Вікно з електростатичним захистом від пилу, диму та вірусів

Andrii Andriiovych Pakhomov; Iryna Olehivna Bevza; Viacheslav Oleksiiovych Chadyuk

doi:10.20535/2523-4455.mea.240743

Т. 26 · № 3 · 2021 гру 23, 2021 Мікросистеми та фізична електроніка

Вікно з електростатичним захистом від пилу, диму та вірусів

Andrii Andriiovych Pakhomov Відповідальний Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського",National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” [https://ror.org/00syn5v21] Україна

Iryna Olehivna Bevza Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського",National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” [https://ror.org/00syn5v21] Україна

Viacheslav Oleksiiovych Chadyuk Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського",National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” [https://ror.org/00syn5v21] Україна

Сторінки240743-1 - 240743-10 Опублікованогру 23, 2021

PDF

ТОМ 26 · № 3 · 2021 Переглянути випуск

Анотація

У статті розглянуто аерозолі природного та штучного походження, які можуть бути небезпечні для здоров’я людини або безпосередньо, або як носії вірусів. Проаналізовано вплив таких аерозолів на організм людини. Відмічено, що найбільш небезпечними для людини є частинки субмікронних розмірів, оскільки вони не затримуються верхніми дихальними шляхами і потрапляють у легені. Є певна схожість у дії наночастинок диму і коронавірусу на легені. Ця схожість проявляється у тому, що альвеоли у відповідь починають виділяти окиснювачі, які пошкоджують легені і викликають важкі форми пневмонії та серцево-судинних захворювань. Для очищення повітря приміщень використовують механічні, електричні (електростатичні) та хімічні фільтри, причому найкращу фільтрацію забезпечують системи з поєднанням усіх трьох типів фільтрів. Аналіз процесів, які протікають в електростатичному фільтрі, показує, що використовувані електродні напруги (більше 10 кВ) призводять до генерації озону, який за накопичення у приміщенні негативно впливає на організм людини. У статті проаналізовано, за яких умов можливе використання менших напруг для підтримання коронного розряду, необхідного для електризації аерозолів та їх осадження на електродах. Для цього розглянуто дію на аерозолі електричного поля електродів різної конфігурації. Розраховано електричну та діелектрофорезну сили, які діють на субмікронні частинки в неоднорідному електричному полі двох паралельних проводів. Продемонстровано, що частина цього поля є ідентичною полю між проводом та заземленим пластинчатим електродом, розташованим посередині між проводами. Це дозволяє за допомогою відомого співвідношення для електричного поля двопровідної лінії розрахувати градієнт поля та дію діелектрофорезної сили на нейтральні частинки. Частинки диму та пилу вже несуть негативний заряд і для їх переміщення достатньо більш-менш однорідного електричного поля. Для фільтрації нейтральних крапельок води, інфікованих вірусом, потрібне або поле з великим градієнтом, або коронний розряд. У статті показано, що поляризація частинок в електричному полі викликає злипання частинок, причому більш крупні частинки швидше осідають на електродах фільтра. Для створення електричного поля з потрібним градієнтом запропоновано використовувати електродну систему у вигляді пар пластинчатих та загострених електродів. Використання для пластинчатого електроду оксиду індію-олова забезпечить його прозорість. Загострені електроди традиційно виготовляють з вольфраму, що убезпечує вістря електрода від оплавлення, але високу твердість та теплостійкість мають і більш сучасні матеріали, такі як карбід кремнію, вуглецеві нанотрубки та кремнієві нановолокна. Повітряні фільтри, які використовують для очищення повітря приміщень, зазвичай непрозорі ні для світла, ні для звуку. У статті запропоновано конструкцію прозорого електростатичного фільтру, який може бути використаний для захисту повітря приміщень від зовнішнього диму, пилу або вірусів. Такий фільтр може бути вбудований у вікно приміщення для очищення повітря, яке надходить ззовні, або використаний у тих закладах, де потрібно розділити простір відвідувачів і простір персоналу, залишаючи можливість візуального та аудіо контакту.

