Трехфазный генератор озона

Изобретение относится к устройствам для получения озона. Трехфазный генератор озона содержит диэлектрический барьер, на одной стороне которого расположен индуцирующий электрод, подключенный к нейтральному проводу трехфазного источника питания, а на другой стороне - комплект равномерно расположенных разрядных металлических электродов, подключенных с чередованием фаз к линейным проводам трехфазного источника питания. Разрядные электроды выполнены из отрезков изолированного кабеля цилиндрической формы и расположены в несколько рядов как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях с максимальной плотностью друг к другу. Диэлектрический барьер и индуцирующий электрод расположены по образующим сторонам внешних разрядных электродов. Изобретение позволяет уменьшить линейный размер генератора озона и повысить производительность устройства по синтезу озона при высокой надежности его работы. 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области создания генераторов озона, а также к конструкции электроразрядных камер озонаторов, предназначенных для получения озона из кислорода или смеси, содержащей кислород.

Широко известны озонаторы, которые состоят из комплекта электроразрядных камер (частный случай: одна камера) [1]. Синтез озона в таких камерах осуществляется за счет объемно-барьерного разряда в газовом промежутке озонируемого газа либо за счет поверхностного барьерного разряда.

Питание электрических озонаторов осуществляется от высоковольтного источника переменного напряжения. Используются как однофазные источники питания, так и трехфазные. Недостатком указанных устройств является ограничение по использованию более экономичного трехфазного источника питания. Трехфазный источник питания может быть использован, если генератор озона состоит не менее чем из трех камер. А для обеспечения симметричного режима работы трехфазною источника питания количество камер должно быть кратным трем.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство, содержащее диэлектрический барьер, на одной стороне которого имеется один индуцирующий электрод, подключенный к нейтральному проводу трехфазного источника питания, а на другой стороне - комплект равномерно расположенных разрядных металлических электродов, подключенных с чередованием фаз к линейным проводам трехфазного источника питания [2]. В этой камере для синтеза озона используется поверхностный барьерный разряд и сама камера представляет трехфазную симметричную нагрузку. То есть при любом количестве камер для питания генератора озона необходимо использовать трехфазный высоковольтный источник питания.

Однако прототип [2] может стабильно функционировать при значительном линейном размере из-за повышенного расстояния между разрядными электродами, которое определяется соотношением:

Здесь: l - расстояние между металлическими разрядными электродами, U_m - амплитуда линейного напряжения, Е_р - средняя разрядная напряженность, типичное значение которой Е_р=3÷5 кВ/см. При несоблюдении вышеуказанного условия возможен аварийный режим из-за короткого замыкания между соседними разрядными электродами. Тогда, как для однофазного генератора озона [3] типичное значение l≤5 мм.

Цель изобретения - уменьшение линейного размера трехфазного генератора озона при высокой надежности его работы.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для получении озона, содержащем диэлектрический барьер, на одной стороне которого имеется один индуцирующий электрод, подключенный к нейтральному проводу трехфазного источника питания, а на другой стороне - комплект равномерно расположенных разрядных электродов, подключенных с чередованием фаз к линейным проводам трехфазного источника питания, разрядные электроды выполнены из отрезков изолированного кабеля цилиндрической формы и расположены в несколько рядов как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях с максимальной плотностью друг к другу, а диэлектрический барьер и индуцирующий электрод расположены по образующим сторонам внешних разрядных электродов. Такое расположение позволяет свести к минимуму линейный габарит. Для сохранения интенсивности синтеза озона в разрядных областях между барьером и разрядными электродами сумма толщин барьера изоляции кабеля в предлагаемом устройстве не должна превышать толщину барьера в прототипе [2]. Кроме этого, образуются дополнительные разрядные области в местах соприкосновения соседних разрядных электродов, что повышает производительность устройства по синтезу озона.

Дальнейшее уменьшение линейного габарита получается, если предлагаемое устройство сделать только из разрядных электродов, выполненных из отрезков цилиндрического кабеля. Причем располагать их в пространстве необходимо с максимальной плотностью. То есть каждый электрод, кроме граничного, будет соприкасаться с шестью соседними электродами. А соприкасающиеся электроды должны быть подключены к разным фазам трехфазного источника питания.

На фиг.1 и фиг.2 приведены поперечные сечения трехфазных озонаторных камер. На фиг.1 озонаторная камера содержит основной барьер 1, индуцирующий электрод 2 и комплект разрядных электродов 3, которые выполнены из отрезков изолированного цилиндрического кабеля. Разрядные электроды 3 соприкасаются с основным барьером 1 и друг с другом. Такая компановка с одной стороны позволяет уменьшить линейный габарит, а с другой - повысить производительность по синтезу озона за счет увеличения количества разрядных областей.

