Способ генерирования озона и портативное устройство для генерирования озона Российский патент 2018 года по МПК C01B13/11 

Область техники, к которой относится изобретение

Группа изобретений относится к способам и устройствам физической генерации озона из кислородсодержащего газа, в частности к способу генерирования озона и портативному устройству для его осуществления, а именно к электроразрядным генераторам озона, и может быть использовано для бактерицидной обработки ран, гинекологических патологий, стерилизации хирургического инструмента.

Уровень техники

Известен способ озонирования воздуха, который относится к области получения озона в воздушной или газовой среде, применяется в качестве способа для озонной обработки в различных областях, в частности, в технологиях сельскохозяйственного производства, пищевой и химической промышленности. Способ включает подачу воздуха в межэлектродное пространство, воздействие на него электрическим импульсным разрядом с амплитудой напряжения 10-300 кВ, длительностью (1,2-10,0)*10^-6 с, скоростью нарастания напряжения 3*10⁷ кв/с. Поверхность одного из электродов в межэлектродном пространстве покрывают слоем твердого диэлектрика. На электроды последовательно подают инициирующий импульс, положительный потенциал которого подводят к электроду, покрытому слоем диэлектрика, и переменное гармоническое напряжение с амплитудой, равной 0,9 амплитуды инициирующего импульса, с частотой 5-100 кГц. Воздействие осуществляют циклично с периодом 2*10^-3-6*10^-5 с. На электрод, покрытый слоем диэлектрика, одновременно с подачей переменного напряжения прикладывают напряжение положительной полярности величиной до 1 кВ (см. пат SU 941276 МПК C01B 13/11, опубл. 07.07.1982).

Недостатками данного изобретения является наличие диэлектрического барьера, наиболее часто повреждающегося в эксплуатации элемента озонирующих установок при переходе барьерного разряда в искровой разряд, причем этот переход губителен для генератора озона, т.к. искра необратимо нарушает целостность барьера.

Известен способ получения озона, который состоит в пропускании кислородосодержащего газа через разрядную зону, образованную концентрично. установленными низковольтными и высоковольтными трубчатыми электродами, с одновременным охлаждением высоковольтного электрода жидким хладагентом, причем во внутреннюю полость высоковольтного электрода периодически подают газообразные пузыри, причем объем и частоту их подачи определяют по следующим формулам:

где d - толщина кольцевого зазора, м; R_тр - внутренний радиус электрода, м; V - скорость всплытия пузыря, м/с (см. пат SU 1774585 МПК C01B 13/11, опубл. 15.05.1994).

Недостатками данного изобретения является - зависимость электрических характеристик диэлектрических барьеров от увлажнения и загрязнения, их изменение в процессе эксплуатации, сильное влияние на газоразрядные процессы и производительность по озону; а, следовательно, необходимость в обязательном порядке очищения рабочего газа в разрядном промежутке от пыли и влаги.

Известно устройство для генерирования озона, содержащее подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения два электрода, образующих газоразрядный промежуток, и расположенные в нем диэлектрические барьеры, выполненные из органического материала, отличающееся тем, что на поверхность диэлектрических барьеров со стороны газоразрядного промежутка нанесена смесь кремнийорганического лака и оксида алюминия в соотношении 1:1 (см. пат. RU 2355627 МПК C01B 13/11, опубл. 20.05.2009).

Недостатками данного устройства является низкий КПД и сложность механической конструкции озонатора.

Известен генератор озона, содержащий охлаждаемые водой высоковольтный и заземленный трубчатые электроды, трубки из диэлектрического материала, изолирующие высоковольтный электрод, изоляторы, штуцера подвода и выхода рабочего газа и охлаждающей воды, отличающийся тем, что содержит устройство, дистанцирующее электроды, на каждый электрод нанесена методом электростатического напыления стеклоэмаль толщиной 0,3-0,5 мм, а газовый зазор между электродами равен толщине стеклоэмали (см. пат. RU 2184697 МПК C01B 13/11, опубл. 10.07.2002).

Недостатками данного устройства является высокая стоимость, ограниченность их размеров и форм, и самый существенный недостаток.

