УЛЬТРАЗВУКОВОЙ БАРЬЕРНЫЙ ОЗОНАТОР Российский патент 2007 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано в химической промышленности для обработки озоном газовых сред, в агропромышленном комплексе для обработки и хранения сельскохозяйственной продукции озоновоздушным агентом, в медицине для дезодорации и дезинфекции, а также в установках кондиционирования воздуха, холодильном оборудовании и т.д.

Известно устройство для получения озона на основе барьерного разряда, содержащее трубчатый озонатор, разрядные элементы, выполненные в виде коаксиально расположенных электродов, с установленной между ними диэлектрической трубкой, причем заземленный электрод выполнен в виде трубки, а высоковольтный электрод выполнен в виде проволочной спирали (RU, 2001130685 А, 2003.07.20).

Недостатками данного устройства являются низкая производительность в связи с ограниченным сечением разрядного канала, а также ограниченный диапазон использования.

Известен озонатор, содержащий диэлектрический барьер, по одну сторону которого расположен инициирующий электрод, а по другую - комплект равномерно расположенных коронирующих электродов. Со стороны коронирующих электродов находится дополнительный диэлектрический барьер, образующий с барьером канал ввода и вывода озонируемого газа. По другую сторону дополнительного диэлектрического барьера расположен дополнительный инициирующий электрод таким образом, что между поверхностями диэлектрических барьеров и стенками коронирующих электродов образованы разрядные зазоры (RU, 2263068 C2, 2005.10.27).

Недостатками данного устройства являются низкий КПД и необходимость применения повышенного напряжения высоковольтного источника питания в связи с конструктивными особенностями озонатора.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является озонатор, содержащий 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 (RU, 2261837 C2, 2005.10.10).

Основным недостатком данной конструкции является неравномерное распределение плотности тока электрического разряда по всей площади разрядного промежутка, причем с увеличением скорости воздуха внутри разрядного канала неравномерность тока возрастает. Это приводит к ускоренному износу металлических электродов и, особенно, диэлектрического слоя (барьера), а также к снижению стабильности рабочих характеристик и КПД устройства в целом. При увеличении скорости воздуха до определенной величины внутри разрядного канала появляются зоны, в которых величина тока электрического разряда падает до нуля ("мертвые" зоны), что, в свою очередь, ограничивает производительность данного устройства и диапазон его использования.

Технической задачей изобретения является создание ультразвукового барьерного озонатора, обладающего высокой производительностью, стабильностью выходных рабочих характеристик, имеющего высокий КПД и широкий диапазон использования.

Эта техническая задача достигается тем, что в ультразвуковой барьерный озонатор, содержащий источник питания переменного тока, в состав которого входит тактовый генератор, выходом соединенный с входом формирователя высоковольтных импульсов, и металлические электроды, подключенные к выходам формирователя высоковольтных импульсов, разделенные разрядным промежутком и диэлектрическим слоем (барьером), введены ультразвуковой резонатор, соединенный с выходами ультразвукового формирователя импульсов и цепь фазовой синхронизации, образуя при этом новую конструкцию и дополнительные связи.

Функциональная схема, поясняющая работу ультразвукового барьерного озонатора, представлена на чертеже.

Ультразвуковой барьерный озонатор содержит тактовый генератор 11, выходом соединенный с входом формирователя высоковольтных импульсов 10, первый 1 и второй 6 металлические электроды, подключенные к выходам формирователя высоковольтных импульсов 10, разделенные разрядным промежутком 2 и диэлектрическим барьером 3, ультразвуковой формирователь импульсов 8, входом соединенный с выходом тактового генератора 11, ультразвуковой резонатор 5, контактными выводами 4, 7 подключенный к выходам ультразвукового формирователя импульсов 8 и цепь фазовой синхронизации 9, вход которой соединен с управляющим выходом ультразвукового формирователя импульсов 8, а выход подключен к входу управления формирователя высоковольтных импульсов 10, при этом диэлектрический барьер 3 расположен на первом металлическом электроде 1 со стороны разрядного промежутка 2, а ультразвуковой резонатор 5 расположен на втором металлическом электроде 6 с наружной стороны.

Описание работы устройства.

Ультразвуковой барьерный озонатор содержит тактовый генератор 11, к выходу которого подключены ультразвуковой формирователь импульсов 8 и формирователь высоковольтных импульсов 10. Выходы формирователя 10 соединены с первым 1 и вторым 6 металлическими электродами. Электроды 1 и 6 расположены параллельно на некотором расстоянии друг от друга, образуя разрядный промежуток 2 в виде воздушного канала, причем на внутренней поверхности электрода 1 со стороны разрядного промежутка 2 установлен диэлектрический барьер 3. На наружной поверхности электрода 6 расположен ультразвуковой резонатор 5, контактные выводы 4, 7 которого соединены с выходами ультразвукового формирователя импульсов 8. Металлические электроды 1, 6 вместе с диэлектрическим барьером 2 и резонатором 5 образуют единую механическую конструкцию. Между управляющим выходом ультразвукового формирователя 8 и входом управления формирователя импульсов 10 включена цепь фазовой синхронизации 9, которая осуществляет взаимодействие обоих формирователей 8 и 10 в течение полного цикла тактового генератора 11. Синтез озона в разрядном промежутке 2 происходит под действием высоковольтных импульсов, образующихся на выходе формирователя 10, в момент прохождения барьерного разряда через воздух (или воздушно-кислородную смесь), пропускаемый между электродами 1 и 6.

