Озонатор



Озонатор
Озонатор

 


Владельцы патента RU 2427528:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" (RU)

Изобретение относится к аппаратам синтеза озона из кислородосодержащих газов. Озонатор содержит два высокоомных электрода, подключенных к высоковольтному источнику питания с помощью токоподводов, равномерно распределенных по электродам с шагом, обеспечивающим сопротивление между токоподводами 3-5 кОм. Расположение токоподводов одного электрода смещено на полшага относительно токоподводов другого электрода. Использование высокоомных электродов снижает нагрев в разрядной зоне озонатора, что приводит к повышению выхода озона. 2 ил.

 

Изобретение относится к аппаратам синтеза озона из кислородосодержащих газов.

Как правило, генераторы озона представляют собой аппараты, содержащие два высокопроводящих электрода, к которым прикладывается высокое напряжение, на электродах располагаются диэлектрические барьеры и в газовом промежутке вырабатывается озон во время так называемого барьерного разряда [1].

При разряде значительная часть энергии превращается в тепло, нагревая как озоносодержащий газ, так и диэлектрические барьеры, что приводит к снижению выработки озона за счет распадения его при повышенной температуре.

В этом же источнике информации описаны устройства с воздушным и водяным охлаждением озонатора, что позволяет повысить его производительность. Однако такое повышение имеет ограничение. Действительно, через электроды интенсивно охлаждаются диэлектрические барьеры и частично озоносодержащий газ. Непосредственное тепловое воздействие самого разряда на озон остается неизменным, так как его параметры, в том числе и температура, не зависят от эффективности охлаждения.

Техническим решением задачи является повышение производительности.

Поставленная задача решается тем, что в озонаторе (прототип [1]), содержащем подключенные произвольным образом к высоковольтному источнику переменного напряжения два высокопроводящих электрода, образующих газообразный промежуток с расположенными в нем на электродах диэлектрическими барьерами, электроды выполнены высокоомными, а подключение к высоковольтному источнику состоит из токоподводов, равномерно распределенных по электродам с шагом, обеспечивающим сопротивление между токоподводами 3÷5 кОм, причем расположение токоподводов одного электрода смещено на полшага относительно токоподводов другого электрода.

На фиг.1 изображена схема озонатора с присутствием микроразрядов; на фиг.2 - временные формы импульса тока микроразряда.

Озонатор состоит из двух диэлектрических барьеров 1, за которыми размещены высокоомные электроды 2, через токоподводы 3 подключенные к источнику высокого переменного напряжения 4; в рабочем зазоре изображены микроразряды 5.

На фиг.2 представлены временные формы импульса тока микроразряда: кривая 1 - для прототипа, кривая 2 - предполагаемого озонатора. Здесь Im1, Im2 - амплитуды тока; tф - время формирования микроразряда; τ1, τ2 - постоянные времени завершения микроразряда.

Озонатор работает следующим образом. На высокоомные электроды 2 подают напряжение от высоковольтного источника питания 4. Через газовый зазор, образуемый барьерами 1, продувается кислородосодержащий газ, который под воздействием разряда превращается в озон. В процессе разряда все элементы озонатора нагреваются.

В предлагаемом озонаторе уменьшается нагрев самого барьерного разряда, что при одинаковом охлаждении снижает и температуру озоносодержащего газа. В итоге меньшее количество озона подвергается разложению. При одинаковом начальном синтезе озона производительность озонатора увеличивается.

Это следует из дискретной структуры барьерного разряда [2]. Барьерный разряд состоит из отдельных частичных разрядов (микроразрядов). Поэтому эффекты, связанные с производительностью и нагревом, определяются каждым микроразрядом. Согласно [2] фиг.2 (кривая 1) основная составляющая переносимого заряда приходится на стадию завершения разряда (стадия завершения носит затухающий экспоненциальный характер) и равна q=Im1τ1. Амплитуда тока в первом приближении определяется сопротивлением столба микроразряда:

,

здесь Uист - напряжение источника питания в момент действия микроразряда;

Uб=Uа+Uк - прибарьерное падение напряжения, которое состоит из Uа - прианодного и Uк - прикатодного падений;

rр - сопротивление столба микроразряда;

τ1=rрCр - постоянные времени завершения разряда, где Cр - емкость микроразряда.

Тепло, выделяющееся в микроразряде, состоит из двух составляющих:

Qб=Uбq=UбIm1τ1 - прибарьерное выделение тепла;

- джоулево выделение тепла в канале микроразряда.

Численная оценка говорит о соизмеримости этих составляющих.

Используя в предлагаемом озонаторе электроды с повышенным сопротивлением фиг.2 (кривая 2), амплитуда тока микроразряда Iм2 уменьшится, а постоянная времени τ2 увеличится в «к» раз:

, здесь rэ - сопротивление, вносимое высокоомными электродами.

