ОЗОНАТОР-ВЕНТИЛЯТОР Российский патент 1998 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к устройствам, используемым в биологии, химической промышленности, медицине, сельском хозяйстве, для получения озона с помощью электрического разряда.

Повышение производительности озонатора определяется степенью однородности газового разряда в межэлектродном промежутке и эффективностью охлаждения как электродной системы разряда, так и газовой среды, в которой производится электросинтез озона. Высокая однородность газового разряда при атмосферном давлении достигается в незавершенном поверхностном разряде, развивающемся на диэлектрической подложке, лежащей на проводящем электроде (экране), от коронирующего электрода, включенного в цепь высоковольтного источника переменного тока (Калинин А.В., Козлов М.В., Панюшкин В.В., Экспериментальное исследование характеристик высокочастотного поверхностного разряда. - Изв. АН: Энергетика, 1993, N 4. - с.45-51).

Известен озонатор (авт. св. СССР N 1627506, кл. C 01 B 13/11, 15.02. 91, Бюл. N 60. выполненный в виде трубы из диэлектрического материала, внутри которой циркулирует электропроводящая вода; а на внешней стороне трубы по винтовой линии с постоянным шагом навита лента коронирующего электрода, изготовленная из металлической фольги. Коронирующий и проводящий электроды подключены к высоковольтному источнику переменного тока. Однако использование электропроводящей воды в качестве хладагента и проводящего электрода приводит к повышенной электрической опасности эксплуатации устройства, а также усложняет его конструкцию необходимостью введения специального замкнутого гидравлического контура, обеспечивающего прокачку электропроводящей воды. Стенка диэлектрической трубы должна иметь высокую теплопроводность, так как теплоотвод от коронирующего электрода к хладагенту - проводящему электроду производится через ее толщину. Однако в водных растворах неорганических кислот, солей и щелочей прохождение тока сопровождается химическими явлениями (выделением составных частей растворенного вещества, разложением воды на водород и кислород), что приводит к постепенному снижению эффективности работы как системы охлаждения, так и всего устройства в целом. Основным недостатком озонатора является малая эффективность охлаждения газа в межэлектродном промежутке в связи с отсутствием единого корпуса и прокачного устройства, позволяющих формировать поток холодного воздуха, омывающего диэлектрическую трубу со стороны ленты коронирующего электрода.

Наиболее близким по конструкции является озонатор, разрядный промежуток которого совмещен с центробежным вентилятором и формируется в зазоре между радиальной крыльчаткой и внутренней стороной боковой стенки диэлектрического корпуса-улитки (патент США N 4832918, 23.05.89). Проводящий электрод выполнен в виде металлической фольги и впрессован в диэлектрик на участке стенки корпуса-улитки. Зазор между радиальной крыльчаткой, выполняющей функцию подвижного высоковольтного коронирующего электрода, и участком стенки корпуса-улитки с проводящим электродом выдерживается постоянным, являясь разрядным промежутком озонатора. Формируемый вентилятором поток прокачиваемого воздуха обеспечивает конвективное охлаждение коронирующего электрода и стабилизирует температуру газа в разрядном промежутке за счет непрерывного продувания его. В устройстве возбуждается комбинированный газовый разряд, так как коронирующий электрод установлен с зазором относительно диэлектрической подложки на проводящем электроде. Такой разряд имеет малую однородность заполнения промежутка и, следовательно, ограниченную скорость электросинтеза озона. Наличие подвижного электрода-крыльчатки снижает надежность работы устройства за счет необходимости введения в электрическую цепь скользящего контакта. Затруднено выдерживание расчетной ширины разрядного промежутка за счет возможной эллиптичности колеса крыльчатки, несоосности его установки в корпусе-улитке. Расположение проводящего электрода в толще диэлектрической стенки корпуса делает конструкцию ремонтонепригодной, затрудняет охлаждение электрода. Один из основных недостатков заключается в усложнении конструкции проточной части вентилятора за счет необходимости введения участка с постоянным зазором между крыльчаткой и боковой стенкой корпуса-улитки. Наличие постоянного зазора в газодинамическом тракте ухудшает выходные характеристики центробежного вентилятора.

