Tecnología de generación de iones de oxígeno negativos
En el siglo XVIII, el físico Coulomb descubrió mediante experimentos que las cargas transportadas por conductores metálicos aislados desaparecían en la atmósfera. Además, los físicos Röntgen y Becquerel descubrieron que los gases en soluciones electrolíticas llevan una carga positiva o negativa, lo que hace que el gas conduzca electricidad. Los físicos Estelle, Gartler y Wilson también utilizaron la teoría de la conductividad atmosférica para explicar los resultados experimentales de Coulomb. Estas partículas conductoras del aire fueron denominadas "iones" por el físico Faraday, de ahí el nombre "iones de aire".
Más de 100 años después, J. Thomson fue el primero en expresar las características de los iones con fórmulas y estableció un modelo de iones positivos y negativos. Eiseer y Geieel demostraron luego la existencia de iones, que son partículas con cargas positivas y negativas que son ligeramente más grandes que las moléculas. En 1905, Langelin descubrió un segundo tipo de ion en la atmósfera, llamado iones de Langelin o partículas cargadas de gran diámetro, también conocidos como iones pesados. En 1909 A. Pouer descubrió el tercer tipo de ion, un ion de diámetro medio, llamado mesoión. En la década de 1930, Dessauer en Alemania había comenzado a investigar sobre los iones positivos y negativos en la atmósfera. Utilizó por primera vez un generador de iones de corona, constituyendo el primer clímax de la investigación sobre los efectos biológicos de los iones negativos. Cientos de artículos, estudios e informes experimentales han demostrado que los iones negativos tienen efectos beneficiosos obvios en el cuerpo humano, mientras que los iones positivos tienen efectos destructivos obvios sobre la presión arterial y el metabolismo humanos. Estos estudios fueron terminados por la Segunda Guerra Mundial. El profesor ALbeter Pani Kragan de la Universidad de California, EE.UU., y su equipo de investigación fueron pioneros en investigaciones y experimentos microscópicos sobre los efectos biológicos de los iones, llevando la investigación sobre los iones negativos del aire al segundo clímax de desarrollo y utilización. El profesor Cragen ha realizado muchos experimentos en animales, plantas y humanos, y ha demostrado cómo los iones negativos afectan el cuerpo humano, los animales y las plantas desde los aspectos endocrinos humanos, la circulación interna, las reacciones de varias enzimas, etc., y cómo producen diversos efectos biológicos de. Muchos investigadores de todo el mundo han realizado los experimentos anteriores basándose en sus propias investigaciones y creen que los iones de oxígeno negativos tienen efectos biológicos obvios. Muchos nuevos generadores de iones negativos se han desarrollado en el extranjero y se utilizan en investigaciones experimentales, salas con aire acondicionado y campos médicos y de salud.
Desde 1889, los científicos alemanes Elster y Gertel descubrieron la existencia de iones negativos en el aire. El físico alemán Dr. Filippo Narr fue el primero en demostrar académicamente los efectos negativos de los iones negativos en el cuerpo humano. En 1902, Asamas y otros confirmaron la importancia biológica de la existencia de iones de aire. En 1903, los eruditos rusos publicaron un artículo sobre el uso de iones negativos del aire para tratar enfermedades. La empresa estadounidense RCA Hamsen inventó el primer generador de iones negativos de aire médico del mundo en 1932. Durante el último medio siglo, la investigación sobre los iones negativos del aire en Europa, Estados Unidos y Japón ha pasado por una larga etapa de desarrollo y aplicación.
El generador de iones de oxígeno negativos de la serie AS ganó la medalla de oro en la Exposición Internacional de Nuevos Inventos y Nuevas Tecnologías de Ginebra de 1976.
El dispositivo utiliza descarga de corona para generar iones negativos. La estructura del generador de iones de oxígeno negativos se muestra en la Figura 2-1.
En la Figura 2-1, si se aplica un alto voltaje CC de 3~4 kV entre una fila de electrodos negativos con forma de aguja y electrodos positivos anulares, se generará corona en la fila de electrodos con forma de aguja. electrodos negativos Descarga, ionizando el aire. Dado que la afinidad electrónica del oxígeno es mucho mayor que la de otros gases como el nitrógeno, la mayoría de los electrones libres ionizados por el aire son capturados por las moléculas de oxígeno, formando iones de oxígeno negativos. Estos iones de oxígeno negativos son repelidos por el alto voltaje negativo y algunos de ellos están equipados con un pequeño ventilador de flujo axial detrás del electrodo negativo. Bajo la acción del campo eléctrico y el viento del ventilador, los iones de oxígeno negativos se descargan continuamente en los espacios del electrodo positivo anular, formando aire fresco que contiene una gran cantidad de iones de oxígeno negativos.
