ОЗОНАТОР Российский патент 1994 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к устройствам для получения озона и может быть использовано в очистке промышленных и бытовых сточных вод, в обеззараживании питьевой воды, в химической технологии, а также в других отраслях народного хозяйства.

Известен озонатор трубчатой формы, коронирующий электрод которого выполнен в виде ленты, закрепленной на внешней поверхности диэлектрической трубы по спирали.

Недостатком данного озонатора является малая удельная производительность по озону.

Наиболее близким к изобретению техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является высокочастотный озонатор, в котором внутренний электрод выполнен в виде спирали и связан с высоким напряжением, а масс-электродом является внешняя труба, изолированная от внутреннего электрода кварцевой трубой.

Недостатком прототипа являются малый выход озона, большой уровень энергозатрат.

Целью изобретения является уменьшение энергозатрат и повышение удельной производительности озонатора.

Поставленная цель достигается тем, что в озонаторе трубчатой формы, состоящем из источника питания, внешнего и внутреннего электродов и диэлектрической трубки между ними, оба электрода выполнены в виде спиралей, навитых согласно на внешней и внутренней сторонах диэлектрической трубки.

По сравнению с прототипом озонатор имеет новые признаки и соответствует критерию "Новизна". Выполнение электродов в виде спиралей, навитых согласно на внешней и внутренней сторонах диэлектрической трубки, не известно из патентной и научно-технической литературы, что подтверждает соответствие заявленного озонатора критерию "Существенные отличия". Кроме того, это соответствует и критерию "положительный эффект", так как при этом для генерации озона используются и внешняя, и внутренняя стороны диэлектрической трубки, что приводит к увеличению удельной производительности озонатора. Использование же резонансных свойств спиральных электродов позволяет уменьшить энергозатраты на производство озона.

На фиг. 1 показана принципиальная конструкция озонатора; на фиг. 2 - схема замещения озонатора; на фиг. 3 - эквивалентная схема озонатора.

Озонатор содержит диэлектрическую трубку 1, внешний электрод 2 и внутренний электрод 3. Электроды выполнены в виде навитых согласно спиралей. Начало 4 внешнего электрода и конец 5 внутреннего электрода подключены к источнику питания 6. Конец внешнего электрода и начало внутреннего электрода остаются разомкнутыми. Озонатор содержит также трубку 7 с продольными ребрами, внутри которой протекает охлаждающий агент - вода 8.

Спиральные электроды озонатора в целом могут быть представлены цепью с распределенными параметрами, учитывающими магнитную и электрическую связи между ними.

Схема замещения электродов, показанная на фиг. 2, содержит следующие элементы:
9 - индуктивность спирали на единицу длины;
10 - сопротивление спирали на единицу длины;
11 - емкость между спиралями на единицу длины;
12 - проводимость на единицу длины, учитывающая потери в диэлектрике между спиралями и в разрядных промежутках.

Совместное решение дифуравнений в частных производных согласно схеме на фиг. 2 в предположении сильной магнитной связи между спиралями позволяет найти в явном виде выражение для входного сопротивления.

Для упрощения анализа процессов в озонаторе на фиг. 3 приведена синтезированная по входному сопротивлению эквивалентная схема, где
13 - эквивалентное сопротивление, определяющее потери в проводниках спиралей;
14 - эквивалентная индуктивность электродов;
15 - эквивалентная емкость;
16 - эквивалентная проводимость, учитывающая потери в диэлектрике между спиралями и в разрядных промежутках.

Озонатор работает следующим образом. При подаче напряжения от источника питания возникает электрическое поле между электродами. В результате на внешней и внутренней поверхностях диэлектрической трубки образуется тлеющий поверхностный разряд и молекулы кислорода подвергаются электронной бомбардировке.

Из схемы на фиг. 3 очевидно, что на резонансной частоте может иметь место резонанс напряжений. Эквивалентные параметры 13-16 позволяют найти резонансную частоту и входное сопротивление в этом режиме. Генерация озона сопровождается колебаниями на резонансной частоте. Причем работа осуществляется на участке с отрицательным дифференциальным сопротивлением вольт-амперной характеристики электрического разряда. Это приводит к увеличению выхода озона на единицу подводимой энергии, т.е. к уменьшению энергозатрат.

Предлагаемый озонатор позволяет увеличить удельную производительность и уменьшить энергозатраты. Удельная производительность возрастает примерно в 2 раза, так как съем озона происходит как с внутренней, так и с внешней сторон диэлектрической трубки.

В научной лаборатории МЭИ изготовлена действующая физическая модель озонатора. Источник питания переменного тока обеспечивает на электродах озонатора напряжение 5 кВ с частотой 6,5 кГц. Проведены экспериментальные исследования. Полученные результаты подтверждают реализуемость поставленной цели изобретения.

Использование: получение озона для очистки промышленных и сточных вод. Сущность изобретения: озонатор содержит источник питания, диэлектрическую трубку, на внешней и внутренней сторонах которой согласно навиты два электрода в виде спиралей, причем начало внешнего электрода и конец внутреннего электрода подключены к источнику питания. 3 ил.

ОЗОНАТОР трубчатой формы, состоящий из источника питания, внешнего и внутреннего электродов и диэлектрической трубки между ними, причем внутренний электрод выполнен в виде спирали и расположен внутри диэлектрической трубки, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат и повышения удельной производительности, внешний электрод выполнен в виде спирали, навитой на внешней стороне диэлектрической трубки, причем начало внешнего электрода и конец внутреннего электрода подключены к источнику питания.