В основу изобретения поставлена задача повысить надежность работы устройства, упростить его конструкцию и обеспечить высокую производительность генерации озона без снижения выходных характеристик вентилятора.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что озонатор-вентилятор содержит коронирующий и проводящий электроды, соединенные с высоковольтным источником переменного тока и размещенные на разных сторонах боковой стенки диэлектрического корпуса-улитки центробежного вентилятора. Согласно изобретению коронирующий электрод расположен на внутренней стороне стенки и выполнен из фольги в виде ряда гребенок, ориентированных лентами-зубьями против выхода из вентилятора. Каждая гребенка (кроме первой, стоящей на выходе из воздуховодного канала) соединена с высоковольтным источником, имеющим несколько ступеней выходного напряжения, через индивидуальный коммутатор как для ступенчатого регулирования концентрации озона на выходе, так и для возможности дифференцирования уровня напряжения. За счет замены водяного охлаждения воздушным отпадает необходимость в наличии герметичной водопроводной арматуры, что повышает электробезопасность устройства и упрощает его конструкцию.

На фиг. 1 представлен общий вид озонатора-вентилятора, разрез; на фиг. 2 - вид по А, Б и С.

Озонатор совмещен с радиальным вентилятором, корпус-улитка 1 которого выполнен из диэлектрического материала. На внешней стороне стенки корпуса-улитки закреплен проводящий электрод 2 в виде металлического экрана, на внутренней стороне - коронирующий электрод 3, выполненный из фольги (толщина ≈ 100 мкм) в виде ряда гребенок, ориентированных лентами-зубьями против выхода из вентилятора. Такая ориентация зубьев-гребенок обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление тракта, способствует максимальной скорости натекания воздуха в промежутках между лентами-зубьями. Каждая последующая гребенка коронирующего электрода после первой а-а', стоящей на выходе, соединена через индивидуальные коммутаторы 4 и 5 с высоковольтным источником 6, имеющим несколько ступеней выходного напряжения. При этом гребенка а-а' подключена к клемме максимального напряжения U_а источника; секция c-c' - к клемме минимального напряжения U_с, а секция б-б' - к клемме промежуточного значения напряжения U_б. Величины напряжений U_а, U_б и U_с на соответствующих гребенках пропорциональны зазорам между точками а', б' и с' коронирующего электрода 3 и крыльчаткой. Проводящий электрод перекрывает площадь коронирующего электрода.

Озонатор-вентилятор работает следующим образом.

От высоковольтного источника 6 возбуждающее напряжение U_а подается на гребенку а-а' коронирующего электрода 3, через коммутатор 5 напряжение U_б подается на гребенку б-б', через коммутатор 4 напряжение U_с подается на гребенку c-c'. Между проводящим 2 и коронирующим 3 электродами создается электрическое поле. На внутренней поверхности корпуса-улитки 1 образуется самоограниченный поверхностный разряд в потоке прокачивающего воздуха, обеспечивающий генерацию озона и ультрафиолетового излучения.

Озонатор обладает достаточно высокой производительностью за счет генерации озона в холодном воздухе и прост в конструктивном исполнении. В конструкции обеспечено воздушное охлаждение электродов. Эти преимущества открывают широкую перспективу использования в практике предложенной конструкции.

Использование: получение озона с помощью электрического разряда. Сущность изобретения: озонатор-вентилятор содержит коронирующий и проводящий электроды, соединенные с высоковольтным источником переменного тока и размещенные на разных сторонах боковой стенки диэлектрического корпуса-улитки центробежного вентилятора. Коронирующий электрод расположен на внутренней стороне стенки корпуса и выполнен из фольги в виде ряда гребенок, ориентированных лентами-зубьями против выхода из вентилятора. Каждая последующая гребенка коронирующего электрода после первой, стоящей на выходе, соединена через индивидуальный коммутатор с высоковольтным источником, имеющим несколько ступеней выходного напряжения. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Озонатор-вентилятор, содержащий коронирующий и проводящий электроды, соединенные с высоковольтным источником переменного тока и размещенные на разных сторонах боковой стенки диэлектрического корпуса-улитки центробежного вентилятора, отличающийся тем, что коронирующий электрод расположен на внутренней стороне стенки корпуса и выполнен из фольги в виде ряда гребенок, ориентированных лентами-зубьями против выхода из вентилятора. 2. Озонатор-вентилятор по п.1, отличающийся тем, что каждая последующая гребенка коронирующего электрода после первой, стоящей на выходе, соединена с высоковольтным источником через индивидуальный коммутатор.