7 подписчиков

Устройство и способ утилизации загрязнений различной природы из атмосферы или воздушных выбросов – регенератор атмосферы

28 августа 202228 авг 2022

36 мин

Устройство и способ утилизации загрязнений различной природы из атмосферы или воздушных выбросов -регенератор атмосферы

Реферат

Изобретение относится к области очистки атмосферы и воздушных выбросов от загрязнений различной природы (микрочастиц, аэрозолей, насекомых, пыльцы растений, спор, бактерий, вирусов и т.д.; газообразных органических и неорганических соединений), а также от излишка диоксида углерода, с возможностью утилизации. Сопутствующими эффектами являются: устранение тумана и смока, управление воздушными потоками, контролируемое увеличение количества отрицательных ионов в воздухе и самоочистка воздуха на значительном расстоянии от устройства.

Может быть использовано:

- для регенерации атмосферы и коррекции климата в больших городах, открытых карьерах;

- для защиты от пыли и дыма больших открытых и закрытых территорий с возможностью утилизации;

- для ликвидации техногенных катастроф связанных с выбросом в атмосферу отравляющих, радиоактивных веществ, опасных микроорганизмов и вирусов;

- для глобальной регенерации атмосферы Земли как составная часть единого планетарного комплекса.

Достижение цели осуществляется применением регенератора объединившим в себе:

· эффект электрофильтра,

· холодную плазму,

· фотокаталитический эффект стимулированный постоянным магнитным и электрическими полями,

· поглощение оксидов (углерода, азота, серы, фосфора, и т.д.) абсорбцией,

· движущиеся, автоматически очищающиеся ленточные электроды, (возможность утилизации отходов),

· движущиеся, автоматически очищающиеся и оптически активирующиеся ленточные фотокатализаторы

· принцип ионной тяги,

· автоматическое регулирование с целью получения максимального эффекта при минимальных затратах электроэнергии.

Описание изобретения

«Устройство и способ утилизации загрязнений различной природы из атмосферы или воздушных выбросов – регенератор атмосферы».

Құрылғы мен тәсілі, кәдеге жарату ластану, әр түрлі табиғат, атмосферадан, немесе әуе шығарындылары – қалпына келтіру агенті, атмосфера.

1. Изобретение может быть отнесено к следующим рубликам:

МПК - B01D 53/06,18,32,94; B03C 1/023; B03C 3/017,10.

2. Область техники.

Может быть использовано:

- для регенерации атмосферы и коррекции климата в больших городах, открытых карьерах;

- для защиты от пыли и дыма больших открытых и закрытых территорий с возможностью утилизации;

- для глобальной регенерации атмосферы Земли как составная часть единого планетарного комплекса.

3. Уровень техники.

Известны электрофильтры в том числе с очисткой электродов встряхиванием (заявка RU 98100926), использующих подвижные электроды (патент RU 2097140).

Известны фотокаталитические очистители воздуха (свидетельство на полезную модель N 8634 от 16.06.98г). В данной модели загрязненный воздух продувается вентилятором через пылевой фильтр и фотокатализатор на пористом носителе (освещенный УФ лампой), что, как и в выше перечисленных устройствах, ведет к большому расходу энергии на м3 и малой производительности. К тому же не решен вопрос нейтрализации оксидов, азота, серы, фосфора, и т.д. которые, кроме воды и диоксида углерода, выделяются при каталитическом разложении органических и неорганических соединений.

Известны мокрые электрофильтры с применением абсорбентов (заявка RU 92010986) В газ вводят реагент, воздействуют диффузным электрическим разрядом, создаваемым между электродами, и удаляют из отработанного газа продукты реакции, причем на обращенную к газу поверхность по крайней мере одного электрода подают электролит. Устройство содержит реактор, в котором размещены электроды, образующие внутреннюю поверхность канала для пропуска очищенного газа и подключенные к источнику электропитания, и установленный на выходе газа из реактора улавливатель продуктов реакции, причем, по крайней мере, один из электродов снабжен патрубком, соединенным с нагнетателем электролита, и сборником для приема отработавшего раствора.

Известен способ (патент RU 2345822) формирования тропосферного объемного объекта с повышенной концентрацией по меньшей мере одного витального элемента и/или по меньшей мере одного защитного вещества, характеризующийся тем, что в тропосферу контролируемым образом вводят дымовые газы, полученные путем сжигания горючего материала в установке для сжигания, при этом упомянутый горючий материал обогащен добавками, которые являются витальными элементами и/или защитными веществами или их прекурсорами, в результате чего получаемые дымовые газы обогащаются витальными элементами и/или защитными веществами, которые распространяются в тропосфере, при этом упомянутые добавки содержат железо, и/или титан в элементарном виде, и/или в виде химического соединения эти элементы способствуют самоочищению атмосферы. Однако, помимо полезного разложения органических соединений в толще атмосфера наночастицами фотокатализатора, эти же частицы попадая на биологические объекты приводят: к мутациям и всевозможным другим негативным последствиям. Применение этого изобретения, может вызвать последствия более страшные, и менее предсказуемые чем те, для устранения которых, оно создано.