В связи с этим прибарьерное выделение тепла и переносимый заряд остаются неизменными, а джоулево выделение тепла уменьшается в «к» раз. Поэтому начальный синтез озона остается прежним из-за неизменности заряда «q», а нагрев разряда, барьеров и озоногазовой смеси уменьшается и разложение озона падает. В итоге выход озона от отдельного микроразряда и соответственно предлагаемого озонатора увеличивается.

Необходимо отметить, что высокоомные электроды нагреваются от протекания тока более интенсивно, чем в прототипе. Нагрев от микроразряда в предлагаемом устройстве:

то есть насколько меньше стал нагреваться разряд, настолько больше стали нагреваться электроды. Однако, в прототипе [1], интенсивный нагрев электродов осуществляется через озоногазовую смесь и барьеры, что в итоге приводит к повышенному разложению озона. А повышенный нагрев электродов в предлагаемом озонаторе легко снимается за счет естественного либо принудительного охлаждения.

С целью обеспечения наибольшего эффекта величина вносимого сопротивления «rэ» должна быть соизмеримой с сопротивлением столба микроразряда «rр». Значительное превышение «rэ» относительно «rр» приводит к заметному снижению интенсивности процесса формирования микроразряда. Для поддержания заряда, переносимого микроразрядом и соответственно прежнего уровня синтеза озона необходимо повышать напряжение источника питания.

Кроме этого, надо обеспечить одинаковые условия формирования (одинаковые «rэ») для большинства микроразрядов. Поэтому подключение к электродам должно быть выполнено из токоподводов, равномерно распределенных по линейному размеру озонатора. Причем токоподводы одного электрода смещены на полшага относительно другого электрода. Такое расположение обеспечивает фиг.1 одинаковое суммарное расстояние от микроразряда 5 до ближайших токоподводов 3 противоположных электродов 1.

Исследования на действующем макете (электроды 1 выполнялись в виде графитового слоя) показали, что наибольшая производительность достигалась при сопротивлениях между соседними токоподводами, расположенными на одном электроде 3÷5 кОм. В предельном случае к каждому электроду 1 может быть подключено по одному токоподводу 3 к противоположным их концам. Причем сопротивление каждого электрода по всему линейному размеру должно быть в пределах 1,5÷2,5 кОм.

При проведении эксперимента осуществлялось сравнение по выходу озона озонатора с графитовыми электродами и озонатора той же геометрии с высокопроводящими электродами. Производительность предлагаемого озонатора на 80% оказалась выше. Эксперимент проходил с одинаковыми электрическими нагрузками (действующее напряжение высоковольтного источника питания U=10 кВ, при частоте источника питания f=400 Гц).

Источники информации

1. Филиппов Ю.В., Вобликова В.А., Пантелеев В.И. Электросинтез озона. - М: Изд-во Моск. ун-та, 1987. - 237 с. (с.44-56).

2. Самойлович В.Г., Гибалов В.И., Козлов К.В. Физическая химия барьерного разряда. - М.: Изд-во МГУ, 1989. - 176 с. (с.32-36).

Озонатор, содержащий подключенное произвольным образом к высоковольтному источнику переменного напряжения два высокопроводящих электрода, образующие газорарядный промежуток с расположенными в нем на электродах диэлектрическими барьерами, отличающийся тем, что электроды выполнены высокоомными, а подключение к высоковольтному источнику состоит из токоподводов, равномерно распределенных по электродам с шагом, обеспечивающим сопротивление между токоподводами 3÷5 кОм, причем расположение токоподводов одного электрода смещено на полшага относительно токоподводов другого электрода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам, используемым в биологии, химической промышленности, медицине, сельском хозяйстве для получения озона с помощью электрического разряда.

Изобретение относится к устройствам для получения озона из воздуха и может быть широко использовано в различных областях техники и народного хозяйства для дезодорации или стерилизации воздуха в помещениях, локального озонирования воздуха в труднодоступных объемах, овощехранилищах при хранении или консервировании овощей и фруктов, для стерилизации, обработки ран в медицине, для стимуляции весеннего развития пчелиных семей и профилактики и лечения болезней пчел и т.д.

Изобретение относится к генератору озона с двумя электродами (3, 5) и находящимся между ними слоем диэлектрика (15), которые расположены так, что между слоем диэлектрика (15) и одним из электродов (5) образуется зазор для озонирования (13), через который может протекать кислородсодержащий газ.

Изобретение относится к устройству для получения озона путем электросинтеза и может быть использовано в сельском хозяйстве, АПК, пищевой, фармакологической, косметической, промышленности и медицине.

Озонатор // 2394756
Изобретение относится к устройствам для получения озона из кислорода или воздуха с помощью барьерного электрического разряда и может быть использовано на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях для очистки и обеззараживания газовых и водных сред, поверхностей, для стимулирования жизнедеятельности биологических объектов.

Изобретение относится к генераторам для синтеза озона из кислорода из воздуха атмосферы и других кислородосодержащих газовых смесей. .
Изобретение относится к средствам гигиены и профилактики кариеса. .

