РАЗРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКТИВАЦИИ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ Российский патент 2002 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к электротехническим устройствам для активации газовых сред в высоковольтном электрическом разряде.

Известны устройства для получения озона, у которых областью образования озона является промежуток между коаксиально расположенными металлическими цилиндрическими трубами, покрытыми слоем стеклоэмали на поверхностях, обращенных к разрядному промежутку [1].

Недостатками устройства являются
- нетехнологичность конструкции в изготовлении из-за высоких требований к равнотолщинности слоя диэлектрика, к его составу и однородности;
- низкая надежность из-за различия коэффициентов термического расширения металла и диэлектрического слоя
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для получения озона и проведения химических реакций, состоящее из двух параллельных металлических электродов со стеклоэмалевыми диэлектрическими слоями на сторонах, обращенных к разрядному промежутку, помещенных в корпус. Генерация озона происходит при приложении к электродам однополярных высоковольтных импульсов длительностью не более одной микросекунды и с периодом порядка 100 мкс [2].

Основными недостатками указанного устройства являются
- громоздкость конструкции из-за необходимости введения нейтрализатора отрицательного заряда;
- нетехнологичность конструкции в изготовлении.

Предлагаемое изобретение позволяет обеспечить надежность работы устройства, стабильность характеристик в процессе эксплуатации и технологичность конструкции при изготовлении, а также просто осуществить при необходимости ремонт.

Задача достигается тем, что в известном устройстве для активации газовой среды, содержащем два плоских металлических электрода, покрытых со стороны разрядного промежутка слоем диэлектрика, соединенных с генератором импульсов высокого напряжения и помещенных в корпус с входным и выходным отверстиями, металлические электроды выполнены в виде двух пространственных гребенок, взаимопроникающие плоские съемные зубья которых чередуются с одинаковым интервалом друг от друга, образуя ряд разрядных промежутков, зубья выполнены из токопроводящей фольги, помещенной между сапфировыми пластинами той же формы, причем фольга смещена относительно сапфировых пластин в сторону основания гребенки на расстояние 1-1,5 величины разрядного промежутка между зубьями, а края фольги перекрываются сапфировой пластиной на ширину в 2,5-3 раза превышающую тот же разрядный промежуток, который в свою очередь в 3,5-5 раз больше толщины зубьев, а основания гребенок соединены с генератором разнополярных импульсов высокого напряжения.

Указанные отличительные признаки предлагаемого устройства для активации газовой среды являются существенными, так как обеспечивают стабильность характеристик, надежность в работе, технологичность при изготовлении, простоту в эксплуатации и ремонте.

Конструктивные особенности размещения токопроводящей фольги по отношению к сапфировым пластинам и соотношения размеров выбраны на основе экспериментальных исследований условий возникновения разряда в нескольких разрядных промежутках в зависимости от длительности разнополярных прямоугольных импульсов напряжения и их частоты, а также производительности по озону.

При заданной величине напряжения пробоя разрядного промежутка минимальный сдвиг токоведущей фольги в сторону основания гребенки, а также ее максимальный диаметр исключают пробой по поверхности диэлектрического корпуса, а также утечку зарядов с активной поверхности зубьев гребенок.

Максимальный сдвиг токоведушей фольги в сторону основания гребенки и минимальный диаметр токоведушей фольги обусловлены уменьшением активной площади зубьев гребенок.

Максимальная величина разрядного промежутка при заданной толщине сапфировых пластин ограничена условиями надежности самих пластин, связанной с увеличением бросков напряженности электрического поля в них при электрическом пробое в разрядном промежутке, тогда как уменьшение нижнего предела нецелесообразно, так как приводит к разогреву пластин.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на чертежах, где на фиг.1 и 2 изображена пара зубьев электродов, соответственно вид сбоку и сечение их по линии А-А, образующие разрядный промежуток, а на фиг.3 и 4 изображено устройство в сборе, соответственно вид сверху и сечение его по линии Б-Б.

Изображенные на фиг.1 и 2 пара зубьев электродов от двух гребенок выполнены в виде дисков из алюминиевой фольги l с лепестком 2, расположенных между двумя сапфировыми пластинами 3, при этом толщина одного зубца составляет l₁. Как показано на чертеже, лепестки 2 соседних зубьев электродов, образующих разрядный промежуток l₂=3,5-5 l₁, располагаются диаметрально противоположно, а алюминиевая фольга l сдвинута относительно сапфировых пластин 3 в сторону лепестка 2 к основанию гребенки на величину l₃=1-1,5 l₂. Сапфировые пластины 3 перекрывают края диска фольги l на величину l₄=2,5-3 l₂.

