Ionizátor II

Došlo mailem od našeho čtenáře: Už delší dobu se zabývám konstrukcí ionizátorů, sepsal jsem na toto téma článek, kde se pokouším toto téma trochu osvětlit lidem. Také tam dávám podrobný návod jak si čtenáři mohou sestavit svůj vlastní ionizátor. Myslím že lidé kteří navštěvují vaše stránky jsou přesně ten okruh lidí, kteří by o toto téma mohli mít zájem.

S pozdravem J. Strejček   

Tak tedy rád zde prezentuji a děkuji.

Ionizátor vzduchu  - popis, konstrukce, zkušenosti s užíváním zařízení

napsal ing. Josef Strejček v Ostravě 21.8.2012

 Ionizátor

Toto zařízení je součástí skoro každé čističky vzduchu, obohacuje vzduch o záporné ionty, reakcí těchto iontů s kyslíkem ve vzduchu vzniká malé množství ozónu. Vzhledem ke stavu životního prostředí je přirozené, že se zařízení tohoto typu využívají ve stále větší míře. Na našem trhu je nabídka ionizátorů celkem široká. Mají však jeden velký nedostatek a tím je cena, je až nehorázné že nám je prodávají za tak nechutné ceny! Konstrukce a princip tohoto zařízení je přitom celkem jednoduchá a cena by měla být v řádu stovek a ne tisíců korun.

V tomto článku bych vám chtěl přiblížit, jak si můžete zkonstruovat svůj vlastní ionizátor k obohacování vzduchu. Toto zařízení pracuje bezhlučně bez filtrů a ventilátorů. Další pozitivní zpráva je, že zařízení má téměř nulovou spotřebu el. energie.

Ionizace v přírodě a místnostech

Lze dokázat, že vzduch v přírodě obsahuje určitou koncentraci záporně nabitých částic. Co se týká měsíčního kolísání koncentrací volných vzdušných iontů, byla popsána maxima v období úplňku (příčina není jednoznačně vysvětlena). V tabulce uvádím orientační hodnoty počtů negativních inotů měřených na různých místech.

Místo kde bylo prováděno měření	Počet lehkých negativních iontů na cm3
místnosti městských bytů	50 – 100
městské ulice	100 – 500
klimatizované místnosti	0 - 80
u moře a v lese	1000 - 5000
v horách	5000 – 10 000
v jeskynních prostorech	5000 – 30 000
u vodopádů	10 000 – 50 000
po bouřce	50 000 a více

Přirozeným způsobem vzniku těchto negativních částic v přírodě je například bouřka, nebo také místa, kde se rozstřikuje voda (baloelektrický efekt Lenardův). Velký vliv na množství záporně nabitých iontů v ovzduší má také jeho znečištění. Třeba takový cigaretový dým je převážně kapalným aerosolem dehtu a vzdušné ionty spolehlivě ničí (bylo by zajímavé udělat srovnávací studii o vlastnostech dýmu z elektronických cigaret).

Člověk bohužel tráví většinu času v zajetí stěn bytu a kanceláře (faradayova klec), kde je celkem malá výměna vzduchu. Navíc v místnostech, kde trávíme až 9/10 svého života, jsou poblíž nás zdroje kladně nabitých částic. Tyto zdroje silně převažují, krom klimatizace, která ionty z ovzduší neutralizuje již při filtraci, dále vlhčením a dopravou potrubím, jde o obrazovky ale i nevhodné umělé materiály s nízkou permitivitou, jako třeba umělý koberec, nebo laminátová podlaha. Třeme-li o sebe dva dielektrické materiály s různou permitivitou, pak zpravidla materiál o vyšší permitivitě se nabíjí kladně (přitahuje tedy záporně nabité částice). Dalším problémem jsou také plastová okna, která snižují propustnost UV záření a tím znemožňují ionizaci vzduchu.

Co se týká metodiky měření a hygienických předpisů či norem je třeba říci, že závazná kritéria nebyla dosud u nás vypracována. Při dosud chybějících limitech se při nezávazných doporučeních můžeme řídit těmito hodnotami.

