Патент на изобретение №2346754

(54) ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ РАСПЫЛИТЕЛЬ

(57) Реферат:

Настоящее изобретение относится к электростатическому распылению воды в виде мельчайших ионизированных частиц. Устройство электростатического распыления воды содержит емкость с водой, капиллярное средство подачи воды с водозаборным торцем и концом эмиттера с другой стороны, первый электрод, подающий электрический заряд на воду с конца эмиттера, второй электрод, расположенный напротив конца эмиттера, и катионообменник. Первый и второй электроды подключены к источнику напряжения. Вода подается из емкости в капиллярное средство подачи воды, в состав которого входит конец эмиттера, с которого ионизированная частица воды испускается под действием напряжения, подаваемого на конец эмиттера, и противоположный электрод. Катионообменник удаляет минералы типа Са²⁺ и Mg²⁺ из воды, подаваемой через капиллярное средство подачи воды, или из воды, подаваемой к средству подачи воды из емкости, таким образом, не давая возможности ионам осаждаться в районе конца эмиттера в виде СаСО₃ или MgO, образующихся при реакции с CO₂ окружающего воздуха, и поэтому обеспечивает надежное электростатическое распыление в течение длительного периода времени. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к электростатическому распылителю воды в виде мельчайших ионизированных частиц.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В патенте Японии JP 2001-286546 описан предшествующий электростатический распылитель. Устройство включает сопло для распыления воды, электрод, расположенный поблизости от торца сопла для подачи высокого напряжения на сопло, и электрод для перевода воды в мельчайшие ионизированные частицы воды. Устройству необходим механизм распыления для испускания воды из сопла.

В патенте Японии JP 3260150 описан другой предшествующий электростатический распылитель. В устройстве распыления применена капиллярная структура, выполненная из металла, стекла или пластмассы, которая используется в качестве средства подачи воды вместо распыляющей структуры, чтобы подавать воду на конец эмиттера средства подачи воды, используя капиллярный эффект. Для того, чтобы зарядить воду и выбросить ее в виде ионизированных частиц с конца эмиттера на конец эмиттера, подается высокое напряжение. Если вода содержит минералы типа Са или Mg, то они продвигаются к дальнему торцу капиллярной структуры и вступают в реакцию с СО₂ воздуха, и осаждаются в виде СаСО₃ или MgO, что препятствует электростатическому распылению. Поэтому проблема заключалась в удалении осадков на регулярной основе.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[Проблема, решаемая в настоящем изобретении]

Настоящее изобретение призвано решить вышеупомянутую проблему, и в нем представлен электростатический распылитель, в котором используется капиллярная структура в виде средства подачи воды и в котором можно избежать осаждения минералов в районе конца эмиттера средства подачи воды, обеспечивая, таким образом, устойчивое электростатическое распыление в течение длительного периода использования.

[Средства решения проблемы]

Электростатический распылитель по настоящему изобретению включает капиллярное средство подачи воды с водозаборным торцом и конец эмиттера, расположенный с другой стороны водозаборного торца, при этом водозаборный торец собирает воду для того, чтобы подавать ее на конец эмиттера. Устройство включает первый электрод для зарядки воды в районе конца эмиттера и второй электрод, расположенный напротив конца эмиттера. Первый и второй электроды подключены к источнику напряжения, который подает напряжение на первый и второй электроды для зарядки воды в районе конца эмиттера, что обеспечивает ее испускание в виде мельчайших ионизированных частиц. Отличительной особенностью настоящего изобретения является наличие катионообменника, предназначенного для удаления ионов минералов из воды, подаваемой на конец эмиттера. Соответственно, если вода содержит минералы типа Са или Mg, то она может подаваться на конец эмиттера с помощью капиллярного эффекта, обеспечивая при этом удаление минералов и предотвращая осаждение минералов в районе конца эмиттера. Соответственно, можно избежать частой чистки конца эмиттера, чтобы поддерживать устойчивое электростатическое распыление в течение продолжительного времени.

Предпочтительно, чтобы капиллярное средство подачи воды выполнялось из катионообменного материала, или катионообменника. Таким образом, нет необходимости добавлять катионообменник, что сводит к минимуму число деталей при сборке и повышает производительность.

При установке катионообменника на капиллярное средство подачи воды предпочтительно, чтобы он охватывал капиллярное средство подачи воды ниже конца эмиттера. При такой компоновке легко удаляются нежеланные минералы из воды, проходящей от водозаборного торца к концу эмиттера через капиллярное средство подачи воды, и предотвращается продвижение минералов к концу эмиттера.

