ШИРОКОДИАПАЗОННЫЙ ГЕНЕРАТОР ОЗОНА Российский патент 2002 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для получения озона из кислорода посредством электрического разряда, а именно к перспективным в настоящее время высокочастотным озонаторам с тиристорными преобразователями, рабочая частота которых составляет сотни и тысячи герц. Оно может быть использовано в генераторах озона, используемых в медицине, в микробиологической промышленности, в коммунальном и сельском хозяйстве.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является импульсный источник питания озонатора [Ю.В.Филиппов, В.А.Вобликова, В. И.Пантелеев. Электросинтез озона. М.: Изд. Московского университета, 1987 г. , стр. 225, рис. Y11.4], состоящий из источника постоянного напряжения, дросселя, накопительного конденсатора, высокочастотного тиристора с блоком управления, высоковольтного трансформатора и разрядника. Регулировка концентрации озона в таком озонаторе осуществляется посредством изменения частоты импульсов напряжения, подаваемых на разрядник.

Недостатком приведенного выше озонатора является невозможность генерации озона в широком диапазоне концентраций. Причина заключается в следующем. Генерация максимальной концентрации озона происходит при работе на максимально допустимой частоте, равной резонансной частоте колебательного контура, образованного из дросселя и накопительного конденсатора. При работе на этой частоте высокочастотный тиристор открывается в тот момент времени, когда напряжение на накопительном конденсаторе достигает максимального значения. В дальнейшем напряжение на накопительном конденсаторе, при котором открывается тиристор и, соответственно, происходит генерация озона в разряднике, будет называться напряжением разряда Vраз. Для работы при малых концентрациях озона необходимо снижать частоту разрядов. Однако при снижении частоты вследствие колебательного процесса в контуре снижается также напряжение разряда. При работе с малыми концентрациями это напряжение настолько снижается, что генерация озона становится очень нестабильной или вообще прекращается, так как разряд в разряднике может происходить только при достаточно бoльшoм напряжении. В частности, например, в озонаторе, собранном по данной схеме, удалось перекрыть диапазон концентраций от 1 до 10 г/м³, что недостаточно в медицинской технике, где требуется более широкий диапазон концентраций озона.

Техническая задача заключается в расширении диапазона концентраций озона, генерируемого озонатором. Решение указанной технической задачи достигается тем, что в широкодиапазонном генераторе озона, состоящем из источника постоянного напряжения, дросселя, накопительного конденсатора, высокочастотного тиристора с блоком управления, высоковольтного трансформатора и разрядника, последовательно с дросселем включен диод.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена принципиальная схема предлагаемого широкодиапазонного генератора озона, на фиг. 2 - измеренные на прототипе осциллограммы напряжений на накопительном конденсаторе С1 при разных частотах работы, на фиг.3 - осциллограммы напряжений на накопительном конденсаторе С1, измеренные на опытном образце, собранном согласно данной заявке.

Широкодиапазонный генератор озона (фиг.1) состоит из источника постоянного напряжения G1, дросселя L1, диода VD1, высокочастотного тиристора VS1 с блоком управления А1, накопительного конденсатора С1, высоковольтного трансформатора TV1 и разрядника FV1.

Работает генератор следующим образом. Вначале конденсатор С1 заряжается от источника постоянного напряжения G1 через дроссель L1. Затем блок управления А1 открывает тиристор VS1. При этом во вторичной обмотке высоковольтного трансформатора ТV1 развивается высокое напряжение, приводящее к появлению разряда в разряднике FV1 и, соответственно, к генерации озона. Затем тиристор VS1 закрывается и начинается заряд емкости С1 через дроссель L1 и диод VD1. В предлагаемой схеме конденсатор С1 заряжается до максимального напряжения Vmax= 2Е+Voст, где Е - постоянное напряжение источника питания, Vост - остаточное напряжение на конденсаторе С1 после разряда. После заряда до максимального напряжения диод VD1 закрывается, т.к. Vmax>Е. Это напряжение остается на конденсаторе С1 до прихода следующего импульса открывания тиристора VS1, и весь цикл работы широкодиапазонного генератора озона повторяется. Таким образом, каждый разряд конденсатора С1 происходит при фиксированном напряжении Vmax на конденсаторе независимо от частоты работы широкодиапазонного генератора озона. По этой причине генератор осуществляет стабильную генерацию озона в широком диапазоне концентраций. Для нормальной работы генератора индуктивность дросселя L1 должна соответствовать условию: L1<1/[(πF)²Cl], где F - частота работы озонатора. Это условие возникает из естественного требования, заключающегося в том, что после каждого разряда накопительный конденсатор С1 должен полностью зарядиться до напряжения Vmax.

В настоящее время на АО "Лепсе" выпускается озонатор "Озон М-50", собранный по известной схеме (прототип). Он обеспечивает генерацию озона в диапазоне концентраций от 1 до 10 г/м³. Доработка данного озонатора согласно данной заявке позволило расширить диапазон регулировки концентрации озона от 0,05 до 10 г/м³. На фиг.2 показаны осциллограммы напряжений на конденсаторе С1 при разных частотах работы прототипа (генератор озона "Озон М-50"). В данной конструкции озонатора минимальное напряжение на конденсаторе С1, при котором еще возможен стабильный разряд, приблизительно равно 400 В. Максимально возможная частота работы озонатора равна 2 кГц. Из приведенных осциллограмм видно, что при снижении частоты работы уменьшается напряжение разряда Vpaз и уже при частоте 1 кГц приближается к предельному значению 400 В. Ниже частоты 1 кГц озонатор практически не работает (генерация озона очень нестабильная или вообще прекращается).

На фиг.3 показаны осциллограммы напряжения на конденсаторе С1, снятые на генераторе, изготовленном согласно данной заявке. Представленные осциллограммы наглядно показывают, что в собранном согласно данной заявке широкодиапазонном генераторе озона напряжение разряда на конденсаторе С1 в отличие от прототипа не зависит от частоты. Реально оказалось возможным работать на очень малых частотах (вплоть до нескольких герц). Вследствие того, что концентрация озона приблизительно линейно зависит от частоты работы озонатора, то изменяя частоту в таком широком диапазоне (от 2 кГц до единиц герц), можно в очень широком диапазоне изменять концентрацию генерируемого озона.

Испытания опытного образца, собранного согласно данной заявке, показали, что диапазон концентраций озона, генерируемого установкой, удалось расширить в 20 раз. Таким образом, поставленная техническая задача решена.

Устройство предназначено для получения озона. Генератор озона состоит из источника постоянного напряжения, дросселя, накопительного конденсатора, высокочастотного тиристора, высоковольтного трансформатора и разрядника. Последовательно с дросселем включен диод. Генератор позволяет расширить диапазон концентраций озона. 3 ил.

Генератор озона, состоящий из источника постоянного напряжения, дросселя, накопительного конденсатора, высокочастотного тиристора, высоковольтного трансформатора и разрядника, отличающийся тем, что последовательно с дросселем включен диод.