Известен электростатический нагнетатель, (патент RU 2458289) содержащий корпус с входным конфузором, выходом и каналом постоянного сечения, разрядный электрод, собирающий электрод, подключенные к высоковольтному источнику постоянного тока и установленные в параллельных плоскостях, перпендикулярных продольной оси канала постоянного сечения, отличающийся тем, что выход корпуса выполнен в виде выходного диффузора.

Наиболее близок к предложенному, способ очистки отходящих технологических газов (патент RU 2103051), путем пропускания потока очищаемого газа через зону разряда, отличающийся тем, что для повышения эффективности очистку проводят последовательно сначала путем электрофильтрации при помощи электрофильтра, а затем с помощью окислительного реактора на основе импульсного коронного разряда.

Наиболее близко к предложенному, устройство для очистки воздуха от пыли и аэрозолей, (патент RU 2233708) содержащее корпус с каналом для прохождения воздуха, внутри которого установлена, по меньшей мере, одна электродная группа, состоящая из имеющих противоположную полярность коронирующего электрода и осадительного электрода, выполненного в виде ленты с токопроводящим слоем, приводимой в движение от электропривода, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит бобины, установленные за пределами корпуса и на одну из которых намотана в свободном состоянии лента осадительного электрода, а другая кинематически связана с электроприводом и на ней закреплен свободный конец ленты осадительного электрода, при этом привод содержит автоматическое устройство, контролирующее силу тока в разрыве цепи коронирующего электрода и подающее сигнал на включение привода, приводящего во вращение бобину для наматывания на нее загрязненного участка ленты осадительного электрода.

Ни один из выше перечисленных способов не способен справиться с задачей очистки атмосферы, из-за больших затрат энергии на м3 малой производительности, или не предсказуемыми последствиями для экологии земли.

4. Сущность изобретения

Цель изобретения - очистка атмосферы и воздушных выбросов от загрязнений различной природы: аэрозолей, пыли, насекомых, пыльцы растений, бактерий, вирусов, конгломератов молекул и т.д. (далее загрязнения), газообразных, органических и неорганических соединений, а также от излишка диоксида углерода. Достижение цели осуществляется применением регенератора объединившим в себе:

· эффект электрофильтра,

· холодную плазму,

· фотокаталитический эффект стимулированный постоянным магнитным и электрическими полями,

· поглощение оксидов (углерода, азота, серы, фосфора, и т.д.) абсорбцией,

· движущиеся, автоматически очищающиеся ленточные электроды, (возможность утилизации отходов),

· движущиеся, автоматически очищающиеся и оптически активирующиеся ленточные фотокатализаторы

· принцип ионной тяги,

Устройство:

Регенератор содержит электрически активные электроды (как минимум три):

- импульсный коронирующий 25, выполнен из проводящего материала, например из нержавеющей стали с углеродным волокном на активной грани (установлен на изоляторах 26, как и все детали регенератора находящиеся под напряжением);

- коронирующий 1, выполнен подвижным из замкнутой ленты проводящего магнитного материала (с возможностью сбора загрязнений в устройстве очистки и привода коронирующего электрода 7), например, из пермаллоя с аппликацией постоянными плоскими магнитами 30 переворачивающимися в точках поворота ленты, или, например из пермаллоя с намагничиванием от сильного постоянного магнита 16 в устройстве очистки и привода коронирующего электрода (лента переворачивается в точках поворота переворачивающими устройствами 32), в особых случаях может быть выполнен неподвижным из проводящего магнита (фигура 5);

- осадительный 2, выполнен подвижным из замкнутой ленты проводящего материала (с возможностью сбора загрязнений и смачивания абсорбентом в устройстве очистки и привода осадительного электрода 8) пассивного к применяемому абсорбенту, например из нержавеющей стали;

электрически пассивные электроды (как минимум один);

– фотокаталитически активный электрод 3 (далее фотоэлектрод), выполнены из замкнутой ленты непроводящего материала стойкого к ультрафиолетовому свету длиной волны 200-400 нм (с возможностью сбора загрязнений и активации в устройстве очистки и привода фотоэлектрода 9), например, из поликарбоната или полиэтилентерефталата, в поверхность которого введены нано структурированные частицы с фотокаталитической активностью, например TiO2 (получаемые одним из известных способов, например по патенту RU 2275238 со структурой: … «мезопористый материал на основе диоксида титана согласно изобретению содержит кристаллическую фазу анатаза в количестве не менее 30 мас.%, никель в количестве от 0,5 до 2 мас.%, имеет пористую структуру со средним диаметром пор от 2 до 16 нм, удельную поверхность не менее 70 м2/г …»);

- контрольные устройства обратной связи (как минимум два) до 14 и после 15 регенератора, с возможностью использования, как индивидуально, так и для согласованной работы системы из большого количества регенераторов в масштабах города, области, региона;

- устройство питания и управления регенератором 11;

- устройство направления регенератора 12 (может отсутствовать в особых случаях) например автоматическое, типа флюгера (27 - хвостовик), или принудительное, например, ступенчато шаговое на электромагнитах (используется для перенаправления, или создания движения воздушного потока в пределах ионной тяги);

- направляющий кожух 13, выполнен прозрачным, например из поликарбоната.

Способ.

Регенератор направляется по ветру (либо в избранном направлении) направляющим устройством 12. Воздух попадает в регенератор, частично ионизируется холодной плазмой созданной высоковольтными сигналами сложной формы (~U), приложенными между импульсным коронирующим 25 и коронирующим (1) электродами (начинается процесс разрушения органических и неорганических соединений усиленный наличием водного раствора реагента на коронирующем электроде).