-pro dlouhodobý pobyt v interiéru by měla být koncentrace záporných iontů 1250 ± 50 iontů/cm³

-dlouhodobé ještě přijatelné minimum 250 ± 50 iontů/cm³

Doporučuje se, aby koncentrace záporných iontů při umělé ionizaci ovzduší nepřesáhla 5000 iontů/cm³ .

Bližší informace k metodám měření a měřících přístrojích naleznete v odkazech v zápatí.

Prospěšnost ionizace

Ionty jsou elementárními nosiči náboje ve vzduchu, náboj mohou mít kladný, nebo záporný. Je až zarážející že o účincích iontů resp. vlivu atmosférické elektřiny na živé organismy tak málo víme. Zkuste si na toto téma popovídat s čerstvým absolventem střední stavební školy nebo absolventem stavební fakulty.

Kladné ionty

Mohou být jednou z příčin potíží lidí, kteří pobývají v prostoru s jejich obsahem. Prováděly se experimenty, kde lidé inhalovali vzduch s kladnými ionty. Objevily se bolesti hlavy, zvýšená únava, hučení v uších a závratě. Nedostatek záporných iontů také způsobuje pocit nepohody a dusna. Příliš mnoho kladných iontů způsobuje pocity deprese, letargie, bolesti hlavy a podobné potíže.

Záporné ionty

Je prokázáno, že mají vliv na zdraví a psychickou pohodu člověka. Vyšší koncentrace lehkých záporných iontů činí vzduch svěžejší, dýchatelnější a čistší, u astmatiků se snižují dýchací potíže. Atmosféra obsahující vysokou koncentraci záporných iontů má lethální účinky na bakterie a v menších koncentracích alespoň snižuje jejich množení, tohoto se využívá v nemocnicích k urychlení hojení ran, kožních chorob a popálenin (podobné účinky má také stříbro a měď). Vliv na krevní oběh člověka, zvyšuje se pH, roste podíl albuminů a snižuje se hladina serotoninů, klesá sedimentace a snižuje se poet leukocytů, mění se krevní tlak. Stimulují myšlenkovou činnost a zlepšují paměť, roste duševní i fyzická výkonnost. Záporné ionty mají rovněž příznivý vliv na rostliny a hmyz, stimulují jejich růst.

Z mnoha experimentů je zajímavý pokus – sledování tří skupin křečků. Jedna žila ve vzduchu se silnou převahou kladných iontů CO₂, druhá v převaze záporných iontů O₂ a třetí v normální atmosféře. Po šedesáti dnech došlo u zvířat, žijících v převaze kladných iontů ke snížení hmotnosti nadledvin o 33% a celkové ochablosti a vyčerpání. Naproti tomu u zvířat žijících v převaze záporných iontů se hmotnost nadledvin zvýšila o 29%. Tato zvířata byla vysoce aktivní. Z tohoto pokusu vyplívá, že záporně ionizovaný vzduch zvyšuje schopnost nadledvin produkovat adrenalin (stejně fungují obranné reakce u člověka) a tím pomáhá organismu překonávat velké fyzické a nervové zátěže. U vás doma si rovněž můžete ověřit příznivé účinky ionizátoru třeba s využitím vašeho psa. Říká se, že kam si lehne pes, tam si může bez problémů lehnout i člověk. Instalujte tedy ionizátor na místo, kde by pes normálně neležel a pozorujte, co se bude dít.

Léčebné využití účinků vzdušných iontů probíhá na našem území již celkem dlouho. Například léčba pobytem v jeskyni – speleoterapie a hydroionoterapie (Moravský kras). Léčebné účinky ionizovaného vzduchu se uplatňují i při klimaterapii v lázeňských místech s vyšší nadmořskou výškou (Jeseník, Karlova studánka).

Pro ty zvídavější jsou další informace k dispozici v podkladech, ze kterých jsem čerpal a na které dávám odkaz v zápatí.

Trocha teorie

Ionizaci můžeme rozdělit na přirozenou a umělou.

Přirozená vzniká v elektromag. poli, nebo působením záření α,β,γ.