Ключові слова

#електростатичні фільтри #діелектрофорезис #коронний розряд #заряджання частинок #аерозолі #напруга пробою #охорона здоров’я

Посилання

"Household air pollution and health", WHO, 2021. [Online]. Available: https://www.who.int/en/news-room/fact-sheets/detail/household-air-pollution-and-health [accessed: Sep. 22, 2021].
N. G. Mowbray et al., “Safe management of surgical smoke in the age of COVID-19,” BJS, vol. 107, no. 11, OUP, pp. 1406–1413, May 03, 2020. doi: 10.1002/bjs.11679.
C.-S. Wang, “Electrostatic forces in fibrous filters—a review,” Powder Technol., vol. 118, no, 1–2, Elsevier BV, pp. 166–170, Aug. 2001. DOI: 10.1016/s0032-5910(01)00307-2.
K. Golubenko, E. Rozanov, I. Mironova, A. Karagodin, and I. Usoskin, “Natural Sources of Ionization and Their Impact on Atmospheric Electricity,” Geophys. Res. Lett., vol. 47, no. 12, AGU, Jun. 18, 2020. DOI: 10.1029/2020gl088619.
J. O. Anderson, J. G. Thundiyil, and A. Stolbach, “Clearing the Air: A Review of the Effects of Particulate Matter Air Pollution on Human Health,” J. Med. Toxicol., vol. 8, no. 2, SSBM LLC, pp. 166–175, Dec. 23, 2011. DOI: 10.1007/s13181-011-0203-1.
J. P. Duguid, “The size and the duration of air-carriage of respiratory droplets and droplet-nuclei,” Epidemiol. Infect., vol. 44, no. 6, CUP, pp. 471–479, Sep. 1946. DOI: 10.1017/s0022172400019288.
H. Zhang, D. Li, L. Xie, and Y. Xiao, “Documentary Research of Human Respiratory Droplet Characteristics,” Procedia Eng., vol. 121. Elsevier BV, pp. 1365–1374, 2015. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.09.023.
V. Stadnytskyi, C. E. Bax, A. Bax, and P. Anfinrud, “The airborne lifetime of small speech droplets and their potential importance in SARS-CoV-2 transmission,” Proc. of the Nat. Acad. of Sci., vol. 117, no. 22, PNAS, pp. 11875–11877, May 13, 2020. DOI: 10.1073/pnas.2006874117
T. Dbouk and D. Drikakis, “On pollen and airborne virus transmission,” Phys. Fluids, vol. 33, no. 6, AIP Publishing, p. 063313, Jun. 2021. DOI: 10.1063/5.0055845.
Y. Liu et al., “Aerodynamic analysis of SARS-CoV-2 in two Wuhan hospitals,” Nature, vol. 582, no. 7813, SSBM LLC, pp. 557–560, Apr. 27, 2020. DOI: 10.1038/s41586-020-2271-3.
A. Seaton, D. Godden, W. MacNee, and K. Donaldson, “Particulate air pollution and acute health effects,” Lancet, vol. 345, no. 8943, Elsevier BV, pp. 176–178, Jan. 1995. DOI: 10.1016/s0140-6736(95)90173-6.
S. L. Daniels, “‘On the ionization of air for removal of noxious effluvia’ (Air ionization of indoor environments for control of volatile and particulate contaminants with nonthermal plasmas generated by dielectric-barrier discharge),” IEEE Trans. Plasma Sci. IEEE Nucl. Plasma Sci. Soc., vol. 30, no. 4, IEEE, pp. 1471–1481, Aug. 2002. DOI: 10.1109/tps.2002.804211.
J. D. Jackson, Classical Electrodynamics, 3rd ed. Hoboken, NJ, USA: Wiley, 1998. ISBN 978-0-471-30932-1.
F. Peek, Dielectric phenomena in high voltage engineering, 3rd ed. New York, NY, USA: McGraw-Hill, 1929.
S. G. Jennings, “The mean free path in air,” J. Aerosol Sci., vol. 19, no. 2, Elsevier BV, pp. 159–166, Apr. 1988. DOI: 10.1016/0021-8502(88)90219-4.
L. L. Yuan, “Sheltering effects of buildings from biological weapons,” Sci. Glob., vol. 8, no. 3, Informa UK Ltd., pp. 329–355, Jan. 2000. DOI: 10.1080/08929880008426481.
V. Stadnytskyi, C. E. Bax, A. Bax, and P. Anfinrud, “The airborne lifetime of small speech droplets and their potential importance in SARS-CoV-2 transmission,” PNAS, vol. 117, no. 22, pp. 11875–11877, May 13, 2020. DOI: 10.1073/pnas.2006874117.
H H. A. Pohl, Dielectrophoresis: The behavior of neutral matter in nonuniform electric fields. Cambridge, NY, USA: Cambridge Univ. Press, 1978.
Lord Rayleigh, “XX. On the equilibrium of liquid conducting masses charged with electricity,” Lond. Edinb. Dublin philos. mag. j. sci., vol. 14, no. 87, Informa UK Ltd., pp. 184–186, Sep. 1882. DOI: 10.1080/14786448208628425.
C. Liu et al., “Transparent air filter for high-efficiency PM2.5 capture,” Nat. Commun., vol. 6, no. 1, SSBM LLC, Feb. 16, 2015. DOI: 10.1038/ncomms7205.
R. C. Smith, R. D. Forrest, J. D. Carey, W. K. Hsu, and S. R. P. Silva, “Interpretation of enhancement factor in nonplanar field emitters,” A Appl. Phys., vol. 87, no. 1, AIP Publishing, p. 013111, Jul. 04, 2005. DOI: 10.1063/1.1989443.