Генератор озона работает следующим образом. Заданный поток озонируемого газа поступает в озонаторную камеру, ограниченную в пространстве основным барьером 1, крышкой 4 и двумя боковыми стенками 5. Далее он проходит в разрядные зазоры, образованные поверхностями основного барьера 1 и отрезков кабелей 3. При подключении высоковольтного трехфазного источника питания 6, нейтральный провод которого подсоединен к индуцирующему электроду 2, а линейные провода с чередованием - к разрядным электродам 3, в разрядных зонах возникает поверхностный разряд и осуществляется синтез озона. Затем озоногазовая смесь выходит из разрядных зазоров и подается на объект обработки озоном. Производительность озонатора можно еще повысить, если вместо крышки 4 вплотную к разрядным электродам 3 установить дополнительный барьер с индуцирующим электродом. Тогда синтез озона будет осуществляться по обеим сторонам озонаторной камеры.

Устройство на фиг.1 рассмотрено на примере пластинчатого озонатора. Очевидно, все выводы и преимущества справедливы и для трубчатого озонатора. Тем более аналог [2], взятый в качестве прототипа, представляет трубчатый генератор озона. В этом случае количество разрядных электродов можно считать равным только трем и необходимо оперировать витками разрядных электродов. Количество витков разрядных электродов, как и количество просто разрядных электродов 3, в случае пластинчатого исполнения неограничено.

Использование отрезков кабеля цилиндрической формы позволяет более компактно выполнить озонаторную камеру, которая состоит только из разрядных электродов 3.

На фиг.2 представлен поперечный разрез озонаторной камеры, состоящей из разрядных электродов 3, расположенных вплотную относительно друг друга с максимальной плотностью. То есть каждый разрядный электрод 3, кроме крайних, соприкасается с шестью другими разрядными электродами. Форма сечения озонаторной камеры может быть разнообразной: прямоугольной, треугольной, шестиугольной и т.д. Наиболее технологичной и легко реализуемой является прямоугольная форма. Придание необходимой формы сечению камеры обеспечивается с помощью корпуса. В случае прямоугольной формы корпус состоит из двух крышек 4 и двух стенок 5.

Такой трехфазный генератор озона фиг.2 работает следующим образом. Заданный поток озонируемого газа, поступая в озонаторную камеру, проходит в разрядные зазоры, образованные поверхностями отрезков кабелей 3. Это зазоры между поверхностями цилиндров при расположении их вплотную друг к другу. Вес кабели подсоединены к высоковольтному трехфазному источнику питания, причем соседние соприкасающиеся электроды подключены к разным фазам. При подаче высокого напряжения на клеммы генератора озона в разрядных областях возникают поверхностные разряды и происходит синтез озона. Затем озоногазовая смесь подается на объект обработки озоном.

Количество разрядных зон на каждом отрезке кабеля определяется числом линий соприкосновения с соседними отрезками. Для отрезков кабелей, расположенных внутри сечения озонаторной камеры, количество таких линий равно шести, для крайних отрезков - от двух до пяти. Для случая, представленного на фиг.2, когда число рядов равно числу электродов в ряду, количество разрядных областей будет:

К=(3n-1)(n-1),

где n - количество электродов в ряду. На фиг.2 представлено сечение озонаторной камеры для n=3.

Использование изолированного кабеля в качестве разрядных электродов позволяет значительно упростить технологию изготовления трехфазных генераторов озона. Автоматизированность изготовления и контроля кабелей гарантирует высокую надежность при использовании их в качестве разрядных элементов. А большое разнообразие кабельной продукции позволяет в каждом конкретном случае достигать необходимых показателей и параметром для трехфазных генераторов озона.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лунин В.В., Попович И.Л., Ткаченко С.И. Физическая химия озона. МГУ, 1998. с.63-67, с.125-127.

2. Патент Японии №2000119005, кл. С 01 В 13/11, Н 01 Т 23/00.

3. Калинин А.В., Козлов М.В., Пантюшкин В.В. Экспериментальное исследование высокочастотного поверхностного разряда. // Изв. АН СССР, Энергетика, 1993, т.4, с.44-51.

Трехфазный генератор озона, содержащий диэлектрический барьер, на одной стороне которого расположен индуцирующий электрод, подключенный к нейтральному проводу трехфазного источника питания, а на другой стороне - комплект равномерно расположенных разрядных металлических электродов, подключенных с чередованием фаз к линейным проводам трехфазного источника питания, отличающийся тем, что разрядные электроды выполнены из отрезков изолированного кабеля цилиндрической формы и расположены в несколько рядов как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях с максимальной плотностью друг к другу, а диэлектрический барьер и индуцирующий электрод расположены по образующим сторонам внешних разрядных электродов.