Ionizátor készítése

A megfelelő minőségű ionizátor egy különösen hatékony és karbantartási költséget nem igénylő légtisztító berendezés. Működése egyszerű és érdekes.

Ha nem vagyok pontatlan, akkor negatív potenciálú nagyfeszültséget vezetnek csúcsos elektródákra, ahol a csúcshatás értelmében negatív töltésű dipólus molekulákat fog létrehozni. Ezen kívül ha elég nagy a feszültség, a gáz – jelen esetben levegő – ionizálódni fog, és úgynevezett hideg plazma jön létre, azaz koronakisüléssel szembesülünk.
Ezen felül a hatást erősen fokozandó egy nagy felületű, földpotenciálon levő rácsot is elhelyeznek a tüskékkel szemben.




Így egyrészt a készülék semlegesíti a rengeteg pozitív töltést – elektroszmogot – és a pozitívan töltött légszennyezőket, ezért az nem lebeg többé. Másrészt a rajta áthaladó levegőben feltölti, majd itt egyből magához vonzza a részecskéket: port, füstmolekulákat, polleneket, spórákat, ...
Egy összefoglaló leírás itt olvasható róluk.

Elöljáróban

Elsőként szeretném megemlíteni, hogy alább csupán a véleményemet közlöm.

Másodszor ez nem egy leírás utánépítéshez NYÁK tervvel és alkatrészlistával, mivel a nem megfelelő elkészítés veszélyt hordoz magában, így nem lenne helyes, ha bárki össze tudná dobni.

A veszély egyrészt a nagyfeszültségre vonatkozik, ugyanis a meghajtó fokozat 1 – 2000 Voltot állít elő. Ilyen nagyságú váltakozófeszültség mellett néhány milliamper áramerősség egyrészt égeti a bőrt. Másrészt pár másodperc alatt képes lángra lobbantani a vezeték műanyag szigetelését, hogyha létrejön az elektromos ív. Gondolom nem szükséges részleteznem, milyen veszélyeket hordoz magában, hogyha ez az elkészült berendezésben történik meg. 

Ezért különösen figyeljünk a megfelelő szigetelésre!
(Esetleg pluszban impregnálhatjuk tűzbiztosra a doboz anyagát.)

A csúcson lévő sok kilovolthoz pedig relatíve "nagy kapacitású" kondenzátorok tartoznak, hogy szép egyenfeszültség legyen.
Hogyha ez a töltéskülönbség a szívkörön keresztül (azaz egyik kezünkkel a vízvezetéket, másikkal a nagyfeszültséget fogjuk meg) egyenlítődik ki, bizony hordozhat magában komolyabb veszélyeket is.

A veszély másik lehetősége pedig a túl magas ózontermelésben rejlik, melynek elkerülését később kifejtem.

Választék otthonra

– szivargyújtóba csatlakozó, általában 1000 Ft alatt beszerezhető készülékek. (De van, ahol az ilyen kategóriájú termékek 10 – 20 x ennyibe kerülnek!)

Viszonylag alacsony feszültség és alacsony anion (így nevezzük az előállított negatív töltésű ionokat) termelés jellemzi. Nagyfrekvenciás transzformátorral és feszültségsokszorozóval működnek. A semminél többet érnek, egy autó légterét, vagy az elemes változat egy hűtőgép belsejét valószínűleg észrevehetően tisztítja.


– 230 Voltos hálózatról közvetlenül működő, csupán egy soktagú Villard sokszorozót (a linken alul a cascade) találni bennük.
Elméletileg jó, gyakorlatilag viszont nem.
Mivel ebben a kapcsolásban a váltakozó feszültség körbefordulásának idejéig a kondenzátor kell tárolja a töltést, érthető, hogy minél alacsonyabb a frekvencia, annál nagyobb kapacitásúakra van szükség. 50 Hz-nél annyira nagy kellene, amennyiben a szükséges értékre kívánjuk sokszorozni, hogy anyagilag nem érné meg. Így vagy nem lesz elég tag (azaz nem lesz elég nagy a kimenő negatív feszültség), vagy pulzálni fog a kimenet. (Ez utóbbi a házilag épített próbálkozásokra jellemző inkább.)
A gyári készülékeknél sejthető is az elégtelen feszültség – mindössze néhány kV – az elektródák közti csekély távolságból.
Nagyjából annyit érnek ezek is, mint az előző szivargyújtós kategória.



