ИМПУЛЬСНЫЙ БЕЗБАРЬЕРНЫЙ ОЗОНАТОР Российский патент 2015 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к очистке питьевой и сточных вод с помощью озона, вырабатываемого безбарьерным озонаторам.

Известен безбарьерный озонатор (А.с. СССР №1465412, опубл. 15.03.89 №10) с камерой, содержащей внешний цилиндрический электрод и внутренний электрод, снабженный разрядными дисками.

Недостатками устройства являются относительно низкая достигаемая концентрация озона 4-5 г/м³ и относительно большие габариты, особенно при многокамерном исполнении озонатора.

Известен также безбарьерный озонатор (патент РФ №2179150, опубл. 10.02.2002) с камерой, содержащей высоковольтный и заземленный электрод, выполненные в форме колец, подключенные к генератору импульсов, а в межэлектродном пространстве коаксиально закреплены плоские кольцевые электроды, также подключенные к генератору импульсов.

В данном устройстве достигаемая концентрация выше, чем в предыдущем аналоге, только в 2-3 раза и также имеет место такой недостаток, как повышенные габариты.

Относительно низкая достигаемая концентрация озона в представленных аналогах связана с дискретностью синтеза озона как во времени, так и в объеме озонаторных камер. Временная дискретность обусловлена как частотой следования импульсов, так и процессами в коронном разряде. Пространственная дискретность обусловлена конструкцией электродных систем. В первом аналоге пространственная дискретность вызывается дисками высоковольтного электрода. Они располагаются поочередно через некоторый промежуток. Во втором аналоге пространственная дискретность обусловлена конечными размерами кольцевых электродов.

В интервале между актами синтеза озона значительная часть озонируемого газа проходит внутри озонаторной камеры, не подвергаясь озонированию, и разбавляет озон. В итоге на выходе концентрация по озону падает.

Наиболее близким к заявленному устройству и выбранным за прототип является озонатор, описанный в патенте РФ №2220093, опубл. 27.12.2003.

Импульсный безбарьерный озонатор, содержащий корпус и размещенную в корпусе электродную систему, содержащую разрядные элементы, каждый из которых состоит из коаксиальных внешнего низковольтного электрода и внутреннего высоковольтного электрода, подключенных к высоковольтному генератору импульсов. Здесь пространственная дискретность значительно меньше и обусловлена в основном неоднородностью электрического поля. Синтез озона осуществляется в областях, прилежащих к внутреннему высоковольтному электроду.

Однако, как и в аналогах, генератор состоит из отдельных герметически изолированных друг от друга камер, что приводит к усложнению конструкции и повышению габаритов.

Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение концентрации озона и процесса наработки озона, а также упрощение конструкции и уменьшение габаритных размеров.

Поставленная техническая задача решается тем, что в импульсном безбарьерном озонаторе, содержащем металлический корпус и размещенную в корпусе электродную систему, содержащую разрядные элементы, каждый из которых состоит из низковольтного и высоковольтного электродов, подключенных к высоковольтному генератору импульсов, согласно заявляемому изобретению корпус содержит две диэлектрические пластины, установленные против друг друга. Причем на одной из пластин расположен высоковольтный электрод, представляющий собой однослойную обмотку из неизолированного провода, диаметр которой меньше расстояния между пластинами, причем шаг обмотки не менее чем в 2 раза больше расстояния электрического пробоя. Аналогично выполнен низковольтный электрод, установленный на другой пластине, причем электроды смещены относительно друг друга на полшага обмотки.

На фиг. 1 приведена схема импульсного генератора озона, на фиг. 2 - сечение озонаторной камеры.

Генератор озона состоит из корпуса, включающего две параллельные пластины 1 и 2, расстояние между которыми Δ=1-2 см, разделенные прокладками 3, образующие герметичную полость, с патрубками 8 и 9; обеспечивающими ввод, синтез и вывод озонируемого газа. На пластинах 1 и 2 установлены электроды в виде обмоток, выполненных из проволоки диаметром d_пp, который меньше расстояния «Δ» между пластинами 1 и 2 (d_пp<Δ). Электрод 4 установлен на пластине 1, а электрод 5 - на пластине 2, причем каждый из двух электродов состоит из параллельных равномерно расположенных неизолированных проводников с шагом «h», причем относительно друг друга проводники электродов 4 и 5 сдвинуты на полшага h/2. То есть расстояние между витками двух обмоток равно h/2. Каждый из электродов 4 и 5 имеет вывод: электрод 4 вывод 6, а электрод 5 вывод 7. К выводам 6 и 7 подключен высоковольтный наносекундный генератор 10.

