Камера барьерного разряда

Изобретение относится к устройствам для получения ионизированного газа при помощи барьерного разряда. Камера содержит электроды и расположенный между ними трубчатый спиральный диэлектрический барьер, через который пропускают рабочую газовую среду. Диэлектрический барьер может быть выполнен в виде цилиндрической спирали, навитой на поверхность внутреннего цилиндрического электрода, коаксиально установленного по отношению к наружному цилиндрическому электроду, или в виде плоской спирали Архимеда, расположенной между плоскими электродами. Такое выполнение устройства позволяет существенно упростить конструкцию, уменьшить трудоемкость ее изготовления, без снижения ее производительности. 3 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для получения ионизованного газа (например, озона, смеси криптон - ксенон и др.) при помощи барьерного разряда.

Ионизированный газ, полученный в заявляемом устройстве, может быть использован в так называемых озонных технологиях: очистка и подготовка питьевой воды, очистка сточных вод (бытовых и промышленных стоков), отходов газов и др. Ионизированная смесь газов используется также в металлургической, химической, плазмохимической, фармацевтической, пищевой промышленности, коммунальном хозяйстве и медицине.

Известно устройство по патенту RU №2063928 «Малогабаритный озонатор» авторов Ткачева Р.П. и Петриной Т.А., кл. МПК⁷ С01В 13/11, опубл. в БИ №20 от 20.07.96 г. Озонатор содержит цилиндрический корпус, выполненный из токопроводящего материала и являющийся наружным электродом, торцы которого снабжены фланцами, а внутри цилиндрического корпуса коаксиально с ним на центрирующих втулках, закрепленных на фланцах, установлена стеклянная кювета (стеклянная трубка), закрытая с одного торца и контактирующая своей внутренней поверхностью с электродом. Внутренний и наружный электроды подключены к источнику питания, а цилиндрический корпус снабжен патрубком для подачи рабочего газа, воздуха или кислорода. Диэлектрический барьер, которым является стенка стеклянной трубки, расположен с зазором по отношению к внешнему электроду. Под действием высоковольтных импульсов напряжения в межэлектродном промежутке возбуждается барьерный разряд.

В разрядных промежутках происходит нарастание напряженности электрического поля. Появление микроразрядов вызывает локальное увеличение напряженности электрического поля. Ультрафиолетовое излучение облучает рабочий объем камеры газом и поверхность электродов, инициируя развитие барьерного разряда во всем межэлектродном промежутке. В результате увеличения поверхности соприкосновения диэлектрика с электродом повышается производительность и интенсивность плазмохимических процессов. В результате прохождения рабочего газа через разрядную зону озонатора на выходе получается озон-воздушная или озон-кислородная смесь с концентрацией (10^-1-10) г/м³, при этом получаемое количество озона зависит от превышения интенсивности образования над интенсивностью разложения.

Недостатком этой конструкции является неэффективность использования объема разрядной камеры, так как в микрозазорах, образованных неплотным прилеганием диэлектрика, тоже зажигается разряд, так как один из электродов выполнен в виде проводящего покрытия на поверхности. Кроме того, диэлектрический барьер находится в неоднородном тепловом поле.

Известна также камера барьерного разряда (свидетельство на полезную модель RU №32498 А.И.Карпенко «Озонатор», кл. МПК⁷ С25В 1/13, опубликовано в БИ №26 от 20.09.03 г.). Камера барьерного разряда здесь содержит электроды и расположенный между ними трубчатый диэлектрический барьер, через который пропускается рабочая газовая среда.

В качестве диэлектрического барьера используется плоская стеклянная кювета, которая представляет собой плоскую трубку прямоугольного сечения, на концах переходящую в трубки круглого сечения, на которые надеты трубки, подводящую газовую смесь (кислород) и выводящую ионизированную (озон) смесь. Диэлектрический барьер установлен между плоскими электродами.

Недостатком этой камеры является неустойчивость в эксплуатации. Распределение токов неоднородно в контактах диэлектрик-металл вдоль длины стеклянной трубки. Между поверхностью барьера, обращенного к разрядному промежутку и поверхностью, обращенной к электроду, существуют градиенты температур. Неоднородность в распределении токов приводит к перегреву, возможному тепловому пробою. Все эти недостатки снижают производительность и концентрацию выходной газовой смеси.

Наиболее близким к заявляемой камере барьерного разряда является камера барьерного разряда озонатора, описанного в патенте Германии DE 10008103, опубл. 28.12.2000, МПК⁷ Н01Т 1/13. В этой камере диэлектрический барьер выполнен в виде цилиндрической трубчатой спирали, который расположен внутри цилиндрического электрода, а другой электрод - спиральный и расположен внутри трубки барьера. Такая конструкция камеры барьерного разряда позволяет повысить производительность озонатора, в состав которого входит камера, и увеличить концентрацию озона на выходе. Недостаток устройства - сложность конструкции, которая заключается в трудоемкости установки спирального электрода внутри спирального трубчатого барьера с обеспечением необходимого зазора между ними.

