РАЗРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАТОРА ОЗОНА Российский патент 2007 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к озоновым стерилизаторам, предназначенным для низкотемпературной стерилизации хирургических инструментов и медицинского оборудования, устойчивого к взаимодействию с высокими концентрациями озона. Может эффективно использоваться для стерилизации и дезодорации воздуха помещений, для кондиционирования воздуха и озонотерапии. Найдет применение в стационарных клинических и лечебно-профилактических учреждениях, амбулаториях, сельских больницах, поликлиниках и других медицинских учреждениях, где требуется стерилизация используемого инструмента и окружающей среды.

Патентуемое изобретение перспективно для обеспечения сохранности продуктов, обеззараживания воздуха и воды, в парикмахерских и косметических салонах и т.п.

Разрядное устройство является доминирующим блоком генератора озона и предназначено для производства озона из кислорода.

Известны различные по конструктивной реализации разрядные устройства генераторов озона (см. патенты РФ №№2057059, 2120402, 2127220, 2136582, 2153465, 2187762; патенты США №№3801791, 5554344).

Многочисленные конструкции разрядных устройств для генераторов озона можно условно разделить на три основные конструктивные группы.

1. Разрядные устройства коаксиальной конструкции, работающие на барьерном разряде (зона разряда находится между двумя керамическими поверхностями).

Существенным недостатком коаксиальных разрядников является технологическая сложность их изготовления и высокая стоимость. Коаксиальные разрядники требуют изготовления трубок из специального кварцевого стекла или керамики, калиброванных как по диаметру, так и по толщине стенок. Нанесение ионизирующих электродов на внутреннюю поверхность трубок - сложный технологический процесс. При этом сборка коаксиального разрядного устройства требует высокой точности установки ионизирующих электродов относительно друг друга, что обуславливает необходимость высокой точности изготовления и корпуса разрядника.

2. Разрядные устройства с плоской конструкцией ионизирующих электродов, работающих на поверхностном разряде (зона разряда находится между керамикой, диэлектриком и электродом).

Данные разрядные устройства обладают существенными эксплуатационными недостатками. В этих разрядниках не соблюдается одно из основных требований к медицинским озонаторам. Требование отсутствия ионизирующих электродов в зоне разряда. Защита ионизирующих электродов значительно усложняет конструкции разрядных устройств этого типа и снижает стабильность их работы. Для разрядников, работающих на поверхностном разряде, требуется осушение воздуха при подаче его в зону разряда. Наличие влаги в воздухе резко сокращает срок эксплуатации разрядного устройства озонатора. Для работы разрядного устройства необходимо наличие герметичного корпуса и эффективной системы теплоотвода, что обуславливает значительное усложнение и удорожание разрядного устройства.

3. Разрядные устройства генераторов озона, работающие на коронном разряде (зона разряда находится между двумя металлическим электродами).

Для данной категории разрядных устройств характерны сложность конструктивной реализации и пониженный срок эксплуатации, что является результатом эрозии высоковольтного электрода. Подобные разрядники требуют периодической замены высоковольтного ионизирующего электрода. Существенным недостатком этих разрядников является также нестабильность их работы, что приводит к их запрету для использования в медицине.

Известно также разрядное устройство генератора озона (авторское свидетельство СССР №941278, С01В 13/11, заявлено 19.11.1980 г.), наиболее близкое по технической сущности и которое выбрано в качестве прототипа патентуемого изобретения.

Разрядное устройство, описанное в авторском свидетельстве СССР №941278, содержит пакет чередующихся плоских электродных пластин с высоким и нулевым электрическим потенциалом и диэлектрических пластин (прокладок), внутри которых расположены электродные пластины. Заявленная конструкция разрядного устройства характеризуется надежностью работы и улучшенными габаритами.

Вместе с тем и для данной реализации разрядного устройства характерны существенные конструктивные и эксплуатационные недостатки, в частности разрядное устройство имеет сложную пакетную конструкцию, электроды размещены в зоне разряда, что недопустимо для генераторов озона медицинского назначения, стабильность работы разрядного устройства зависит от влажности воздуха. Отмеченные недостатки существенно снижают эффективность работы данного разрядного устройства и ограничивают область его практического применения.

Настоящее изобретение решает задачу повышения стабильности работы разрядного устройства и увеличения срока его надежной эксплуатации, а также упрощения конструктивной реализации и оптимизации габаритных размеров разрядного устройства.

Решение поставленной задачи достигается следующим образом.