Генератор 11 вырабатывает электрические тактовые импульсы в ультразвуковом диапазоне частот (20 кГц...70 кГц), которые поступают на входы обоих формирователей 8 и 10. В результате этого на выходах ультразвукового формирователя 8 образуется сигнал, который вызывает механические колебания в резонаторе 5 в том же диапазоне частот. Эти колебания через металлический электрод 6 поступают в разрядный промежуток 2, вызывая механические колебания воздушно-кислородной среды, находящейся в воздушном канале. Цепь синхронизации 9 отслеживает состояние фазы колебаний резонатора 5 со стороны управляющего выхода формирователя 8 и выдает сигнал, запускающий высоковольтный формирователь 10, в момент благоприятный для образования барьерного разряда. Таким образом, прохождение барьерного разряда через разрядный промежуток 2 происходит в строгом соответствии с фазой механических колебаний воздушно-кислородной среды.

Энергетические показатели озонатора улучшаются при использовании фазы нарастания или убывания давления газовой среды внутри разрядного промежутка 2, в течение которой происходит барьерный разряд. Использование той или иной фазы работы озонатора зависит от многих факторов: величины разрядного промежутка 2, скорости прохождения воздушно-кислородной смеси, толщины диэлектрического барьера 3, его диэлектрической проницаемости, рабочей частоты тактового генератора 11 и т.д. Синхронизация режима запуска высоковольтного формирователя 10 позволяет увеличить КПД устройства как минимум на 15...20%.

Колебания резонатора 5 выравнивают состояние газовой среды вдоль всего разрядного промежутка 2, что благоприятно сказывается на распределении плотности тока барьерного разряда по всей площади воздушного канала. Благодаря интенсивному перемешиванию воздуха между электродами 1 и 6 происходит эффективный отвод тепла с поверхности диэлектрического барьера 3. Это позволяет повысить в 1,2...1,3 раза плотность тока в разрядном промежутке 2 и одновременно снизить деструкцию (выгорание) диэлектрического барьера 3.

Предлагаемая конструкция позволяет значительно (в 1,5...2 раза) увеличить скорость прохождения воздушного потока в канале, не опасаясь локальных срывов барьерного разряда или образования "мертвых" зон.

Ультразвуковой барьерный озонатор обладает высокой производительностью и стабильностью рабочих характеристик. Его конструктивные возможности позволяют изготавливать как мощные высокопроизводительные установки, так и малогабаритные переносные устройства, обладающие небольшой мощностью.

Предлагаемое устройство имеет высокий КПД, широкий диапазон использования, высокую надежность и большой срок эксплуатации.

Озонатор обеспечивает "мягкий" режим возбуждения барьерного разряда, благодаря чему образование азотосодержащих соединений сведено к минимуму.

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано в химической промышленности, агропромышленном комплексе, медицине для дезодорации и дезинфекции, а также в установках кондиционирования воздуха, холодильном оборудовании и т.д. Ультразвуковой барьерный озонатор содержит последовательно соединенные тактовый генератор 11 и формирователь высоковольтных импульсов 10, а также металлические электроды 1 и 6, подключенные к выходам формирователя высоковольтных импульсов, разделенные разрядным промежутком 2 и диэлектрическим барьером 3. Озонатор дополнительно содержит ультразвуковой формирователь импульсов 8, входом соединенный с выходом тактового генератора 11, ультразвуковой резонатор 5, выводами 4, 7 подключенный к выходам ультразвукового формирователя импульсов 8, и цепь фазовой синхронизации 9, вход которой соединен с управляющим выходом ультразвукового формирователя импульсов 8, а выход подключен к входу управления формирователя высоковольтных импульсов 10. Диэлектрический барьер 3 расположен на первом металлическом электроде 1 со стороны разрядного промежутка, а ультразвуковой резонатор 5 расположен на втором металлическом электроде 6 с наружной стороны. Предложенный озонатор обладает высокой производительностью, стабильностью выходных рабочих характеристик, а также имеет высокий КПД и широкий диапазон использования. 1 ил.

Ультразвуковой барьерный озонатор, содержащий тактовый генератор, выходом соединенный с входом формирователя высоковольтных импульсов, первый и второй металлические электроды, подключенные к выходам формирователя высоковольтных импульсов, разделенные разрядным промежутком и диэлектрическим барьером, отличающийся тем, что в него введены ультразвуковой формирователь импульсов, входом соединенный с выходом тактового генератора, ультразвуковой резонатор, выводами подключенный к выходам ультразвукового формирователя импульсов, и цепь фазовой синхронизации, вход которой соединен с управляющим выходом ультразвукового формирователя импульсов, а выход подключен к входу управления формирователя высоковольтных импульсов, при этом диэлектрический барьер расположен на первом металлическом электроде со стороны разрядного промежутка, а ультразвуковой резонатор расположен на втором металлическом электроде с наружной стороны.