Способ и устройство получения озона Российский патент 2004 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к способам и устройствам для получения озона и может быть использовано в сельском хозяйстве, пищевой промышленности и в других отраслях, где требуется повышенная подача озоновоздушной смеси, например для сушки активным вентилированием.

Известен способ получения озона электросинтезом воздуха или кислорода путем барьерного разряда в диэлектрическом промежутке. Получение озона осуществляется в специальных генераторах озона, которые состоят из двух электродов и диэлектрика (обычно стекло). Между электродами, разделенными диэлектриком, имеется зазор 2...3 мм, через который продувают воздух или чистый кислород [1].

Эти способ и устройство характеризуются низкой производительностью как по озону, так и по озоновоздушной смеси, кроме того, синтез озона энергозатратен и для эффективной работы нуждается в охладительных установках.

Известен способ получения озонированного воздуха, включающий его подачу, циркуляцию через газоразрядное устройство по обводному каналу с доведением смеси до насыщения и вывод из устройства [2].

Этот способ является наиболее близким к заявляемому и выбран за прототип.

Недостатками известного способа являются, низкая производительность по озоновоздушной смеси и энергозатратность, обусловленные отвлечением существенной части смеси на рециркуляцию, что препятствует его применению для сушки зерна активным вентилированием.

Известно устройство для получения озона из воздуха, содержащее корпус, разрядные блоки, проводники и крепежные детали [3]. Это устройство рассчитано на повышенную подачу озоновоздушной смеси, однако концентрация озона в смеси достаточно низка, кроме того, характеризуется высокой энергоемкостью. Это устройство по технической сущности наиболее близко к заявляемому и выбрано за прототип.

Задача изобретения - повышение выхода озона в смеси и снижение энергоемкости процесса.

Это достигается тем, что в способе получения озона, предусматривающем подачу воздуха в газоразрядное устройство, циркуляцию по обводному каналу с доведением смеси до насыщения и вывод ее из устройства, согласно изобретению в обводном канале дополнительно озонируют не более 50% озоновоздушной смеси.

В устройстве для получения озона, включающем корпус, разрядные блоки, проводники, крепежные детали, согласно изобретению корпус снабжен воздухопроницаемой перегородкой трапецеидальной формы, на меньшем основании которой размещены основные, а на большем - дополнительные разрядные блоки, а обводной канал образован основаниями этой перегородки, кроме того, на входе и выходе обводного канала размещены отклоняющие пластины, а между основными и дополнительными разрядными блоками установлена пластина с регулируемым углом наклона.

Именно такое выполнение устройства обеспечивает осуществление данного способа, что позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Новым в способе является дополнительное озонирование и сокращение до 50% рециркулирующей озоновоздушной смеси. Новым в устройстве является размещение в его корпусе перегородки трапецеидальной формы, на меньшем основании которой установлены основные, а на большем - дополнительные разрядные блоки; обводной канал образован воздухопроницаемыми основаниями перегородки, а также наличие сквозных отверстий в боковых сторонах перегородки и регулируемой пластины между основными и дополнительными разрядными блоками.

Таким образом, заявленные способ и устройство соответствуют критерию “новизна”.

Изобретение соответствует критерию “изобретательский уровень”, так как достигнут результат, удовлетворяющий существующую потребность, а именно повышение выхода озона и снижение энергоемкости процесса.

Изобретение является и “промышленно применимым”, так как может использоваться для вентилирования и сушки зерна.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена конструктивная схема озонатора, на фиг.2 - зависимости концентраций озона С (1, 2) и удельные затраты энергии на синтез озона q (3, 4) от Q_рец/Q_вх., где Q_рец. - расход рециркулирующей озоновоздушной смеси, Q_вx. - расход воздуха на входе, м³/ч.

Конструкция озонатора включает корпус 1; размещенные в нем основные разрядные блоки 2; крепеж 3; проводник 4; перегородку трапецеидальной формы 5; отверстия 6, 7 в перегородке; пластину 8 с регулируемым углом поворота; отклоняющие пластины 9, 10, 11; дополнительные разрядные блоки 12, установленные на перегородке.

Способ осуществляется следующим образом: озоновоздушную смесь в количестве до 50% дополнительно озонируют путем рециркуляции.

Работу устройства осуществляют следующим образом. Поток наружного воздуха, нагнетаемый вентилятором (на фиг.1 не показан) в корпус 1 озонатора, сжимается отклоняющими пластинами 9, 10 и поступает на вход основных разрядных блоков 2, в которых под действием высоковольтных разрядов образуется озон. Часть воздуха проходит между разрядными блоками 2, охлаждая их. Большая часть озоновоздушной смеси на выходе основных разрядных блоков 2 поступает потребителю, меньшая, отсекаемая поворотной пластиной 8 и отклоняемая пластиной 11, поступает на вход дополнительных разрядных блоков 12, вновь отклоняется пластиной 9 и поступает вместе с воздухом в основные разрядные блоки 2, замыкая циркулирующий контур. Таким образом, газовый поток в корпусе 1 первоначально сжимается пластинами 9 и 10, входит в основные разрядные блоки 2, затем его большая часть выходит наружу, а меньшая циркулирует через обводной канал, образованный основаниями перегородки 5 и включающий закрепленные пластины 9, 11, дополнительные разрядные блоки 12 и поворотную пластину 8.