El aire está compuesto principalmente por nitrógeno (78,09% del aire) y oxígeno (20,95% del aire). Es neutral en circunstancias normales, pero debido a la radiación de los rayos cósmicos, los rayos ultravioleta, trazas de sustancias radiactivas y algunas reacciones físicas y químicas, una pequeña cantidad de moléculas (o átomos) neutros en el aire se ionizarán en electrones libres. y los iones positivos, y los electrones libres a menudo están asociados con moléculas neutras se combinan para formar iones negativos. Debido a que las afinidades electrónicas de varios átomos (o moléculas) de gas son diferentes, aquellos con mayor afinidad pueden absorber electrones fácilmente y generar iones negativos. La afinidad electrónica del nitrógeno es de 0 a 0,05 eV y la afinidad electrónica del oxígeno es de 1,13 a 1,47 eV, que se encuentra en la capa inferior.
La atmósfera es la más abundante, por lo que la mayoría de los electrones libres ionizados en el aire son capturados por las moléculas de oxígeno y se convierten en iones de oxígeno negativos.
El proceso es el siguiente:[2]
Sin embargo, algunas moléculas de oxígeno se reducen a átomos de oxígeno durante el proceso de ionización.
El ozono se produce cuando los átomos de oxígeno se recombinan con las moléculas de oxígeno.
Lo anterior describe la situación cerca del electrodo del generador de iones de oxígeno negativos ionizados.
[3]
El principio de funcionamiento del generador de iones negativos proviene de la descarga en corona. La descarga en corona es una forma de descarga autosostenida de gas que no requiere una fuente de ionización externa para iniciar y mantener la descarga. Para mantener una descarga de corona estable, se debe formar un campo eléctrico desigual. A medida que aumenta el voltaje aplicado entre los electrodos, también aumenta la intensidad del campo eléctrico espacial cerca del conductor. Normalmente en el espacio libre hay aproximadamente 1.000 electrones libres por centímetro cúbico de aire debido a la radiación cósmica. Bajo la influencia de un campo eléctrico, estos electrones libres se aceleran para impactar átomos o moléculas de gas. La aceleración de los electrones libres aumenta a medida que aumenta la intensidad del campo eléctrico, al igual que la energía acumulada por los electrones libres antes de impactar con los átomos o moléculas del gas. Cuando la intensidad del campo eléctrico alcanza el valor crítico de una descarga de gas, la energía acumulada por los electrones libres antes del impacto será suficiente para impactar un electrón de un átomo o molécula de gas. En este momento, el aire en un área pequeña cerca del conductor comienza a ionizarse y se produce una descarga inconsciente de gas. Si el voltaje continúa aumentando, la ionización del gas se intensifica, formándose una gran cantidad de electrones que colapsan, produciendo una gran cantidad de electrones e iones positivos y negativos, acompañado de un brillo azul claro y un silbido, y la descarga cambia de no -alta autosostenida a alta autosostenida. Esta forma especial de descarga de gas se llama descarga en corona.
La falta de homogeneidad del campo eléctrico limita el proceso de ionización principal cerca del electrodo con mayor intensidad de campo eléctrico local, especialmente en capas delgadas grandes o pequeñas cerca del electrodo con un radio de curvatura pequeño, y la luminiscencia del gas. Sólo ocurre en esta zona, se llama zona de ionización, o capa de corona o capa de corona. Fuera del área, debido a que el campo eléctrico es débil, se produce poca o ninguna ionización, y la conducción de corriente depende de la migración de iones positivos, iones negativos o electrones, por lo que el área fuera del área de ionización se llama área de migración o área periférica. . Si entre dos electrodos sólo hay un halo, la zona de migración de la descarga esencialmente tiene sólo un signo de partículas cargadas. En este caso, la corriente es unipolar. En este experimento, los dos electrodos utilizados por el generador de iones negativos para formar un campo eléctrico desigual son el electrodo de alambre de corona y el electrodo de tierra negativo de alto voltaje. Se produce una descarga de corona negativa y se forma una corriente de corona negativa.