Попередня у випуску Метод визначення електричних параметрів діодів Шотткі Наступна у випуску Моделювання фігур Хладні на прямокутній платівці

§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.

Усі випуски

Механічно перелаштовувана антена з іонно-полімерним металевим композитом

Artem Serhiyovych Chernov, Oleksii O. Malyshok, Victor Anatoliiovych Kazmirenko, Irina Petrivna Holubeva, Yuriy Vasylovych Prokopenko, Guy A. E. Vandenbosch

Розглядається актуальна задача створення антен для сучасних бездротових систем, здатних до роботи у різних частотних діапазонах. Зазвичай для перелаштування частоти…

#структура з відхиленням електрода #фільтена #перелаштування частоти #актюатор ІМПК

с. 343504.1-343504.6

10.20535/2523-4455.mea.343504

Модель генератора Маркса для генерації коронного розряду у повітрі

Andrii Viktorovych Melnyk, Oleh Mykolaiovych Bevza, Anatolii Ivanovych Kuzmichiev

У статті розглянуто роботу генератора Маркса з навантаженням у вигляді від'ємного коронного розряду в повітрі за атмосферного тиску та побудовано його електричну модель.…

#коронний розряд #генератор Маркса #висока напруга #іонізація

с. 324599.1-324599.8

10.20535/2523-4455.mea.324599

Взаємодія срібних наночастинок з підкладкою в умовах плазмонного резонансу

Yurii I. Mysiuk, Yurii B. Smachylo, Oleksandr V. Ilin, Tetiana Oleksandrivna Bulavinets, Iryna Y. Yaremchuk

Взаємодія між наночастинками металів і підкладками в умовах плазмонного резонансу відіграє вирішальну роль у різних оптичних застосуваннях. У цій роботі ми досліджуємо…

#наночастинки срібла #переріз екстинкції #підкладка #локалізований поверхневий плазмонний резонанс

с. 303929.1-303929.6

10.20535/2523-4455.mea.303929

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають

Iryna Olehivna Bevza, Топології гібридизації паливних елементів із використанням різних технологій зберігання енергії , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 28 № 2 (2023): до 125-річчя КПІ ім. Ігоря Сікорського