Umělá ionizace se dá vyvolat změnou mechanické energie, hořením, chemickým procesem a nebo korónovým výbojem.

Vertikální rozvrstvení iontů

Ionty nad zemským povrchem v obou polaritách nejsou přítomny ve stejném množství. U povrchu Země převažují kladné ionty nad zápornými (to může být jednou z příčin, že lidé z hor jsou zdravější). Zeměkouli si můžeme představit jako obrovský kulový kondenzátor, jehož jednou elektrodou je vodivý povrch nabitý záporně (přitahuje kladné ionty) a druhou elektrodou je vrstva ionizovaného, dobře vodivého ovzduší (ionosféra) nabitá kladně. Jako dielektrikum slouží špatně vodivá vrstva vzduchu tloušťky cca 50km. Mezi zemským povrchem a ionosférou je potenciální spád asi 400 000 V (průměrný spád je asi 8V na metr). Také se teď ptáte, proč ještě tuto volnou energii nevyužíváme?

K ionizaci je nutné atomu nebo molekule dodat určitou energii, energie musí být dostatečně velká, aby nejvolněji vázaný elektron na okraji oběžné dráhy kolem jádra překonal ionizační potenciál a uvolnil se do prostoru. Protože 4/5 plynných molekul ve vzduchu tvoří dusík, je největší pravděpodobnost, že ionizující energie bude předána molekule dusíku. Odtržením elektronu z obalové dráhy vznikne kladný ion dusíku a volný elektron. Ten není schopen sám existovat a předává své elementární kvantum elektřiny jinému neutrálnímu atomu nebo molekule. Základem záporných iontů je molekula kyslíku, má stejně jako –OH skupina vody, největší afinitu k elektronům. Vodní pára v ovzduší je tedy druhým hlavním zdrojem záporných iontů. Ionizovaná molekula kyslíku pak dále disociuje na atomární ion kyslíku a na neutrální atomární kyslík, který dále reaguje buď s dusíkem, nebo s další molekulou kyslíku. Vznikají tak oxidy dusíku a ozón. Ozón je velmi silný oxidant a je ideální jako čistící a dezinfekční prostředek (využití k ošetření potravin a čištění vody), odstraňuje zápachy ze vzduchu, využívá také v ozónoterapii.

Popis zapojení a princip ionizátoru

Ionizátor je vlastně zdroj vysokého napětí zakončený ostrým hrotem ze kterého vyletuje do vzduchu řádově bilion elektronů každou sekundu. Schéma zapojení je patrné z přiložených obrázků plošného spoje. Jde o zdvojený kaskádní Delonův násobič, který svými 21 stupni vyrobí ze střídavého síťového napětí 21násobek amplitudy (asi 6500V na hrotu). Na hrotu je sice vysoké napětí ale přes odpory ionizátoru prochází jen zanedbatelný proud, dotknutí hrotu je proto naprosto neškodné. Do ionizátoru je připojena fáze  a nulový vodič. Hustota elektronů na hrotech je tak velká, že opouštějí hrot vzduchem, což je pro ně za jiných okolností cesta značně neschůdná. Tímto způsobem jsme elektrony donutili dostat se do vzduchu, kde se již dále pohybují podle sil na ně působících dle přírodních zákonů a nachytávají se na molekuly ze vzduchu.

Princip Delonova kaskádního násobiče je následující. Při kladné půlvlně na svorce S2 se otevře dioda D1 a C1 se nabije na hodnotu amplitudy vstupního napětí (asi 310V). Při opačné půlvlně se otevře D2 a C2 se nabije na amplitudu plus napětí na C1 (z předchozí půlvlny) tedy 620V. Při další půlvlně se otevře D3 a C3 se nabije na amplitudu plus napětí na C2 mínus napětí na C1, celkem opět 620V. Takto můžeme pokračovat až na konec kaskády a zjistíme, že na všech kondenzátorech C2 až C21 je 620V. Tyto kondenzátory jsou zapojeny v sérii, na konci kaskády je tedy součet těchto napětí. Rezistor R1 na vstupu omezuje proudové špičky při případném zkratu v násobiči, na normální funkci násobiče nemá žádný vliv.

