ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ ГЕНЕРАТОР ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА Российский патент 1996 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для воздействия на поток газа электрическим разрядом, в частности к устройствам для обеззараживания воздуха, получения озона, и может быть использовано в пищевой, сельскохозяйственной, химической отраслях промышленности.

Известна конструкция барьерного реактора-озонатора с воздушным охлаждением за счет выполнения одного из электродов в виде цилиндрического ротора, установленного совместно с крыльчаткой вентилятора на валу электродвигателя, помещенного в корпус с соосно размещенным неподвижным электродом, находящимся в толще диэлектрика (1). Устройство отличается простотой конструкции воздуховодного канала, однако малая ширина межэлектродного промежутка барьерного разряда приводит к повышению гидравлического сопротивления канала, требуя значительного увеличения давления на входе в генератор, что делает предпочтительными схемы с дополнительным компрессором. Сложное устройство блока питания озонатора снижает уровень электробезопасности, приводит к необходимости решения проблемы исключения перегрева воздуха в искровых каналах разрядки подложки в период изменения полярности электродов. Высокий уровень концентрации озона на выходе ограничивает области применения устройства безлюдными технологиями (холодильные камеры, водоподготовка), требует применения катализаторов для разрушения озона. Более близким является устройство для обработки воздуха в электрическом разряде с подвижным электродом, выполненным в виде цилиндрического ротора с диэлектрической пленкой барьером на заземленном фольгированном экране и неподвижными электродами, включающими высоковольтный стержневой и дополнительный заземленный пластинчатый (2).

Снижение гидравлического сопротивления промежутка между электродами позволило применить для вращения подвижного электрода и прокачки газа маломощный электростатический двигатель, что привело к увеличению поперечного сечения устройства и усложнило схему воздуховодного канала.

В основу изобретения поставлена задача повысить эффективность обработки газа за счет интенсификации электроразрядных процессов и увеличения их протяженности в промежутке, упростить конструкцию устройства, снизить его материалоемкость.

Поставленная задача решается тем, что электроразрядный генератор для обработки воздуха, содержащий электродвигатель с крыльчаткой вентилятора и подвижным электродом-ротором, установленными на оси корпуса с неподвижными заземленным пластинчатым и высоковольтным электродами, и воздуховодный канал, образованный внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью подвижного электрода, дополнительно снабжен заземленным пластинчатым и высоковольтным электродами, причем воздуховодный канал генератора ориентирован вдоль оси корпуса и разделен на продольные сектора заземленными пластинчатыми и высоковольтными электродами, а высоковольтные электроды выполнены ножевыми.

На фиг. 1 представлена конструкция устройства, на фиг. 2 сечение А-А фиг. 1.

Электроразрядный генератор для обработки воздуха состоит из электродвигателя, вал 1 которого муфтой 2 связан с установленным на подшипниках 3, 4 цилиндрическим ротором 5, находящимся на оси внутри корпуса-цилиндра 6, состоящего из секций 7, 8 и 9 и двух торцовых фланцев 10, 11. Ротор 5 играет роль подвижного электрода (ПЭ) и состоит из диэлектрического барьера 12, имеющего на внутренней поверхности сплошной фольговый экран 13, гальванически связанный с землей, двух торцовых заглушек 14, 15 с соосными полуосями 16, 17 и обечайкой 18, создающей совместно с лопастями 19 крыльчатку осевого вентилятора. Ротор 5 установлен на двух опорах качения, одна из которых выполнена в виде перфорированной диафрагмы 20, а другая находится на оси фланца 11. Воздуховодный канал начинается входными отверстиями в секции 7 корпуса 6, включает перфорированную диафрагму 20, крыльчатку 18, 19, цилиндрический щелевой канал между наружной поверхностью барьера 12, ротора 5 и внутренней поверхностью корпуса-цилиндра 6 и заканчивается входными отверстиями во фланце 11. Секции 8, 9 имеют на образующей опорные поверхности для крепления радиального ориентированных пластинок неподвижных электродов 21, 22, 23 и 24, из которых ножевые электроды 21 и 22 являются ВВЭ, а пластинчатые электроды 23, 24 ЗПЭ. Участок корпуса 6 в электродами 21 24 закрыт диэлектрическим экраном, образованным оболочкой 25 с двумя кольцевыми стенками 26, 27, на одной из которых закреплена клемма 28 разъема, соединенного с высоковольтным униполярным выводом источника постоянного напряжения 29. Полуось 16 выполняет роль шинопровода, обеспечивающего связь экрана 13 через клемму 31 с землей с помощью скользящего контакта, образованного графитовым стержнем 31, пружинкой 32 и винтом 33. Рабочая кромка ЗПЭ 23 и 24 установлена относительно рабочей поверхности электрода ПЭ с зазором
δ≅d (1),
где d толщина стенки барьера 12 ПЭ. При относительной диэлектрической проницаемости материала барьера ε = 3-3,5 (полиимид, полиэтилен, полиэтилентерефталат) и характерной скорости движения поверхности ПЭ 1 м/с ≅ V ≅ 10 м/с. Величина d стенки барьера должна лежать в диапазоне
200 мкм ≅ d ≅ 500 мкм (2)
ширина разрядного промежутка h выбирается из соотношения
h ≃ (20-30)d (3)
Ширина разрядных промежутков 21 23 и 22 24 может задаваться углом α между плоскостями, в которых лежат электроды 21 22 и 23 24. При этом должно выполняться условие
α<90^°
Электроразрядный генератор работает следующим образом. После включения электродвигателя и выхода ротора 5 на рабочие обороты ω крыльчатка 18, 19 осевого вентилятора обеспечивает прокачку воздуха через генератор со средней скорости V_b, которая составляет ≈ 0,1 V поверхности ПЭ. При вращении против часовой стрелки образующая поверхность АЭ за счет трения увлекает воздух к плоскости соответствующего заземленного электрода. Это создает увеличение расхода воздуха через разрядные промежутки 21 23 и 22 24. При подаче высокого U от источника 29 на электроды 21 и 22 при U ≥ U_k обеспечивается зажигание газового разряда в промежутке h, который в зависимости от величины перенапряжения b = U/U_к реализуется в режимах импульсов Тричела (Т корона); высоковольтного диффузного разряда и стримерных каналов. Выполнение условий (1 4) при уровне перенапряжения 1,8≅β≅3 приводит к развитию протяженных электроразрядных образований в промежутках 21 23 и 22 24 в виде биполярной короны и поверхностного разряда на ПЭ. Внесение всех электродов в единый воздуховодный канал, ориентированный вдоль оси генератора, упрощает конструкцию устройства, снижает материалоемкость.

