УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЗОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА Российский патент 2001 года по МПК F24F3/16 C01B13/11 

Изобретение относится к устройствам для озонирования воздуха и может быть использовано для очистки воздуха от вредных газов и микроорганизмов, а также для водоочистки и водоподготовки.

Известны устройства для озонирования воздуха, состоящие из высоковольтного источника питания и камеры синтеза озона в потоке воздуха в барьерном разряде (см. Вигдорович В.Н., Исправников Ю.А., Нижаде-Гаагани Э.А. Проблемы озонирования и озонообработки и создание озоногенераторов второго поколения. М. - С.-Пб.: Озонит, 1994, 112 с.).

В качестве диэлектрика для создания барьерного разряда используется кварцевое стекло.

Недостатком таких устройств является их низкий ресурс, связанный с использованием твердого диэлектрика. Наличие диэлектрического барьера приводит к дополнительным потерям и локальному перегреву диэлектрика.

Твердые диэлектрики при действии электрического поля высокой напряженности быстро выходят из строя.

Другими недостатками этих устройств являются технологическая сложность нанесения барьеров и необходимость предварительного осушения и очистки воздуха перед подачей в камеру озонопроизводства.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для озонирования воздуха (см. а.с. СССР N 1543193, кл. F 24 F 3/16, C 01 B 13/11, опубликовано 15.02.1990 г. Бюл. N 6), содержащее расположенную в воздуховоде озонирующую камеру с игольчатыми электродами, подключенными к источнику высокого напряжения и направленными остриями друг другу навстречу, и размещенную между электродами металлическую диафрагму, которая подключена к отрицательной полярности источника, а электроды расположены симметрично диафрагме и подключены к положительной полярности источника. Недостатками данного устройства являются низкий выход озона; большие удельные энергозатраты; необходимость осушения и очистки воздуха; сложность охлаждения электродов, находящихся под высоким потенциалом относительно земли.

Целью изобретения является увеличение выхода озона, снижение удельных энергозатрат, исключение воздухоподготовки, упрощение охлаждения.

Поставленная цель достигается тем, что озонирующая камера выполнена в виде призмы, при этом одна пара противоположных граней выполнена из металла и подключена к заземленному выводу высоковольтного наносекундного импульсного источника питания, другая пара граней выполнена из диэлектрика, а в плоскости симметрии между заземленными гранями расположен игольчатый электрод, подключенный к высоковольтному выводу источника питания.

Концы электрода закреплены на боковых диэлектрических гранях озонирующей камеры, имеющих развитую поверхность.

При этом электрод выполнен полым и соединен диэлектрическим шлангом с системой охлаждения.

В сравнении с прототипом, в котором используется источник постоянного напряжения, в предлагаемом устройстве используется высоковольтный наносекундный импульсный источник питания. Использование наносекундных импульсов позволяет значительно повысить энерговклад в объемный разряд, (см. Е.П. Велихов и др. Физические явления в газоразрядной плазме. М.: Наука, 1987 г.), а следовательно, и выход озона, т.к. он определяется током разряда (см. Kiss, Endre, Masuda, Senichi. "Investigation of discharge current of surface discharge tupe ozoniser". Mod. Electrostatics Beijing Oxford ets., 1989, с. 517-520).

Снижение энергозатрат по сравнению с прототипом обусловлено малой длительностью импульса тока, согласованием выхода импульсного генератора с параметрами разрядного промежутка.

(Ohkubo, Toshikazu; Hamasaki, Suunsaku; Nomoto, Uukiharu; Chang, Jen-Shin; Adachi, Takauoshi. "The effect of corona wire heating on the downstream ozone concentration profiles in an air-cleaning wire - duct electrostatic precipitator". IEEE Trans. Ind. Appi. ISSN 0093-9994 т. 26, 1990, N 3, с. 542-549).

Выполнение противоположных стенок озонирующей камеры из металла позволило использовать их в качестве заземленных электродов, что значительно упрощает их охлаждение.

В прототипе положительный и отрицательный электроды имеют сетчатую конструкцию, что не позволяет использовать для их охлаждения хладагенты (вода, фреон, аммиак и т. д.). В предлагаемом устройстве электроды обеих полярностей могут быть выполнены полыми, что позволяет использовать хладагент, а параметры импульса напряжения, подводимого к электродной системе, выбраны таким образом, что повышенная влажность и запыленность воздуха не влияют на характер разряда в межэлектродном промежутке и выход озона, что позволяет отказаться от воздухоподготовки.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлена принципиальная схема устройства для озонирования воздуха.

