ОЗОНАТОР Российский патент 2005 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к электротехнологии и может быть использовано при проектировании новых типов озонаторов высокой производительности, обеспечивающих снижение энергозатрат при производстве озона.

Известен озонатор, содержащий источник питания переменного тока и электродную систему, состоящую из двух плоских электродов, выполненных в виде металлических пластин, разделенных в пространстве узким разрядным промежутком, через который проходит кислородсодержащий газ, и твердым диэлектрическим слоем, подключенную к выходным выводам источника питания переменного тока, твердый диэлектрический слой нанесен на внутренние поверхности металлических пластин, между плоскими электродами размещена тканая прокладка из гибких диэлектрических жил, толщина которой задает размер разрядного промежутка, электродная система ориентирована в пространстве в направлении потока кислородсодержащего газа (п. 5529760 США, МКИ Н 01 J 19/00. Ozone generator/Burris William А. - Заявл. 13.12.94. Опубл. 25.06.96).

Недостатком озонатора являются высокие энергозатраты при производстве озона, что обусловлено недостатками конструкции и принятым способом питания. По длине разрядного промежутка возрастает напряжение зажигания разряда из-за роста концентрации озона в потоке кислородсодержащего газа, что приводит к снижению энерговклада в разряд, повышается температура газа, электрический разряд на следующих участках разрядного промежутка частично разлагает синтезированный ранее озон, принятый способ без контроля формы импульса тока питания не обеспечивает стабильности разряда.

Известен озонатор, содержащий источник питания переменного тока и электродную систему, состоящую из двух плоских электродов, выполненных в виде металлических пластин, разделенных в пространстве узким разрядным промежутком, через который проходит кислородсодержащий газ, и твердым диэлектрическим слоем, подключенную к выходным выводам источника питания переменного тока, твердый диэлектрический слой выполнен в виде двух плоских диэлектрических пластин с высоким коэффициентом упругости, которые прижаты к внутренним поверхностям плоских электродов, электродная система ориентирована в пространстве в направлении потока кислородсодержащего газа (п.2198134 РФ, МКИ С 01 В 13/11. Озонатор /Андрейчук В.К., Норков Д.А. и др. - Заявл. 30.10.01. Опубл. 10.02.03, БИ №4).

Недостатком озонатора являются высокие энергозатраты при производстве озона, что обусловлено недостатками конструкции и принятым способом питания. По длине разрядного промежутка возрастает напряжение зажигания разряда из-за роста концентрации озона в потоке кислородсодержащего газа, что приводит к снижению энерговклада в разряд, повышается температура газа, электрический разряд на следующих участках разрядного промежутка частично разлагает синтезированный ранее озон, принятый способ без контроля формы импульса тока питания не обеспечивает стабильности разряда.

Известен озонатор, содержащий источник питания переменного тока и электродную систему, состоящую из двух плоских электродов, выполненных в виде металлической сетки с мелкими ячейками, разделенных в пространстве узким разрядным промежутком, через который проходит кислородсодержащий газ, и твердым диэлектрическим слоем, подключенную к выходным выводам источника питания переменного тока, твердый диэлектрический слой выполнен в виде двух плоских диэлектрических пластин, которые прижаты к внутренним поверхностям плоских электродов, электродная система ориентирована в пространстве в направлении потока кислородсодержащего газа (Филиппов Ю.В., Вобликова В.А., Пантелеев В.И. Электросинтез озона. - М.: Изд-во МГУ им. М.В.Ломоносова, 1987. - с.131).

Данный озонатор является наиболее близким по технической сущности к изобретению и рассматривается в качестве прототипа.

Недостатком озонатора являются высокие энергозатраты при производстве озона, что обусловлено недостатками конструкции и принятым способом питания. По длине разрядного промежутка возрастает напряжение зажигания разряда из-за роста концентрации озона в потоке кислородсодержащего газа, что приводит к снижению энерговклада в разряд, повышается температура газа, электрический разряд на следующих участках разрядного промежутка частично разлагает синтезированный ранее озон, принятый способ без контроля формы импульса тока питания не обеспечивает стабильности разряда.

Изобретение направлено на решение задачи снижения энергозатрат при производстве озона, что является целью изобретения.

Снижение энергозатрат достигается тем, что в озонаторе, содержащем источник питания переменного тока и электродную систему, состоящую из двух плоских электродов, выполненных в виде металлической сетки с мелкими ячейками, разделенных в пространстве узким разрядным промежутком, через который проходит кислородсодержащий газ, и твердым диэлектрическим слоем, подключенную к выходным выводам источника питания переменного тока, твердый диэлектрический слой выполнен в виде сетки и является прокладкой между плоскими электродами, толщина которой задает размер разрядного промежутка, электродная система ориентирована в пространстве перпендикулярно потоку кислородсодержащего газа, источник питания переменного тока выполнен в виде генератора переменного тока, вырабатывающего разнополярные импульсы тока с формой, близкой к прямоугольной.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является снижение энергозатрат при производстве озона. Это обеспечивается увеличением энергетического выхода озона за счет сокращения относительного времени нахождения кислородсодержащего газа в зоне разряда, увеличения полезной части энерговклада в разряд, снижения потерь в диэлектрическом слое, повышения коэффициента мощности, обеспечения существенно более высокой стабильности газового разряда.

