может служить заслонкойили диафрагмой.Другой пример исполнения представлен на фиг.3. При этом примере исполненияионы не консервируются в газовом или воз 40 душном потоках, имеющихся в простран. стве, а предусмотрено замкнутоеустройство, оторое имеет приспособление для создания потока одного направления в большом поперечном сечении. Эти45 приспособления имеют вентилятор 22, который подает воздух в нагнетательную камеру 21, которая со стороны нисходящегопотока ограничена слоем 23, равномернопропускающим воздух и образующим на 50 правпяющую перегородку. Направляющаяперегородка образует противоположныйэлектрод для остроконечных разрядныхэлектродов 6, которые расположенц ниженаправляющей перегородки 23 и согласно55 фиг,5 а закреплены на электродержателях5. Одинаково направленный поток стабилизируется в окружающем пространстве. при помощи кожуха 24, обтекаемого потоком, 1830198Формула изобретения Способ создания ионов в аэродинамическом ионизатрре воздуха высоковольтного коронного разряда с противоположным электродом путем переменной подачи отри цательных и положительных высоковольтных импульсов на оронирующий электрод, о т л и ч а. ю щ и й с я тем, что,.с целью повышения равномерности распределенияа ионов па сечению потока, длительность каждото высоковольтного импульса устанавливают равной времени пролета ионов между электродами от 5 до 60 мс, паузу между импульсами устанавливают соответственно от 100 до 1000 мс при скорости газового потока от 0,1 до и/с, расстоянии между электродами от б до 20 см, и амплитуде импульсов 10-20 В,ьский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 ойэводстаенно-издат аэ 2496 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного омитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб 4/5