Paralelní kombinace doutnavky DT1 a kondenzátoru C22 na výstupu ionizátoru plní funkci přibližného měřiče výstupního proudu a tím i ionizačního výkonu. Kondenzátor se výstupním proudem nabíjí, při dosažení zápalného napětí doutnavka blikne a napětí klesne. Z kmitočtu blikání doutnavky můžeme vypočítat proud podle vzorce.

I = ΔU * C * f

ΔU – je rozdíl mezi zápalným a zhášecím napětím doutnavky (dotnavky které jsou běžně k dostání mají tuto hodnotu mezi 14 – 15V)

C – kapacita kondenzátoru C22 (6,8 ηF)

f – kmitočet blikání

V tomto případě tedy můžeme výstupní proud v mikroampérech přibližně spočítat podle vztahu

I = 0,1 * f

Počet elektronů, které vyletí z hrotu za sekundu, dostaneme vydělením proudu nábojem elektronu 1,6*10^-19 C, takže pro tento případ počet elektronů za sekundu je roven 0,625 * 10¹² * f.

Rezistory R2 až R5 na schématu, omezují výstupní proud násobiče při náhodném dotyku např. rukou. Při zkušenostech s užíváním jsem zjistil, že 4 odpory před výstupem jsou zbytečně hodně, verze, kterou vám dávám na zhotovení plošného spoje, má před výstupem dva 1MΩ odpory.

Násobič je sice sám o sobě příliš měkký na to, aby ohrozil zdraví člověka, ale náboj nahromaděný v kondenzátorech již může při nechtěném dotyku na odizolovaném spoji mezi kondenzátory způsobit citelné škubnutí ve svalech. Podobné mikrošoky znají dobře majitelé dlouhých vlasů nebo svetrů z umělých vláken. Napětí na kondenzátorech se udržuje ještě nějakou dobu po vypnutí přístroje od zdroje!

      

Konstrukce přístroje

Plán rozmístění součástek je patrný z návrhu polepu plošného spoje na konci tohoto dokumentu. „Plošný spoj“ si můžete sami jednoduše zhotovit tak, že vytisknete rozmístění součástek na A4 (doporučuji nalepovací) a tím pak oblepíte připravený tvrdý kartonový papír (alespoň 2mm). Spoj součástek bude naletováním jejich vývodových drátků, které vhodně propletete mezi sebou (odpadá tím zbytečné naleptávání u klasického plošného spoje). Před osazením součástek provrtáte v plošném spoji malé otvory k prostrčení drátků ze součástek (já používám malý ocelový šroubováček a dírku poklepnutím prorazím-součástky z těsného otvoru pak při osazování nevypadávají). Pájené součástky nesmí mít ostré hroty, mohlo by tak dojít k výboji ještě před dosažením hrotu ionizátoru.

Při připojování k síti je třeba mít stále na paměti, že pracujeme s nebezpečným napětím. Bylo by velice nebezpečné podlehnout klamnému dojmu, že 220V na vstupu je k smíchu v porovnání s 6kV na výstupu. Měkkých 6kV ani neucítíme, zatímco tvrdých 220V může člověka spolehlivě usmrtit!

Napojení na síť můžete provést k přístroji přes šroubovací svorkovnici s využitím třeba starého třížilového přívodního kabelu (např. ze staré varné konvice). Další možnost je s odpojitelným přívodním kabelem od ionizátoru a využitím starého napájecího kabelu z počítače. Tento typ připojení je na mém polepu na plošný spoj.

Při návrhu mechanické konstrukce je třeba dbát všech bezpečnostních předpisů a zároveň musí být přístroj schopen odolat i takovým nepříznivým vlivům jako je lidská hloupost či nešikovnost. Hotový ionizátor je vhodné obalit vrstvou kartonu ze strany součástek i spojů a ještě omotat elektrikářskou izolační páskou. Je vhodné například umístit plošný spoj do pevné plastové trubky, resp. tuby se síťovou šňůrou dobře zajištěnou proti vytrhnutí a s hrotem v podobě několik centimetrů dlouhého tenkého drátku. Takovéto provedení je vhodné zejména chceme-li ionizátor zavěsit u stropu hrotem dolů.

