Генератор озона



Генератор озона
Генератор озона

 


Владельцы патента RU 2458855:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)

Изобретение относится к производству озона и может быть использован для очистки воды и обработки помещений в медицине. Генератор озона содержит разрядную камеру в виде прямоугольного параллелепипеда, внутри которой стопкой уложены плоские электроды и диэлектрические барьеры, имеется входная и выходная полости. Прямоугольные металлические электроды уложены так, что нечетные пластины примыкают к одной стороне камеры, а четные - к другой стороне, а сами стороны являются общими шинами высокого и низкого напряжения. В разрядном промежутке диэлектрический барьер примыкает вплотную к одному из электродов. В качестве диэлектрического барьера используется сегнетокерамика BaTiO3-BaZrO3. изобретение позволяет повысить производительность, надежность и стабильность работы генератора озона. 2 ил.

 

Изобретение относится к области производства озона из кислорода или воздуха и может быть использовано в медицине для очистки воды и обработки помещений.

Известно устройство разрядной камеры [патент РФ №2057059, МКИ C01B 12/11, опубл. 27.031996 г.], в которой диэлектрическим барьером является керамика на основе глинозема Аl2O3 с добавлением оксида марганца МnО.

Известен также генератор озона, состоящий из двух разрядных камер [патент РФ №2127220, МКИ C01B 13/11, опубл. 10.03.1999 г.], соединенных последовательно с переменным зазором разрядного промежутка. Диэлектриком является керамика с диэлектрической проницаемостью ε=8.

Общим недостатком вышеперечисленных аналогов является сложность конструкций и малая управляемость свойствами барьерной керамики в процессе электросинтеза озона.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является генератор озона, содержащий разрядную камеру в виде прямоугольного параллелепипеда, внутри которой стопкой уложены плоские электроды и диэлектрические пластины для электрического барьера, имеется входная и выходная плоскости, воздушный разрядный промежуток образован между двумя диэлектрическими пластинами из керамики, примыкающих вплотную к металлическим электродам [патент, Россия №2206496, МКИ C01B 13/11, опубл. 20.06.2003 г., (прототип)].

Недостатком прототипа является жесткая привязанность электрических параметров барьерной керамики к источнику питания, что мешает добиться оптимального режима разряда в камере, вследствие чего возникают локальные перегревы в диэлектрическом слое и неравномерное распределение микроразрядов, которые приводят к эрозии и разрушению пластины, а также малое значение величины диэлектрической постоянной керамики.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности, надежности и стабильности работы генератора озона.

Технический результат достигается тем, что в генераторе озона, содержащем разрядную камеру в виде прямоугольного параллелепипеда, внутри которой стопкой уложены плоские электроды и диэлектрические пластины для электрического барьера, имеется входная и выходная полости, электроды в виде прямоугольных металлических пластин уложены так, что нечетные пластины примыкают вплотную к одной боковой стороне камеры, а четные - к другой стороне камеры, а сами стороны являются общими шинами высокого и низкого напряжения соответственно, новым является то, что диэлектрические пластины изготовлены из сегнетокерамики BaТiO3-BaZrO3.

Таким образом, в заявляемом генераторе озона в качестве диэлектрических пластин используют сегнетокерамику с высоким значением диэлектрической постоянной, при этом сегнетокерамика изготовлена на основе твердого раствора BaTiO3-BaZrO3. Признаки, отличающие заявленное изобретение от прототипа, обеспечивают ему соответствие критерию «новизна».

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данных и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена разрядная камера. На фиг.2 представлена ячейка с разрядным воздушным промежутком 8 между электродом 2 и диэлектрической пластиной 3 из сегнетокерамики.

Генератор озона содержит разрядную камеру 1 в виде прямоугольного параллелепипеда (фиг.1), внутри которой стопкой уложены плоские прямоугольные электроды 2, диэлектрические пластины из сегнетокерамики 3, служащие электрическими барьерами, имеется входная полость 4, выходная полость 5, входной патрубок 6, выходной патрубок 7 и разрядные промежутки 8. Электроды уложены так, что нечетные пластины примыкают вплотную к одной боковой стороне камеры, а четные - к другой, а сами боковые стороны являются общими шинами высокого и низкого напряжения, соответственно. Электроды и диэлектрические пластины разделяются дистанционными прокладками из диэлектрика (на фиг.1 - они не показаны).