Кроме того, можно также предусмотреть катионообменник со стороны емкости. С емкостью сообщается вспомогательный сосуд, содержащий катионообменник в контакте с водой. В данном случае катионообменник может выполняться в виде множества гранул ионообменного материала, стопы листов ионообменного материала или спиральных листов ионообменного материала.

Эти и другие преимущества настоящего изобретения станут более очевидны из следующего описания варианта осуществления настоящего изобретения, дополненного чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 представлен перспективный вид электростатического распылителя в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг.2 представлен вертикальный разрез вышеупомянутого устройства.

На фиг.3 показана схема работы вышеупомянутого устройства.

На фиг.4 представлен вид сверху на пластинчатый электрод, используемый в вышеупомянутом устройстве.

На фиг.5 представлен вид спереди на модифицированное капиллярное средство подачи воды, используемое в вышеупомянутом устройстве.

На фиг.6 представлен вертикальный разрез электростатического распылителя в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.7 представлен разрез вспомогательного корпуса, содержащего катионообменник, используемый в вышеупомянутом устройстве.

На фиг.8 представлен разрез другого катионообменника, содержащегося во вспомогательном корпусе, используемом в вышеупомянутом устройстве; и

На фиг.9 представлен перспективный вид еще одного катионообменника, содержащегося во вспомогательном корпусе, используемом в вышеупомянутом устройстве.

НАИЛУЧШИЙ СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Электростатический распылитель в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения предназначен для ионизации микрочастиц воды с целью получения ионизированных частиц воды нанометрового размера. Как показано на фиг.1-3, электростатический распылитель включает базу 10, на которой устанавливается множество капиллярных средств подачи воды 20, стакан 30, окружающий верхнюю часть базы 10, пластинчатый электрод 40, установленный на верхнем отверстии стакана 30, и съемную емкость 50, фиксируемую на нижнем торце базы 10. Каждое капиллярное средство подачи воды 20 выполняется в виде пористого стержня диаметром 5 мм и длиной 70 мм и проходит через базу 10. Верхний торец капиллярного средства подачи воды 20, выступающий над базой 10, заострен с образованием конца эмиттера 21, в то время как часть ниже базы 10 образует водозаборный торец 22. Водозаборный торец 22 погружен в воду емкости 50 для всасывания воды и ее подачи на конец эмиттера 21 по капиллярам.

База 10 выполнена из электропроводного пластмассового материала с образованием первого электрода, который создает некоторый электрический потенциал на каждом из капиллярных средств подачи воды 20. На кольцевой части базы 10 выполнена клемма 12 для подключения к высоковольтному источнику 70. Трубчатый электрод 14 простирается снизу базы 10 и заряжает воду до некоторого потенциала в капиллярном средстве подачи воды 20.

Высоковольтный источник напряжения 70 формирует электрическое поле напряженностью 500 В/мм, например, между базой 10 и пластинчатым электродом 40, обеспечивая электростатическое распыление между концом эмиттера 21 капиллярного средства подачи воды 20 и пластинчатым электродом 40, являющимся вторым электродом, таким образом, что конец эмиттера 21 испускает мельчайшие ионизированные частицы воды в направлении пластинчатого электрода 40. То есть высоковольтное напряжение вызывает разложение Рэлея, при этом вода испускается с конца эмиттера 21 с получением, таким образом, отрицательно заряженных частиц воды в виде тумана из мельчайших ионизированных частиц воды.

Пластинчатый электрод 40 выполнен из электропроводного пластмассового материала в виде кольца с открытым центром и полями 41. Поля 41 накладываются на конец эмиттера 21 каждого капиллярного средства подачи воды 20 с возможностью прохождения электрического разряда между полями 41 и концом эмиттера 21. На окружности пластинчатого электрода 40 выполнена клемма 48 для подключения к высоковольтному источнику. Высоковольтный источник напряжения подает непрерывное или пульсирующее высоковольтное напряжение между пластинчатым электродом 40 и базой 10.