Схожі статті

Oleksandr Viktorovych Machulianskyi, Питома електрична поляризованість наночастинок міді в оптичному діапазоні спектру , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 2 (2018)
Oleksandr Viktorovich Machulianskyi, Оптичні властивості наночастинок нікелю в системах зі статистично неоднорідною структурою , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 1 (2018)
Myhailo Yuhymovych Artemenko, Larysa Mykolaivna Batrak, Serhii Yosyfovych Polishchuk, Повна потужність та коефіцієнт корисної дії трифазної чотирипровідної системи живлення , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 3 (2018)
Volodymyr Semenovych Lazebnyi, Chengliang Yin, Оцінювання ймовірнісних процесів у безпроводових мережах стандарту 802.11 , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 22 № 5 (2017)
Mykola Fedorovych Zhovnir, Вимірювальний перетворювач кутових переміщень з використанням фазових набігань електричного поля поверхневих акустичних хвиль , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 22 № 5 (2017)
PhD, доц. Олена Олегівна Абакумова, д-р техн. наук, проф. Валерій Якович Жуйков, Микола О. Лук'янов, Квазістатична ідентифікація структури затінення сонячних панелей за методом векторів кардинальних чисел , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 2 (2026)
Yaroslav Ivanovych Starovoit, Oleksandr Hryhorovych Leiko, Механічні поля циліндричного п’єзокерамічного випромінювача силової конструкції в присутності акустичного екрана , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 22 № 6 (2017)
Vladyslav Valentynovych Shlykov, Valentyna Anatoliivna Danilova, Olena Oleksandrivna Nazarchuk, Стабілізація якості термограм шляхом усунення терморозфокусування , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 22 № 5 (2017)
Ievgen Volodymyrovych Verbytskyi, Volodymyr Yakovych Romashko, Оцінка ефективності відбирання енергії від сонячної батареї , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 22 № 5 (2017)
Ivan-Viacheslav Oleksanrovych Serhiienko, Застосування методу активної компенсації хроматичної дисперсії для підвищення пропускної здатності волоконно-оптичного лінійного тракту , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 22 № 5 (2017)

1-10 з 236 Наступне

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.

[1] "Household air pollution and health", WHO, 2021. [Online]. Available: https://www.who.int/en/news-room/fact-sheets/detail/household-air-pollution-and-health [accessed: Sep. 22, 2021].

[2] N. G. Mowbray et al., “Safe management of surgical smoke in the age of COVID-19,” BJS, vol. 107, no. 11, OUP, pp. 1406–1413, May 03, 2020. doi: 10.1002/bjs.11679.

[3] C.-S. Wang, “Electrostatic forces in fibrous filters—a review,” Powder Technol., vol. 118, no, 1–2, Elsevier BV, pp. 166–170, Aug. 2001. DOI: 10.1016/s0032-5910(01)00307-2.

[4] K. Golubenko, E. Rozanov, I. Mironova, A. Karagodin, and I. Usoskin, “Natural Sources of Ionization and Their Impact on Atmospheric Electricity,” Geophys. Res. Lett., vol. 47, no. 12, AGU, Jun. 18, 2020. DOI: 10.1029/2020gl088619.

[5] J. O. Anderson, J. G. Thundiyil, and A. Stolbach, “Clearing the Air: A Review of the Effects of Particulate Matter Air Pollution on Human Health,” J. Med. Toxicol., vol. 8, no. 2, SSBM LLC, pp. 166–175, Dec. 23, 2011. DOI: 10.1007/s13181-011-0203-1.

[6] J. P. Duguid, “The size and the duration of air-carriage of respiratory droplets and droplet-nuclei,” Epidemiol. Infect., vol. 44, no. 6, CUP, pp. 471–479, Sep. 1946. DOI: 10.1017/s0022172400019288.