– általában hálózati dugasztápról működő, de lehet beépítve is. Tizenezer forint körül kaphatóak.
Nem túl magas elektródafeszültség, alacsony anion termelés és ehhez mérten viszonylag magas ózontermelés jellemzi.
Általában az elektródákon nincs külön áramkorlát (egy soros ellenállással tudjuk megoldani), ezért az áram nagy része elfolyik az az egy irányába, amelyiknél a legkisebb a levegő ellenállása. Így gyakorlatilag egy tüske fog csak megfelelően működni.



– elegendő feszültségű és használhatóan felépített darabok 40 ezer forinttól kezdődnek. Ezeknél már érezhető az ionszélnek nevezett jelenség: mozgatja a levegőt, az elektródák "fújnak".
Viszont oda kell figyelni, mert itt már nem csak relatíve, hanem konkrétan is lehetséges túl magas ózonszint.



– kombinált készülékek, aktívszén szűrővel, HEPA szűrővel, UV-C germicid csővel, ventilátorral, elektrosztatikus porfogóval (ilyenkor lemezekre vezetik a nagyfeszültséget), stb. Mindez a végén néhány ionizáló tüskével kiegészítve.
Drágák megvételkor és a karbantartáskor is, nagyok, de a tisztítást tekintve kétségkívül hatékonyak.
Bár ezek sem ionizátorok, de akkor már ide sorolhatóak a konyhai szűrős szagelszívók is, amik elektrosztatikusan is megfogják a nem kívánatos szennyezést.



– saját készítésű eszközök. A jobbakhoz képest kevés pénzből előállítható, ha jól csináljuk, a legmagasabb anion termelés, és a legminimálisabb ózon fogja jellemezni.




Aniontermelés

Minél több, annál jobb. Lehet méregetni, otthoni eszközökkel nem túl pontosan. (Legkevésbé rossz módszer talán egy FET használata, és a kapuelektródát használni, mivel itt már nagyon kis töltésmennyiséget is változást hoz létre, ezen kívül ott is maradnak.)

Használhatóbb mennyiséget előállítani képes berendezésnél viszont értelmesebb módszer, ha az elektródák felől fújó "szelet" nézzük. Legyen minél erősebb!


Ózon

Fertőtlenítő, oxidáló, vírusölő hatású, azonban ez és a Fluor a két legerősebb oxidálószer bolygónkon, élőlényre már kis mennyiségben is különösen veszélyes!
Alapvetően ívkisüléskor jön létre, ezért ezt mindenképpen el kell kerülni.
(Érdekesség: használnak ózongenerátort például nyilvános WC-k légterének fertőtlenítésére, ilyenkor általában kisülőcsövet alkalmaznak. Itt látható róla egy videó.)
Kísérletezéssel megállapítható, hogy a rács közelítése az elektródához milyen távolságnál jön létre. Ha túl közel visszük, elhalkul a sistergés, és megnövekszik az egész kapcsolás áramfelvétele. Ilyenkor már minimális a kibocsájtott anionok száma, az ionszél nagymértékben lecsökken. Ha tovább közelítjük, teljesen megszűnik az ionizáció, és létrejön az ívkisülés. Már az előző eset is teljesen rossz, ez pedig még inkább.

Ha az egyenfeszültség pulzál, esélyes, hogy nagyban növeli az ózonszintet.

A túl nagy feszültség viszont NEM fog kötelezően magasabb ózontermelést eredményezni!

Értékelhetően, használhatóan mérni sajnos nem lehet barkácsmódszerekkel.
Ellenben lehet érezni a szagát!


Milyen szaga legyen?

Szinte semmilyen! Esetleg egy nagyon minimális, alig érezhető "frissesség illat" lehet jellemző, ha szembe állunk a készülékkel. – De ez is részben placebo hatás, mely az áramló hideg (és tiszta) levegőnek köszönhető.
Ellenben ha büdös, kellemetlen, amolyan döglött macska szaga van, szikraszaga, az ROSSZ! Ez ugyanis túl magas ózontermelésre utal. Semmi ilyesmit nem szabad érezni, és ez természetesen vonatkozik a gyári készülékekre is.

