СИСТЕМА ПОЛУЧЕНИЯ ОЗОНИРОВАННОГО ВОЗДУХА Российский патент 1998 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к технике получения озона из чистого кислорода или воздуха в "тихом разряде" и может быть использовано в установках для очистки и обеззараживания воздуха.

Известна система получения озонированного воздуха, содержащая источник питания и источник высокого напряжения подключенные к разряднику пластинчатого типа (см.а.с. СССР N941278, C 01 B 13/11, 07.07.1982). Разрядник содержит пакет чередующихся электродных пластин с высоким и нулевым электрическим потенциалом и диэлектрические прокладки. Электродные пластины расположены внутри диэлектрических прокладок (вформованы) в плоскости их симметрии. Диэлектрические прокладки выполнены из стеклоармированной пластмассы.

Недостатками известной системы являются малая допустимая удельная производительность по озону и повышенные энергозатраты на производство озона из-за неизбежного перегрева рабочего газа вследствие плохого теплоотвода из зоны разряда.

Известна также система получения озонированного воздуха, содержащая источник питания и источник высокого напряжения, подключенные к разряднику, выполненному из плоских металлических электродов прямоугольной формы, установленных на некотором расстоянии друг от друга (см. патент США N3801791, C 01 B 13/12, 1976). Между рабочими поверхностями электродов расположены стеклянные диэлектрические пластины. Весь слоистый пакет стягивается жесткой монтажной рамой, а электроды соединяются через один в два пучка. Зазор между электродами устанавливается распорными гильзами с образованием разрядных промежутков в виде камер, по которым проходит озонированный воздух.

Недостатком известной системы является неравномерный нагрев стеклянных диэлектрических пластин в процессе работы разрядника, так как специальные устройства для отвода выделяющегося тепла не предусмотрены. При этом в стекле возможно возникновение значительных термических и механических напряжений, приводящих к его разрушению. В результате этого уменьшается срок службы и снижается надежность системы.

Наиболее близкой к предложенной является система получения озонированного воздуха, содержащая источник питания, источник высокого напряжения, подключенный к электродам разрядника, перед которым установлен вентилятор (см.а.с. СССР N1214581, C 01 B 13/11, 28.02.1986). Вентилятор снабжен программным регулятором расхода воздуха, с помощью которого воздух помещения с заданным расходом подается на охлаждение элементов разрядника, смешиваясь на выходе с концентрированным озоновоздушным потоком, разбавляет его до заданной концентрации и равномерно распределяет во всем объеме помещения.

Недостатками данной системы являются сложность управления регулированием заданной концентрацией озона, а также сложность и громоздкость из-за наличия компрессора, фильтра и осушителя, что в целом приводит к снижению надежности системы.

Задачей настоящего изобретения является расширение диапазона удельной производительности системы при повышении надежности ее эксплуатации.

Поставленная задача достигается тем, что известная система получения озонированного воздуха, содержащая источник питания и источник высокого напряжения, подключенный к электродам разрядника, согласно изобретению, дополнительно содержит по крайней мере один программный регулятор времени, генератор импульсов и программный регулятор частоты следования и длительности импульсов, при этом источник питания подключен к программному регулятору времени, а источник высокого напряжения подключен к генератору импульсов, соединенному с программным регулятором частоты следования и длительности импульсов, причем рабочая шкала программного регулятора частоты следования и длительности импульсов ограничена снизу характерным временем развития ионизационного процесса, а сверху ограничена характерным временем образования дугового разряда при заданной скорости воздушного потока в разряднике и расстоянии между электродами разрядника.

Изобретение поясняется чертежом, где представлена функциональная схема системы получения озонированного воздуха.

Система содержит источник питания 1, программные регуляторы времени 2 и 3, генератор импульсов 4, программный регулятор частоты следования и длительности ионизирующих импульсов 5, источник высокого напряжения 6, разрядник 7 и вентилятор 8. Источник питания 1 подключен к программным регуляторам времени 2 и 3. Вентилятор 8 также подключен к программным регуляторам времени 2 и 3. Генератор импульсов 4 соединен с программным регулятором частоты следования и длительности импульсов 5 и источником высокого напряжения 6,в качестве которого может быть использован высоковольтный трансформатор, преобразующий напряжение порядка 300В в напряжение, необходимое для работы разрядника 7. Источник высокого напряжения 6 подключен к электродам разрядника 7. Разрядник 7 выполнен в виде металлических пластин (электродов), каждая из которых покрыта с рабочей стороны слоем высоковольтного изолятора, например, керамики. Пластины через одну подсоединены к одному из двух проводников (вход). Экспериментально установлено, что расстояние между пластинами должно быть не менее 1,5- кратной их толщины. При меньшем расстоянии ухудшаются условия охлаждения пластин, увеличивается количество выделяемого тепла, что приводит к разложению озона в разрядной зоне и снижению производительности озонатора. Пакетная конструкция разрядника позволяет получить большую рабочую поверхность и, следовательно, высокую производительность по озону.

Система получения озонированного воздуха работает следующим образом.

