Ионизатор — устройство для получения свободных ионов.
Типы
Ионизаторы используются обычно для ионизации воздуха в помещениях. Образуемые при этом свободные радикалы способствуют протеканию процессов химического расщепления (дезинфекция, устранение запахов). Если ионизируемый поток воздуха направлять на поверхности (предметы), то он может изменять их электрический заряд.
Ионизаторы работают или на высоком напряжении (несколько тыс. вольт) с коронным разрядом на электродах, или от источника ионизирующего излучения на ультрафиолетовом излучении, или на радиоактивных изотопах. Поток ионов достигает зачастую 1 µA, что соответствует нескольким миллиардам ионов в секунду.
Ионизаторы на коронном разряде
Ионизаторы этого типа оснащены заострёнными электродами, которые посредством коронного разряда и электростатической эмиссии образуют ионы в непосредственной близости от электродов. Данные приборы бывают двух типов:
- нерегулируемые — работают в постоянном режиме и бесконтрольно образуют новые ионы;
- регулируемые — изменяют напряжение и длину импульса на электродах — как правило, биполярные, т.е. образующие аэроионы как отрицательной, так и положительной полярности.
Оба типа ионизаторов применяются как для получения определённого заряда, так и для отвода или предотвращения нежелательных электростатических зарядов. Чтобы получить возможность располагать ионизаторы на возможно большем расстоянии к разряжаемой (заряжаемой) поверхности (до 2 м), они снабжаются воздуходувами (внешними или встроенными) — таким образом, ионизированный воздух, а с ним и электрический заряд, подводится к нужному месту (например в печатных станках). Коронарные ионизаторы зачастую выполняются в виде гребёнчатых реек; они получают питание от источников переменного или постоянного тока. При подключении к переменному току подключаются все наконечники гребёнок; при постоянном токе к соседним наконечникам подводят напряжение разных знаков.
В копировальных аппаратах и лазерных принтерах применяется ионизаторы постоянного тока (переменный ток проходит через выпрямители) — в них ионизаторы служат для бесконтактной электростатической зарядки фотовала.
Ионизаторы на излучении
Ультрафиолетовое излучение, альфа-, бета-, рентгеновское- и гамма-излучения также воспроизводят ионы. Ультрафиолетовые излучатели применялись в медицинских учреждениях для дезинфекции. На сегодняшний день они применяются для очистки питьевой воды, отверждения лаков, смол и полимеров, но основное действие здесь производят не ионы, а фотоны высоких энергий, разрушающие молекулы облучаемого вещества и производящие эффект разрушения поверхностного слоя.
Радиоактивные изотопы (радионуклиды) применяются в ионизационных пожарных датчиках для обнаружения ионов абсорбционных веществ (дымов, аэрозолей); при этом проводимость воздуха измеряется посредством ионизации — проводимость воздуха повышается при наличии в нём органических газов, дымов или аэрозолей.
Применение
Снятие электростатического напряжения
Одним из основных применений ионизаторов является использование их для снятия электростатических зарядов и, как следствие, предотвращение электростатических разрядов и связанных с этим опасностей (пожароопасность, защита людей от удара электрическим разрядом). Такая защита применяется, когда обычное заземление не может обеспечить достаточного снятия электрического заряда (стандарт DIN EN 100015-1:1993-06).
Электростатические разряды представляют опасность на оборудовании, перемещающем продукты (или имеющем подвижные части), состоящие из диэлектриков. Особо взрыво- и пожароопасными являются производства полиэтилена, упаковок, бумаги, а также печатное, текстильное и пищевое производства, в частности, мельницы и фасовочные машины. Отвод электрического заряда посредством ионизаторов также предотвращает прилипание продукции друг к другу и к транспортёрам, слипание частиц сыпучих продуктов, что облегчает технологический процесс. Также ионизаторы применяют в электротехнических производствах для обеспечения должной защиты от электростатических зарядов и предотвращения притяжения мелких частиц (пыли).
Ионизация в домашних приборах
В продаже доступны сушилки для волос (фены), пылесосы, увлажнители воздуха, клавиатуры и даже ноутбуки со встроенными ионизаторами, обещающими оказать антистатическое действие.
Ионизация воздуха в жилых помещениях производится в основном униполярными (однополярными) ионизаторами воздуха, что входит в понятие микроклимат помещений.
Коронная обработка полимеров
Процесс заключается в поверхностном шероховании и активации диэлектрических поверхностей посредством коронного разряда с целью увеличения притяжения и улучшения слипания. После такой обработки, а у некоторых полимеров только после неё, на поверхности может быть нанесено покрытие (ламинирование, покраска, грунтовка и т. п.)