Изобретение относится к способам получения озона и регулирования концентрации его в озоновоздушных и озонокислородных смесях. .

Изобретение относится к озонаторному оборудованию и может быть использовано при производстве озонаторов для очистки питьевой воды, сточных вод в целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей промышленности и др.

Изобретение относится к устройствам для получения озона из воздуха и может быть широко использовано в различных отраслях сельского хозяйства

Озонатор // 2429193
Изобретение относится к устройствам для получения озона и может быть использовано на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях для обработки воздушных и водных сред

Изобретение относится к устройствам для генерирования озона и может быть использовано для обеззараживания питьевой воды, очистки сточных вод, воздуха в помещениях, а также в медицине, в промышленном производстве, в сельском хозяйстве и других отраслях

Изобретение относится к устройствам для получения озона и может быть использовано на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях для обработки воздушных и водных сред

Изобретение относится к устройству для генерации озона и может быть использовано в химической промышленности и сельском хозяйстве

Изобретение относится к производству озона и может быть использован для очистки воды и обработки помещений в медицине

Изобретение относится к плазменной технике и технологи получения озона, дезинфекции воздуха и обеззараживания воды, и может быть использовано в медицинской, химической и других областях промышленности, а так же для очистки от микробных загрязнений подземных и поверхностных вод

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Определяют активную мощность газоразрядного блока с газоразрядным промежутком между стеклянными пластинами и производительность, а также внутреннюю температуру озонируемого помещения. Строят графики зависимости производительности от активной мощности при разной влажности помещения, затем рассчитывают емкость газоразрядного блока с учетом толщины стеклянных пластин от 2,5 до 4,5 мм и их площади от 0,1 до 1 м2 при постоянном расстоянии между ними. Строят графики зависимости активной мощности газоразрядного блока от его емкости и зависимости емкости газоразрядного блока от площади стеклянных пластин при разной их толщине. Составляют номограмму из ранее построенных графиков. Осуществляют геометрические построения следующим образом: производительность озонатора на выходе из установки находят на оси производительности при заданной температуре и отмечают точкой 1. От нее проводят прямую линию до пересечения с кривой зависимости производительности электроозонатора от его активной мощности при заданной влажности воздуха в помещении и отмечают точку 2. Опускают прямую линию до пересечения с кривой зависимости активной мощности газоразрядного блока от его емкости и отмечают точку 3. Проводят перпендикуляр до пересечения с кривой зависимости емкости газоразрядного блока от площади стеклянных пластин при заданной толщине до линии, соответствущей толщине стекла. Получают точку 4 и от нее поднимают перпендикуляр до пересечения с осью площади стеклянных пластин, на которой отмечают точку 5, которая и является определяемым конструктивным параметром озонатора. Изобретение позволяет выбрать размеры газоразрядного блока электроозонатора без использования специального оборудования. 4 ил.

Изобретение может быть использовано для обеззараживания питьевой воды, очистки сточных вод и воздуха в помещениях. Устройство содержит расположенные в герметичном корпусе высоковольтные и заземленные пластинчатые электроды, имеющие центральные отверстия и выполненные с возможностью охлаждения теплоносителем, покрытые снаружи диэлектриком и чередующиеся через один, источник питания, выводы которого подключены к электродам, штуцеры для подвода рабочего кислородосодержащего газа и теплоносителя и штуцеры для отвода теплоносителя и газоозоновой смеси. Электроды выполнены из герметично соединенных между собой параллельных пластин, образующих внутреннюю полость, в которой расположены установленные перпендикулярно внутренним поверхностям пластин электродов перемычки, жестко связывающие пластины между собой, штуцеры для подвода теплоносителя к электродам и отвода теплоносителя от них. Пластины электродов выполнены с выступающими за пределы активной зоны электродов частями. Первая внутренняя и все нечетные дистанцирующие перемычки жестко прикреплены к одной пластине электрода, а все четные дистанцирующие перемычки жестко прикреплены к другой пластине. На внешней кромке кольцевых пластин выполнены полуцилиндрические впадины для прохода запирающих стержней, которые, проходя через отверстия в дистанцирующих перемычках, соединяют кольцевые пластины и обеспечивают жесткую конструкцию электрода. Три стержня, расположенные под углом 120° относительно друг друга, выходят за пределы внешней кромки электрода и являются элементами крепления электрода к несущим стойкам, имеющим отверстия для установки стержней крепления электродов, расположенные на определенном расстоянии друг от друга. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Озонатор // 2523805
Изобретение относится к области производства озона и может быть использовано для обработки воздушных и водных сред. Озонатор содержит высоковольтный источник переменного напряжения, выполненный в виде изолированных проводов (электродов), покрытых диэлектриком, намотанных на конусное основание. Техническим результатом является повышение производительности и упрощение конструкции. 3 ил.
Наверх