При подаче напряжения от источника питания 1 программные регуляторы времени 2 и 3 запускают одновременно генератор импульсов 4 и вентилятор 8 на заданное время. При этом генератор импульсов 4 работает в режиме, заданном программным регулятором частоты следования и длительности импульсов 5, т.е. подает в источник высокого напряжения 6 импульсы определенной длительности с частотой, определяемой программным регулятором частоты и длительности импульсов 5. Поступающие с генератора импульсов 4 импульсы преобразуются в высоковольтные импульсы в источнике высокого напряжения 6 и поступают к электродам разрядника 7. При подаче на электроды разрядника 7 высокого напряжения в зазорах между ними возникает "тихий разряд", в котором и происходит образование озона из кислорода воздуха. Образующийся озон выдувается из разрядного промежутка вентилятором 8 в помещение.

Диапазон регулирования производительности по озону с помощью программных регуляторов времени в изготовленной конструкции составляет 0,1 до 0,9 г/мин. Применение программных регуляторов времени и программного регулятора частоты следования и длительности импульсов дает возможность при однократном действии системы произвести широкий диапазон регулирования удельной производительности по озону (в изготовленном по рассмотренной схеме озонаторе - от 0,1 до 89,1 г для различных объемов помещений).

Выбор рабочего диапазона регулировки длительности импульсов в пределах
τ_N≤ τ_i≤ τ_R,
где
τ_N - характерное время развития ионизационного процесса;
τ_i - длительность ионизирующего импульса;
τ_R - характерное время образования дугового разряда (при заданной скорости воздушного потока в газоразрядном пространстве и расстоянии между электродами разрядника),
обеспечивает воспроизводимость устройства с заявляемым принципом регулировки рабочего режима системы озонирования. При слишком малой длительности импульса (τ_N< τ_i) производительность системы резко снижается, а при τ_i> τ_R разряд локализуется в малой области разрядного промежутка - имеет место т.н. "шнурование" разрядного тока или в принятой терминологии - образование дугового разряда. В этом случае возникает пробой диэлектрического покрытия электродов и выход разрядника из строя. В прототипе это явление исключается при помощи интенсивного "выдувания" ионизированного воздуха из рабочей зоны разрядника.

Область "тихого" (рабочего) разряда имеет место в диапазоне длительностей импульса от τ_N до τ_R . Эти две фундаментальные для данной системы производства озона константы определяют взаимосвязь конструктивных элементов озонатора и зависят только от двух параметров - конструкции разрядника (расстояния между электродами) и скорости воздушного потока в разрядном промежутке. Расстояние между рабочими электродами (в форме пластин или штырей) и производительность устройства прокачки воздуха через разрядник задаются на стадии изготовления прибора и далее по стандартной схеме измерения разрядного тока определяются τ_N и τ_R для данного типа озонатора.

Устройство с импульсным управлением режимом работы существенно расширяет диапазон регулировки производительности системы озонирования. При малой частоте повторения коротких ионизирующих импульсов данное устройство не требует принудительной продувки воздуха через разрядник, так как в данном случае озон за счет естественной конвекции выносится в свободное пространство.

Для оптимизации теплового режима работы системы озонирования частота следования импульсов должна быть связана с мощностью в импульсе и предельной рассеиваемой мощностью соотношением:
P_i • f ≤ Q_т
где
P_i - мощность в импульсе;
f - частота следования ионизирующих импульсов;
Q_т - предельная рассеиваемая мощность (при заданной скорости воздушного потока в газоразрядном пространстве и расстоянии между электродами разрядника).

В данном случае конструктивно заложенная в приборе возможность регулировки частоты следования импульсов позволяет оптимизировать работу озонатора, что существенно повышает его надежность и долговечность.

Изобретение может быть использовано для получения озона из кислорода или воздуха а тихом разряде. Система получения озонированного воздуха содержит источник питания и источник высокого напряжения, подключенный к электродам разрядника, она дополнительно содержит по крайней мере один программный регулятор времени, генератор импульсов и программный регулятор частоты следования и длительности импульсов, при этом источник питания подключен к программному регулятору времени, а источник высокого напряжения подключен к генератору импульсов, соединенному с программным регулятором частоты следования и длительности импульсов. Рабочая шкала программного регулятора частоты следования и длительности импульсов ограничена снизу характерным временем развития ионизационного процесса, а сверху ограничена характерным временем образования дугового разряда при заданной скорости воздушного потока в разряднике и расстоянии между электродами разрядника. Изобретение расширяет диапазон удельной производительности системы при повышении надежности ее эксплуатации. 1 ил.

Система получения озонированного воздуха, содержащая источник питания и источник высокого напряжения, подключенный к электродам разрядника, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит по крайней мере один программный регулятор времени, генератор импульсов и программный регулятор частоты следования и длительности импульсов, при этом источник питания подключен к программному регулятору времени, а источник высокого напряжения подключен к генератору импульсов, соединенному с программным регулятором частоты следования и длительности импульсов, причем рабочая шкала программного регулятора частоты следования и длительности импульсов ограничена снизу характерным временем развития ионизационного процесса, а сверху ограничена характерным временем образования дугового разряда при заданной скорости воздушного потока в разряднике и расстоянии между электродами разрядника.