Ha pedig a szobába belépve érezzük konkrétan az ózon kellemetlen szagát, netán még a torkunkat is kaparja, ott már nagyon nagy bajok vannak!


Tüskék kialakítása

– Értelemszerűen hosszúkásnak kell lennie, hogy létrejöjjön a töltések kipumpálása.
Nem kell tűhegyesnek lennie. Egy hosszú henger forma is kitűnő. Szerk.: minél hegyesebbnek kell lennie, ezzel csökkenthetjük az ózontermelést.
– Nem kell nagynak lenniük! (> 5 mm) Épp ellenkezőleg, jobb, ha minél kisebb, ugyanis ha nagy, csak a töltés elszivárgását kockáztatjuk.
– Nem kell tökéletesen középre rakni. Legyünk igényesek, de ha egy milliméterrel arrébb került sem történik semmi baj, amennyiben normálisan megcsináltuk a készülék többi részét.


Íme egy túlexponált kép nagy záridóvel, tökéletesen látszik a csúcshatás érvényesülése: 



Anyaga:
– Ami teljesen eloxidálódik, rozsdává válik, nem előnyös (vas, réz), mivel itt közvetlenül érintkeznie célszerű a levegő molekulákkal.
– Aminek a legfelső rétege oxidálódik, de utána védi magát (alumínium, ezüstacél, króm-nikkel) megfelelő.
– Ami teljesen rozsdamentes, kitűnő: rozsdamentes acél. (Én aranyozott elektródákat használtam például.)



Rács kialakítása

Mivel csupán a térerősség növelése a cél, ilyen szempontból nem lényeges, miből készítjük. Megmunkálhatósági és tartóssági szempontból érdemes lehet alumíniumot választani.

– Ideális forma a félgömb lenne, de akkor nem tudna hol kijutni a "késztermék".
– A lemezbe vágott lukak tökéletesek. Méretükkel próbálkozni érdemes, de felesleges túl nagyra készíteni, akkora elég, ahol jó hatásfokkal képes "kifújni".
– Lehet még rövid csövet is elé tenni fémből, de lényegében semmi értelme sincs. (Gondoljuk végig! A tüske csúcsa egy gömb középpontja, a felülete pedig érintse a hozzá legközelebb eső lemez pontjait. A lemez felülete közel van, a cső belső fala pedig messze, haszontalan a jelenléte.)
– Valószínűleg a szó szerint rács felépítés (tehát szita) is jól működik.

A távolságról az "Ózon" résznél írtam: annyira közelítsük, míg stabilan létre nem jön a lehető legerősebb ionszél, azonban ne legyen büdös! Ha csökken, akkor túl közel vagyunk.
Ezen kívül érdemes teljes felvett áramot is mérni.


Szigetelés

Nagyon alaposan szigeteljünk, lehetőleg epoxival! Egyrészt a már említett tűzveszély miatt, másrészt pedig el fog folyni az áram, ha szabadon maradnak részek. Az pedig a gyakorlatban feltölt minden nem teljesen száraz anyagot a környezetében: papírt, szivacsot, ... – és rázni fog!



Vegyük észre, hogy a forrasztások nem tartalmaznak csúcsos részeket, ami töltést pumpálhatna a környezetébe. Ezen kívül az alapvető védőlakkon kívül műgyantával is szigetelve van.
(Ideális a félgömb forma lenne, de ugye drága az ón, így marad a lapos kialakítás.)



Ide tartozik még, hogy a túl hosszú vezetékek szintén nem előnyösek. Ez, vagy az előző hibalehetőségek vezethetnek még a trafó túlmelegedéséhez is. 



Egy lehetséges megvalósítás

Alapvető biztonsági elvárás volt esetemben, hogy a készülék törpefeszültségről üzemeljen.
A körítésről (védelmek, kapcsolás, figyelés, stb.) nem írok, ez most nem lényeges.

Az első kritikus elem a nagyfeszültségű transzformátor, mivel drága és/vagy nehéz beszerezni.
Ehhez az elemes gázgyújtóban levőt választottam: normál üzemnél bő 100 Voltos impulzusokból állít elő 5 – 10 kV-ot.




Az élettartam érdekében ennél jóval alacsonyabb primerfeszültséggel táplálom, 8 Volttal.
Érdemes ezt is bevonni műgyantával, nehogy átüssön valahol.