Устройство для озонирования воздуха содержит озонирующую камеру, выполненную в виде призмы, при этом одна пара противоположных граней 1 выполнена из металла и подключена к заземленному выводу высоковольтного наносекундного импульсного источника питания, другая пара граней 2 выполнена из диэлектрика, а в плоскости симметрии между заземленными гранями 1 расположен игольчатый электрод 3, подключенный к высоковольтному выводу источника питания.

Крепление концов электродов на боковых диэлектрических гранях, имеющих развитую поверхность, позволяет упростить конструкцию озонирующей камеры, повысить электрическую прочность и упростить подвод высокого напряжения.

Для улучшения охлаждения заземленные грани 1 и электрод 3 могут быть выполнены полыми для подачи хладагента. При этом подача хладагента к игольчатому электроду 3 осуществляется по диэлектрическому шлангу.

Устройство работает следующим образом.

Воздух по воздуховоду подается в озонирующую камеру вдоль металлических граней 1 и игольчатого электрода 3. При подаче высоковольтных наносекундных импульсов на электрод 3 происходит импульсный коронный разряд между остриями игольчатого электрода 3 и заземленными гранями 1, в результате которого образуется озон.

Увеличение выхода озона достигается тем, что в отличие от прототипа, в котором питание осуществляется от источника постоянного напряжения, в заявляемом устройстве используются импульсы наносекундной длительности, которые позволяют значительно повысить энерговклад в объемный разряд, а следовательно, и выход озона.

Снижение энергозатрат по сравнению с прототипом обусловлено малой длительностью импульса тока, согласованием выхода импульсного генератора с параметрами разрядного промежутка.

Выполнение противоположных стенок озонирующей камеры из металла позволило использовать их в качестве заземленных электродов, что значительно упрощает их охлаждение.

В прототипе положительный и отрицательный электроды имеют сетчатую конструкцию, что не позволяет использовать для их охлаждения хладагенты (вода, фреон, аммиак и т. д.). В предлагаемом устройстве электроды обеих полярностей могут быть выполнены полыми, что позволяет использовать хладагент.

Параметры импульса напряжения, подводимого к электродной системе, выбраны таким образом, что повышенная влажность и запыленность воздуха не влияют на характер разряда в межэлектродном промежутке и выход озона, что позволяет отказаться от воздухоподготовки.

Следовательно, предлагаемое устройство для озонирования воздуха позволяет увеличить выход озона, снизить удельные энергозатраты, исключить воздухоподготовку и упростить охлаждение электродов.

Изобретение может быть использовано для очистки воздуха от вредных газов и микроорганизмов, а также для водоочистки и водоподготовки. Устройство состоит из озонирующей камеры, выполненной в виде прямоугольной призмы, при этом одна пара противоположных граней выполнена из металла и подключена к заземленному выводу высоковольтного наносекундного источника питания, другая пара граней выполнена из диэлектрика, а в плоскости симметрии между заземленными гранями расположен игольчатый электрод, подключенный к высоковольтному выводу источника питания. Игольчатый электрод концами закреплен на боковых диэлектрических гранях с развитой поверхностью. Электроды могут быть выполнены полыми и соединяться диэлектрическим шлангом с системой охлаждения. Изобретение позволяет увеличить выход озона, снизить удельные энергозатраты, исключить воздухоподготовку, упростить конструкцию озонирующей камеры, электродов и системы охлаждения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для озонирования воздуха, содержащее озонирующую камеру с игольчатыми электродами, подключенными к источнику высокого напряжения, отличающееся тем, что озонирующая камера выполнена в виде призмы, при этом одна пара противоположных граней выполнена из металла и подключена к заземленному выводу высоковольтного наносекундного импульсного источника питания, другая пара граней выполнена из диэлектрика, а в плоскости симметрии между заземленными гранями расположен игольчатый электрод, подключенный к высоковольтному выводу источника питания. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что концы электрода закреплены на боковых, диэлектрических гранях озонирующей камеры, имеющих развитую поверхность. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрод выполнен полым и соединен диэлектрическим шлангом с системой охлаждения.