Газовый поток через входной патрубок 6 (фиг.1) подается в полость 4. Газоозоновая смесь из разрядных промежутков 8 поступает в выходную полость 5, объем которой больше входной полости. Происходит расширение газа, и температура смеси понижается за счет адиабатических процессов. В разрядной камере осуществляется синтез озона в электрических разрядах из кислорода или из кислородосодержащих смесей газов [Ю.В.Филиппов, В.А.Вобликова, В.И.Пантелеев, «Электросинтез озона», Изд-во Московского университета, 1987].

Группу реакций, приводящих к синтезу озона, можно представить:

О2+q-О3+O+q

О+O2+М-О3

где q - частица высокой энергии, например фотон, электрон, возбужденный атом, молекула озона, примеси и т.д.;

М - любая частица, например атом или молекула кислорода, молекула озона, атом или молекула примеси.

Для сегнетокерамики, в отличие от керамики, характерна спонтанная поляризованность в определенном интервале температур, нелинейная зависимость относительной диэлектрической проницаемости ε и тангенса потерь tgδ от температуры, частоты и напряженности электрического поля, высокая диэлектрическая проницаемость [И.С.Рез, Ю.М.Поплавко «Диэлектрики. Основные свойства и применение в электронике», М., Радио и связь, 1989, 185-191 с.].

При помещении сегнетокерамики в электрическое поле поляризация увеличивается и наблюдается рост относительной диэлектрической проницаемости. В области резкого роста поляризации диэлектрическая проницаемость сегнетокерамики максимальна. Существенное влияние на поведение сегнетокерамики в электрическом поле оказывает температура. При достижении некоторой температуры сегнетокерамики переходят в параэлектрическое состояние. Эту температуру называют температурой Кюри. С увеличением температуры величина относительной диэлектрической проницаемости увеличивается и в точке Кюри принимает максимальное значение.

Диэлектрический слой (барьер) играет важную роль в процессе электросинтеза, и его параметры определяют стабильность работы разрядной камеры. Для этого рассмотрим отдельно поведение диэлектрического барьера из сегнетокерамики в одном разрядном промежутке (фиг.2). Это необходимо для дальнейшего описания изобретения.

По существу, - это электрический прибор, имеющий два соединенных последовательно конденсатора с различными диэлектриками: разрядного воздушного промежутка с диэлектрической проницаемостью ε1 и сегнетокерамики с диэлектрической проницаемостью ε2. Пусть параметры на фиг.1 имеют значения: ε1=1, ε2=500, h=1 мм, х=1 мм, U=1000 В,

тогда напряженность электрического поля в воздушном зазоре

Напряженность электрического поля в сегнетокерамике

Напряженность электрического поля в разрядном воздушном промежутке E1≈106 В/м и по величине близко к пробойному напряжению воздуха, равного Епр≈3·106 В/м.

Чтобы оценить минимальный зазор x, обратимся к формуле (1). Пренебрегая произведением hε1 и заменяя E1 на Епр, получим критический размер воздушного разрядного зазора

Так как диэлектрическая проницаемость сегнетокерамики зависит от напряженности электрического поля, то можно выбрать напряжение U на электродах, и значение диэлектрической проницаемости сегнетокерамики будет определяться этим электрическим полем. Например, выбрать температурный интервал, в котором будет изменяться диэлектрическая проницаемость сегнетокерамики ε2. Здесь есть возможность управлять приложенным напряжением U и выбирать оптимальный и экономный режим работы разрядной камеры.