Далее за счет напряжения (U) между коронирующим 1 и осадительным 2 электродами (осадительный электрод заземлен), возникает эффект ионной тяги.

Амплитуда и форма напряжений ~U и Uвыбираются из конкретных условий использования регенератора. Основные параметры, по которым корректируются ~U и U в ходе работы регенератора, это токи импульсного коронирующего 25 и осадительного 2 электродов, показания контрольных устройств 14, 15, а также значение затраченной энергии, измеренное контрольным устройством питания 33. В зависимости от размера регенератора, погодных условий, амплитуда и форма напряжений поддерживаются в пределах исключающих превышение допустимой концентрации положительных и отрицательных ионов, а также, озона и оксида азота на выходе регенератора (для больших и супер больших регенераторов используются данные контрольных устройств не входящих в комплект регенератора). Изначально значения амплитуды, формы ~U и Uвыбираются из памяти регенератора по аналогичным показаниям устройств 14, 15 (в памяти содержатся все установившиеся, стабильные режимы работы конкретного регенератора в постоянном месте установки или рекомендуемые значения) с последующей автоматической оптимизацией.

Положительно заряженные частицы и ионы, присутствующие в воздухе, оседают на коронирующем электроде 1. Электронами, стекающими с импульсного коронирующего 25 и коронирующего 1 электрода, частицам, находящимся в воздухе во взвешенном состоянии, передается отрицательный заряд. Они увлекаются электрическим полем через фотоэлектрод 3 к осадительному электроду 2, но так как, коронирующий электрод 1 намагничен и создает постоянное магнитное поле, частицы отклоняются силами Лоренца пропорционально скорости, массе и заряду, а ленты оптоэлектрода 3 находятся в перпендикулярной плоскости относительно лент коронирующего электрода 1. В результате число контактов частиц с фотоэлектродом 3 увеличивается, многократно увеличивая его эффективность.

В наночастицах фотокатализатора (полупроводника внедренного в поверхностный слой фотоэлектрода 3), под действием солнечного или искусственного света (от устройства подсветки 19), генерируются электронно-
дырочные пары. Электроны и дырки мигрируют к поверхности и захватываются ей почти полностью (так как потери на рекомбинацию незначительны, размеры частиц фотокатализатора на много меньше длины свободного пробега). Активные ионы на поверхности, действуют как сильные окислители или восстановители, разрушая органические и неорганические соединения до воды и кислых газов.

Далее воздушный поток проходит через осадительный электрод 2, поверхность которого, покрыта абсорбентом, вступающим в реакцию с оксидами (углерода, азота, серы, фосфора, и т.д.). Наибольшая часть тока коронирующего электрода 1 замыкается на осадительном электроде 2, оставляя на его поверхности частицы, принесенные этим током (по сути, током миграции частиц и ионов). Однако часть отрицательно заряженных ионов проходит через осадительный электрод 2 и двигается дальше, передавая часть своего заряда частицам воздуха. Возникает эффект оптического очищения воздуха далеко от регенератора (оставшаяся часть тока миграции коронирующего электрода 1 замыкается на землю).

Все электроды, (кроме импульсного коронирующего 25) выполнены замкнутыми лентами и проходят через свои устройства очистки (7,8,9).

Коронирующий электрод очищается, например, раствором реагента или водным раствором, для обеспечения равномерного магнитного поля, при каждом повороте ленты постоянные магниты 30 переворачиваются магнитом 31 (фигура 2). Или, коронирующий электрод очищается, например, раствором реагента или водным раствором и намагничивается сильным постоянным магнитом 16 (фигура 3) для обеспечения равномерного магнитного поля, при каждом повороте, лента переворачивается переворотным устройством 32 (фигура 3).

Твердый осадок лентой 18 концентрируется в контейнере 17, который при переполнении заменяется пустым.

Фотоэлектрод очищается водным раствором и фотостимулируется источником освещения 19 (например, галогенной лампой). Твердый осадок лентой 20 концентрируется в контейнере 21, который при переполнении заменяется пустым.

Осадительный электрод очищается щётками 28 в водным растворе абсорбента, например Сa(ОН)2 . Твердый осадок лентой 22 концентрируется в контейнере 23, который при переполнении заменяется пустым.

Оптимизация регенератора в пределах формулы изобретения.

Выполнение коронирующих электродов 1 неподвижными (фигура 5), дает преимущества:

· упрощает и удешевляет конструкцию.

Недостатки:

· затрудняет очистку электрода;

· исключает возможность смачивания электрода реагентом.

Увеличение количества осадительных электродов 2 (напряжение на них выбирается из условия увеличения напряженности поля от внешнего коронирующего электрода к последнему осадительному, фигура 7) дает преимущества:

· увеличение ионной тяги, что позволяет увеличить дальность струи оптически очищенного воздуха и зоны подавления туманна и смока;

· дает возможность в большем диапазоне управлять воздушными потоками.

· увеличивает процент поглощения диоксида углерода и других оксидов (фосфора, серы, азота, и т.д.);

· возможно использовать различные абсорбенты (например Ва(ОН)2, как более эффективный, но потенциально опасный для окружающей среды в первом электроде, а Са(ОН)2 как менее эффективный, но экологически безопасный во втором электроде, что позволит совместить эффективность и не допустить утечки соединений Ва).

