ОЗОНАТОРНАЯ ЛАМПА Российский патент 2003 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к устройствам для получения озона, используемым в биологии, химической промышленности, медицине, сельском хозяйстве, пищевой, текстильной и других областях народного хозяйства.

Известно электрогазодинамическое устройство для получения озона по авт. св. 1504216, 1989 г., С 01 В 13/11, разрядный элемент которого содержит коаксиально расположенные электроды с диэлектрическим цилиндром между ними. Внешний электрод выполнен кольцевым, а внутренний - в виде усеченного конуса, образованного иглами. При подаче переменного напряжения на электроды разрядного элемента в газовом промежутке возникает барьерный разряд, в результате действия которого на газ образуется озон. Возникающий при разряде электрический ветер приводит газовую смесь в движение. Регулирование межэлектродного пространства за счет изменения угла наклона игольчатого электрода к центральной оси обеспечивает изменение активной мощности разряда и скорости электрического ветра для получения озоногазовой смеси заданной концентрации озона.

Недостатком этой игольчатой конструкции является малая производительность по сравнению с трубчатыми и пластинчатыми озонаторами.

Известен озонатор по патенту РФ 2078027, 1997 г., С 01 В 13/11, в котором конструктивное решение разрядного элемента обеспечивает повышение напряженности электрического поля в разрядном промежутке при меньшем прикладываемом напряжении, что позволяет повысить производительность озонатора без привлечения дополнительных устройств принудительного выдувания озоновоздушной смеси из зоны разряда. Озонатор содержит разрядный элемент, выполненный в виде коаксиально расположенных электродов, подключенных к высоковольтному источнику переменного напряжения, один из которых выполнен в виде спирали, и диэлектрический элемент, расположенный между ними. Поверхность диэлектрического элемента, обращенная к спиральному электроду, выполнена шероховатой. Озонатор может быть снабжен отражательным экраном. Такое решение позволяет лучше использовать газодинамические характеристики низкотемпературной плазмы барьерного разряда и в ряде случаев практического использования не применять дополнительные устройства для удаления озоновоздушной смеси из зоны разряда.

Недостатком этой конструкции является невозможность регулирования производительности по озону в широком диапазоне без изменения параметров разрядного элемента.

Известно устройство для получения озона по патенту РФ 2102311, 1998 г., С 01 В 13/11, содержащее электроды из токопроводящего материала, нанесенного на диэлектрические пластины. Электроды подключены к высоковольтному источнику. Пластины находятся в цилиндрическом корпусе, на котором размещена обмотка, подключенная к регулируемому источнику постоянного тока. При подаче высоковольтного напряжения между диэлектрическими пластинами происходит образование озона за счет разрядных ионизационных процессов. При включении регулируемого источника постоянного тока внутри цилиндрической катушки создаются силы Лоренца, под действием которых ионизированные частицы воздушной среды, включая озон, уносятся из разрядного промежутка, обеспечивая приток новой воздушной массы и тем самым изменение (увеличение) скорости образования озона.

Недостатком устройства является его малая производительность при высокой энергоемкости, а также необходимость использования дополнительных приспособлений или устройств для обеспечения принудительного выдувания озона из корпуса устройства для обработки воздушных и водных сред.

Наиболее близким по технической сущности является озонатор по патенту РФ 2128143, 1999 г. , С 01 В 13/11, содержащий разрядный элемент, электроды которого подсоединены к регулируемому источнику высокого переменного напряжения. Электроды выполнены из тонкой жести или токопроводящего слоя и размещены между диэлектрическими пластинами. С двух сторон перпендикулярно пластинам разрядного элемента установлены дополнительные электроды в виде металлических сеток, покрытых диэлектриками. Дополнительные электроды подключены к регулируемому высоковольтному источнику постоянного напряжения. При подаче переменного напряжения на электроды разрядного элемента между диэлектрическими пластинами происходит коронный разряд, в результате которого образуется озон. При одновременной подаче постоянного напряжения на металлические сетки происходит ионизация кислорода воздушной среды, облегчающая процесс образования коронного разряда и способствующая увеличению скорости образования озона.

