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 металлические электроды, подключенные к источнику питания переменного тока, разделенные разрядным промежутком и диэлектрическим слоем, в разрядном промежутке размещена тканая прокладка из гибких диэлектрических жил, толщина которой задает размер разрядного промежутка (Патент № 5529760 США, МКИ H 01 J 19/00. Ozone generator/ Burns William A. - Заявл. 13.12.94, Опубл. 25.06.96).

Недостатком озонатора, являются высокие энергозатраты при производстве озона, что обусловлено недостатками конструкции. Из-за краевых эффектов на металлических электродах и снижения эффективной площади поверхности, связанной с влиянием тканой прокладки из гибких диэлектрических жил, происходит увеличение энерговклада в разряд при снижении выхода озона.

Известен озонатор, содержащий металлические электроды, подключенные к источнику питания переменного тока, разделенные разрядным промежутком и диэлектрическим слоем, диэлектрический слой выполнен в виде двух плоских диэлектрических пластин с высоким коэффициентом упругости (Патент № 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 N4).

Недостатком озонатора являются высокие энергозатраты при производстве озона, что обусловлено недостатками конструкции. Из-за краевых эффектов на металлических электродах и снижения эффективной площади поверхности происходит увеличение энерговклада в разряд при снижении выхода озона.

Известен озонатор, содержащий металлические электроды, выполненные в виде сетки с мелкими ячейками, подключенные к источнику питания переменного тока, разделенные разрядным промежутком и диэлектрическим слоем (Лунин В.И., Попович М.П., Ткаченко С.Н. Физическая химия озона. - М.: Изд-во МГУ им. М.В.Ломоносова, 1998. - С.131).

Недостатком озонатора являются высокие энергозатраты при производстве озона, что обусловлено недостатками конструкции. Из-за снижения эффективной площади поверхности при выполнении металлических электродов в виде сетки происходит увеличение энерговклада в разряд при снижении выхода озона.

Известен озонатор, содержащий металлические электроды, подключенные к источнику питания переменного тока, разделенные разрядным промежутком и диэлектрическим слоем (Филиппов Ю.В., Вобликова В.А., Пантелеев В.И. Электросинтез озона. - М.: Изд-во МГУ им. М.В.Ломоносова, 1987. - С.51).

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 свойствами примененного диэлектрического слоя. Из-за краевых эффектов на металлических электродах и снижения эффективной площади поверхности происходит увеличение энерговклада в разряд при снижении выхода озона. Положительный температурный коэффициент относительной диэлектрической проницаемости примененного диэлектрического слоя приводит к снижению стабильности разряда в озонаторе и выхода озона.

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

Снижение энергозатрат достигается тем, что в озонаторе, содержащем металлические электроды, подключенные к источнику питания переменного тока, разделенные разрядным промежутком и диэлектрическим слоем, металлические электроды выполнены с фаской на краях со стороны внутренних противолежащих поверхностей, а диэлектрический слой имеет отрицательный температурный коэффициент относительной диэлектрической проницаемости.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является снижение энергозатрат при производстве озона. Это обеспечивается увеличением энергетического выхода озона за счет снижения влияния краевых эффектов на электросинтез озона и повышения стабильности разряда в озонаторе.

Снижение энергозатрат при производстве озона является полученным техническим результатом, обусловленным заявленным устройством озонатора, т.е. отличительным признаком. Поэтому отличительный признак заявляемого озонатора является существенным.

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

На схеме 1 - металлические электроды, выполненные с фаской на краях со стороны внутренних противолежащих поверхностей, 2 - источник переменного тока, 3 - разрядный промежуток, 4 - диэлектрический сдой с отрицательным температурным коэффициентом относительной диэлектрической проницаемости.

