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 медицине для дезодорации и дезинфекции, в агропромышленном комплексе для обработки и хранения сельскохозяйственной продукции озоновоздушным агентом, а также в установках кондиционирования воздуха, холодильном оборудовании и т.д.

Известен ионизатор воздушной среды, содержащий высоковольтный источник переменного напряжения и индуктор, выполненный в виде металлических и диэлектрических пластин. На диэлектрических пластинах индуктора с внешней стороны расположены лампы ультрафиолетового излучения (RU 2253608 С1, 2005.06.10).

Недостатками данного устройства является низкая производительность и ограниченный диапазон применения.

Известен озонатор, содержащий пакет чередующихся электродных пластин, подключенных к высоковольтному источнику переменного напряжения и расположенных внутри диэлектрических барьеров в плоскости их симметрии. Между барьерами с расположенными внутри электродными чередующимися пластинами расположены дополнительные диэлектрические барьеры (RU 2248319 С1, 2005.03.20).

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

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является трубчатый озонатор, работающий на основе барьерного разряда, содержащий коронирующий и проводящий электроды, коаксиально размещенные на внешней и внутренней поверхностях диэлектрической трубки, причем коронирующий электрод, выполненный в форме электропроводной нити, навитой по спирали на диэлектрическую трубку, подключен к высоковольтному генератору, а проводящий электрод, выполненный в виде трубки, соединен с землей (RU 2084400 С1, 1997.07.20).

К недостаткам данного устройства следует отнести низкую стабильность рабочих характеристик процесса образования озона во времени, неравномерность градиентов электрического поля по всему объему диэлектрического барьера, возможность локального перегрева разрядного промежутка, ограниченный диапазон регулирования концентрации озона на выходе, а также ограниченный диапазон использования.

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

Эта техническая задача достигается тем, что в озонатор, содержащий высоковольтный генератор, коаксиально расположенные заземленный трубчатый и спиралевидный электроды, между которыми размещен диэлектрический барьер, введен изолированный токопроводящий экран трубчатой формы во внутреннюю часть диэлектрического барьера, состоящего из коаксиально чередующихся слоев с различной диэлектрической проницаемостью.

Функциональная схема, поясняющая работу озонатора, представлена на чертеже.

Озонатор содержит высоковольтный генератор 1, общим выводом соединенный с землей, коаксиально расположенные внутренний заземленный трубчатый электрод 3 и наружный спиралевидный электрод 4, подключенный к выходу высоковольтного генератора 1, между которыми размещен диэлектрический барьер 5, 6, во внутреннюю часть которого введен изолированный токопроводящий экран 7 трубчатой формы, причем диэлектрический барьер 5, 6 состоит из коаксиально чередующихся слоев 5 и 6 с различной диэлектрической проницаемостью, при этом отношение величин диэлектрических проницаемостей соседних слоев 5 и 6 составляет 1,5...3, а количество слоев не регламентируется.

Описание работы устройства.

Озонатор состоит из высоковольтного генератора 1 и разрядного блока 2, вырабатывающего озон. Разрядный блок 2 содержит коаксиально расположенные металлические трубчатый 3 и спиралевидный 4 электроды, между которыми находится многослойный диэлектрический барьер, состоящий из чередующихся слоев 5 и 6, имеющих различную диэлектрическую проницаемость. Между слоями 5 и 6, в средней части диэлектрического барьера, помещен изолированный токопроводящий экран 7 трубчатой формы, выполненный из металла или токопроводного полимера. Трубчатый электрод 3, расположенный внутри разрядного блока 2, конструктивно выполняет роль несущего элемента. Спиралевидный электрод 4 располагается на внешней поверхности разрядного блока 2, которая является наружным слоем диэлектрического барьера 5 или 6. Порядок чередования диэлектрических слоев 5 и 6, также как и их количество, зависит от производительности озонатора и электрических параметров выходного сигнала генератора 1: напряжения, частоты, скважности и формы. Общий вывод генератора 1 вместе с трубчатым электродом 3 подключен к земле. Спиралевидный электрод 4 соединен с выходом высоковольтного генератора 1.

При подаче высокого напряжения на электрод 4 между ним и заземленным трубчатым электродом 3 образуется переменное электрическое поле, в результате чего вблизи спиралевидного электрода 4 возникает объемный барьерный разряд, который инициирует образование озона из кислорода окружающего воздуха. Образующийся озон выносится наружу из зоны барьерного разряда потоком воздуха, омывающего высоковольтный электрод 4.