Выполненные таким образом плоские дискообразные зубья 4 электродов, как показано на фиг.3, размещаются в пазах гребенчатой структуры внутренней части диэлектрического корпуса 5 Лепесток 2 алюминиевой фольги входит в пружинящий зажим 6, соединенный с основанием токоведущей гребенки 7, которая с наружной стороны защищена изолирующей накладкой 8 и имеет выходной конец 9.

Входное окно 10 расположено в крышке 11, закрывающей корпус 5, в дне которого имеется выходное окно 12. Крышка корпуса удерживает зубья электродов от смещения. При необходимости, сняв крышку корпуса, можно заменить зубья электродов или ввести дополнительные в соответствии с количеством пазов в профиле корпуса.

ПРИМЕР. Изготовленное устройство для генерации озона имеет диаметр алюминиевой фольги 56 мм, сапфировые пластины диаметром 76 мм и толщиной 0,5 мм.

Для генерации озона из воздуха на входном окне корпуса крепится центробежный вентилятор. К выходам 9 оснований металлических гребенок прикладываются разнополярные прямоугольные импульсы напряжения с амплитудой 10-12 кВ.

Существование небольшого разброса в величине разрядного промежутка приводит к тому, что электрический пробой будет развиваться в том промежутке, где напряженность поля окажется критической. Образовавшиеся в процессе пробоя разноименные заряды будут разнесены к соответствующим по полярности электродам и, тем самым, поле в промежутке будет уменьшено.

Если ширина импульса будет меньше 5 мкс, то при прохождении импульса противоположной полярности поле зарядов на диэлектрических слоях электродов будет компенсировано и пробой вновь произойдет в том же промежутке.

С ростом ширины импульса и пробоя одного из промежутков магнитная энергия высоковольтного импульсного трансформатора восстанавливается до заданного условиями работы генератора предела, и критическое поле формируется в течение длительности импульса в следующих промежутках.

При ширине импульса не меньше 50 мкс и частоте 5 кГц электрический пробой будет происходить во всех промежутках.

Необходимая производительность устройства достигается путем изменения числа равноудаленных электродов. При наличии семи разрядных промежутков и производительности по воздуху 100 м /ч производительность по озону достигает 20 г/ч. Потребляемая при этом мощность равна 300 Вт.

Источники информации
1. Филиппов Ю.Ф., Вобликова В А., Пантелеев В.И. - Электросинтез озона, изд-во Московского университета, 1987 г.

2. Патент США 4016060, С 01 В 13/11, опубл. 05.04.1977.

Устройство используется для активации газовой среды в высоковольтном электрическом разряде. В устройстве металлические электроды выполнены в виде двух пространственных гребенок, взаимопроникающие плоские съемные зубья которых чередуются с одинаковым интервалом друг от друга, образуя ряд разрядных промежутков. Зубья выполнены из токопроводящей фольги, помещенной между сапфировыми пластинами той же формы. Фольга смещена относительно сапфировых пластин в сторону основания гребенки на расстояние в 1-1,5 величины разрядного промежутка между зубьями. Края фольги перекрываются сапфировой пластиной на ширину, в 2,5-3 раза превышающую тот же разрядный промежуток, который в свою очередь в 3,5-5 раз больше толщины зубьев. Основания гребенок соединены с генератором разнополярных импульсов высокого напряжения. Данное устройство отличается надежностью работы, технологичностью и простотой в эксплуатации. 4 ил.

Разрядное устройство для активации газовой среды, содержащее два параллельных плоских металлических электрода, покрытых со стороны разрядного промежутка слоем диэлектрика, соединенных с генератором импульсов высокого напряжения и помещенных в корпус с входным и выходным отверстиями, отличающееся тем, что металлические электроды выполнены в виде двух пространственных гребенок, взаимопроникающие плоские съемные зубья которых чередуются с одинаковым интервалом друг от друга, образуя ряд разрядных промежутков, зубья выполнены из токопроводящей фольги, помещенной между сапфировыми пластинами той же формы, причем фольга смещена относительно сапфировых пластин в сторону основания гребенки на расстояние в 1-1,5 величины разрядного промежутка между зубьями, края фольги перекрываются сапфировой пластиной на ширину, в 2,5-3 раза превышающую тот же разрядный промежуток, который, в свою очередь, в 3,5-5 раз больше толщины зубьев, а основания гребенок соединены с генератором разнополярных импульсов высокого напряжения.