Недостатком этой конструкции является малая производительность озона при высокой энергоемкости, а также необходимость использования дополнительных приспособлений или устройств для обеспечения принудительного удаления озона из зоны разряда для обработки воздушных и водных сред.

Задачей данного изобретения является повышение производительности по озону за счет дополнительного выноса озоновоздушной смеси из зоны разряда и обеспечения широкого регулирования концентрации озона на выходе устройства, уменьшение энергоемкости лампы, а также расширение функциональных возможностей озонаторной лампы.

Поставленная задача решается тем, что в озонаторной лампе, содержащей разрядный элемент, внешний и внутренний электроды которого подключены к источнику переменного напряжения, и дополнительные электроды, подключенные к источнику постоянного напряжения, согласно изобретению дополнительные электроды расположены коаксиально разрядному элементу, при этом рабочая поверхность одного из дополнительных электродов значительно превышает поверхность другого.

Разрядный элемент может быть выполнен из коаксиально расположенных электродов с диэлектрическим элементом между ними.

Внешний электрод разрядного элемента может быть выполнен спиральным.

Внешний электрод разрядного элемента может быть выполнен из продольных и/или поперечных токопроводящих нитей или стержней с любой конфигурацией сечения.

Дополнительные электроды могут быть выполнены в виде цилиндрических стержней или пластин.

Дополнительные электроды могут состоять из нескольких элементов, параллельно соединенных между собой.

При использовании дополнительных электродов в виде пластин пластины расположены в радиальных плоскостях сечения разрядного элемента.

Дополнительным электродом может служить внешний электрод разрядного элемента.

Озонаторная лампа может быть снабжена отражательным экраном, размещенным параллельно оси разрядного элемента.

Использование в озонаторной лампе дополнительных электродов с отличающимися в несколько раз площадями рабочих поверхностей позволяет реализовать систему электродов "острие - плоскость", обладающую максимальными характеристиками по скоростному напору "электрического ветра". За счет этого источника движения воздуха интенсифицируется вынос озона из зоны разряда без применения электромеханических устройств (вентилятор, компрессор) и полнее используются газодинамические характеристики барьерного разряда, повышая производительность озонаторной лампы.

Размещение дополнительных электродов коаксиально разрядному элементу активизирует ионизацию кислорода воздушной среды, чем облегчает процесс образования озона и, как следствие, уменьшение удельных энергозатраты на производство озона.

На чертеже приведена озонаторная лампа в разрезе.

Озонаторная лампа содержит разрядный элемент, включающий коаксиально расположенные электроды 1 и 2. Электрод 1 может быть выполнен в виде спирали и расположен со стороны внешней поверхности диэлектрического элемента 3, а электрод 2, выполненный в виде проводящего слоя, расположен на внутренней поверхности диэлектрического элемента 3. Электроды 1 и 2 подключены к высоковольтному источнику переменного напряжения 4. Дополнительные электроды 5 и 6 расположены коаксиально разрядному элементу и подключены к регулируемому источнику постоянного напряжения 7. Рабочая поверхность одного из электродов, в данном случае 6, значительно превышает рабочую поверхность электрода 5. Дополнительные электроды 5 и 6 могут быть выполнены из нескольких элементов, параллельно соединенных между собой. При использовании дополнительных элементов, выполненных в виде пластин, пластины расположены в радиальных плоскостях сечения разрядного элемента. Озонаторная лампа может быть снабжена отражательным экраном 8, который может быть выполнен, например, в виде полуокружности, а также экраном может служить корпус лампы.

Озонаторная лампа работает следующим образом.

При подключении источника переменного напряжения 4 в разрядном элементе между электродами 1 и 2 возникает тихий электрический разряд, приводящий к образованию озона. При одновременной подаче постоянного напряжения от источника 7 на дополнительные электроды 5 и 6 происходит ионизация кислорода воздушной среды, облегчающая процесс образования барьерного разряда в разрядном промежутке разрядного элемента и способствующая увеличению скорости образования озона, который интенсивно выносится "электрическим ветром", образованным дополнительными электродами 5 и 6. За счет выноса активного кислорода из зоны разряда в ней создается разряжение, в которое вовлекается новая масса воздушной среды, что значительно увеличивает скорость образования озона. Изменением напряжения регулируемого источника постоянного напряжения 7 можно изменять концентрацию озона на выходе лампы.

