Принцип работы ионизатора воздуха довольно прост. Если мы возьмем любой источник постоянного тока Е с достаточно высоким напряжением (рис. 1), заземлим его положительный электрод, а к отрицательному подключим какой-либо острый предмет — иглу, булавку, то с ее острия начнут стекать отрицательно заряженные ионы кислорода.
Рис. 1. Схема принципа работы ионизатора воздуха
Производительность этого простого прибора зависит от трех факторов — величины напряжения источника тока Е, степени остроты иглы и количества игл, подключенных к отрицательному электроду. Чем острее игла, тем легче происходит ионообразование, тем меньшую величину напряжения надо приложить к игле. Рассмотрев через лупу с достаточно большим увеличением острый конец швейной иглы или булавки, применяемых в обиходе, мы обнаружим, что острие не такое уж и острое, а скорее закругленное. Можно, конечно, заточить дополнительно каждую иглу, но точить на бруске несколько сот иголок, необходимых для изготовления излучателя, — задача не из простых. Есть другой способ затачивания, до молекулярного уровня, то есть до такой степени остроты, когда на самом кончике острия остается всего несколько или даже один атом металла. Такая степень заточки недостижима никакими механическими способами. Это достигается при помощи электрохимического процесса. О нем можно прочитать в журнале «Юный техник» № 9 за 1974 год. Но сохранить такие острия в течение длительного времени невозможно. Любое прикосновение к ним приводит к поломке кончика. Поэтому лучше идти путем увеличения напряжения источника постоянного тока.
А.Л.Чижевский исследовал процесс ионизации и пришел к выводу, что для нормальной работы ионизатора необходимо отрицательное напряжение не менее 25 000 В (25 кВ), площадь излучателя — «люстры» — 0,7–0,8 м2 для жилого помещения 15–20 м2. Таким образом, основная задача сводится к получению источника постоянного тока напряжением не менее 25 кВ. Больше — лучше.
В принципе такой источник можно получить, соединив последовательно необходимое количество сухих элементов (батареек). И такой источник был бы идеальным для нашей задачи. Он не создавал бы электромагнитных помех, работал абсолютно бесшумно, чего не всегда удается добиться при других схемных решениях, рассмотренных ниже.
Но!!! Простой арифметический подсчет показывает, что батареек типа «Крона» с напряжением 9 В нужно почти 3 000 штук, других — еще больше! Слишком дорогое удовольствие. Поэтому таким путем никто не идет, а применяют специальные преобразователи напряжения, о чем расскажем ниже.
Следует заметить, что встречающиеся иногда описания различных малогабаритных «ионизаторов» с действующим напряжением 5–6 кВ просто не заслуживают внимания. А встречающиеся в продаже «настольные» ионизаторы вряд ли отвечают своему названию и едва ли могут что-то ионизировать.
Итак, для нормальной работы ионизатора нам необходимо высокое постоянное напряжение не менее 25 000 В. От применения батареи сухих элементов приходится отказаться — дорого, да и объем такая батарея займет приличный, что неудобно.
Наиболее рационально питать наш прибор от сети переменного тока. Казалось бы, что надо изготовить повышающий трансформатор, чтобы сетевое напряжение 220 В повысить до 25 кВ и затем его выпрямить. Теоретически это возможно. Практически — нет, особенно в домашних условиях. Несколько сот тысяч витков тонкого провода вторичной повышающей обмотки надо намотать с принудительным шагом, то есть с зазором между витками, каждый слой обмотки разделить довольно толстым слоем изоляции. В результате катушка получится огромных размеров, и мы не сможем найти подходящий сердечник из трансформаторной стали, чтобы она разместилась на нем. Кроме этого, очень трудно добиться высокой электропрочности, катушка должна быть залита специальным компаундом на основе эпоксидных смол, иначе неизбежны пробои между витками. Другой камень преткновения — отсутствие выпрямительных приборов на такое высокое напряжение. Последнее, правда, преодолимо с помощью нескольких высоковольтных столбов (выпрямителей), соединенных последовательно. Тем не менее такой путь технически сложен.
В установившейся практике для получения высоковольтного постоянного напряжения применяют однополупериодные выпрямители с умножением напряжения (рис. 2).