Известен озонатор с использованием термически напыляемых керамических диэлектриков. В его состав входят два электрода, между которыми образуется разряд. Диэлектрик расположен между первым и вторым электродом, он состоит из опорного элемента, выполненного из стекла или стеклокерамики, на который наносится тонкая пленка до 100 мкм. Использование стекла или стеклокерамики в качестве диэлектрика, в сочетании с дополнительной тонкой керамической диэлектрической пленкой, позволяет значительно увеличить концентрацию озона в газе-носителе, одновременно с хорошим выходом озона (см. пат. US 6322759 DE 19822841 А1, DE 19822841 B4, опубл. 27.11.2001).

Недостатками данного устройства является высокая стоимость производства керамических барьеров, ограниченность их размеров и форм, и самый существенный недостаток - керамика, которая является плохим конструктивным материалом, сдерживает их широкое внедрение в промышленных целях.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятым авторами за прототип является способ озонирования воздуха, включающий очистку, влагоотделение, охлаждение и воздействие электрического разряда, отличающийся тем, что, с целью снижения энергоемкости и повышения выхода озона, воздействие производят высоковольтным импульсным разрядом с амплитудой напряжения - 10-600 кВ, длительностью импульса (1,2-200)*10^-6 с, скоростью нарастания напряжения 10-10⁵ кВ/мкс и скважностью между импульсами 0,9*10^-6 3-1,12 с (см. пат SU 1775353 МПК C01B 13/11, опубл. 15.11.1992).

Недостатками данного изобретения является загрязнение выходного газа окислами; получение низкой концентрации озона на выходе из реакторной камеры при прочих равных условиях и энергозатратах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятым авторами за прототип является портативный озонатор воздуха, содержащий размещенные в озоноустойчивом корпусе блок питания и высокочастотный генератор, вход которого соединен с выходом блока питания, разрядник с электродами, при этом он снабжен пьезокерамическим высоковольтным трансформатором, вход которого соединен с выходом высокочастотного генератора, а его высоковольтный выход соединен с входным электродом разрядника, выходной электрод которого соединен с входом высокочастотного генератора, при этом разрядник выполнен в виде пластины из диэлектрического материала, с нанесенными на ее обеих поверхностях электродами. Он содержит таймер, вход которого соединен с выходом блока питания, а выход - со входом высокочастотного генератора, вентилятор, подключенный к выходу блока питания (см. пат. RU 2139239 МПК C01B 13/00, C01B 13/11, A61L 9/015, A61L 9/12, опубл. 10.10.1999).

Основным недостатком данной конструкции является неравномерное распределение плотности тока электрического разряда по всей площади разрядного промежутка, а также низкий КПД.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа генерирования озона и портативного устройства для генерирования озона, который предусматривает отсутствие загрязнений выходного газа окислами; получение многократного увеличения концентрации озона на выходе из реакторной камеры при прочих равных условиях и энергозатратах, что в свою очередь способствует повышению качества ветеринарной помощи, развитию, как животноводства, так и научно-исследовательских разработок.

Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемого изобретения, сводится к многократному увеличению концентрации озона на выходе из реакторной камеры при прочих равных условиях и энергозатратах, предусматривает отсутствие загрязнений выходного газа окислами, а конструкция портативного устройства позволяет повысить надежность реакторной камеры, без использования для электродов дорогостоящих металлов или их сплавов, снизить требования к предварительной очистке и осушению кислородсодержащего газа.

Технический результат изобретения достигается с помощью способа генерирования озона, включающего подачу кислородсодержащего газа в межэлектродное пространство, воздействие на него электрическим импульсным разрядом, амплитудой 300 кВ, при этом подают давление кислородсодержащего газа при 120-140 мм ртутного столба, а электрический импульсный разряд используют прямоугольной формы с крутыми фронтами и срезами, частотой 300 Гц, дополнительно промодулированных по амплитуде частотой 50 Гц.