Использование отражательного экрана 8 концентрирует электрогазодинамические процессы, имеющие место при барьерном разряде.

Озонаторная лампа может работать также и в режиме ионизатора при подключении только одного регулируемого источника постоянного напряжения 7. В этом случае источник 7 подключен либо к электродам 5 и 6, либо к внешнему электроду 1 разрядного элемента и одному из дополнительных электродов 5 или 6. Под действием электрического поля, возникающего между электродами 1 разрядного элемента и дополнительными 5 или 6, происходит поляризация микрочастиц воздушной среды и их осаждение на дополнительные электроды, что обеспечивает работу лампы в качестве электрического фильтра.

Подключение внешнего электрода 1 одновременно к источникам 4 и 7 позволяет исключить дополнительный электрод 5 и обеспечить вынос отрицательных ионов из зоны барьерного разряда при работе лампы в качестве источника ионов (ионизатора).

Интенсивность процесса ионизации и степень поляризации достигаются регулированием напряжения источников постоянного и переменного напряжения.

Предлагаемая конструкция представляет собой злектрогазодннамический прибор - озонаторную лампу с достаточно высокой производительностью за счет интенсифицирования выноса озона из зоны разряда электрическим ветром. Озонаторная лампа не требует использования электромеханических устройств принудительного выноса озона из зоны разряда, что упрощает и удешевляет ее конструкцию по сравнению с существующими аналогами и, соответственно, повышает ее надежность и срок службы. Кроме того, наличие дополнительной системы электродов позволяет ионизировать воздушную среду, благодаря чему лампа может работать в качестве ионизатора, а такое свойство, как поляризация, притягивание и осаждение на электродах микрочастиц (пыли) из окружающей среды, позволяет использовать озонаторную лампу в качестве электрического фильтра. Способность работы озонаторной лампы в качестве ионизатора и электрического фильтра расширяет функциональные возможности приборов такого типа.

Устройство предназначено для получения озона, используемого в различных отраслях народного хозяйства. Озонаторная лампа содержит разрядный элемент, внешний и внутренний электроды которого подключены к источнику переменного напряжения, и дополнительные электроды, подключенные к источнику постоянного напряжения. Дополнительные электроды расположены коаксиально разрядному элементу. Рабочая поверхность одного из дополнительных электродов превышает поверхность другого. Данная озонаторная лампа отличается повышенной производительностью, уменьшением энергоемкости лампы, расширением ее функциональных возможностей. 8 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Озонаторная лампа, содержащая разрядный элемент, внешний и внутренний электроды которого подключены к источнику переменного напряжения, и дополнительные электроды, подключенные к источнику постоянного напряжения, отличающаяся тем, что дополнительные электроды расположены коаксиально разрядному элементу, при этом рабочая поверхность одного из дополнительных электродов превышает поверхность другого. 2. Озонаторная лампа по п.1, отличающаяся тем, что разрядный элемент содержит коаксиально расположенные электроды с диэлектрическим элементом между ними. 3. Озонаторная лампа по п.1 или 2, отличающаяся тем, что внешний электрод разрядного элемента выполнен спиральным. 4. Озонаторная лампа по п.1 или 2, отличающаяся тем, что внешний электрод разрядного элемента выполнен из продольных и/или поперечных токопроводящих нитей или стержней. 5. Озонаторная лампа по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что дополнительные электроды выполнены в виде цилиндрических стержней или пластин. 6. Озонаторная лампа по одному из пп.1-5, отличающаяся тем, что дополнительные электроды состоят из нескольких элементов, параллельно соединенных между собой. 7. Озонаторная лампа по одному из пп.1-6, отличающаяся тем, что при использовании дополнительных электродов, выполненных в виде пластин, пластины расположены в радиальных плоскостях сечения разрядного элемента. 8. Озонаторная лампа по одному из пп.1-5, отличающаяся тем, что дополнительным электродом является внешний электрод разрядного элемента. 9. Озонаторная лампа по одному из пп.1-7, отличающаяся тем, что она снабжена отражательным экраном, размещенным параллельно оси разрядного элемента.