Экспериментально подтвержденное соотношение (2) задает ограничения на толщину d стенки диэлектрического барьера. При d ≅ 200 мкм снижается эффективность процессов растекания σ на ПЭ и протяженность поверхностного разряда оказывается малой. Увеличение протяженности разряда за счет повышения b приводит к развитию стримерных каналов избыточных зарядов, когда s>σ_макс, где σ_макс= ε_oεU_пр/d; U_пр напряжение поверхностного пробоя газа.

При d ≥ 500 мкм снижается эффективность процессов переноса зарядов в промежутке h, что приводит при β≅3 и выполнении (3) к общему ослаблению мощности разряда. Условие (4) обеспечивает достижение перенапряжения β≅3 без замыкания ВВЭ на вышерасположенные электроды ЗПЭ. Для этого требуется высокая эффективность процессов нейтрализации зарядов σ на ЗПЭ, находящихся ниже соответствующих ВВЭ, что накладывает ограничения на величину зазора d (1).

Степень бактерицидного воздействия генератора на воздух определялась опытным путем. Для этого проходящий через генератор воздух обдувал в течение пяти минут чашки Петри с питательной средой. При скорости воздушного потока на выходе из генератора V_b ≈ 0,2 м/с и протяженности электродов L ≈ 4•10^-2 м время нахождения воздуха в зоне разряда составляло в среднем 0,2 с. Чашки Петри устанавливались на расстоянии 6 см от выхода из генератора. На этом расстоянии концентрация озона в потоке достигала 5 6 ПДК (≈ 500 600 мкг/м³) при напряжении горения разряда 11 кВ. После обработки чашки (вместе с контрольными-необработанными) помещались в термостат на двое суток для выращивания микрофлоры. Анализ производился путем подсчета числа колоний вульгарной микрофлоры в контрольных и опытных чашках (по три чашки на один режим обработки).

Показано, что число крупных колоний (4 6 мм) в опытных чашках в 20 раз было меньше, чем в контрольных, мелких (1 2 мм) в 40 раз, а средние (2 4 мм) точечные (≈ 1 мм) были подавлены полностью. После анализа чашки вновь помещались в термостат на доращивание. Повторный анализ показал, что даже через пять суток доращивания в опытных чашках не происходит значительного роста числа бактериальных колоний.

Устройство может применяться для бактерицидной обработки (стерилизация и частичная дезодорация) воздуха в производственных и бытовых помещениях с низкой концентрацией газообразных загрязнений (1 2 ПДК), способствует снижению и предупреждению заболеваний рeспираторными инфекциями, может применяться в физиотерапии для наружной газами патологических очагов.

Использование: для бактерицидной обработки воздуха, дезодорации его, получения направленного потока озона. Электроразрядный генератор состоит из электродвигателя с крыльчаткой вентилятора и подвижным электродом - ротором, установленных на оси корпуса с неподвижными высоковольтным и дополнительным электродами, создавая щелевой воздуховодный канал между цилиндрическими поверхностями корпуса и подвижного электрода, ориентированный вдоль оси устройства и разделенный на продольные сектора пластинами дополнительных электродов, которые совместно с ножевыми высоковольтными электродами образуют дополнительные разрядные промежутки вдоль поверхности подвижного электрода. 2 ил.

Электроразрядный генератор для обработки воздуха, содержащий электродвигатель с крыльчаткой вентилятора и подвижным электродом-ротором, установленным на оси корпуса с неподвижными заземленным пластинчатым и высоковольтным элекродами, и воздуховодный канал, образованный внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью подвижного электрода, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен заземленным пластинчатым и высоковольтным электродами, воздуховодный канал ориентирован вдоль оси корпуса и разделен на продольные сектора заземленными пластинчатыми и высоковольтными электродами, причем высоковольтные электроды выполнены ножевыми.