Después de la descarga de la corona, si el voltaje entre los dos electrodos aumenta aún más, el área de la corona se expandirá gradualmente y el brillo y el silbido serán cada vez mayores. Cuando el voltaje aumenta a un determinado valor, en determinados puntos de descarga pueden aparecer finas chispas parecidas a cepillos, cuyo alcance es mucho mayor que el de la zona de corona normal, acompañadas de silbidos y crujidos. Esta forma de secreción se llama secreción por cepillo. A medida que el voltaje continúa aumentando, las chispas del cepillo se vuelven cada vez más largas y finalmente se formará un canal entre los electrodos positivo y negativo, lo que provocará la ruptura del gas y el voltaje entre los dos electrodos caerá bruscamente. Dependiendo del tamaño de la capacidad de la fuente de alimentación, la avería puede ser en forma de descarga de arco o descarga de chispa.
Cuando la capacidad de suministro de energía es lo suficientemente grande, fluirá una corriente de descarga mayor después de la ruptura del gas, formando un arco entre los electrodos, que se llama descarga de arco si la capacidad de suministro de energía es pequeña, después de la ruptura del gas; , la corriente de descarga será tan restringida que será insuficiente para formar un arco, y la descarga permanecerá en la etapa de descarga de chispa. Una descarga de chispa es un filamento brillante, tortuoso y a menudo bifurcado que pasa rápidamente a través del espacio de descarga, luego se extingue rápidamente y reaparece inmediatamente después de extinguirse. La corriente de descarga de chispa es mucho menor que la de descarga de arco.
Para que el generador funcione correctamente es necesario aplicar una determinada tensión entre los electrodos para formar una descarga en corona. El voltaje más bajo que forma una descarga en corona se llama voltaje de inicio de corona. En este momento, aparece una gran cantidad de iones debido a la ionización del aire, y una cierta corriente de corona fluirá bajo la acción del voltaje. La corriente de corona aumentará a medida que aumenta el voltaje. Por supuesto, debido a la existencia de electrones libres en el aire, incluso si el voltaje aplicado es mucho menor que el voltaje de corona, se formará una corriente entre los electrodos debido al flujo de electrones libres, pero el número de estos electrones libres es muy pequeña y la corriente formada es diferente del voltaje de la corona. La corriente es insignificante en comparación con ella. [4]
Un indicador técnico importante del generador de iones de oxígeno negativos es la concentración de iones de oxígeno negativos. Generalmente, el valor de concentración marcado en el manual del generador representa la ionización negativa de oxígeno en el aire a 20 cm delante del generador de iones negativos de oxígeno.
Las concentraciones mayores o menores de 20 cm son diferentes, por lo que se debe introducir la concentración de iones de oxígeno negativos.
Cálculos y pruebas de teoría de líneas. El flujo de iones de oxígeno negativos descargados desde el generador de iones de oxígeno negativos contiene corriente de conducción.
Y la corriente que transporta corriente, es decir,
(2) se lleva a (1)
Usando el teorema de Gauss
Ahora veremos discutir el oxígeno Un sistema unidimensional en estado estacionario con movimiento uniforme de iones, porque
(4) se convierte en
(5) y hay una solución de desintegración exponencial.
Porque
Por lo tanto, la concentración de iones de oxígeno negativos es
Los resultados muestran que la concentración de iones de oxígeno negativos n del sistema en estado estacionario comienza desde la aguja cátodo y aumenta con la distancia y disminuye exponencialmente.
Como se muestra en la Figura 2-2, los valores de observación experimental son consistentes con los valores de cálculo teórico.
Al simular la temperatura y la humedad en condiciones naturales, se midió la concentración de iones negativos en el aire durante varios meses consecutivos, y el impacto de los cambios de temperatura y humedad en la concentración de iones negativos se discutió en detalle. La intensidad de la radiación del entorno en el mismo lugar permanece esencialmente sin cambios, es decir, sólo cambian la temperatura y la humedad en el entorno experimental.
El generador de iones negativos generalmente consta de un cuerpo, un extremo emisor de línea de corona, un extremo de tierra y un extremo de entrada de energía.