Шаг намотки «h» обмоток выбирается из условия: отсутствие искрового пробоя между электродами 4 и 5 и определяется расстоянием между электродами «h/2».

Озонатор работает следующим образом. Подача воздуха или кислорода на электродную систему 4 и 5 осуществляется через входной патрубок 8. При подаче от высоковольтного наносекундного источника питания 10 импульсов напряжения на электроды 4 и 5 между ними возникает импульсный коронный разряд для вырабатывания озона. Обогащенный озоном озонируемый газ выносится из разрядной камеры через патрубок 9.

В частности, в лабораторных условиях проводились испытания заявляемого устройства.

Был изготовлен корпус длиной 30 см и шириной 20 см. Рабочий зазор в между двумя пластинами 2 мм (Δ). Электроды в виде обмоток выполнены из нихромовой проволоки диаметром d_пp=0,5 мм, (d_пp)<Δ). Расстояние между разнополярными электродами составляло 7 мм. Получена максимальная концентрация на неосушенном воздухе 17 г/м³ озона при расходе воздуха 500 литров в час. При таком же расходе на кислороде получена концентрация 32 г/м озона. Кислород подавался от концентратора кислорода марки «Армед». При этом параметры источника питания: фронт импульса 20 наносекунд, амплитуда импульса 20 киловольт, длительность импульса 500 наносекунд, частота следования импульсов 500 герц

Для оптимальной работы устройства формируют длительность импульса высокого напряжения не более 0,5 мкс, а длительность фронта не более 100 нс. Наибольшая эффективность достигается при амплитуде напряжения, близкой к началу искрового пробоя. В этом случае коронный разряд обладает наибольшим объемом и однородностью по плотности тока и наивысшей эффективностью выработки озона. В случае возможного редкого искрового пробоя газового промежутка эффективность выработки озона практически не снижается. Основным достоинством, обусловленным конструкцией заявляемого устройства, является наименьшая пространственная дискретность. Разряды в представленной конструкции развиваются по обе стороны каждого электрода (кроме крайних электродов). Коронные разряды практически заполняют весь объем озонаторной камеры. Малые размеры проволочных электродов не оказывают заметного влияния на пространственную дискретность коронного разряда. В итоге практически во всем объеме озонаторной камеры осуществляется синтез озона, и концентрация получается наибольшей. Кроме этого, предлагаемое устройство может содержать камеру, состоящую из множества проволочных электродов, и фактически представляет собой многокамерную конструкцию. Это и приводит к упрощению устройства и уменьшению габаритных размеров.

Импульсный безбарьерный генератор озона относится к системам получения озона для использования его в технологиях очистки и обеззараживания воды. В импульсном безбарьерном озонаторе, содержащем металлический корпус и размещенную в корпусе электродную систему, содержащую разрядные элементы, каждый из которых состоит из низковольтного и высоковольтного электродов, подключенных к высоковольтному генератору импульсов, корпус содержит две диэлектрические пластины, установленные против друг друга. На одной из пластин расположен высоковольтный электрод, представляющий собой однослойную обмотку из неизолированного провода, диаметр которой меньше расстояния между пластинами, причем шаг обмотки не менее чем в 2 раза больше расстояния электрического пробоя. Аналогично выполнен низковольтный электрод, установленный на другой пластине. Электроды смещены относительно друг друга на полшага обмотки. Устройство характеризуется повышенной эффективностью наработки озона, простотой конструкции и малыми габаритами. 2 ил.

Импульсный безбарьерный озонатор, содержащий металлический корпус и размещенную в корпусе электродную систему, содержащую разрядные элементы, каждый из которых состоит из высоковольтного и низковольтного электродов, подключенных к высоковольтному генератору импульсов, отличающийся тем, что корпус содержит две диэлектрические пластины, установленные против друг друга, на одной из пластин со стороны другой пластины установлен высоковольтный электрод, а низковольтный электрод установлен аналогично на другой пластине, при этом каждый из электродов представляет собой однослойную обмотку из проволоки, диаметр которой меньше расстояния между пластинами, причем шаг намотки «h» обмоток не менее чем в два раза больше расстояния электрического пробоя, а расстояние между витками двух обмоток равно h/2.