Представим теперь, что в процессе работы разрядной камеры диэлектрический барьер из сегнетокерамики испытывает неравномерный нагрев диэлектрической пластины, в результате чего в местах нагрева диэлектрическая проницаемость увеличивается, а напряженность электрического поля в сегнетокерамике уменьшается. Срабатывает обратная связь, и система возвращается в исходное состояние. Это следует из формулы (2), т.е., если ε2 растет от температуры, то Е2 уменьшается, а напряженность электрического поля E1 не меняется. Другими словами, диэлектрический барьер из сегнетокерамики в разрядной камере автоматически поддерживает себя в оптимальном температурном интервале. В генераторе озона получается устойчиво-однородный равномерно-распределенный разряд. Любое нарушение этой однородности (краевые эффекты, локальные микроразряды и т.д.) за счет нелинейных параметров сегнетокерамики можно устранить. Сегнетокерамика состава BaTiO3-BaZrO3 образует непрерывный ряд твердых растворов [под редакцией Ю.В.Корицкого, В.В.Пасынкова, Б.М.Тареева «Справочник по электротехническим материалам», том 3, Ленинград, Энергоатомиздат, 1988, 550-579 с.] с различными электрическими свойствами в зависимости от содержания второго компонента. Технология изготовления сегнетокрамики дается в справочнике [под редакцией Ю.В.Корицкого, В.В.Пасынкова, Б.М.Тареева «Справочник по электротехническим материалам», том 2, Москва, Энергоатомиздат, 1987, 217-224 с.]. Пример: сегнетокерамика состава ВаTiO3-BaZrO3 с содержанием второго компонента 5% при комнатной температуре имеет диэлекрическую проницаемость, равную 500, а при температуре 100°C диэлектрическая проницаемость принимает значение 7500, при этом напряженность электрического поля Е2 по формуле 2 уменьшится на порядок.

Заявленное изобретение при применении в генераторах озона сегнетокерамики в качестве диэлектрического барьера позволит повысить надежность и стабильность работы разрядной камеры, а также выбрать экономичный режим путем введения обратных связей, исходя из функциональных параметров диэлектрического барьера из сегнетокерамики.

Генератор озона, содержащий разрядную камеру в виде прямоугольного параллелепипеда, внутри которой стопкой уложены плоские электроды и диэлектрические пластины для электрического барьера, имеется входная и выходная полости, электроды в виде прямоугольных металлических пластин уложены так, что нечетные пластины примыкают вплотную к одной боковой стороне камеры, а четные - к другой стороне камеры, а сами стороны являются общими шинами высокого и низкого напряжения соответственно, отличающийся тем, что диэлектрические пластины изготовлены из сегнетокерамики BaTiO3-BaZrO3.



 

Похожие патенты:

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

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.

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 получения озона из воздуха и может быть широко использовано в различных отраслях сельского хозяйства. .

Озонатор // 2427528
Изобретение относится к аппаратам синтеза озона из кислородосодержащих газов. .

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 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.