Недостатки:

· усложнение, утяжеление механической конструкции, усложнение электрической схемы, а, следовательно, удорожание регенератора;

· увеличение концентрации отрицательных ионов в струе очищенного воздуха, требует более оперативного контроля и регулирования параметров регенератора при помощи устройств обратной связи 14 и 15 с целью недопущения предельно допустимых концентраций положительных и отрицательных ионов, а также, озона и оксида азота на выходе регенератора;

· увеличение потребляемой на м3 воздуха мощности.

Использование в качестве фотоэлектрода 3 ткани, например полиэтилентерефталата (в поверхность которого введены нано структурированные частицы с фотокаталитической активностью) даёт преимущества:

· увеличивается площадь активной поверхности, что снижает потребляемую мощность на м3 с сохранением качественных показателей регенератора.

Недостатки:

· усиливается износ;

· усложняется очистка.

Использование нескольких регенераторов совместно дает преимущества:

· позволяет увеличить площадь регенератора (при параллельном включении) до тысяч м2;

· охват большой территории с возможностью оперативно корректировать розу ветров городов, регионов (количество и размер регенераторов определяется в зависимости от рельефа местности и климатических условий, а управление ими осуществляется централизованно);

· возможность противостоять стихийным бедствиям (штормы, смерчи, ураганы) в масштабах континента.

Недостатки:

· Для реализации глобальных программ необходимо создание компьютерных моделей погоды с оперативным учётом воздействия регенераторов, информационных центров для сбора и обработки информации (в том числе и с регенераторов), инфраструктуры утилизации абсорбента, что потребует решения этих вопросов на политическом уровне.

5.Перечень фигур

Фигура 1. Регенератор вид с боку, разрез;

Фигура 2. Разрез А-А коронирующий электрод, упрощённая схема варианта с переворачивающимися магнитами в круговых увеличениях показан механизм переворота магнитов в верхнем левом углу лента движется по цилиндрическому валику длина которого равна ширине ленты. В нижнем левом углу лента движется по гантелевидному валику 29 причём, ширина магнитов 30 меньше ширины ленты и ширины тонкой части валика 29, что позволяет магнитам переворачиваться под валиком 29 - показано сечение посередине валика 29.

Фигура 3. Разрез А-А коронирующий электрод, упрощённая схема варианта с намагниченной лентой где происходит намагничивание ленты магнитом 16, а переворачивание ленты происходит в устройствах 32.

Фигура 4. Разрез В-В фотоэлектрод упрощённая схема движения.

Фигура 5. Регенератор вид с боку, разрез, вариант с неподвижным коронирующим электродом.

Фигура 6. Разрез С-С осадительный электрод упрощённая схема движения.

Фигура 7. Регенератор вид с боку, разрез, вариант с двумя осадительными электродами.

Фигура 8. Схема устройства питания и управления регенератором.

Фигура 9 Таблица кодов формы сигнала ~U

Обозначения:

1- коронирующий электрод;

2- осадительный электрод;

3- фотоэлектрод;

4- валик цилиндрический;

5- сетка от птиц;

6- двигатель;

7- устройство очистки и привода коронирующего электрода;

8- устройство очистки и привода осадительного электрода;

9- устройство очистки и привода фотоэлектрода;

10- вал привода, выполнен из изолятора;

11- устройство питания и управления регенератора;

12- устройство направления регенератора;

13- направляющий кожух;

14- контрольное устройство обратной связи перед регенератором;

15- контрольное устройство обратной связи после регенератора;

16- постоянный магнит;

17- съёмный контейнер устройства очистки и привода коронирующего электрода;

18- лента для вывода загрязнений из устройства очистки и привода коронирующего электрода в съёмный контейнер 17;

19- источник освещения фотоэлектрода;

20- лента для вывода загрязнений из устройства очистки и привода фотоэлектрода;

21- съёмный контейнер устройства очистки и привода фотоэлектрода;

22- лента для вывода загрязнений из устройства очистки и привода осадительного электрода;

23- съёмный контейнер устройства очистки и привода осадительного электрода;

24- скоба для переворачивания магнитов 30 в верхнем положении;

25- импульсный коронирующий электрод;

26- изоляторы;

27- хвостовик;

28- очистительные щётки;

29- гантелевидный валик;

30- плоский магнит с возможностью переворачиваться;

31- магнит, переворачивающий магнит 30 в нижнем положении;

32- переворотное устройство для намагниченной ленты;

33- контрольное устройство питания;

34- управляемый источник постоянного напряжения;

35- управляемый источник напряжения смещения напряжения сложной формы;

36- управляемый источник напряжения сложной формы;

37- цифровой измеритель постоянного тока;

38- цифровой измеритель постоянного напряжения;

39- управляемый ограничитель постоянного тока;

40- цифровой импульсный измеритель тока;

41- цифровой импульсный измеритель напряжения;

42- управляемый ограничитель амплитуды тока сложной формы.