В общем случае чем больше длина разрядных блоков, тем более высокую концентрацию озона в смеси можно получить на выходе. Однако разрядные блоки повышенной длины на практике неудовлетворительно работают по следующим причинам: быстрое возрастание температуры озоновоздушной смеси с длиной разрядного блока и снижение производительности устройства по синтезу озона.

Первая причина обусловливает необходимость дополнительного охлаждения разрядных блоков, вторая - ухудшает технико-экономические показатели работы устройства, в частности повышается его энергозатратность.

Рециркуляция части озоновоздушной смеси через обводной канал с дополнительными разрядными блоками 12 позволяет повысить концентрацию озона в смеси на выходе ограниченных по длине разрядных блоков и снизить энергоемкость синтеза озона, т.е. решить поставленную задачу. Действительно, дополнительные разрядные блоки, через которые пропускают частично охлажденную за счет конвекции после выхода из основных блоков 2 озоновоздушную смесь, позволяют повысить концентрацию озона, а, изменяя подачу воздуха в основные блоки и величину коэффициента рециркуляции, можно регулировать как расход озоновоздушной смеси, так и ее концентрацию. Отсутствие перегрева озоновоздушной смеси позволит повысить эффективность синтеза озона и снизить энергоемкость процесса.

Пример. На озонаторной установке с разрядными блоками из стеклянных пластин с напыленным токопроводящим покрытием синтезировали озон для насыщения наружного воздуха при сушке активным вентилированием зерна в бункере К-578 (ГДР), вместимость до 30 т. В установке использовали два основных разрядных блока по 15 стеклянных пластин размером 170×250 мм с общей площадью S_осн.=0,64 м² и один дополнительный блок с S_доп=0,32 м², который размещали в обводном канале (фиг.1). Подача воздуха в озонатор и бункер составила Q_вх≈5000 м³/ч, концентрация смеси озона при включении только основных разрядных блоков в зависимости от величины Q_рец./q_вх. описывается кривой 2, при работе с основными и дополнительными блоками - кривой 1.

При работе озонаторной установки как с дополнительными, так и без дополнительных блоков в течение 15 ч, для ряда режимов рециркуляции замеряли выработку озона, затраты электроэнергии и рассчитывали удельные энергозатраты на выработку 1 кг озона. Полученные результаты представлены на фиг.2.

Установлено, что при работе озонаторной установки без дополнительного блока удельные затраты энергии q несколько выше (кривая 4), чем с дополнительным блоком (кривая 3), что объясняется более высокой выработкой озона в последнем случае, кроме того, наиболее существенно снижение q установлено для рециркуляции 20...30% смеси, а рециркуляция 50% и выше практически не сказывается на увеличении концентрации озона в смеси, но приводит к некоторому росту q.

Источники информации

1. Кривопишин И.П. Озон в промышленном птицеводстве. - М.: Росагропромиздат, 1988, с. 18-19.

2. Патент РФ № 2154016, МПК С 01 В 13/10, 2000 г. (прототип).

3. Троцкая Т.П. Энергосберегающая технология сушки сельскохозяйственных материалов в озоновоздушной среде. - Минск: Препринт, 1997, с. 48-49 (прототип).

Изобретение предназначено для сельского хозяйства, пищевой промышленности и может быть использовано для сушки с активным вентилированием. Поток наружного воздуха подают в корпус 1 озонатора, сжимают отклоняющими пластинами 9, 10. Сжатый поток поступает на вход основных разрядных блоков 2, в которых образуется озон. Часть воздуха проходит между разрядными блоками 2. Большую часть озоновоздушной смеси на выходе из основных разрядных блоков 2 отводят потребителю. Меньшую часть озоновоздушной смеси пропускают через обводной канал, образованный основаниями трапецеидальной перегородки 5, поворотной пластиной 8, пластинами 9, 11, дополнительными разрядными блоками 12, после чего снова подают на основные разрядные блоки 2, замыкая циркуляцию. В обводном канале дополнительно озонируют не более 50% озоновоздушной смеси. Изобретение позволяет повысить выход озона и снизить энергоёмкость процесса за счёт увеличения концентрации озона в озоновоздушной смеси и регулирования её расхода и концентрации. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения озона, заключающийся в подаче воздуха в газоразрядное устройство, циркуляции по обводному каналу с доведением смеси до насыщения и выводе ее из устройства, отличающийся тем, что в обводном канале дополнительно озонируют не более 50% озоно-воздушной смеси.2. Устройство для получения озона, включающее корпус, разрядные блоки, проводники, крепежные детали, отличающееся тем, что корпус снабжен воздухопроницаемой перегородкой трапецеидальной формы, на меньшем основании которой размещены основные, на большем - дополнительные разрядные блоки, при этом обводной канал образован основаниями этой перегородки.3. Устройство для получения озона по п.2, отличающееся тем, что на входе и выходе обводного канала размещены отклоняющие пластины, а между основными и дополнительными разрядными блоками установлена пластина с регулируемым углом наклона.