На чертеже металлические электроды 1 и диэлектрический слой 4 изображены схематично. Источник переменного тока 2 может иметь падающую характеристику и может быть выполнен на основе инвертора тока на полностью управляемых вентилях с квазирезонансной коммутацией и релейно-импульсным управлением. При протекании переменного тока через озонатор на его зажимах возникает напряжение. Поток кислородсодержащего газа F проходит через разрядный промежуток. Под действием напряжения на металлических электродах озонатора в газе возникает электрический разряд. В разрядном промежутке происходит диссоциация молекул кислорода. Образовавшиеся в результате диссоциации атомы кислорода при столкновениях с молекулами кислорода образуют молекулы озона. Особенностью газового разряда в озонаторе является его нетермичность. Разряд в озонаторе реализуется в виде совокупности распределенных по поверхности электродов и диэлектрического слоя отдельных микроразрядов в форме первичного и следующих за ним вторичных стримеров, каждый из которых является независимым плазмохимическим реактором, где и осуществляются процессы электросинтеза и разложения озона. Выход озона зависит от равномерности распределения локальных электрических разрядов по поверхности электродов и диэлектрического слоя, а также от интенсивности вторичных стримеров. Краевые эффекты нарушения равномерности электрического поля в разрядном промежутке и вторичные стримеры, возникающие в условиях повышенной локальной температуры плазмы микроразряда на участках поверхности электродов и диэлектрического слоя с повышенной температурой, существенно снижают энергетический выход озона из-за нарушения равномерности распределения локальных разрядов по поверхности электродов и диэлектрического слоя (шунтирование разрядного промежутка) и возникновения условий для термического разложения озона. Выполнение металлических электродов с фаской на краях со стороны внутренних противолежащих поверхностей обеспечивает снижение максимальной напряженности электрического поля на этих участках и затрудняет условия для возникновения шунтирующего краевого разряда. При локальном нагреве участка диэлектрического слоя, относительная диэлектрическая проницаемость которого уменьшается с возрастанием температуры (материал слоя имеет отрицательный температурный коэффициент относительной диэлектрической проницаемости), на участке возникновения первичного стримера напряженность поля в разрядном промежутке снижается из-за уменьшения диэлектрической проницаемости участка, что ведет к снижению интенсивности вторичных стримеров, константа образования озона в которых низка, а константа разложения велика. В результате микроразряды более равномерно распределяются по поверхности металлических электродов и диэлектрического слоя, а эффективность синтеза озона в микроразрядах повышается.

Материалами для изготовления твердого диэлектрического слоя в заявляемом озонаторе могут являться различные типы стекол, стеклоэмалей и керамик, содержащих в составе рутил и (или) перовскиты (титанаты, полититанаты и цирконаты кальция, бария, стронция и их системы), относительная диэлектрическая проницаемость которых уменьшается с ростом температуры, имеющие средние значения относительной диэлектрической проницаемости 5-50 в нормальных условиях, соответствующие известным конструкциям.

По сравнению с прототипом использование озонатора с заявляемой конструкцией позволяет на 35-50% снизить энергозатраты на производство озона. Эффект снижения энергозатрат достигается за счет увеличения энергетического выхода озона в результате более равномерного распределения микроразрядов по поверхности металлических электродов и диэлектрического слоя, отсутствия шунтирующих краевых разрядов, уменьшения интенсивности вторичных стримеров, существенного повышения стабильности разряда, уменьшения влияния процессов термического разложения озона.

Повышается надежность работы озонатора за счет исключения условий пробоя диэлектрического слоя на краях металлических электродов, а также термического, механического и химического разрушения диэлектрического слоя на участках возникновения микроразрядов.

Может быть значительно повышена производительность озонатора при одинаковых габаритных размерах и весе.

Изобретение относится к электротехнологии. Озонатор содержит металлические электроды, подключенные к источнику питания переменного тока. Электроды разделены разрядным промежутком и диэлектрическим слоем. Металлические электроды выполнены с фаской на краях со стороны внутренних противолежащих поверхностей, а диэлектрический слой имеет отрицательный температурный коэффициент относительной диэлектрической проницаемости. Предложенное устройство позволяет снизить энергозатраты при производстве озона. 1 ил.

Озонатор, содержащий металлические электроды, подключенные к источнику питания переменного тока, разделенные разрядным промежутком и диэлектрическим слоем, отличающийся тем, что металлические электроды выполнены с фаской на краях со стороны внутренних противолежащих поверхностей, а диэлектрический слой имеет отрицательный температурный коэффициент относительной диэлектрической проницаемости.