Задача данного изобретения заключается в упрощении конструкции камеры барьерного разряда.

Технический результат изобретения - упрощение конструкции камеры барьерного разряда за счет изменения формы и взаимного расположения электродов и спирального диэлектрического барьера.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известной камерой барьерного разряда, содержащей электроды и расположенный между ними трубчатый спиральный диэлектрический барьер, через который пропускается рабочая газовая среда, в предлагаемом техническом решении или оба цилиндрических электрода имеют форму цилиндров, они расположены коаксиально друг другу, а диэлектрический барьер выполнен в виде цилиндрической спирали, навитой на поверхность внутреннего электрода, или электроды выполнены плоскими, а диэлектрический барьер в виде плоской спирали Архимеда расположен между ними.

Такое конструктивное выполнение устройства позволяет существенно упростить конструкцию камеры барьерного разряда, уменьшить трудоемкость ее изготовления, без снижения ее производительности. В предложенном устройстве нет необходимости размещать один из электродов внутри изогнутого спиралью трубчатого диэлектрического барьера электрода с гарантированным зазором между ними. Эта операция в изготовлении прототипа является наиболее трудоемкой, а при изготовлении предлагаемого устройства она отсутствует.

На фиг.1 изображена заявляемая разрядная камера с цилиндрическими коаксиальными электродами.

На фиг.2 изображена заявляемая разрядная камера с плоскими электродами.

На фиг.3 изображен диэлектрический барьер в виде плоской спирали Архимеда.

Камера барьерного разряда содержит электроды 2 и 3 и расположенный между ними трубчатый диэлектрический барьер 1, через который пропускается рабочая газовая среда. Диэлектрический барьер 1 выполнен в виде спирали. Электроды 2 и 3 (фиг.1) могут быть выполнены цилиндрическими, они расположены коаксиально, а диэлектрический барьер 1 выполнен в виде цилиндрической спирали, навитой на поверхность внутреннего электрода 3. Электроды 2 и 3 (фиг.2) могут быть выполнены плоскими, а диэлектрический барьер 1 в виде плоской спирали Архимеда (фиг.3) расположен между ними.

Кроме того, заявляемое устройство содержит входную трубку 4 и выходную трубку 5. Камера запитывается от высокочастотного импульсного источника напряжения (на фиг.1-2 не показан), включающего последовательно соединенный трансформатор, выпрямитель, генератор импульсов и электронный ключ.

Устройство работает следующим образом. Входная 4 и выходная 5 трубки камеры подключаются к соответствующим магистралям подачи и выходного газа. Устанавливается поток подаваемого на ионизацию газа через трубчатый диэлектрический барьер 1. Электроды 2 и 3 разрядной камеры подключаются к генератору высокочастотных импульсов чередующейся полярности. Микроразряды производят плазму и ультрафиолетовое излучение, которое инициирует формирование барьерного разряда на фронте каждого импульса напряжения, обеспечивая тем самым эффективную и стабильную наработку ионизованного газа в широком диапазоне частот.

В примере реализации по фиг.1 коаксиальные электроды 2 и 3 были выполнены из дюралюминия. Зазор между внешним электродом и диэлектрическим барьером в виде стеклянной трубки выполнен порядка 1 мм. Трубка выполнена из термостойкого стекла с толщиной стенки 1- 1,2 мм. Контактирующий со стеклянной трубкой внутренний электрод покрыт защитой из слоя никеля или хрома толщиной 15-18 мкм. Разрядная камера представляет собой коаксиальную систему электродов с диаметром D=48 мм и D=40 мм. При этом диэлектрический барьер может прилегать к обоим электродам, касаясь их, или иметь гарантированный зазор с одним из них либо с обоими.

Таким образом, по сравнению с прототипом такое конструктивное выполнение устройства позволяет существенно упростить конструкцию камеры барьерного разряда, уменьшить трудоемкость ее изготовления, без снижения ее производительности.

Камера барьерного разряда, содержащая электроды и расположенный между ними трубчатый спиральный диэлектрический барьер, через который пропускается рабочая газовая среда, отличающаяся тем, что диэлектрический барьер выполнен в виде цилиндрической спирали, навитой на поверхность внутреннего цилиндрического электрода, коаксиально установленного по отношению к наружному цилиндрическому электроду, или в виде плоской спирали Архимеда, расположенной между плоскими электродами.