Como se muestra en la Figura 1, el voltaje de CA se convierte en CC mediante reducción, rectificación y filtrado, y luego pasa a través del oscilador, el circuito amplificador y el tubo de conmutación, y es controlado por un alto -Paquete magnético de voltaje para generar iones negativos. El paquete magnético de alto voltaje es un transformador de alta frecuencia. Hay una pila de silicio de alto voltaje en el paquete magnético de alto voltaje para rectificar el voltaje del inversor, por lo que su salida es CC rectificada. Todas las corrientes del inversor son corrientes alternas y las direcciones actuales de almacenamiento y liberación de energía en el transformador son opuestas. La corriente con una dirección fija se llama corriente continua. Hay varios tipos de inversores, de un solo extremo y puente, de un solo extremo hacia adelante, de un solo extremo flyback, de medio puente, de puente completo, etc.
Cuerpo: Es un aislante de alta tensión fabricado en plástico y encapsulado con resina epoxi ignífuga. La carcasa del fuselaje suele estar moldeada por inyección con PBT (tereftalato de polibutileno) o PEI (poliéter). El material debe resistir altas temperaturas superiores a 200 °C y ser retardante de llama y aislante.
Extremo emisor de alambre corona: suele utilizar agujas de metal o fibra de carbono.
Terminal de tierra: Se utiliza una pieza de cobre para la conexión a tierra.
Entrada de alimentación: cable de alimentación.
La imagen de arriba muestra un generador de iones negativos abierto de alta eficiencia, que utiliza una aguja de descarga suspendida de alto voltaje inversor de tiristores. Tiene una estructura simple, buen efecto, seguridad y confiabilidad. Puede funcionar normalmente con una tensión de red de 160 V a 250 V. El consumo de energía es extremadamente bajo, sólo alrededor de 1 W, y puede funcionar de forma continua durante mucho tiempo.
La fuente de alimentación comercial de 220V está rectificada y limitada en corriente por VD1, VD2, R1, R2. La corriente pulsante unidireccional controla el encendido y apagado de VS para producir oscilación. Después de ser impulsado por el transformador T, VD3 lo rectifica para obtener un alto voltaje negativo de aproximadamente 10,000 voltios. Después de la descarga, se descarga al aire para producir ionización e iones negativos.
Debido al alto voltaje y a la alta temperatura, los paquetes magnéticos de alto voltaje son propensos a generar chispas y a averiar los componentes electrónicos circundantes, por lo que se utiliza Tenon (politetrafluoroetileno) para encapsular los paquetes magnéticos de alto voltaje. El exterior del paquete magnético de alto voltaje está moldeado con resina epoxi que contiene resina retardante de llama y resistente al calor o polvo plástico que contiene resina de melamina. La superficie de soldadura de la PCB está cubierta con polvo plástico, que también puede llenar el espacio de aislamiento; el espacio se llena con resina epoxi retardante de llama para evitar interferencias mutuas entre los componentes del circuito y mejorar la vida útil de los componentes del circuito.
China tiene su propia tecnología patentada de iones negativos de alta gama: tecnología de conversión de iones negativos y tecnología de liberación de nanofullereno, lo que convierte a los iones de oxígeno negativos en un método médico auxiliar en el tratamiento médico.
El convertidor de iones negativos es un componente especial utilizado en los equipos generadores de iones negativos, que permite al equipo generar pequeñas partículas de iones negativos en el aire, es decir, iones ligeros. Los iones negativos de partículas pequeñas tienen las características de alta energía cinética y alta actividad, con una gran distancia y velocidad de migración. Los iones de oxígeno negativos pueden cubrir de 4 a 5 metros sin ser soplados por un ventilador.
El fullereno es un material electrocatalizador fabricado con nanotecnología. Es un material cercano a la superconductividad, es decir, la resistencia es casi nula. Cuando los iones eléctricos pasan a través de este material, se generará un fuerte efecto de vibración, por lo que aprovecha al máximo la precipitación libre de iones eléctricos, por lo que no hay necesidad de una corriente fuerte como los materiales tradicionales que liberan iones (fibra de carbono común, metal, etc.). ). Sólo se necesita una corriente relativamente débil para liberar grandes dosis de iones negativos de gran pureza, alta actividad y tamaño de partículas pequeñas.
Tomemos como ejemplo un generador de iones de oxígeno negativos de la marca Taobao.
Se puede observar que tiene un voltaje de salida de -40kv