Mivel felmerült a téma, milyen trafó jó vagy nem jó, ezért némi kiegészítés következik. 

Törpefeszültséget előállító transzformátoroknál a standard megoldás a sorszigetelés. Ez azt jelenti, hogy tekernek egy sort "faltól-falig", majd következik egy szigetelőréteg. Majd újabb sor. Ez kitűnő megoldás, ha például 12 Voltra van szükségünk. Nagyobb feszültségnél azonban aránytalanul nagy lenne a trafó kis teljesítményéhez mérten, ezért ilyen rekeszekre osztott megoldást használnak. 



Ilyen az alkalmazott gázgyújtó trafó komoly feszültségeket is elvisel átütés nélkül. – Pl. 5 – 10 kV-os lökést, amit gyárilag műgyanta nélkül produkál
Ezen kívül a zománchuzal elég vastagnak mondható: nagyjából 0.11 mm átmérőjű. 
Ami a teljesítményt illeti, találni rá kalkulátort, amivel lehet saccolni. "Átlagos" Kappa-faktorral számolva, 52 kHz-en ez több, mint 4.5 Watt. Ez a konkrét trafóvasra vonatkozik, elegendő kell legyen. 
Ezen kívül érdemes megerősíteni műgyantával, mivel mi nem nem a gázgyújtó hozzávetőlegesen 10 Hz-ével tervezzük használni, hanem tíz kilohertzeken. 
Probléma akkor merülhet csak fel, ha túlhajtjuk. Ekkor átüt vagy leég, ésszerű topológiát használva azonban néhány ezer Voltig biztonságos, olcsó és viszonylag könnyen beszerezhető. 
Ami a hátránya, hogy a laza csatolás miatt nagyobb teljesítmény átvitelére nem alkalmas, a vasmag gerjeszthetősége pedig véges, hiszen amúgy sem egy csúcsminőségű ferritkeverék. 


A következő – bár a kapcsolásban megelőzi – az ezt meghajtó áramkör.

Van választási lehetőség bőven, jelenleg egy teljes hidas meghajtást alkalmaztam, négy darab FET-el a kimeneten, komplementer párokba tokozva: 

Viszont megoldhatjuk ennél jóval egyszerűbben is, például egy IR21531 tápvezérlő IC-vel, ilyen trafó esetén a push-pull topológiát követve. Megcsapolt primernél pedig a félhidas javasolt. 
Vagy TL494-es IC-t is választhatunk, ami egyetlen FET-et /védődiódával kiegészítve/ fog kapcsolgatni. 

Frekvenciának alapvetően a trafó áramminimum pontját érdemes kitűzni, ez általában valahol 40 – 200 kHz között szokott lenni. Ilyen-olyan megbízhatatlan forrásokból hallani olyasmit, hogy egy adott frekvencia felel meg csupán a készülékhez: ez teljes sületlenség! Ionizátor esetén a tüskéken szigorúan stabil egyenfeszültségnek kell lennie, ellenkező esetben veszélyes ózontermelés lesz az eredménye. Sejthető hát, hogy a meghajtó frekvencia ilyen szempontból lényegtelen. 
Olyan szempontból viszont nem, hogy mindenképpen hallásküszöb fölött legyen, tehát 22 kHz alatt eleve hibás az elképzelés. (De a legjobb, ha ennek többszöröse, ugyanis a sokszorozó minden fokozatnál felezi a frekvenciát, így két fokozat után a 25 kHz is csak 12,5 kHz lesz, amit esetleg meg lehet hallani.) 

Védelemről itt is célszerű gondoskodni, amennyiben módunkban áll: kapcsoljon le, ha túlterhelés következik be. Mondjuk ha egy kisgyerek varrótűvel piszkálja a működő elektródákat. (Ezen kívül persze legyen megfelelően méretezett biztosíték a táplálási oldalon, ami a zárlati áramra kiolvad!)

Amit kerüljünk el: 555-ös IC és tranzisztor! A keresőt használva pillanatokon belül temérdek ilyen kapcsolás ostromolja meg a jóembert, és ami egyből szembetűnik, hogy 1 – 3 kHz-re vannak beállítva. Valójában ez is túlzás, mivel ez ugyan egy remek időzítő IC (másodperces nagyságrendhez), azonban tápmeghajtónak nagyon lassú is és gyönge, következésképp a jelalak is borzasztóan ronda lesz. Ezt csak tetézi a javasolt (kapcsoló)tranzisztor; ezzel csak még tovább romlik a jelalak. Ez esetben kénytelenek leszünk feleslegesen túlméretezni a teljes áramkört, hogy – a kis túlzással egyenáramú kínzástól le ne térdeljen, másrészt pedig – használható kimeneti teljesítménye maradjon az elfűtöttön túl.