Снижение энергозатрат при производстве озона является полученным техническим результатом, обусловленным заявленным устройством озонатора и предлагаемыми принципами пропускания кислородсодержащего газа и электропитания разрядного промежутка, т.е. отличительными признаками. Поэтому отличительные признаки заявляемого озонатора являются существенными.

На чертеже приведена функциональная схема озонатора с элементами конструкции, поясняющая устройство и принцип соединения элементов.

На схеме: 1, 2 - плоские электроды из металлической сетки, 3 - прокладка на диэлектрической сетки, 4 - генератор переменного тока. Направление потока F кислородсодержащего газа обозначено стрелкой. Ток через озонатор представляет собой разнополярные импульсы, имеющие амплитуду I и форму, близкую к прямоугольной.

На чертеже электроды 1, 2 и прокладка из диэлектрической сетки 3 изображены схематично. Источник питания 4 имеет падающую характеристику и может быть выполнен на основе инвертора тока на полностью управляемых вентилях с квазирезонансной коммутацией и релейно-импульсным управлением. При протекании тока через электродную систему на ее зажимах возникает напряжение. Поток кислородсодержащего газа проходит через ячейки сеток. Под действием напряжения на электродной системе между электродами в газе возникает коронный разряд. В разрядном промежутке происходит диссоциация молекул кислорода. Образовавшиеся в результате диссоциации атомы кислорода при столкновениях образуют молекулу озона. В разрядном промежутке электрическое поле неоднородно, что определяется конструкцией плоских электродов. Так как разрядный промежуток имеет относительно малую ширину, температура кислородсодержащего газа при его прохождении в зоне разряда повышается незначительно. Неоднородность электрического поля, относительно быстрый пролет газа через зону разряда, питание плоских электродов электродной системы от генератора тока, способствуют стабилизации разряда и обеспечивают достаточно большой энерговклад без контрактации разряда. Низкая температура кислородсодержащего газа повышает производительность озонатора и энергетический выход озона. Так как синтезированный озон удаляется из зоны разряда, уменьшается вероятность его разложения в разрядном промежутке.

Плоские электроды могут быть выполнены из титановой проволоки круглого сечения путем переплетения нитей под прямым углом. Диэлектрический слой (прокладка) может быть изготовлен в виде ограничивающей решетки из материала с высокой диэлектрической проницаемостью, стойкого к действию озона и кислорода.

По сравнению с прототипом использование озонатора с заявляемой конструкцией электродной системы, принципом пропускания кислородсодержащего газа, при питании от источника питания в виде генератора переменного тока с прямоугольной формой импульса тока позволяет на 20-25% снизить энергозатраты на производство озона. Эффект достигается за счет увеличения энергетического выхода озона в результате уменьшения относительного времени нахождения кислородсодержащего газа в зоне разряда, увеличения энерговклада, снижения реактивных составляющих полной мощности озонатора и активных потерь за счет оптимизации коэффициента формы тока озонатора и уменьшения электрических потерь в диэлектрическом слое, а также существенного повышения стабильности разряда. Может быть повышена производительность озонатора.

Озонатор относится к электротехнологии. Содержит источник питания переменного тока и электродную систему, состоящую из двух плоских электродов, выполненных в виде металлической сетки с мелкими ячейками, разделенных в пространстве узким разрядным промежутком, через который проходит кислородосодержащий газ, и твердым диэлектрическим слоем, подключенную к выходным выводам источника питания переменного тока. Твердый диэлектрический слой выполнен в виде сетки и является прокладкой между плоскими электродами, толщина которой задает размер разрядного промежутка. Электродная система ориентирована в пространстве перпендикулярно потоку кислородосодержащего газа. Источник питания переменного тока выполнен в виде генератора переменного тока, вырабатывающего разнополярные импульсы тока с формой, близкой к прямоугольной. Данное техническое решение обеспечивает снижение энергозатрат при производстве озона. 1 ил.

Озонатор, содержащий источник питания переменного тока и электродную систему, состоящую из двух плоских электродов, выполненных в виде металлической сетки с мелкими ячейками, разделенных в пространстве узким разрядным промежутком, через который проходит кислородосодержащий газ, и твердым диэлектрическим слоем, подключенную к выходным выводам источника питания переменного тока, отличающийся тем, что твердый диэлектрический слой выполнен в виде сетки и является прокладкой между плоскими электродами, толщина которой задает размер разрядного промежутка, электродная система ориентирована в пространстве перпендикулярно потоку кислородосодержащего газа, источник питания переменного тока выполнен в виде генератора переменного тока, вырабатывающего разнополярные импульсы тока с формой, близкой к прямоугольной.