В центре базы 10 находится игла ионизации 60 с заостренным концом, выступающим выше базы 10 на ту же самую высоту, что и конец эмиттера капиллярного средства подачи воды 20, получающая электрический заряд того же потенциала, что и капиллярные средства подачи воды 20. Как показано на фиг.4, капиллярные средства подачи воды 20 равномерно распределены по окружности вокруг иглы ионизации 60. Поля 41 пластинчатого электрода 40, образующего противоположный электрод, общий для капиллярного средства подачи воды 20 и иглы ионизации 60, выполнены со множеством непрерывных дугообразных кромок 42. Каждая дугообразная кромка 42 изогнута с образованием полукруглой кромки с центром в месте расположения конца эмиттера 21 каждого капиллярного средства подачи воды 20 так, чтобы отстоять от конца эмиттера на определенное расстояние. Смежная дугообразная кромка 42 образует между ними вторую кромку 44, которая находится от иглы ионизации 60 на кратчайшем расстоянии, чтобы вызывать коронарный разряд между ними, отрицательно заряжая, таким образом, молекулы, например, кислорода, оксида или нитрида в воздухе для генерации отрицательно заряженных ионов при ограниченной генерации озона. То есть расстояние R2 между второй кромкой 44 и иглой ионизации 60 больше расстояния R1 между первой дугообразной кромкой 42 и концом эмиттера 21, что обеспечивает распыление с конца эмиттера 21 и генерацию отрицательно заряженных ионов с иглы ионизации 60 соответственно при оптимальных условиях, при одновременной подаче высокого отрицательного напряжения, как на иглу ионизации 60, так и на конец эмиттера 21 капиллярного средства подачи воды 20.

Капиллярные средства подачи воды 20 изготовлены из катионообменной смолы или смолы, армированной волокном, в виде пористого тела пористостью 10-70% для подачи воды на конец эмиттера 21 с помощью капиллярного эффекта по мельчайшим внутренним каналам. Катионообменная смола, армированная волокном, изготовлена из ионообменной смолы с обменом ионов натрия или водорода. При натриевом ионном обмене происходит обмен содержащихся в воде Са²⁺ и Mg²⁺ на Na⁺ и их поглощение. При водородном обмене происходит обмен Са²⁺ и Mg²⁺ на водород и их поглощение. Таким образом, капиллярное средство подачи воды 20 образует катионообменник 80, удаляющий из воды минералы при подаче воды со стороны водозаборного торца 22 на конец эмиттера 21. Следовательно, можно предотвратить поступление минералов на конец эмиттера 21 капиллярного средства подачи воды 20, что позволит избежать их реакции с СО₂ в окружающем воздухе и их осаждения в виде MgO или СаСО₃, что иначе препятствовало бы электростатическому распылению.

При использовании катионообменника с обменом ионами водорода для обеспечения баланса рН воды предпочтительно дополнительно использовать анионообменник. В этом случае анионообменник может быть волоконного типа и входить в состав капиллярного средства подачи воды 20 или может выполняться отдельно от капиллярного средства подачи воды 20 в виде покрытия поверхности емкости 50. Если анионообменник входит в состав капиллярного средства подачи воды 20, он размещается со стороны конца эмиттера 21.

На фиг.5 показана модификация, в которой катионообменник 70А выполнен отдельно от капиллярного средства подачи воды 20А. В этом случае, капиллярное средство подачи воды 20А изготовлено из пористой керамики с мельчайшими внутренними каналами, через которые вода подается на конец эмиттера посредством капиллярного эффекта. В качестве керамики используется одно из следующих веществ: глинозем, оксид титана, оксид циркония, кремнезем и магнезит, или их сочетания. Катионообменник 70А изготовлен из смолы, армированной волокном, в виде цилиндра, который по окружности прилегает к капиллярному средству подачи воды 20А ниже конца эмиттера 21А. Таким образом, ионный обмен осуществляется для удаления минералов, содержащихся в воде, на пути от водозаборного торца 22А до конца эмиттера 21А.

По окружности стакана 30 выполнено множество отверстий 32, через которые поступает воздух, который проходит через центральное отверстие пластинчатого электрода 40 таким образом, что мельчайшие ионизированные частицы воды, образовавшиеся между концом эмиттера 21 и пластинчатым электродом 40, выносятся воздушным потоком и распространяются в виде тумана в пространстве.

Методом электростатического распыления в электрическом поле напряженностью 500 В/мм или больше с использованием капиллярного средства подачи воды 20, диаметр вершины которого составляет 0,5 мм или меньше, из мельчайших ионизированных частиц воды образуется туман с расходом 0,02 мл/м; туман содержит очень мелкие ионизированные частицы нанометрового диапазона 3-100 нм, которые реагируют с кислородом воздуха с образованием таких радикалов, как гидроксильные радикалы, супероксидные радикалы, радикалы моноксида азота и радикалы кислорода. В условиях комнаты туман из мельчайших ионизированных частиц воды может дезодорировать вещества, содержащиеся в воздухе или прилипшие к стенам.