Для выравнивания градиентов напряженности электрического поля по всему объему диэлектрического барьера в конструкции используется принцип чередования слоев 5 и 6 с различной диэлектрической проницаемостью. Узлы напряженности, образующиеся внутри диэлектрика с большей проницаемостью, «размываются» слоем диэлектрика с меньшей проницаемостью, находящимся по направлению вектора напряженности. Увеличение количества чередующихся слоев 5 и 6 способствует выравниванию электрического поля. Отношение диэлектрических проницаемостей между соседними слоями 5 и 6 находится в диапазоне 1,5...3. Увеличение или уменьшение этого отношения снижает КПД устройства.

Для повышения нагрузочной способности диэлектрического барьера и увеличения пробивного напряжения между слоями 5 и 6 помещен токопроводящий экран 7 трубчатой формы, изолированный от обоих электродов 3 и 4. Он препятствует прохождению сквозных блуждающих токов между электродами 3 и 4, создавая буферную зону в виде эквипотенциальной поверхности внутри диэлектрической структуры, дополнительно выравнивая градиенты напряженности электрического поля. Помимо этого токопроводящий экран 7 выравнивает температуру внутри диэлектрического барьера 5, 6, повышая его нагрузочную способность. Такая конструкция позволяет увеличить напряжение высоковольтного генератора 1 на 20...30% по сравнению с однослойной конфигурацией. Кроме того, устройство сохраняет работоспособность при низких напряжениях генератора 1, ниже 1000 В. Данный режим возможен благодаря значительному снижению общей толщины диэлектрического барьера, при сохранении высокого пробивного напряжения. Толщина каждого диэлектрического слоя 5 или 6 может быть снижена до 30...50 микрон.

Охлаждение электрода 3 осуществляется воздухом, проходящим внутри трубчатого канала. Охлаждение спиралевидного электрода 4 производится внешним потоком воздуха, омывающим разрядный блок 2.

Озонатор обладает высокой производительностью и стабильностью рабочих характеристик. Его конструктивные возможности позволяют изготавливать как мощные высокопроизводительные установки, так и малогабаритные маломощные переносные устройства.

Предлагаемое устройство имеет высокий КПД и широкий диапазон использования.

Озонатор имеет высокую надежность и большой срок эксплуатации.

К достоинствам устройства следует отнести широкий диапазон используемых частот от 50 Гц до 130 кГц и напряжений от 850 В до 30 кВ.

Озонатор обеспечивает «мягкий» режим возбуждения барьерного микроразряда, благодаря этому сведено к минимуму образование азотосодержащих соединений.

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано в химической промышленности, в медицине, в агропромышленном комплексе, а также в установках кондиционирования воздуха, холодильном оборудовании и т.д. Озонатор содержит высоковольтный генератор, общим выводом соединенный с землей, коаксиально расположенные внутренний заземленный трубчатый электрод и наружный спиралевидный электрод, подключенный к выходу высоковольтного генератора. Между электродами размещен диэлектрический барьер, во внутреннюю часть которого введен изолированный токопроводящий экран трубчатой формы. Диэлектрический барьер состоит из коаксиально чередующихся слоев с различной диэлектрической проницаемостью. Отношение величин диэлектрических проницаемостей соседних слоев составляет 1,5...3, а количество слоев не регламентируется. Предложенный озонатор обладает высокой производительностью, надежностью, стабильностью выходных рабочих характеристик, простотой обслуживания, имеет высокий КПД и широкий диапазон использования. 1 ил.

Озонатор, содержащий высоковольтный генератор, общим выводом соединенный с землей, коаксиально расположенные внутренний заземленный трубчатый электрод и наружный спиралевидный электрод, подключенный к выходу высоковольтного генератора, между которыми размещен диэлектрический барьер, отличающийся тем, что во внутреннюю часть диэлектрического барьера введен изолированный токопроводящий экран трубчатой формы, причем диэлектрический барьер состоит из коаксиально чередующихся слоев с различной диэлектрической проницаемостью, при этом отношение величин диэлектрических проницаемостей соседних слоев составляет 1,5-3, а количество слоев не регламентируется.