Most következik a feszültségsokszorozó.
A fentebb linkelt Villard-ról van szó. Kondenzátorok természetesen kerámia, magasabb feszültségtűrésű. Esetemben 4.7 nF-os mind.
A diódák a legolcsóbbak, amik elviselik biztosan a feszültséget: R4000-es, 4000 Volt zárófeszültségű egyenirányító dióda. Nem schottky, de még csak nem is fast switch, hanem olyan, aminek 10 Ft darabja. Működik.

A végén nagyjából 10 kV lesz, földpotenciálhoz képest. Nem kell félni, nem sok, nem ettől lesz nagy az ózontermelés, ellenben az anion létrehozására jó hatással van a megszokott 5 kV-nál magasabb érték. (Megszokott: sok gyártó használ többet.)

Végül pedig az elektródákra kell vezetni. 

Minden tüskéhez egy – egy 20 MOhm-os ellenállást tettem, így áramgenerátorként működnek, ezért a szélsőséges esetektől eltekintve az összes tüskén egyformán fog megoszlani a teljesítmény. Ezek az ellenállások üzemszerűen 6000 Voltot képesek elviselni. Nem kevés, mivel potenciálkülönbségről beszélünk, az ellenállás két lába között pedig csak akkor lesz ennél több, ha rövidre zárjuk a kimenetet. Ezzel vigyázzunk, mivel ha elégni nem is fog az ellenállás, jó eséllyel tönkremegy, és csökkenhet is, de növekedhet is nagyságrenddel az értéke.


Ezután már csak össze kell szerelni

Ha van a közelünkben lézernyomtató, és úgyis megvan a tervező programban a beültetési rajz, érdemes azt is rátenni..



..majd beültetni az alkatrészeket..


..végül az egészet berakni egy dobozba!


Lényeges pont, hogy az elektronikát szeparáljuk el a külvilágtól! Nem csak az áramütés veszélye miatt, hanem mert ha rajta keresztül áramlik a levegő, értelemszerűen rá fog ragadni a por. Esetleg csak túlmelegedhet, amennyiben megfelelően szigeteltük.
Viszont amennyiben nincs meg az elégséges szigetelés, és úgy ragad rá por, létrejöhet a cikk elején említett ív a trafó szekunder oldalán, ami garantált lakástűz, és ez nem vicc!


Tisztítás

Az a szennyezés, amit a készülék magában tart, nem fog eltűnni, ki kell takarítani. Ennek egy kis része az elektródák végén lesz, a többi pedig a rácson.
Egy lehetséges megoldás, hogy ez utóbbit könnyen kivehetőre készítjük el, így a tisztítása sem okozhat gondot. 



Hogyha ilyen kihúzható rácsot alkalmazunk, érdemes az egyik érintkezőt úgy bekötni, hogy az elektronikának visszajelezzen a kontaktus meglétéről. (Például a tápmeghajtó áramát kapcsoló relét nem engedi meghúzni, ha nem megfelelő a csatlakozás.)


Működés

Íme egy rövid videó a hatékonyságról. Pontosan tíz szál füstölő van egy nagy akváriumban, és természetesen sehol nincs gyorsítva. 


Feketeleves 

Sajnos van hibája. Hogyha elég erősre készítjük, túl erős lesz. Ha nem túl erősre, akkor pedig gyönge. Érthetőbben mondva ahhoz, hogy elég aniont termeljen és kellően tisztítson, erős készülék kell. Az ilyen koronakisülése viszont zavarhatja a közeli elektromos berendezéseket (rádiót, tévét), másrészt a járulékos ózontermelés sem teljesen elhanyagolható. – Főleg az igazán erős készülékeknél. 
Ha viszont gyöngébbre csináljuk, akkor nem lesz elég negatív ion termelés, sem hatékony légáramlás. 

Szóval az összes ilyen készüléket, ami elég erős, és épp ezért hatékony, meggondoltan szabad csak használni!