На фиг.6 показан другой вариант осуществления настоящего изобретения, в котором со стороны днища емкости 50 предусмотрен вспомогательный корпус 52, в котором содержится катионообменник 70В. Другие элементы идентичны элементам варианта осуществления настоящего изобретения, упомянутого выше, поэтому используются те же самые обозначения, и их назначение не объясняется второй раз. Вспомогательный корпус 52 открыт сверху, и в него вставляется нижний торец емкости 50В для забора воды через множество отверстий 51 в днище емкости 50В. Как показано на фиг.7, катионообменник 70В выполнен в виде множества гранул ионообменной смолы, контактирующих с водой во вспомогательном корпусе 52. Таким образом, катионообменник 70В поглощает минералы, содержащиеся в воде емкости, предотвращая, тем самым, их впитывание капиллярным средством подачи воды 20 и эффективно предотвращая осаждение СаСО₃ или MgO в районе конца эмиттера 21.

Катионообменник может быть изготовлен в виде стопы из множества листов 70С, как показано на фиг.8, или в виде спирального листа 70D, как показано на фиг.9, с размещением во вспомогательном корпусе 52. В этом случае из волокна ионообменной смолы изготавливается пористый лист с увеличенной площадью контакта с водой с целью повышения ионообменной способности.

Как ясно из данного варианта осуществления настоящего изобретения, в котором катионообменник предусматривается со стороны емкости 50В, капиллярное средство подачи воды 20 не обязательно должно обеспечивать катионообмен и может изготавливаться из пористой керамики.

При применении съемного вспомогательного корпуса 52 катионообменник может свободно использоваться вторично при удалении корпуса с емкости 50В. Кроме того, так как соединение емкости 50В и базы 10 разъемное, то катионообменник может находиться в емкости 50В в контакте с водой емкости без использования вспомогательного корпуса. В этом случае предпочтительно, чтобы катионообменник находился в сетчатом мешке, легко извлекаемом из емкости.

Вышеупомянутые варианты осуществления настоящего изобретения и модификации показаны только с целью соответствующего раскрытия настоящего изобретения, и поэтому любое сочетание раскрываемых здесь характерных особенностей должно интерпретироваться в пределах объема настоящего изобретения.

Формула изобретения

1. Устройство электростатического распыления воды, в состав которого входят емкость с водой; капиллярное средство подачи воды с водозаборным торцом и концом эмиттера с другой стороны, при этом упомянутый водозаборный торец забирает воду для подачи через упомянутое средство подачи воды на упомянутый конец эмиттера, первый электрод, подающий электрический заряд на упомянутую воду с упомянутого конца эмиттера, второй электрод, расположенный напротив упомянутого конца эмиттера, упомянутый первый электрод и упомянутый второй электрод подключены к источнику напряжения, при этом упомянутый источник напряжения подает напряжение на упомянутые первый и второй электроды, что обеспечивает электростатический заряд воды с упомянутого конца эмиттера и испускание упомянутой воды в виде мельчайших ионизированных частиц, при этом упомянутое устройство включает катионообменник, обеспечивающий удаление ионов минеральных веществ из упомянутой воды.

2. Устройство электростатического распыления жидкости по п.1, отличающееся тем, что капиллярное средство подачи воды изготовлено из катионообменного материала, образующего катионообменник.

3. Устройство электростатического распыления жидкости по п.1, отличающееся тем, что катионообменник устанавливается по окружности упомянутого капиллярного средства подачи воды ниже упомянутого конца эмиттера.

4. Устройство электростатического распыления жидкости по п.1, в состав которого входит вспомогательный корпус, который подсоединяется к упомянутой емкости и содержит упомянутый катионообменник в контакте с упомянутой водой.

5. Устройство электростатического распыления жидкости по п.4, отличающееся тем, что катионообменник содержит множество гранул, изготовленных из катионообменного материала.

6. Устройство электростатического распыления жидкости по п.4, отличающееся тем, что катионообменник выполнен в виде стопы из множества листов, изготовленных из катионообменного материала.

7. Устройство электростатического распыления жидкости по п.4, отличающееся тем, что катионообменник выполнен в виде спирального листа, изготовленного из катионообменного материала.

РИСУНКИ