Разрядное устройство генератора озона, подобно устройству, описанному в авторском свидетельстве №941278, содержит плоские электродные пластины, одна из которых подключена к источнику высокого напряжения, а другая - к нулевому электрическому потенциалу, и диэлектрические пластины, согласно настоящему изобретению разрядное устройство выполнено в виде модуля из двух диэлектрических пластин, на поверхности каждой из которых расположена пластина электрода, и двух патрубков для подачи и отвода газа, выполненных из озоностойкого диэлектрика, алюминия или нержавеющей стали. Диэлектрические пластины расположены с зазором параллельно друг другу и соединены между собой с помощью двух диэлектрических прокладок, которые закреплены на противоположных торцевых сторонах диэлектрических пластин.

Изобретение предусматривает, что каждый патрубок снабжен одной торцевой заглушкой и имеет продольный паз, в котором своей соответствующей торцевой стороной неразъемно (жестко) установлен пакет из двух диэлектрических пластин. При подобной конструктивной реализации внутренние поверхности диэлектрических пластин образуют зону разряда, а электродные пластины расположены на внешней поверхности диэлектрических пластин.

Изобретение предусматривает, что для отвода тепла от разрядного модуля на диэлектрической пластине с заземленной пластиной электрода закреплен вентилятор с радиатором.

Согласно патентуемому изобретению для обеспечения герметичности зоны разряда и надежности работы все конструктивные соединения обрабатывают клеем и снабжают герметизирующим покрытием.

Согласно изобретению для оптимизации потребляемой мощности и производительности разрядного устройства величину зазора между диэлектрическими пластинами устанавливают в диапазоне от 0,5 мм до 2 мм.

Изобретение предусматривает, что для обеспечения широкого диапазона производительности и концентрации озона патентуемое устройство дополнительно содержит от 1 до 6 параллельно и/или последовательно соединенных идентичных разрядных модулей.

Технический результат патентуемого изобретения заключается в:

- достижении высокой стабильности и надежности работы разрядного устройства и существенном увеличении срока его службы;

- значительным достоинством патентуемого разрядного устройства является его конструктивная простота, компактность и модульность, что позволяет комбинировать различные оптимальные варианты конечной конструктивной реализации разрядного устройства в зависимости от конкретных технико-экономических и эксплуатационных параметров. Так, достижение различных параметров производительности разрядного устройства обеспечивается параллельным соединением нужного числа разрядных модулей. При последовательном соединении разрядных модулей достигается различный диапазон получаемой концентрации озона;

- несомненным преимуществом патентуемой конструкции разрядного устройства является его высокая технологичность. Для изготовления разрядного устройства используют стандартные, доступные и экономичные по цене комплектующие, не требуется изготовления герметичного корпуса. Эффективно решен вопрос отвода тепла с поверхности диэлектрических пластин путем размещения на заземленной пластине стандартного типового вентилятора с радиатором и за счет воздушных потоков от вентилятора, обеспечивающего требуемый температурный режим внутри корпуса озонатора.

Сущность изобретения поясняется примером конструктивной реализации разрядного устройства и чертежами, на которых приведены:

фиг.1 (а, б) - диэлектрическая пластина 1(2) с закрепленной пластиной электрода 12(13);

фиг.1в - пакет пластин 1 и 2 в собранном виде;

фиг.2а - разрядный модуль в сборе;

фиг.2б - разрядный модуль по сечению А-А;

фиг.3 - патрубок 3 (4);

фиг.4 - разрядный модуль по сечению А-А с вентилятором;

фиг.5 - последовательное соединение разрядных модулей;

фиг.6 - параллельное соединение разрядных модулей.

Патентуемое разрядное устройство генератора озона выполнено в виде модуля (фиг.2а, 4) из двух плоских диэлектрических пластин 1 и 2, на поверхности которых расположены соответственно пластины электродов 12 и 13, и двух патрубков 3 и 4 для подачи и отвода газа.

Диэлектрические пластины 1 и 2 расположены с зазором параллельно друг другу и соединены между собой с помощью двух диэлектрических прокладок 5 и 6, закрепленных на противоположных торцевых сторонах диэлектрических пластин 1 и 2 (фиг.1в).

Диэлектрические пластины 1 и 2 могут иметь различную конфигурацию (прямоугольник, квадрат) и размеры. Например, выполнены в виде двух прямоугольных пластин размером 60×96 мм из керамики ХС 22. Толщину пластин выбирают в диапазоне от 1 мм до 2 мм.

Диэлектрические прокладки 5 и 6 выполнены из материала, аналогичного диэлектрическим пластинам 1 и 2, и закрепляются на торцевых сторонах пластин 1 и 2, например, с помощью клеевого соединения. Ширину прокладок 5 и 6 выбирают в диапазоне от 3 мм до 10 мм, например шириной 5 мм.