[7] H. Zhang, D. Li, L. Xie, and Y. Xiao, “Documentary Research of Human Respiratory Droplet Characteristics,” Procedia Eng., vol. 121. Elsevier BV, pp. 1365–1374, 2015. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.09.023.

[8] V. Stadnytskyi, C. E. Bax, A. Bax, and P. Anfinrud, “The airborne lifetime of small speech droplets and their potential importance in SARS-CoV-2 transmission,” Proc. of the Nat. Acad. of Sci., vol. 117, no. 22, PNAS, pp. 11875–11877, May 13, 2020. DOI: 10.1073/pnas.2006874117

[9] T. Dbouk and D. Drikakis, “On pollen and airborne virus transmission,” Phys. Fluids, vol. 33, no. 6, AIP Publishing, p. 063313, Jun. 2021. DOI: 10.1063/5.0055845.

[10] Y. Liu et al., “Aerodynamic analysis of SARS-CoV-2 in two Wuhan hospitals,” Nature, vol. 582, no. 7813, SSBM LLC, pp. 557–560, Apr. 27, 2020. DOI: 10.1038/s41586-020-2271-3.

[11] A. Seaton, D. Godden, W. MacNee, and K. Donaldson, “Particulate air pollution and acute health effects,” Lancet, vol. 345, no. 8943, Elsevier BV, pp. 176–178, Jan. 1995. DOI: 10.1016/s0140-6736(95)90173-6.

[12] S. L. Daniels, “‘On the ionization of air for removal of noxious effluvia’ (Air ionization of indoor environments for control of volatile and particulate contaminants with nonthermal plasmas generated by dielectric-barrier discharge),” IEEE Trans. Plasma Sci. IEEE Nucl. Plasma Sci. Soc., vol. 30, no. 4, IEEE, pp. 1471–1481, Aug. 2002. DOI: 10.1109/tps.2002.804211.

[13] J. D. Jackson, Classical Electrodynamics, 3rd ed. Hoboken, NJ, USA: Wiley, 1998. ISBN 978-0-471-30932-1.

[14] F. Peek, Dielectric phenomena in high voltage engineering, 3rd ed. New York, NY, USA: McGraw-Hill, 1929.

[15] S. G. Jennings, “The mean free path in air,” J. Aerosol Sci., vol. 19, no. 2, Elsevier BV, pp. 159–166, Apr. 1988. DOI: 10.1016/0021-8502(88)90219-4.

[16] L. L. Yuan, “Sheltering effects of buildings from biological weapons,” Sci. Glob., vol. 8, no. 3, Informa UK Ltd., pp. 329–355, Jan. 2000. DOI: 10.1080/08929880008426481.

[17] V. Stadnytskyi, C. E. Bax, A. Bax, and P. Anfinrud, “The airborne lifetime of small speech droplets and their potential importance in SARS-CoV-2 transmission,” PNAS, vol. 117, no. 22, pp. 11875–11877, May 13, 2020. DOI: 10.1073/pnas.2006874117.

[18] H H. A. Pohl, Dielectrophoresis: The behavior of neutral matter in nonuniform electric fields. Cambridge, NY, USA: Cambridge Univ. Press, 1978.

[19] Lord Rayleigh, “XX. On the equilibrium of liquid conducting masses charged with electricity,” Lond. Edinb. Dublin philos. mag. j. sci., vol. 14, no. 87, Informa UK Ltd., pp. 184–186, Sep. 1882. DOI: 10.1080/14786448208628425.

[20] C. Liu et al., “Transparent air filter for high-efficiency PM2.5 capture,” Nat. Commun., vol. 6, no. 1, SSBM LLC, Feb. 16, 2015. DOI: 10.1038/ncomms7205.

[21] R. C. Smith, R. D. Forrest, J. D. Carey, W. K. Hsu, and S. R. P. Silva, “Interpretation of enhancement factor in nonplanar field emitters,” A Appl. Phys., vol. 87, no. 1, AIP Publishing, p. 013111, Jul. 04, 2005. DOI: 10.1063/1.1989443.