Технический результат достигается с помощью портативного устройства для генерирования озона, содержащего размещенные в озоноустойчивом корпусе блок питания и высокочастотный генератор, вентилятор, подключенный к выходу блока питания, высоковольтный импульсный трансформатор, вход которого соединен с выходом высокочастотного генератора импульсов, а его высоковольтный выход соединен с электродами реакторной камеры, при этом оно содержит помпу, вход которой соединен с сетевым выключателем, а выход - со входом реакторной камеры, при этом реакторную камеру используют с двумя барьерами, которая представляет собой два параллельно расположенных полированных стекла размером 120×60×5 мм, покрытых с внешней стороны слоем металлизации размером 90×40 мм, причем расстояние между стеклами 2 мм, а с торцов камера герметизирована, в стекла впаяны 2 стеклянных штуцера внешним диаметром 4 мм и внутренним 3 мм, при этом штуцеры находятся на противоположных сторонах камеры на расстояниях 8 мм, от внешнего края камеры.

Таким образом, технический результат изобретения достигается с помощью устройства, в котором оно содержит помпу, вход которой соединен с сетевым выключателем, а выход - со входом реакторной камеры.

Сущность способа генерирования озона и портативного устройства для генерирования озона, заключается в следующем включают подачу кислородсодержащего газа в межэлектродное пространство, воздействуют на него электрическим импульсным разрядом, амплитудой 300 кВ, при чем, с целью снижения энергоемкости и повышения выхода озона, подают давление кислородсодержащего газа при 120-140 мм ртутного столба, а электрический импульсный разряд используют прямоугольной формы с крутыми фронтами и срезами, частотой 300 Гц, дополнительно промодулированных по амплитуде частотой 50 Гц.

В устройстве, в котором содержится размещенный в озоноустойчивом корпусе блок питания и генератор высокого импульсного напряжения, вентилятор, подключенный к выходу блока питания, высоковольтный импульсный трансформатор, вход которого соединен с выходом генератора высокого импульсного напряжения, а его высоковольтный выход соединен с электродами реакторной камеры, при чем, содержит помпу, вход которой соединен с сетевым выключателем, а выход - со входом реакторной камеры, реакторную камеру используют с двумя барьерами, используют реакторную камеру с двумя барьерами, представляющие собой два параллельно расположенных полированных стекла размером 120×60×5 мм, покрытых с внешней стороны слоем металлизации размером 90×40 мм, расстояние между стеклами 2 мм, с торцов камера герметизирована, в стекла впаяны 2 стеклянных штуцера внешним диаметром 4 мм и внутренним 3 мм, при этом штуцеры находятся на противоположных сторонах камеры на расстояниях 8 мм, от внешнего края камеры.

Краткое описание чертежей и их материалов

На чертеже дан способ генерирования озона и портативное устройство для генерирования озона, общий вид.

Осуществление изобретения

Способ генерирования озона и портативное устройство для генерирования озона заключается в следующем. Портативное устройство для генерирования озона содержит: помпу 1, генератор 2 высокого импульсного напряжения, высоковольтный импульсный трансформатор 3, термозащиту 4, реакторную камеру 5, которая представляет собой два параллельно расположенных полированных стекла размером 120×60×5 мм, покрытых с внешней стороны слоем металлизации размером 90×40 мм, расстояние между стеклами 2 мм, с торцов реакторная камера 5 герметизирована, в стекла впаяны 2 стеклянных штуцера внешним диаметром 4 мм и внутренним 3 мм, штуцеры находятся на противоположных сторонах реакторной камеры 5 на расстояниях 8 мм, от внешнего края камеры, сетевой выключатель 6, блок 7 питания вентилятора 8 охлаждения, озоноустойчивый корпус 9, при этом в последнем установлены: блок 7 питания и высокочастотный импульсный генератор 2 высокого импульсного напряжения, вентилятор 8 охлаждения, подключенный к выходу блока 7 питания, высоковольтный импульсный трансформатор 3, вход которого соединен с выходом генератора 2 высокого импульсного напряжения, а его высоковольтный выход соединен с электродами реакторной камеры 5, при чем, используют реакторную камеру 5 с двумя барьерами, представляющие собой два параллельно расположенных полированных стекла размером 120×60×5 мм, покрытых с внешней стороны слоем металлизации размером 90×40 мм, расстояние между стеклами 2 мм, с торцов камера 5 герметизирована, в стекла впаяны 2 стеклянных штуцера (не показаны) внешним диаметром 4 мм и внутренним 3 мм, при этом штуцеры находятся на противоположных сторонах камеры 5 на расстояниях 8 мм, от внешнего края камеры 5, а устройство дополнительно содержит помпу 1, вход которой соединен с сетевым выключателем 6, а выход - со входом реакторной камеры 5.