Разрядный модуль содержит (фиг.2а, 3, 4) два идентичных патрубка 3 и 4, которые обеспечивают подачу и отвод газа из разрядного устройства. Каждый патрубок 3 и 4 имеет свою торцевую заглушку соответственно 7 и 8 и продольный паз соответственно 9 и 10.

Патрубки 3 и 4 могут быть изготовлены из любого озоностойкого диэлектрика, алюминия или нержавеющей стали. Например, из озоностойкой мулитокремнеземлистой керамики. Для подачи и отвода газа открытые торцы патрубков 3 и 4 подключают с помощью соединительных шлангов (не показаны) соответственно к источнику кислорода или воздуха (входные) и выходному штуцеру генератора озона (выходные).

Конструктивно патрубки 3 и 4 представляют собой круглые пустотелые стержни диаметром от 8 мм до 15 мм. Длина патрубков лежит в диапазоне от 70 мм до 100мм.

Торцевые заглушки 7 и 8 обеспечивают герметичность. Выполнены из фторопласта и крепятся с помощью клеевого соединения, например эпоксидного клея с наполнителем.

В продольных пазах 9 и 10 (фиг.3) неразъемно (жестко) установлен соответствующей торцевой стороной пакет из двух диэлектрических пластин 1 и 2 (фиг.2а, б; 4). Длина паза определяется соответствующим торцевым размером сопрягаемой диэлектрической пластины 1 и 2.

Внутренние поверхности диэлектрических пластин 1 и 2 образуют зону разряда 11. От величины зазора между пластинами 1 и 2 зависит потребляемая мощность и производительность разрядного устройства. Кроме того, величина зазора между пластинами 1 и 2 оказывает существенное влияние на количество газа, проходящего через разрядную камеру (зону разряда 11) в единицу времени. В зависимости от требуемых параметров разрядного устройства величину зазора устанавливают в пределах от 0,5 мм до 2 мм.

Для обеспечения герметичности зоны разряда 11 и надежности работы разрядного устройства все конструктивные соединения обрабатывают клеем и снабжают герметизирующим покрытием, например эпоксидным клеем с наполнителем, в качестве которого применяют, например, эпоксидный клей ЭД 20.

На внешней поверхности диэлектрической пластины 2 расположена (фиг.1в; 2б; 4) электродная пластина 13, подключенная к нулевому электрическому потенциалу, а на внешней поверхности диэлектрической пластины 1 расположена электродная пластина 12, подключенная к источнику высокого напряжения (например, обеспечивающему 6-7 кВ и 20 кГц). Электродные пластины 12 и 13 могут быть выполнены на поверхности пластин 1 и 2 методом нанесения на керамическую пластину электропроводной пасты, например, ПП-17 с последующей термической обработкой пластины.

Для отвода тепла от разрядного модуля на диэлектрической пластине 2 с заземленной электродной пластиной 13 закреплен (фиг.4) вентилятор 14 с радиатором 15, который приклеивают (например) к поверхности заземленной пластины 13. В качестве вентилятора 14 может быть использован стандартный вентилятор, применяемый в современных компьютерах для охлаждения микросхем процессора. Электропитание вентилятора 14 осуществляется от низковольтной части блока питания генератора озона (не показан).

Охлаждение диэлектрической пластины 1 с расположенным на ней высоковольтным электродом 12 осуществляется за счет воздушных потоков от вентилятора, обеспечивающего требуемый температурный режим внутри корпуса озонатора.

Для обеспечения широкого диапазона производительности и концентрации озона устройство дополнительно содержит от 1 до 6 параллельно и/или последовательно соединенных идентичных разрядных модулей (фиг.5, 6).

Подобное конструктивное решение позволяет комбинировать различные оптимальные варианты конечной конструктивной реализации разрядного устройства в зависимости от области применения, от конкретных технико-экономических и эксплуатационных параметров. Так, достижение различных параметров производительности разрядного устройства обеспечивается параллельным соединением (фиг.6) определенного числа разрядных модулей, например трех. При последовательном соединении разрядных модулей (фиг.5) достигается широкий диапазон получаемой концентрации озона.

Патентуемое разрядное устройство генератора озона работает следующим образом.

На электродную пластину 12 подают импульсное напряжение амплитудой 6-7 кВ и частотой 20 кГц. Между диэлектрическими пластинами 1 и 2 возникает электрическое поле порогового разряда, которое заключено в герметичном объеме между пластинами 1 и 2. Кислород или воздух из подающего патрубка 3 поступает в зону разряда 11, где под действием электрического поля происходит в начале деструкция молекул кислорода, а затем синтез молекул озона. Кислородно-озоновая (или воздушно-озоновая) смесь под давлением газа отводится из зоны разряда 11 по отводящему патрубку 4.