Обработка воздуха и воды
Очистка воздуха
Ионизатор воздуха вырабатывает отрицательно заряженные ионы, в то время как застоявшийся (использованный) воздух содержит больше положительных ионов. Аргументация производителей воздушных ионизаторов сводится к тому, что более чистый воздух содержит больше анионов (на природе, особенно в горах, лесах, вблизи водопадов). Вредные вещества, бактерии и аллергены (по их утверждению) заряжены положительно, а потому притягивают воспроизводимые ионизаторами анионы; образуют мелкие кластеры частиц, таким образом утяжеляются и падают вниз — то есть, больше не могут попасть в лёгкие человека и стать возбудителями инфекций. И хотя в данном случае особая эффективность анионов до сих пор научно не доказана и остаётся спорной, ионизация воздуха всё же инициирует химические реакции разложения зловонных газов и аэрозолей. Так, сосуд, наполненный дымом, внезапно делается совершенно прозрачным, если внести в него острые металлические электроды, соединенные с электрической машиной, а все твёрдые и жидкие частицы будут осаждаться на электродах. Объяснение опыта заключается в следующем: как только между электродами зажигается корона, воздух внутри трубки сильно ионизируется. Газовые ионы прилипают к частицам пыли и заряжают их. Так как внутри трубки действует сильное электрическое поле, заряженные частицы пыли движутся под действием поля к электродам, где и оседают.
Согласно санитарно-гигиеническим нормам допустимых уровней ионизации воздуха (СанПиН 2.2.4.1294-2003 от 16 июня 2003 года), минимально допустимая концентрация ионов в воздухе производственных и общественных помещений составляет 400 положительных и 400 отрицательных ионов на см³ воздуха. Максимальная же концентрация разрешается на уровне 50 000 положительных и 50 000 отрицательных ионов на см³ воздуха. Для создания и поддержания необходимого аэроионного состава воздуха используют ионизаторы воздуха. Причём, ионизаторы воздуха могут генерировать как отрицательные ионы (униполярные (однополярные) ионизаторы), так и положительные вместе с отрицательными (биполярные ионизаторы). Униполярные ионизаторы рекомендуется использовать в помещениях при отсутствии человека, так как образуется сильное электростатическое поле (заряжаются стены, линолеум, пластиковые поверхности), что, несомненно, очень вредно, так как пыль, летающая в любом помещении, получает заряд, которая, в лучшем случае, оседает на стены, в худшем — в дыхательных путях, откуда, в отличие от просто пыли, заряженная пыль не выходит естественным путём, в итоге человек через 5—10 лет способен получить бронхиальную астму.
Люстра Чижевского
Советский биофизик экспериментально установил факт противоположного физиологического действия положительных и отрицательных ионов в воздухе на живые организмы, применил искусственную аэроионификацию. Впоследствии Чижевским был создан электронный прибор — аэроионификатор, повышающий концентрацию отрицательных аэроионов кислорода в воздухе. В настоящее время, в честь изобретателя, этот прибор называют «люстрой Чижевского» (по конструкции прибор напоминает люстру и предназначен для подвешивания на потолок).
Очистка воды
Ультрафиолетовые излучатели применяются в процессе подготовки питьевой воды для очистки воды от органических примесей и бактерий, но это не имеет прямого отношения к ионизации.
Очистка воды в бассейне
Американская компания «Clear Wagner Enviro Technologies» разработала систему минеральной обработки, позволяющую значительно снизить применение химических реагентов при дезинфекции воды в бассейне. В основе минеральной обработки лежит принцип насыщения проточной воды ионами меди и серебра, оказывающими воздействие на водоросли, вирусы и болезнетворные бактерии.
Система очистки состоит из микропроцессорного блока управления и набора электродов, изготовленных из сплава меди и серебра и расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Вода проходит через специальную проточную камеру с расположенными в ней электродами. Блок управления генерирует на электродах низковольтное постоянное напряжение. Электрический ток заставляет атомы на поверхности электродов отдавать свои электроны и превращает их в положительно заряженные ионы. Ионы, увлекаемые потоком воды, попадают в бассейн, где и происходит очистка. Микропроцессор контролирует количество ионов, поступающих в воду в зависимости от выбранного уровня ионизации. Периодическая смена полярности напряжения обеспечивает равномерный износ электродов.
Ионы меди и серебра, попавшие в воду, химически активны и потому разрушают находящиеся там живые микроорганизмы. Медь уничтожает водоросли, а серебро — вирусы и бактерии, обеспечивая длительную, нетоксичную очистку и препятствуя повторному заражению. Ионы остаются в воде до тех пор пока не выпадут в осадок или не вступят в нерастворимые соединения с водорослями и бактериями, которые затем осядут на фильтрах. Ионизатор, непрерывно инжектирующий ионы, восполнит их потери.
Массообменные процессы
Ионизация может ускорять или, наоборот, замедлять массообменные процессы. Так, если контактирующие вещества заряжены разноименно — процесс ускоряется, в то время, как при одноименном заряде — тормозится. Указанные эффект нашел широкое применение, например в электрофотографии, очистке продуктов сгорания от частиц сажи, для интенсификации процесса копчения и т. п.
Инициация химических реакций
Плазменные реакторы
Подразумеваются реакторы, которые посредством магнетрона производят газообразную плазму, разлагая таким образом вредные вещества. Они обычно не именуются ионизаторами, хотя полностью ионизируют проходящий через них газ. Преимущественно они используются в микроэлектронике для очистки от вредных веществ, которые разлагаются до безвредных или осаждаемых веществ. Такие приборы очень энергоёмки; альтернативой им является пропускание отработанных газов через горячее газовое пламя.
Источники информации: