УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОЗОНА Российский патент 1997 года по МПК C01B13/11 G05D27/00 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для получения озона. Оно может быть использовано в установках по очистке промышленных и бытовых сточных вод, подготовке питьевой воды, воды плавательных бассейнов и других областях.

Озон широко применяется с начала века в установках очистки воды [1-5] и в гораздо меньших масштабах в других областях, где, как показывают многие исследования [7-14] его применение даст большие преимущества.

Синтез озона в разряде одна из немногих химических реакций в разряде, которая находит широкое практическое применение (единственный экономически выгодный метод получения озона). Другие способы получения озона: электролизом, с помощью ионизирующего излучения, фотохимический малоэффективны и малопроизводительны.

Первичным шагом в процессе образования озона является диссоциация молекулы кислорода на возбужденный и невозбужденный атомы [4]
O₂+E → O+O (1)
Если процесс идет в разряде, то для этого требуется энергия электрона около 7,9 ЭВ. Атомы кислорода при столкновении с молекулами кислорода, в тройных столкновениях или на стенках дают молекулы озона.

Как правило, для получения озона используется разряд в цепи переменного тока и так называемых разрядниках с диэлектрическим барьером. Причем, известно, что с повышением частоты отдача озона с единицы площади разрядника возрастает.

Как следует из [4,5,6] все промышленные установки изготавливаются на промышленную частоту или на частоту порядка 6-8 кГц, и для получения высокого напряжения используют повышающие трансформаторы.

Такие трансформаторы имеют значительные габариты и вес, сложны в изготовлении и очень дороги. Установки, использующие такой способ получения высокого напряжения, являются стационарными, требуют специального помещения.

В устройстве [14] напряжение повышается непосредственно в самом разряднике за счет включения в него линии c распределенными параметрами, настроенной на резонанс. Это решение недостаточно эффективно, т.к. высокое напряжение существует только на конце линии. Кроме того, такой разрядник сложен в изготовлении.

Известна установка для производства озона [15] содержащая генератор озона, выпрямитель, тиристорный высокочастотный инвертор, включающий в себя повышающий высоковольтный инвертор, включающий в себя повышающий высоковольтный трансформатор и разрядный конденсатор, систему управления инвертором и датчик частоты. В этой установке предпринята попытка использовать резонансные свойства контура, образующегося из вторичной обмотки трансформатора и емкости разрядника генератора озона. Для этого система управления тиристором по сигналам от датчика частоты включает тиристор синхронно с колебаниями в упомянутом контуре. При этом разрядный конденсатор разряжается через первичную обмотку, а во вторичной обмотке трансформатора возникает импульс, поддерживающий колебания в контуре.

Вышеописанное устройство выбрано в качестве наиболее близкого аналога. Однако описанной схеме присущ ряд серьезных недостатков, ограничивающих возможности ее применения. Во-первых, несмотря на использование резонанса, в схеме все же присутствует высоковольтный трансформатор, который из-за импульсного режима должен быть рассчитан на частоту значительно выше рабочей. Кроме того, использование в качестве ключевого элемента тиристора не позволит иметь достаточно высокую частоту колебаний, а использование принципа заряда-разряда конденсатора предъявляет к этому конденсатору очень жесткие требования. Фактически это приводит к тому, что приходится использовать дорогостоящий крупногабаритный конденсатор. Таким образом, сделать малогабаритную установку, используя эту схему, не представляется возможным.

Заявляемая установка для получения озона содержит сетевой выпрямитель, питающийся от него высоковольтный источник переменного тока, последовательно соединенные контурную индуктивность и емкость генератора озона. Высоковольтный источник питания генератора озона выполнен по схеме автогенератора на базе последовательного контура, образованного емкостью генератора озона и контурной индуктивностью, включает в себя триггер управления, вспомогательный генератор, подключенный ко входу "С" триггера управления, усилитель обратной связи, имеющий парафазный выход, подключенный ко входам "R" и "S" триггера, и ключевой усилитель мощности, подключенный к прямому и инверсному выходам триггера управления, выход усилителя мощности подключен к контурной индуктивности, усилитель обратной связи подключен к резистору обратной связи, включенному последовательно с емкостью генератора озона.

Заявляемая схема установки позволит уменьшить габариты, вес, повысить рабочую частоту.

Заявляемая схема построена по резонансному принципу и не содержит высоковольтных трансформаторов. Работа в этом случае ведется на повышенной частоте (десятки килогерц), которая ограничивается сверху величиной емкости используемого разрядника и быстродействием ключевых элементов. Высокое напряжение образуется за счет последовательного резонанса в контуре, образованном индуктивностью 2 и емкостью генератора озона 3. Источник питания разрядника выполнен на базе быстродействующих транисторных ключей и работает в режиме автогенератора, частотозадающим элементом которого является описанный последовательный контур.

От наиболее близкого аналога заявляемая установка отличается тем, что высоковольтный источник питания генератора озона выполнен по схеме автогенератора на базе последовательного контура, образованного емкостью генератора озона и контурной индуктивностью, включает в себя триггер управления, вспомогательный генератор, подключенный ко входу "С" триггера управления, усилитель обратной связи, имеющий парафазный выход, подключенный ко входам "R" и "S" триггера, и ключевой усилитель мощности, управляемый прямым и инверсным выходами триггера управления. Выход усилителя мощности подключен к контурной индуктивности, усилитель обратной связи подключен к резистору обратной связи, включенному последовательно с емкостью генератора озона.

Изобретение поясняется чертежом, где 1 сетевой выпрямитель, 2 - контурная индуктивности, 3 емкость генератора озона, 4 триггер управления, 5 вспомогательный генератор пуска, 6 усилитель обратной связи, 7 - ключевой усилитель мощности, 8 резистор обратной связи. Сетевой выпрямитель 1 соединен с усилителем мощности 7, который подключен к контурной индуктивности 2, последовательно включенной с емкостью генератора озона 3 и резистором обратной связи 8. Вспомогательный генератор пуска 5 подключен ко входу "С" триггера управления 4, усилитель обратной связи 6, имеющий парафазный выход, подключен ко входам "R" и "S" триггера 4. Ключевой усилитель мощности 7 подключен к прямому и инверсному выходам триггера управления 4. Сигнал обратной связи снимается с резистора обратной связи 8 и подается на выход усилителя обратной связи 6.

Установка работает следующим образом.

Контур запитывается через транзисторный усилитель мощности 7, работающий в режиме, близком к меандру. Для обеспечения надежного запуска схемы используется вспомогательный генератор 5, настроенный на частоту, близкую к резонансной частоте контура. После того, как колебания в контуре достигнут определенной величины, управление усилителем мощности с помощью триггера 4 переключается на систему обратной связи, состоящую из небольшого резистора 8 в цепи контура и усилителя обратной связи. После этого работа происходит точно на резонансной частоте контура, т.е. частотозадающим элементом является сам контур.

Конкретно, в установке для получения озона, построенной по описываемой схеме, работающей на частоте 60 кГц и имеющей емкость разрядника 600 пф, получена производительность 20 Г/час при амплитуде напряжения на разряднике 3,5 кВ и амплитуде тока в контуре 1 А. При этом активная мощность на разряднике составляла 170 Вт. Габариты такой установки 170 х 220 х 510 мм³.

Заявляемая схема ориентирована, в основном, на установки небольшой мощности (до нескольких киловатт), использующие разрядники с не очень большой емкостью.

ЛИТЕРАТУРА
1. Катявин А. В. Диков В.А. Трубчатый озонатор МКИ C 01 B 13/11 А.С. 1603683.

2. Алексеев М.И. Феофанов Ю.А. Сооружения и способы очистки природных и сточных вод. Л. ЛИСИ 1990 г.

3. Анохина А.И. Современные методы обеззараживания природных и сточных вод. М. ГОСИНТИ, 1977 г.