Полученная кислородно-озоновая смесь через выходной штуцер генератора озона и через соответствующие соединительные патрубки подается, например, в стерилизационную камеру для стерилизации медицинских инструментов и т.п.

Заявитель провел испытания опытного образца патентуемого разрядного модуля, которые подтвердили его несомненные преимущества по сравнению с устройствам аналогичного назначения и высокие технико-эксплуатационные характеристики:

- при использовании импульсного напряжения амплитудой 6-7 кВ и частотой 20 кГц потребление не превышает 10 Вт;

- устройство надежно работает при подаче в зону разряда потока кислорода или воздуха с расходом от 0,5 л/мин до 30 л/мин. При этом концентрация озона на выходе разрядного модуля может плавно меняться от 60 г/м³ до 5 г/м³ при работе от кислорода и от 9 г/м³ до 0,3 г/м³ при работе от атмосферного воздуха;

- разрядный модуль стабильно работает при изменении температуры среды от 20°С до 40°C. После наработки 3000 часов параметры разрядного устройства не изменяются, т.е. устройство имеет стабильную производительность в пределах 1,5 г/ч. При этом на стабильность работы не оказывает влияние изменение влажности воздуха до 95%.

Апробация патентуемого разрядного модуля показала, что разработанное разрядное устройство найдет эффективное применение как в медицине, так и в различных отраслях промышленности, поскольку:

- разрядное устройство при своих незначительных габаритах, экономичной цене обеспечивает большой ресурс стабильной работы;

- модульный характер конструкции позволяет варьировать количество используемых в озонаторе разрядных модулей. Модульность конструкции позволяет комбинировать различные оптимальные варианты конечной конструктивной реализации разрядного устройства в зависимости от области использования озонатора;

- патентуемое разрядное устройство отличается простотой конструктивной реализации, для изготовления разрядного модуля используются стандартные и доступные комплектующие. Для надежной работы устройства не требуется изготовление герметичного дорогостоящего корпуса. Технология изготовления и сборки разрядного модуля осуществляется на стандартном оборудовании и не требует дорогостоящих и дефицитных материалов.

Изобретение относится к области медицинской техники и может эффективно использоваться для стерилизации и дезодорации воздуха помещений, для кондиционирования воздуха и озонотерапии. Разрядное устройство выполнено в виде модуля из диэлектрических пластин, на поверхности которых расположены электродные пластины, и двух патрубков для подачи и отвода газа. Диэлектрические пластины расположены с зазором параллельно друг другу и соединены с помощью двух диэлектрических прокладок. Каждый патрубок имеет торцевую заглушку и продольный паз. Внутренние поверхности диэлектрических пластин образуют зону разряда. На внешней поверхности одной диэлектрической пластины расположена электродная пластина, подключенная к нулевому электрическому потенциалу, а на внешней поверхности другой диэлектрической пластины расположена другая электродная пластина, подключенная к источнику высокого напряжения. На диэлектрической пластине с заземленной электродной пластиной закреплен вентилятор с радиатором. Предложенное компактное устройство отличается высокой стабильностью, надежностью работы и увеличенным сроком службы. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Разрядное устройство генератора озона, содержащее плоские электродные пластины, одна из которых подключена к источнику высокого напряжения, а другая - к нулевому электрическому потенциалу, и диэлектрические пластины, отличающееся тем, что разрядное устройство выполнено в виде модуля из двух диэлектрических пластин, на поверхности каждой из которых расположена пластина электрода, и двух патрубков для подачи и отвода газа, диэлектрические пластины расположены с зазором параллельно друг другу и соединены между собой с помощью двух диэлектрических прокладок, закрепленных на противоположных торцевых сторонах диэлектрических пластин, а каждый патрубок снабжен одной торцевой заглушкой и имеет продольный паз, в котором своей соответствующей торцевой стороной неразъемно установлен пакет из двух диэлектрических пластин так, что внутренние поверхности диэлектрических пластин образуют зону разряда, а электродные пластины расположены на внешней поверхности диэлектрических пластин, при этом для отвода тепла от разрядного модуля на диэлектрической пластине с заземленной пластиной электрода закреплен вентилятор с радиатором.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что патрубки для подачи и отвода газа выполнены из озоностойкой керамики, алюминия или нержавеющей стали.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для оптимизации потребляемой мощности и производительности разрядного устройства величину зазора между диэлектрическими пластинами устанавливают в диапазоне от 0,5 до 2 мм.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для обеспечения широкого диапазона производительности и концентрации озона устройство дополнительно содержит от 1 до 6 параллельно и/или последовательно соединенных идентичных разрядных модулей.