А1 – аварийный сигнал управляемого источника постоянного напряжения;

А2 – аварийный сигнал управляемого источника напряжения смещения напряжения сложной формы;

А3 – аварийный сигнал управляемого источника напряжения сложной формы;

Х1 - соединительный кабель контрольного устройства обратной связи после регенератора;

Х2 – соединительный кабель контрольного устройства обратной связи перед регенератором;

U – постоянное напряжение между коронирующим 1 и осадительным 2 электродами;

±U - постоянное напряжение смещения приложенное между импульсным коронирующим 25 и коронирующим 1электродами;

~U - униполярный высоковольтный сигнал сложной формы, приложенный между импульсным коронирующим 25 и коронирующим 1электродами;

N1– число, пропорциональное току измеренному амперметром постоянного тока 37 (А);

N2– число, пропорциональное амплитуде тока измеренной амперметром 40 (|А|);

N3 – число, пропорциональное концентрации положительных ионов в устройстве 15;

N4 – число, пропорциональное концентрации отрицательных ионов в устройстве 15;

N5 – число, пропорциональное концентрации положительных ионов в устройстве 14;

N6 – число, пропорциональное концентрации отрицательных ионов в устройстве 14;

N7 – число, пропорциональное амплитуде напряжения на 42 измеренное вольтметром 41;

N8 – число, пропорциональное амплитуде напряжению на 39 измеренное вольтметром 38;

N1.1 – число шагов изменения U;

N2.1 – число шагов изменения ~U;

N3.1 – число шагов изменения напряжения смещения(±U);

N4.1 – число шагов изменения периода Т;

N5.1 – число шагов изменения скважности;

N6.1 – код формы сигнала ~U в соответствии с фигурой 9;

N 7.1 – число, устанавливающее ток срабатывания ограничителя амплитуды тока 42

N 8.1 – число, устанавливающее ток срабатывания ограничителя постоянного тока 39;

1р, 2р, 3р, 4р, 5р -Разряды кода N6.1 (фигура 9);

f1,2,3 – частоты, соответствуют периодам сигналов составляющих ~U (одно, двух и трёх частотный режим сложение или амплитудная модуляция).

6.Сведения подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Способ.

Регенератор направляется по ветру (либо в избранном направлении) направляющим устройством 12. Воздух, минуя сетку для птиц 5, попадает в регенератор, частично ионизируется холодной плазмой созданной униполярными высоковольтным сигналом сложной формы (~U), приложенными между импульсным коронирующим 25 и коронирующим 1 электродами. Начинается процесс разрушения органических и неорганических соединений усиленный наличием водного раствора реагента на коронирующем электроде. В особых случаях (при ликвидации техногенных катастроф, отравляющих веществ) в качестве реагента может использоваться Nа(ОН) (http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1184.html) или другие известные химикаты предназначенные для обезвреживания конкретного опасного вещества (радиоактивных элементов, отравляющих веществ и т.д.).

Амплитуда и форма напряжений ~U,±U и U выбираются из конкретных условий использования регенератора, а именно: его размера, места установки, климатических условий и показаний входного контрольного устройства 14. Основные параметры, по которым корректируются ~U,±U и U в ходе работы регенератора, это токи импульсного коронирующего 25 и осадительного 2 электродов, показания контрольных устройств 14, 15, значения затраченной энергии, измеренное контрольным устройством питания 33. В зависимости от размера регенератора, погодных условий, амплитуда и форма напряжений ~U,±U и U поддерживаются в пределах исключающих превышение допустимой концентрации положительных и отрицательных ионов, а также, озона на выходе регенератора (для больших и супер больших регенераторов используются данные контрольных устройств не входящих в комплект регенератора). Изначально значения амплитуды, формы ~U и выбираются из памяти регенератора по аналогичным показаниям устройств 14 15 (в памяти содержатся все установившиеся стабильные режимы работы конкретного регенератора в постоянном месте установки или рекомендуемые значения) с последующей автоматической оптимизацией.

Автоматическое регулирование осуществляется следующим образом:
Постоянное напряжение U определяемое формулой:

U = U min + uш1N1.1

где: uш1– шаг установления напряжения в устройстве 34;

n1.1 – число изменения N1.1за такт регулировки;

n1.1 = 1 если N1 < N8.1 – 1;

n1.1 = 0 если N1 = N8.1– 1;

n1.1 = - 1 если N1 > N8.1

n1.1 = - N8если N8 > 0;

U min –минимальное напряжение U;

N8 – число, пропорциональное напряжению на 37 измеренное вольтметром 38, за минусом минимального значения напряжения на 37(КЗ=);

Переменное напряжение ~U определяется формулами:
Амплитуда ~U = ~U min + uш2 N2.1

Форма: период T = Tmin + uш4 N4.1

Скважность τ = τmin+ u ш5 N5.1

Форма N6.1 - таблица кодов.

где: n2.1 = 1 если N2 < N8.1 – 1;

n2.1 = 0 если N2 = N8.1– 1;

n2.1 = - 1 если N2 > N8.1

n2.1 = - N7если N7 > 0;

uш2 – шаг установления напряжения в устройстве 36;

n2.1 – число, изменения N2.1 за такт регулировки;

~U min –минимальное напряжение ~U;

N7 – число, пропорциональное амплитуде напряжения на 42 измеренное вольтметром 41, за минусом минимального напряжения на 42(|КЗ|);

T – период напряжения ~U;

Tmin – минимальный период ~U;

uш4 – шаг изменения периода Т;

N4.1 – число шагов изменения периода Т;

f1,2,3 – частота, соответствует периоду Т (при использовании второй частоты амплитуды частот уменьшается в два раза, при использовании третьей частоты амплитуды частот уменьшаются до одной трети);

τ – скважность;

τmin – минимальная скважность;

uш5 - шаг изменения скважности;

N5.1 – число шагов изменения скважности;

N6.1 – код сигнала в соответствии с таблицей кодов (фигура 9).