Pokud hodláme znemožnit jakýkoli kontakt s hrotem, musíme:

a) umožnit proudění vzduchu kolem hrotu (můžeme doplnit ventilátor)

b) nechat v co největším úhlu před hrotem volný prostor.

Předměty před hrotem nepříznivě ovlivňují vyzařování elektronů. Je také důležité, pro zvýšení výkonu zhotovit hrot z co nejtenčího drátku. Takový drátek (mnohem slabší než lidský vlas), který se mi podařilo objevit, je ve staré disketové mechanice navinutý jako cívka u čtecí hlavy. V každé mechanice jsou celkem čtyři takovéto minicívky. Dalším zdrojem tenkého drátku je např. rozebraný elektromotor opět třeba z disketové mechaniky. Hrot zhotovuji z tenkého drátku dlouhého asi 40cm, postupně ho přehýbám na půl, až se dostanu na délku asi 5cm. Na jednom konci udělám malé očko k prostrčení na vývod z doutnavky a druhý konec zarovnám zastřihnutím. Tyto drátky jsou polakované a proto jejich konce je nutné oškrábat a očko dobře připájet. Aby drátky vydržely co nejdéle, ovinu je ještě volnou spirálou ze silnějšího měděného drátu.

K sestavení Ionizátoru budete potřebovat:

Papírový karton tl. alespoň 2mm, Tenký poskládaný drátek pro zhotovení hrotu a silnější stočený drátek pro ochranu hrotu (používám měděné drátky které si nastříhám na cca 40cm), elektrikářskou pásku, cín, páječku, kleště a cca 3h času.

Seznam součástek: v závorce je uvedena orientační cena za kus – celková cena všech součástek vč. nového přívodního kabelu k PC by měla být asi 200kč

Rezistory R1 - 100kΩ, R2,R3 - 1MΩ (2,-)

Postačující jsou uhlíkové rezistory s výkonem do 0,5W.

Kondenzátory C1 až C21 – 3n3/630, C22 – 6n8/400 (cca 3,5 ,-). Lze použít i jen jeden typ kondenzátorů se stejnou kapacitou ale vždy v provedení na 630V, nezkoušel jsem menší kapacitu jak 3n3. Můžete použít buď hranatý kondenzátor, nebo o něco větší válcový, který je na obalu plošného spoje na poslední straně (měl by být o dost levnější).

Diody D1 až D21 – 1N4007 (1,-)(!!! při umístění součástky je nutné správně osadit dle malého proužku, tato součástka vede proud jen jedním směrem)

Doutnavka Dt1 (2,-)  – lze použít jakoukoli doutnavku na zap. napětí 140-150V .Na 14-15V  určitě ne!

Napojení na síť – pomocí šroubovací svorkovnice (3,-),  nebo přes napájecí konektor GSD3 (25,-) s využitím napájecího kabelu od PC (55,-).                                                         

Pozn. kódové označení součástek a orientační ceny, jsou z internetového obchodu GM electronic

Zkušenosti s užíváním ionizátoru

Kolem přístroje se po delším užívání usazuje jemný tmavý prach, doporučuji kolem volných hrotů dát třeba papír, který časem jednoduše vyměníme. Ionizátor plní funkci miniaturního elektrostatického odlučovače prachu. Pokud se časem sníží blikání doutnavky, může to být zapříčiněno usazením prachu na koncích drátků v hrotu ionizátoru. Nejrychlejším způsobem k vyřešení tohoto problému je odstřihnutí konců drátku o cca 1mm.

