ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ОЗОНАТОР Российский патент 2007 года по МПК A61N1/44 C01B13/11 

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике для использования в малогабаритных энергонезависимых приборах медицинского и сельскохозяйственного назначения, предназначенных для осуществления озоновоздушных манипуляций.

Известен карманный озонатор для полости рта и органов дыхания, выполненный на основе пьезоэлектрической газовой зажигалки, в которой с возникновением искры происходит озонирование воздуха, при этом разрядник пьезозажигалки заключен в перфорированный колпачок округлой формы, изготовленный из материала, разрешенного для соприкосновения с полостью рта, а размеры пьезозажигалки уменьшены до размеров кармана одежды (RU 2001131944 А, 10.11.2003).

Недостатком данного устройства является низкая производительность по озону, поскольку в качестве озонообразующего субстрата используется искровой разряд.

Известен также аэроионизатор, содержащий корпус, входные отверстия, выходное отверстие, выпрямитель, ионообразующий электрод, пьезоэлектрический элемент, воздушный фильтр, рычаг, входной патрубок, выходной патрубок и нагнетающий насос (RU 2003107647 А, 10.11.2004).

К недостаткам данного устройства следует отнести низкую производительность по озону и ограниченный диапазон использования.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения является известный пьезоэлектрический озонатор, содержащий пьезоэлектрический элемент, ионогенератор и трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к ионогенератору (JP 4055304 А, С 01 В 13/11, 24.02.1992).

Недостатками данного устройства являются низкая производительность по озону и аэроионам, низкая стабильность выходных характеристик а также ограниченный диапазон использования.

Устройства, в которых используется способ искрового разряда для получения озона и аэроионов, имеют очень низкую производительность, причем электроды, между которыми происходит электрический разряд, сравнительно быстро изнашиваются, поскольку подвержены интенсивной электрокоррозии. Такие устройства имеют низкую стабильность выходных характеристик и, к тому же, в режиме "жесткого" искрового разряда образуют вредные азотосодержащие соединения.

Технической задачей изобретения является создание пьезоэлектрического озонатора, обладающего энергонезависимостью, стабильностью выходных характеристик, небольшими габаритами и массой, имеющего высокую производительность и широкий диапазон использования.

Эта техническая задача достигается тем, что в пьезоэлектрический озонатор, содержащий пьезоэлектрический элемент, ионогенератор и трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к ионогенератору, введены симметричный пороговый коммутатор, дифференцирующая цепь и конденсатор, образуя при этом новые дополнительные связи, причем в ионогенераторе используется принцип барьерного разряда.

Функциональная схема, поясняющая работу пьезоэлектрического озонатора, представлена на чертеже.

Устройство содержит пьезоэлектрический элемент 1, первым выводом соединенный с входом симметричного порогового коммутатора 2, вторым выводом подключенный к второму выводу дифференцирующей цепи 3, второму выводу конденсатора 4 и второму выводу первичной обмотки трансформатора 5, выход симметричного порогового коммутатора 2 соединен с первым выводом дифференцирующей цепи 3, первым выводом конденсатора 4 и первым выводом первичной обмотки трансформатора 5, вторичная обмотка трансформатора 5 подключена к ионогенератору 6, в котором используется принцип барьерного разряда.

Устройство работает следующим образом. Пьезоэлемент 1 вырабатывает электрическую энергию в виде импульсов напряжения, которые через пороговый коммутатор 2 поступают на первичную обмотку трансформатора 5 и параллельно включенный конденсатор 4, образующие резонансный контур 4, 5 ударного возбуждения. Когда напряжение на выходе пьезоэлемента 1 достигает порогового напряжения коммутатора 2, последний резко открывается и замыкает цепь питания контура 4, 5. Под действием приложенной электрической энергии в первичной обмотке трансформатора 5 на резонансной частоте происходят высокочастотные колебания ударного возбуждения. Эти колебания через вторичную обмотку трансформатора 5 поступают на ионогенератор 6, в конструкции которого для образования озона и аэроионов используется принцип барьерного разряда.