Постоянное напряжение смещения определяется формулой:

±U = u ш3 N3.1

где: u ш3 – шаг изменения напряжения смещения;

N3.1 – число шагов изменения напряжения смещения (±U);

Для каждого значения частоты автоматически подбирается оптимальное значение U, ~U и ±U. Эти значения, а также N3, N4, N5 , N6, N9 фиксируются в памяти компьютера. На базе этих данных, производится окончательное определение оптимальной формы и амплитуды U, ~U и ±U для данных входных условий (температура, влажность, скорость ветра, и т.д.).

А именно, пошагово изменяется частота f1 от минимальной до максимальной, делая задержку на каждом шаге для установления режима работы(N1.1, N2.1), время задержки определяется конкретной конструкцией и размером регенератора. Из полученных значений выбираются оптимальные (три значения с минимальной величиной N1.1/N1 и N2.1/N2), за тем, для выбранных значений f1 изменяется форма сигнала (импульс, треугольник), выбираются оптимальные, далее для выбранных значений пошагово изменяется скважность τ (при этом длительность импульса должна быть постоянна и соответствовать выбранной частоте).

Далее двухчастотный режим.

Выбранные значения f1 поочерёдно дополняются f2(режим сложения амплитуды), амплитуды частот уменьшаются в два раза. Пошагово изменяется частота f2 от минимального, до максимального значения, но в соответствии с условием f1 <10 f2, делая задержку на каждом шаге для установления режима работы. Из полученных значений выбираются оптимальные (три значения с минимальной величиной N1.1/N1 и N2.1/N2), за тем для выбранных значений f1 и f2 изменяется форма сигнала f2 (импульс, треугольник), выбираются оптимальные значения, далее для выбранных значений пошагово изменяется скважность. Для выбранных точек, включается режим амплитудной модуляции, и в завершении, вместо f2 включается белый шум (спектр ограничен конструкцией).

Далее трёх частотный режим.

Выбранные значения f1 и f2 поочерёдно дополняются f3(режим сложения амплитуды), амплитуды частот уменьшаются в три раза. Пошагово изменяется частота f3 от минимального до максимального значения, но с условием f2<10f3, делая задержку на каждом шаге для установления режима работы. Из полученных значений выбираются оптимальные (по минимальной величине N1.1 / N1; N2.1 / N2), за тем, для выбранных значений f1, f2 и f3 изменяется форма сигнала f3 (импульс, треугольник), выбираются оптимальные значения, далее для выбранных значений пошагово изменяется скважность. Для выбранных точек, включается режим амплитудной модуляции, и в завершении, вместо f3 включается белый шум.

Для всех выбранных значений, проводится поочерёдная проверка.

Проверяется и автоматически устраняется превышение предельной концентрации ионов на выходе N3, N4, для чего уменьшается пошагово N 7.1 (для завышенного значения N4 и N3) или увеличивается N3.1 (для завышенного значения N3) или уменьшается N3.1 (для завышенного значения N4).

Проверяется отношение концентрации пылевых частиц (и других компонентов предусмотренных конкретной конструкцией регенератора) на входе и выходе. После чего с учётом минимального значения электропотребления N9, выбирается один или несколько оптимальных режимов работы, которые архивируются в памяти системы.

В дальнейшем, эти исходные данные могут быть использованы для быстрого включения регенератора в оптимальный режим, при сходных входных условиях.

Возможен и ручной ввод параметров работы.

Далее, в холодной плазме, между импульсным коронирующим 25 и коронирующим 1 электродами, частицам, находящимся в воздухе, передаются электрические заряды. Положительно заряженные частицы и ионы оседают на коронирующем электроде отрицательно заряженные частицы и ионы увлекаются электрическим полем через фотоэлектрод (в поверхность которого введены нано структурированные частицы с фотокаталитической активностью, например TiO2) к осадительному электроду 2, но так как коронирующий электрод намагничен и создает постоянное магнитное поле, частицы отклоняются силами Лоренца пропорционально скорости, массе и заряду, а ленты оптоэлектрода (3) находятся в перпендикулярной плоскости относительно лент коронирующего электрода. В результате число контактов частиц с фотоэлектродом увеличивается, многократно увеличивая его эффективность.

В наночастицах фотокатализатора (полупроводника внедренного в поверхностный слой фотоэлектрода), под действием солнечного или искусственного света (от устройства подсветки 19 в устройстве очистки и привода фотоэлектрода 9), генерируются электронно-дырочные пары. Электроны и дырки мигрируют к поверхности и захватываются ей почти полностью (так как потери на рекомбинацию незначительны, размеры частиц фотокатализатора на много меньше длины свободного пробега). Активные ионы на поверхности, действуют как сильные окислители или восстановители, разрушая органические и неорганические соединения до воды и кислых газов.