Jednou z možností jak se na vlastní kůži přesvědčit, že napětí na hrotu je opravdu vysoké, je nabít sám sebe jako kondenzátor (musíme být dobře odizolováni) na napětí hrotu a tento náboj naráz vybít dotykem s uzemněným předmětem. Při těchto experimentech je zajímavé pozorovat vliv vlastního elektrického potenciálu na proud hrotu. Pokud jsme dobře odizolováni a přiblížíme-li dlaň před hrot ionizátoru, kmitočet blikání doutnavky nejdříve vzroste, protože dlaň na nízkém potenciálu zvýší intenzitu elektrického pole před hrotem a odčerpává volné ionty z blízkosti hrotu. Postupným nabíjením vzrůstá potenciál našeho těla, elektrické pole před hrotem slábne a nakonec má dlaň opačný účinek, než na začátku a doutnavka bliká pomaleji.

Pokud z hrotu ohnete bokem jediný tenký drátek, po přiblížení vaší ruky, tento drátek se vlivem elektrostatických sil ohýbá směrem k ruce, na dlani přitom cítíte lehký vánek. Při vzdálenosti pod 1mm přeskakují mezi drátkem a rukou droboučké jiskry. Ve tmě lze vidět na koncích hrotu vidět pouhým okem malý světelný bod – koronu. Po instalaci přístroje poblíž popínavé rostliny se této rostlině nápadně zvětšily listy a jeden výhonek se plazil směrem k přístroji.   

Pro koumáky

Přikládám ještě jednoduché schéma pro ionizátor napájený stejnosměrným proudem z baterie (spotřeba proudu 80mA). Trafo T1 by se mohlo použít třeba ze staré nabíječky mobilu. První část obvodu tvoří tranzistory Q1 Q2 v Darlingtonově zapojení, transformátor T1. Odpory R2, R3 a kondenzátor C2. Obvod se nazývá „Hradlový vibrátor“ a pracuje na frekvenci 30KHz. Na sekundárním vinutí transformátoru T1 se vytvoří ostrý napěťový puls o napětí cca 600V. Toto napětí jde přes kondenzátory C3 až C14 a diody D3 až D14. Tento obvod zvyšuje použité napětí na cca 7,5KV vůči zemnímu potenciálu. Vysoké napětí je přes odpor R1 přivedeno na hrot ionizátoru. Obvod chrání dioda D1. Na výstupu by se dala doplnit ještě kondenzátorem a doutnavkou signalizace vyzařování.

Součástky:

Odpory R1=27Ω (1/2W) (červená,fialová,černá), R2=220kΩ (1/4W) (červená,červená,žlutá), R3=68KΩ (1/4W) (modrá,šedá,oranžová), R4=1MΩ (1/4W) (hnědá,černá,zelená)

Kondenzátory C1=100µF/25V elektrolytický, C2=1nF polyesterový, C3 až C14=4,7nF/1KV keramický (můžete použít i s podobnou kapacitou ale vždy na min. 630V)

Diody D1, D3 až D14=1N4007, D2=12V (1/2W) zenerová

Tranzistory Q1=BD237, Q2=BC548  

Ještě přidám typy pro možné zefektivnění ionizátoru na 220V. 1) Bylo by dobré zvednout frekvenci vstupního napětí, ze zásuvky přichází jen 50Hz. 2) Drátěná mřížka propojená jako zemnící vývod ionizátoru. Tam by měly sedat kladně nabité prachové částice.

P.S.: Pokud se vám nepodaří sehnat součástky ke stavbě ionizátoru a rádi byste si toto zařízení sami postavili, mohu vám poslat stavebnici se vším potřebným. Pokud jste antitalent, co se týká elektroniky, a toužíte po ionizátoru, o kterém tu píšu, mohu vám ho také poslat, napište na: Josef.Strejcek@rwe.cz Rovněž můžete psát své zkušenosti a vylepšení k tomuto zařízení.

P.P.S: Kdy jste naposledy udělali něco, aby bylo na světě líp?

Odkazy: www.zeleneuradovani.cz/content/File/sbs.pdf (obsáhlý text o ionizaci vzduchu) www.ioniccare.

cz (předražené ionizátory)

Dávám to ještě komplet v PDF na uložto, tu je odkaz:http://www.ulozto.cz/xLhhJBD/i-o-n-i-z-a-t-o-r-export-pdf

Ionizátor vzduchu  - popis, konstrukce, zkušenosti s užíváním zařízení

napsal ing. Josef Strejček v Ostravě 21.8.2012