Работа портативного устройства для генерирования озона осуществляется следующим образом: при включении сетевого выключателя 6 в сеть, электропитание напряжением 220 В поступает на блок 7 питания вентилятора 8 охлаждения, при этом вентилятор 8 охлаждения и генератор 2 высокого импульсного напряжения, где генерируются электрические колебания импульсным разрядом прямоугольной формы с крутыми фронтами и срезами, амплитудой 300 кВ, частотой 300 Гц, дополнительно промодулированных по амплитуде частотой 50 Гц, передающиеся в высоковольтный импульсный трансформатор 3, соединенный с реакторной камерой 5, которая состоит из двух барьеров, параллельно расположенных полированных стекол размером 120×60×5 мм, покрытых с внешней стороны слоем металлизации размером 90×40 мм. Расстояние между стеклами 2 мм. С торцов реакторная камера 5 герметизирована. В стекла впаяны 2 стеклянных штуцера внешним диаметром 4 мм. и внутренним 3 мм. Расположены штуцеры на противоположных сторонах камеры 5 на расстояниях 8 мм от внешнего края камеры 5. Штуцеры предназначены для подвода и отвода газа. К слоям металлизации подается питающее напряжение от генератора 2 высокого импульсного напряжения.

Такая конструкция реакторной камеры 5 позволяет:

- добиться сочетания очень однородного импульсного «объемного, тихого, коронного, барьерного» разряда, что в сочетании с небольшим давлением в зоне реакции позволяет существенно увеличить концентрацию озона на выходе из реакторной камеры 5;

- отсутствует контакт продуктов реакции непосредственно с металлом электродов, что в свою очередь позволяет не загрязнять выходной газ продуктами окисления и коррозии электродов, что опять же в свою очередь позволяет снизить требования к предварительной очистке и осушению исходного кислородосодержащего газа и не использовать для электродов дорогостоящих металлов или их сплавов.

Примеры конкретного выполнения способа генерирования озона.

Пример 1. Через помпу 1 осуществляют подачу кислородсодержащего газа под давлением 100 мм рт. столба в реакторную камеру 5, электрический импульсный разряд используют прямоугольной формы, частотой 200 Гц.

Данный способ генерирования озона при вышеуказанных параметрах не позволяет получить достаточную концентрацию озона в газовой смеси.

Пример 2. Проводят аналогично примера №1, но через помпу 1 осуществляют подачу кислородсодержащего газа под давлением 120 мм рт. столба в реакторную камеру 5, электрический импульсный разряд используют прямоугольной формы с крутыми фронтами и срезами, частотой 300 Гц, дополнительно промодулированных по амплитуде частотой 50 Гц.

Данный способ генерирования озона позволяет получать многократное увеличение концентрации озона на выходе из реакторной камеры при прочих равных условиях и энергозатратах.

Пример 3.

Проводят аналогично примера №1, но через помпу 1 осуществляют подачу кислородсодержащего газа под давлением 140 мм. рт. столба в реакторную камеру 5, электрический импульсный разряд используют прямоугольной формы, частотой 400 Гц, дополнительно промодулированных по амплитуде частотой 1000 Гц.

Данный способ генерирования озона позволяет получать многократное увеличение концентрации озона на выходе из реакторной камеры при прочих равных условиях и энергозатратах.

Пример 4.

Проводят аналогично примера №1, но через помпу 1 осуществляют подачу кислородсодержащего газа под давлением 160 мм. рт. столба в реакторную камеру 5, электрический импульсный разряд используют прямоугольной формы, частотой 400 Гц, дополнительно промодулированных по амплитуде частотой 1000 Гц.

