ОЗОНАТОР Российский патент 1997 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к плазмохимии и может быть использовано в установках для электрохимической очистки газовых выбросов промышленных предприятий от вредных примесей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является озонатор со стримерным коронным разрядом [1] в котором коронирующий электрод выполнен в виде проволоки, натянутой на раме и расположенной на определенном расстоянии от плоского некоронирующего электрода. Озонатор содержит также источник зарядного напряжения, подключенный к конденсатору, один вывод которого через бытсродействующий коммутатор соединен с коронирующим электродом, а другой с некоронирующим.

При возбуждении стримерного коронного разряда (СКР) быстронарастающими импульсами (dU/dt≥1 кВ/нс) субмикросекундной длительности энергетический выход озона Y_g, рассчитанный по поглощенной в газе энергии, превышает 100 г/кВтч, т. е. находится на уровне, характеризующем лучшие из традиционных озонаторов с барьерным разрядом. При этом требуются значительно меньшие затраты энергии на воздухоподготовку по сравнению с традиционными озонаторами. Однако общим недостатком для всех коронно-разрядных озонаторных установок с импульсным питанием является низкий КПД передачи энергии от источника питания к газу. Вследствие этого выход озона Y_c, нормированный на энергозапас источника питания (конденсатора), не превышает в известных коронно-разрядных установках 47 г/кВтч.

Цель изобретения повышение энергетического выхода озона, нормированного на энергозапас источника питания.

Цель достигается тем, что в озонаторе, содержащем источник зарядного напряжения, подключенный к конденсатору, один вывод которого через быстродействующий коммутатор соединен с коронирующим электродом, а другой с некоронирующим электродом, отношение длины коронирующего электрода к энергозапасу конденсатора выбрано в пределах 10 60 м/Дж.

Выбранный диапазон отношения длины коронирующего электрода к энергозапасу конденсатора определен экспериментальным путем.

На фиг. 1 представлена схема озонатора; на фиг. 2 зависимости выхода озона в импульсе от приведенной длины коронирующего электрода для двух значений энергозапаса источника питания; на фиг. 3 осциллограммы напряжения и тока СКР в предлагаемом озонаторе.

Озонатор содержит источник 1 зарядного напряжения, подключенный к конденсатору 2, один вывод которого через быстродействующий коммутатор 3 соединен с коронирующим электродом 4, а другой с некоронирующим плоским электродом 5. В качестве быстродействующего коммутатора может быть использован искровой разрядник, тиратрон и т.п. Для стабильной работы коммутатора используется балластный резистор 6, включенный между электродами 4 и 5. Отношение длины коронирующего электрода 4 к энергозапасу конденсатора 2 выбрано из диапазона L^* 10 60 м/Дж (L^* L/Wc, где L длина коронирующего электрода, Wc энергозапас конденсатора).

Озонатор работает следующим образом.

Через разрядный промежуток, образованный электродами 4 и 5, прокачивается рабочий газ (воздух, кислород). Конденсатор 2 заряжается от источника зарядного напряжения 1, после чего подключается коммутатором 3 к высоковольтному электроду 4. В межэлектродном пространстве происходит стримерный коронный разряд, сопровождающийся диссоциацией молекул кислорода и образованием озона в реакции O₂ + O __→ O₃.

Зависимость энергетического выхода озона от приведенной длины электрода, показанная на фиг. 2, свидетельствует о том, что при разных значениях энергозапаса конденсатора Wc₁ и Wc₂ максимальный выход озона наблюдался при одном и том же значении приведенной длины коронирующего электрода L^* 57 м/Дж. При этом максимальные значения выхода озона были близки и составили соответственно 85,5 и 90 г/кВтч.

Как видно из фиг. 2, существенное превышение уровня энергетического выхода озона Y_c 47 г/кВтч, достигнутого при получении озона из воздуха путем использования волнового режима возбуждения стримерной короны в линии с переменным по длине волновым сопротивлением, наблюдается при значениях L^*>10 м/Дж. При значениях L^*>60 м/Дж энергетический выход озона уменьшается. Таким образом, наилучшие результаты достигаются в диапазоне значений 10 60 м/Дж. Оптимальное значение приведенной длины коронирующего электрода составляет около 57 м/Дж.

Приведенные на фиг. 3 осциллограммы напряжения и тока СКР показывают, что при оптимальном значении L^* величина энергии, остающейся в конденсаторе 2 к моменту окончания тока короны, составляет около 0,5% от начального энергозапаса источника питания. Кроме этого, время зарядки конденсатора при оптимальной величине L^* минимально. Это обуславливает повышение эффективности синтеза озона в СКР вследствие ограничения энерговыделения в плазме стримерных каналов, где эффективность диссоциации молекул кислорода низка.

Подсчет энерговклада в газ путем интегрирования мгновенной мощности по осциллограммам напряжения и тока показал, что при оптимальном L^* в газ вводилось до 76% от Wc (основная доля потерь при этом приходилась на искровой коммутатор).

Сопоставление осциллограмм напряжения (фиг. 3), полученных в режиме холостого хода и при оптимальном значении L^*, показывает, что в последнем случае влияние балластного резистора на разрядку конденсатора 2 мало. Путем увеличения сопротивления резистора оно может быть сведено к пренебрежимо малой величине.

Источники информации
E. A. Gordeyenya and A.A. Matveyev. Effect of the waveform of voltage pulses on the efficiency of ozone synthesis in corona discharges. Plasma Sources Sci. Technol. v. 3, N4, 1994, pp 575 583 (прототип).

Изобретение относится к области плазмохимии и может быть использовано для очистки газовых выбросов промышленных предприятий от вредных примесей. Озонатор содержит источник зарядного напряжения, подключенный к конденсатору, один вывод которого через быстродействующий коммутатор соединен с коронирующим электродом, а другой - с некоронирующим электродом. Отношение длины коронирующего электрода к энергозапасу конденсатора установлено в пределах 10 - 60 м/дж. 3 ил.

Озонатор, содержащий источник зарядного напряжения, подключенный к конденсатору, один вывод которого через быстродействующий коммутатор соединен с коронирующим электродом, а другой с некоронирующим электродом, отличающийся тем, что отношение длины коронирующего электрода к энергозапасу конденсатора установлено в пределах 10 60 м/Дж.