Далее воздушный поток проходит через осадительный электрод, поверхность которого, покрыта абсорбентом, вступающим в реакцию с оксидами (углерода, азота, серы, фосфора, и т.д.). В качестве абсорбента используется, например водная суспензия Са(ОН)2. Наибольшая часть тока коронирующего электрода замыкается на осадительном электроде, оставляя на его поверхности частицы, принесенные этим током (по сути, током миграции частиц и ионов). Однако часть отрицательно заряженных ионов проходит через осадительный электрод и двигается дальше, передавая часть своего заряда частицам воздуха. Возникает эффект оптического очищения воздуха далеко от регенератора (оставшаяся часть тока миграции коронирующего электрода замыкается на землю).

Все электроды (кроме импульсного коронирующего) выполнены замкнутыми лентами и проходят через свои устройства очистки (7,8,9).

Коронирующий электрод 1 очищается, например, раствором реагента или водным раствором, а для обеспечения равномерного магнитного поля, при каждом повороте ленты постоянные магниты 30 переворачиваются магнитом 31 или скобой 4 (фигура 2). Или, коронирующий электрод очищается, например, раствором реагента или водным раствором и намагничивается сильным постоянным магнитом 16 (фигура 3) для обеспечения равномерного магнитного поля, при каждом повороте, лента переворачивается переворотным устройством 32 (фигура 3).

Твердый осадок лентой 18 концентрируется в контейнере 17, который при переполнении заменяется пустым.

Фотоэлектрод очищается щётками 28 в водным растворе и фотостимулируется источником освещения 19 (например, галогенной лампой). Твердый осадок лентой 20 концентрируется в контейнере 21, который при переполнении заменяется пустым.

Осадительный электрод очищается в водным растворе абсорбента, например Са(ОН)2 . Твердый осадок лентой 22 концентрируется в контейнере 23, который при переполнении заменяется пустым.

Устройство:

Регенератор содержит электрически активные электроды (как минимум три):

- коронирующий 1 выполнен подвижным из замкнутой ленты проводящего магнитного материала, например из пермаллоя с аппликацией постоянными плоскими магнитами 30 переворачивающимися в точках поворота ленты (с возможностью сбора загрязнений в устройстве очистки и привода коронирующего электрода 7 фигура 2), или, например из пермаллоя с намагничиванием от сильного постоянного магнита 16 в устройстве очистки и привода коронирующего электрода 7 фигура 3 (лента переворачивается в точках поворота переворачивающими устройствами 32), в особых случаях может быть выполнен неподвижным из проводящего магнита (фигура 5);

- осадительный 2, выполнен подвижным из замкнутой ленты проводящего материала (с возможностью сбора загрязнений щётками 28 и смачивания абсорбентом в устройстве очистки и привода осадительного электрода 8) пассивного к применяемому абсорбенту, например из нержавеющей стали 2;

электрически пассивные электроды (как минимум один);

–фотоэлектрод 3, выполнены из замкнутой ленты непроводящего материала стойкого к солнечному свету (с возможностью сбора загрязнений и активации в устройстве очистки и привода фотоэлектрода 9), например из поликарбоната или полиэтилентерефталата в поверхность которого введены нано структурированные частицы с фотокаталитической активностью, например TiO2 (получаемые одним из известных способов, например по патенту RU 2275238 со структурой-… «мезопористый материал на основе диоксида титана согласно изобретению содержит кристаллическую фазу анатаза в количестве не менее 30 мас.%, никель в количестве от 0,5 до 2 мас.%, имеет пористую структуру со средним диаметром пор от 2 до 16 нм, удельную поверхность не менее 70 м2/г …»);

- устройство питания и управления регенератора 11, (фигуре 8) с возможностью: обеспечивать работу регенератора в оптимальном режиме (как индивидуально так и совместно с другими регенераторами), накапливать информацию о параметрах регенератора (U, ~U и ±U) при различных условиях эксплуатации, отключение при аварии в устройствах 34,35,36;

- устройство направления регенератора 12, может отсутствовать в особых случаях, например при установке регенератора в ограниченном пространстве (ущелье, между высотными домами и т.д.), или на летательном аппарате для устранения последствий техногенных катастроф, или устройство направления регенератора может быть автоматическое, типа флюгера, для направления по ветру хвостовиком 27, или принудительное, например, ступенчато шаговое на электромагнитах (используется для перенаправления, или создания движения воздушного потока в пределах ионной тяги);

- направляющий кожух 13, выполнен прозрачным, например из поликарбоната, защищён сеткой от птиц, крупных насекомых и других макро объектов 5.

Способы утилизации:

- использование отработавшего абсорбента как сырья для стройматериалов, для химической промышленности (если в абсорбенте содержатся ценные элементы и сырье);

– восстановление абсорбента нагревом (возможно с применением солнечной энергии), а выделенные при этом оксиды углерода, серы, фосфора утилизировать известными способами.

Например, СО2 может использоваться следующим образом:

1. – электрохимически активируемое введение СО2:

· - в алифатические и ароматические галогеносодержащие субстраты с получением ценных продуктов,

· - в галогеносодержащие полимеры,

· - в галогенангидриды кислот;

2. – производство аминокислот;

3. - фотосинтез в сине-зеленых водорослях и т.д. по известным технологиям;

Оксиды серы и фосфора могут быть использованы для получения соответствующих кислот, серы в чистом виде и т.д. по известным технологиям.