Коммутатор 2 обладает симметричной характеристикой. Он открывается при одном и том же пороговом значении напряжения, образующегося на выводах пьезоэлемента 1, независимо от его полярности. Это необходимо для того, чтобы исключить постоянную составляющую подмагничивания трансформатора 5, обеспечить оптимальное его согласование с нагрузкой и уменьшить потоки рассеяния в обмотках.

Необходимость резкого подключения резонансного контура 4, 5 к пьезоэлементу 1 вызвана двумя причинами. Во-первых, это нужно для того, чтобы обеспечить максимальную устойчивость колебаний на высокой частоте, уменьшить намоточные данные трансформатора 5, его габариты и массу. Во-вторых, коммутатор 2 выполняет функции порогового буфера, подключающего резонансный контур 4, 5 к выводам пьезоэлемента 1 в оптимальном режиме, благодаря чему первоначальное накопление электрического заряда на обкладках пьезоэлемента 1 происходит на холостом ходу. Это уменьшает потери электрической энергии при возбуждении пьезокристалла и увеличивает его КПД. Пороговый коммутатор 2 закрывается, когда проходящий через него ток становится меньше тока удержания. В этот момент коммутатор 2 отсекает колебательный контур 4, 5 от источника энергии 1, тем самым поддерживая свободные колебания в первичной обмотке трансформатора 5 на резонансной частоте.

В то время когда пьезоэлемент 1 вырабатывает электрическую энергию, на вторичной обмотке трансформатора 5 образуются пакеты переменного импульсного напряжения с частотой 20...70 кГц, в результате чего происходит "мягкое" возбуждение ионогенератора в режиме барьерного разряда.

Дифференцирующая цепь 3 защищает схему от резких выбросов и перепадов напряжения, а также паразитных высокочастотных колебаний, нарушающих работу резонансного контура 4, 5. Она увеличивает КПД устройства, уменьшая тепловые потери в обеих обмотках трансформатора 5, и увеличивает стабильность работы системы на резонансной частоте. Наличие дифференцирующей цепи 3 благоприятно сказывается на процессе включения/выключения коммутатора 2.

К достоинствам предлагаемой схемы следует отнести отсутствие узла выпрямления напряжения, который представляет собой набор высоковольтных диодов, имеющих довольно большие габариты.

Производительность по озону предлагаемого устройства в 3...7 раз выше производительности прототипа при одинаковых параметрах пьезоэлемента.

Устройство имеет небольшие габариты и массу, полную независимость от внешних источников энергии, высокий КПД, высокую стабильность выходных характеристик и широкий диапазон использования.

Применение пьезоэлектрического озонатора не нарушает экологию окружающей среды и не оказывает вредного воздействия на человека.

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике. Пьезоэлектрический озонатор содержит пьезоэлектрический элемент, ионогенератор и трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к ионогенератору. В озонатор введены симметричный пороговый коммутатор, входом соединенный с первым выводом пьезоэлектрического элемента, дифференцирующая цепь и конденсатор. Пьезоэлектрический элемент первым выводом соединен с входом симметричного порогового коммутатора. Вторым выводом пьезоэлектрический элемент подключен ко второму выводу дифференцирующей цепи, второму выводу конденсатора и второму выводу первичной обмотки трансформатора. Выход симметричного порогового коммутатора соединен с первым выводом дифференцирующей цепи, первым выводом конденсатора и первым выводом первичной обмотки трансформатора. В ионогенераторе используется принцип барьерного разряда. Изобретение обеспечивает энергонезависимость, стабильность выходных характеристик, небольшие габариты и массу, высокую производительность и широкий диапазон использования. 1 ил.

Пьезоэлектрический озонатор, содержащий пьезоэлектрический элемент, ионогенератор и трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к ионогенератору, отличающийся тем, что в него введены симметричный пороговый коммутатор, дифференцирующая цепь и конденсатор, при этом пьезоэлектрический элемент первым выводом соединен с входом симметричного порогового коммутатора, вторым выводом подключен к второму выводу дифференцирующей цепи, второму выводу конденсатора и второму выводу первичной обмотки трансформатора, выход симметричного порогового коммутатора соединен с первым выводом дифференцирующей цепи, первым выводом конденсатора и первым выводом первичной обмотки трансформатора, причем в ионогенераторе используется принцип барьерного разряда.