4. Кожинов Б.Ф. Озонирование воды. М. Стройиздат. 1974 г.

5. Кожинов Б.Ф. Очистка питьевой и технической воды. М. Стройиздат, 1971 г.

6. Катявин А.В. Топоров В.А. Горохов М.В. Баранов С.С. Трубчатый озонатор. МКИ C 01 B 13/11 A.C.1570217.

7. Применение озона при хранении пищевых продуктов. Хаито Сигедзо. Ниппон секухин коге гаккайси. J. Jap. Sok. Food Sei and Technol. 1991 г. N 4.

8. Озонирование помещений кондитерских цехов с целью предотвращения развития аэробных бактерий. Naitoh Shigezo. Бокин Бобай J. Antibact. and Antifungal Agents, Jap. 1989 г. N 10.

9. Бурлакова Л.Е. Герасимова Л.К. Влияние озона на газопроницаемость эпидермы яблок. Замораживание и хранение пищевых продуктов, 1989 г. с. 36-39.

10. Еншина А.Н. Войтик Н.П. Влияние регулярных обработок озоном на химический состав картофеля и овощей. Вопросы питания. 1989 г. N 6.

11. Захарченко М.П. Дмитриев М.Т. Влияние химического состава воздуха на окислительный эффект озона в помещениях. Гигиена и санитария, 1983 г. N 7, с. 4-6.

12. Малышева А.Г. Гигиеническая оценка использования микроозонаторов для очистки воздушной среды помещений. Гигиена и санитария, 1993 г. N 11, с. 54.

13. Малышева А. Г. Растянников Е.Г. Гигиеническая оценка использования озона для очистки загрязненных табачным дымом помещений. Гигиена и санитария, 1993 г. N 6, с.64.

14. Малышев А.Г. Гигиеническая оценка трансформации веществ при озонировании воздушной среды. Гигиена и санитария, 1993 г. N 7, с.52.

15. Пантелеев В.И. Установка для производства озона. C 01 B 13/11, А.С. 1370072.

Использование: изобретение относится к устройствам, предназначенным для получения озона, может быть использовано в установках по очистке промышленных и бытовых сточных вод, подготовке питьевой воды, воды плавательных бассейнов, дезинфекции помещений и в других областях. Сущность изобретения: установка содержит сетевой выпрямитель, питающийся от него высоковольтный источник переменного тока, последовательно соединенные контурную индуктивность и емкость генератора озона. Высоковольтный источник питания выполнен по схеме автогенератора на базе последовательного контура, образованного емкостью генератора озона и контурной индуктивностью, включает в себя триггер управления, вспомогательный генератор пуска, подключенный ко входу "С" триггера управления, усилитель обратной связи, имеющий парафазный выход, подключенный ко входам "R" и "S" триггера управления, и ключевой усилитель мощности, управляемый прямым и инверсным выходам триггера управления. Выход усилителя мощности подключен к контурной индуктивности. Сигнал обратной связи снимается с резистора обратной связи, включенного последовательно с контурной индуктивностью и емкостью генератора озона, и подается на вход усилителя обратной связи. 1 ил.

Установка для получения озона, содержащая сетевой выпрямитель, высоковольтный источник питания генератора озона, последовательно соединенные контурную индуктивность и емкость генератора озона, отличающаяся тем, что сетевой выпрямитель соединен с высоковольтным источником генератора озона, который выполнен по схеме автогенератора на базе последовательного контура, образованного емкостью генератора озона и контурной индуктивностью, включает в себя триггер управления, вспомогательный генератор пуска, подключенный к входу "С" триггера управления, усилитель обратной связи, имеющей парафазный выход, подключенный к входам "R" и "S" триггера, и ключевой усилитель мощности, подключенный к прямому и инверсному выходам триггера управления, выход усилителя мощности подключен к контурной индуктивности, вход усилителя обратной связи подключен к резистору обратной связи, включенному последовательно с емкостью генератора озона.