Твердые неорганические кристаллические и аморфные фракции могут сильно отличаться по составу в зависимости от места использования регенератора, времени года и многих других факторов. Тем не менее, они могут содержать весьма ценные составляющие, которые могут быть использованы в различных целях.

Формула изобретения

1. Способ выделения из атмосферы и воздушных выбросов загрязнений различной природы и их утилизации включает пропускание очищаемого газа через зону барьерного разряда отличается тем, что регенератор направляется направляющим устройством, воздух ионизируется напряжением сложной формы и напряжением смещения, приложенным между импульсным коронирующим и коронирующим электродами, приложенное между коронирующим и осадительным электродами постоянное напряжение, вызывает движение заряженных частиц к осадительному электроду, через намагниченный коронирующий и фотоэлектрод в поверхность фотоэлектрода введены нано структурированные частицы с фотокаталитической активностью, например TiO2, ленты фотоэлектрода находятся в перпендикулярной плоскости относительно коронирующего электрода, частицы отклоняются силами Лоренца к фотоэлектроду, далее воздушный поток проходит через осадительный электрод, поверхность которого, так же как коронирующего электрода покрыта абсорбентом, например Са(ОН)2 вступающим в реакцию с кислыми оксидами углерода, серы, фосфора, и т.д. амплитуда и форма постоянного напряжения, напряжения смещения и напряжения сложной формы регулируются в зависимости от токов импульсного коронирующего и осадительного электродов, показаний контрольных устройств до и после регенератора, а также от величины затраченной электроэнергии как описано в части 6 описания, все установившиеся значения напряжений фиксируются в памяти устройства питания и управления и используются для ускоренного запуска при сходных показаниях контрольных устройств, все электроды выполнены в виде замкнутых лент проходящих через соответствующее устройство очистки и привода, оставляя в них уловленные и обезвреженные продукты очистки, пригодные для дальнейшей утилизации.

2. Способ выделения из атмосферы и воздушных выбросов загрязнений различной природы по п.1, отличается тем, что регенератор закреплён неподвижно.

3. Способ выделения из атмосферы и воздушных выбросов загрязнений различной природы по п.1, отличается тем, что регенератор направляется по ветру автоматически, типа флюгера при помощи хвостовика.

4. Способ выделения из атмосферы и воздушных выбросов загрязнений различной природы по п.1, отличается тем, что регенератор закреплён на летательном аппарате, например на дирижабле, для работы в шлейфе заражения.

5. Способ выделения из атмосферы и воздушных выбросов загрязнений различной природы по п.1 отличается тем, что коронирующий электрод выполнен неподвижным.

6. Способ выделения из атмосферы и воздушных выбросов загрязнений различной природы по п.1 отличается тем, что количество осадительных электродов увеличено до двух и более, напряжение на них выбирается из условия увеличения напряженности поля от внешнего коронирующего электрода к последнему осадительному.

7. Способ выделения из атмосферы и воздушных выбросов загрязнений различной природы по п.1 отличается тем, что при устранении техногенных катастроф или последствий применения отравляющих веществ в качестве реагента может использоваться Nа(ОН) или другие химикаты предназначенные для сбора и обезвреживания конкретного опасного вещества (радиоактивных элементов, отравляющих веществ и т.д.)

8. Устройство выделения из атмосферы и воздушных выбросов загрязнений различной природы и их утилизации реализует заявляемый способ описанный выше отличается тем, что: регенератор содержит: электрически активные электроды (как минимум три):

- импульсный коронирующий 25, выполнен из проводящего материала, например из нержавеющей стали с углеродным волокном на активной грани;

- коронирующий 1, выполнен из проводящего магнитного материала, например из пермаллоя с аппликацией постоянными магнитами;

- осадительный 2, выполнен из проводящего материала пассивного к применяемому абсорбенту, например из нержавеющей стали,

электрически пассивные электроды (как минимум один):

– фотоэлектроды 3, выполнены из непроводящего материала стойкого к солнечному свету, например из поликарбоната или полиэтилентерефталата, в поверхность которого введены наноструктурированные частицы с фотокаталитической активностью, например TiO2; устройства движения, очистки электродов и распределения абсорбента 6;вал для передачи вращающего момента 10, выполненный из изолятора; устройство очистки коронирующего электрода 7; устройство очистки и распределения абсорбента осадительного электрода 8;устройство очистки и фотоактивации фотоэлектродов 9; устройство питания и управления 11; устройство направления регенератора 12; направляющий кожух 13; заградительные сетки от птиц 5, как минимум две.

9. Устройство выделения из атмосферы и воздушных выбросов загрязнений различной природы и их утилизации по п.6, отличается тем, что регенераторы включены параллельно и имеют единую систему управления.

10. Устройство выделения из атмосферы и воздушных выбросов загрязнений различной природы и их утилизации по п.6, отличается тем, что регенераторы включены в сложную сеть с учётом конкретного места использования и управляются централизованно.

11. Устройство выделения из атмосферы и воздушных выбросов загрязнений различной природы и их утилизации по п.10, отличается тем, что сложная сеть регенераторов установлена в пределах большого города, области, континента и управляется единым центром с использованием информации спутников, компьютерного моделирования и контрольных устройств конкретных регенераторов.

Фигура 1