Данный способ генерирования озона позволяет получать высокие концентрации озона на выходе из реакторной камеры, но энергозатраты будут многократно увеличены.

Таким образом, оптимальными являются примеры 2 и 3, которые сводятся к многократному увеличению концентрации озона на выходе из реакторной камеры 5 при прочих равных условиях и энергозатратах, который также выявил отсутствие загрязнений выходного газа окислами, а упрощенная конструкция портативного устройства позволяет повысить надежность реакторной камеры 5, без использования для электродов дорогостоящих металлов или их сплавов, снизить требования к предварительной очистке и осушению кислородсодержащего газа.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

- исключает загрязнения выходного газа окислами;

- позволяет получать многократное увеличение концентрации озона на выходе из реакторной камеры при прочих равных условиях и энергозатратах.

Группа изобретений относится к способам и устройствам физической генерации озона из кислородсодержащего газа и может быть использована для бактерицидной обработки ран, гинекологических патологий, стерилизации хирургического инструмента. Способ включает подачу кислородсодержащего газа под давлением 120 – 140 мм ртутного столба в межэлектродное пространство. На газ воздействуют электрическим импульсным разрядом прямоугольной формы с крутыми фронтами и срезами амплитудой 300 кВ и частотой 300 Гц, дополнительно промодулированными по амплитуде частотой 50 Гц. Портативное устройство содержит размещенные в озоноустойчивом корпусе блок питания и высокочастотный генератор, вентилятор, подключенный к выходу блока питания, высоковольтный импульсный трансформатор, вход которого соединен с выходом высокочастотного генератора импульсов, а его высоковольтный выход соединен с электродами реакторной камеры. Устройство также содержит помпу, вход которой соединен с сетевым выключателем, а выход - со входом реакторной камеры. Реакторная камера представляет собой два параллельно расположенных полированных стекла размером 120×60×5 мм, покрытых с внешней стороны слоем металлизации размером 90×40 мм. Расстояние между стеклами 2 мм, а с торцов камера герметизирована. В стекла впаяны 2 стеклянных штуцера внешним диаметром 4 мм и внутренним 3 мм, при этом штуцеры находятся на противоположных сторонах камеры на расстояниях 8 мм, от внешнего края камеры. Технический результат: многократное увеличение концентрации озона на выходе из реакторной камеры при прочих равных условиях и энергозатратах, отсутствие загрязнений выходного газа окислами, повышение надежности реакторной камеры, без использования для электродов дорогостоящих металлов или их сплавов, снижение требований к предварительной очистке и осушению кислородсодержащего газа. 2 н.п. ф-лы, 7 пр., 1 ил.

1. Способ генерирования озона, включающий подачу кислородсодержащего газа в межэлектродное пространство, воздействие на него электрическим импульсным разрядом, амплитудой 300 кВ, отличающийся тем, что подают давление кислородсодержащего газа при 120-140 мм ртутного столба, а электрический импульсный разряд используют прямоугольной формы с крутыми фронтами и срезами частотой 300 Гц, дополнительно промодулированных по амплитуде частотой 50 Гц.

2. Портативное устройство для генерирования озона, содержащее размещенные в озоноустойчивом корпусе блок питания и высокочастотный генератор, вентилятор, подключенный к выходу блока питания, высоковольтный импульсный трансформатор, вход которого соединен с выходом высокочастотного генератора импульсов, а его высоковольтный выход соединен с электродами реакторной камеры, отличающееся тем, что содержит помпу, вход которой соединен с сетевым выключателем, а выход - со входом реакторной камеры, при этом реакторную камеру используют с двумя барьерами, которая представляет собой два параллельно расположенных полированных стекла размером 120×60×5 мм, покрытых с внешней стороны слоем металлизации размером 90×40 мм, причем расстояние между стеклами 2 мм, а с торцов камера герметизирована, в стекла впаяны 2 стеклянных штуцера внешним диаметром 4 мм и внутренним 3 мм, при этом штуцеры находятся на противоположных сторонах камеры на расстояниях 8 мм от внешнего края камеры.