Изобретение относится к озонаторам и может быть использовано на промышленных и сельскохозяйственных предприятия для обработки воздушных и водных сред. Технический результат состоит в обеспечении контроля производительности озонаторов. Для контроля производительности озонатора в качестве расхода продукта используют концентрацию озона, а в качестве сигнала - количество электрического заряда в озоно-ионной воздушной смеси и измеряют его в течение времени, заданного блоком управления. Затем подают сигнал на дифференцирующее звено, которое по циклам определяет скорость изменения заряда, и формируют его в виде числового или аналогового сигнала в виде электрического напряжения. Циклически поступающие сигналы на счетчик суммируют и при достижении суммарного сигнала заданной величины напряжения озонатор отключают. Устройство содержит датчик производительности озона 7, установленный перед выходом озонатора 4, и имеет кулометр 9, соединенный с дифференцирующим звеном 5 и блоком управления, состоящим из последовательно соединенных счетчика сигналов 10, усилителя сигналов 11 и устройства управления циклическим процессом измерения скорости изменения заряда 12. Выход усилителя сигналов 11 соединен с регулятором напряжения 6. Датчик выполнен в виде тонкой металлической пластины, а высоковольтный электрод озонатора - в виде плоской катушки. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технологии стабилизации производительности озонаторов и может быть использовано на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях для обработки воздушных и водных сред. Для стабилизации производительности озонатора согласно изобретению в качестве расхода сырья используют концентрацию озона, а в качестве сигнала - количество электрического заряда в озоно-ионной воздушной смеси, подаваемой озонатором, которое измеряют в течение времени, заданного блоком управления, и подают на дифференцирующее звено, определяющее по циклам скорость изменения заряда, которую далее формируют в виде числового или аналогового сигнала электрического напряжения и сравнивают со значением напряжения на электродах озонатора, заданного блоком управления. При отклонении величины сигнала формируют регулятором напряжения сигнал, обратно пропорционально изменяющий напряжение на электродах озонатора. Устройство для осуществления способа имеет датчик производительности озона, установленный перед выходом озонатора, кулонометр, соединенный с дифференцирующим звеном с блоком управления, состоящим из последовательно соединенных счетчика сигналов, усилителя сигналов и устройства управления циклическим процессом измерения скорости изменения заряда, соединенного со счетчиком сигналов и кулонометром. Выход усилителя сигналов соединен с регулятором напряжения, а источник питания подключен к устройству управления циклическим процессом измерения скорости изменения заряда и к усилителю сигналов. Датчик выполнен в виде тонкой металлической пластины, а высоковольтный электрод озонатора - в виде плоской катушки. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области промышленной безопасности и газоаналитического приборостроения в части производства приборов и устройств, применяемых для проведения периодической поверки и калибровки приборов газового контроля наличия в воздухе рабочей зоны промышленных предприятий токсичных и взрывоопасных газов. Электроразрядный имитатор поверочных газовых смесей содержит разрядную камеру с впускным и выпускным отверстиями, внутри которой размещены высоковольтные электроды. Причем вне камеры установлен источник импульсов высокого напряжения, подключенный к электродам и побудитель расхода атмосферного воздуха через разрядную камеру. При этом устройство размещено в носимом экранированном корпусе, в полости которого жестко закреплены источник питания искрового низкочастотного разряда и побудитель расхода газа. Также в полости корпуса размещены разрядная камера, имеющая форму Т-образной трубки, через длинную сторону которой побудителем расхода газа прокачивается атмосферный воздух. При этом в ее середине на внутренней стенке в отверстии диаметром D2=3 мм, образуемом другой короткой трубкой, стыкуемой перпендикулярно с первой, периодически зажигается искровой разряд между центральной жилой и корпусом камеры, соединенным с оплеткой коаксиального кабеля РК-50, вставленного герметично в короткую трубку с внутренним диаметром D2 на расстояние L2 заподлицо с внутренней поверхностью длинной трубки с внутренним диаметром D1, соединенной через выходящую из корпуса имитатора силиконовую трубку длиной 800 мм с внутренним диаметром 4 мм с входным штуцером проверяемого газосигнализатора, через камеру сенсоров которого прокачивается газовоздушная смесь, отбираемая из зоны разряда, в пространстве которого возникают возбужденные атомы, молекулы и ионы, действие которых на газочувствительные сенсоры NO, NO2, Cl2, CO, C3 и другие эквивалентно действию газовых смесей этих газов фиксированных концентраций в воздухе или в другом нейтральном по отношению к сенсору газе-разбавителе, получаемых в генераторах поверочных газовых смесей, или действию ГОСТированных поверочных газовых смесей в сосудах высокого давления. Техническим результатом является мобильность переносного прибора и повышение производительности поверки и наладки газосигнализаторов как в условиях массового производства, так и при периодическом техническом обслуживании газосигнализаторов в условиях технического сервиса, так и в организациях, закупающих газосигнализаторы для обеспечения безопасности производства с наличием токсичных веществ в воздухе рабочей зоны. 1 ил.

Изобретение относится к устройству для получения озона и направлено на совершенствование схемы электрического питания генератора озона озонаторного комплекса. Озонаторный комплекс содержит высоковольтный высокочастотный источник питания и подключенную к нему ударную емкость, а также подключенный через коммутатор и выполненный в виде многозазорного искрового разрядника генератор озона. Причем высоковольтный источник питания представляет собой высоковольтный источник постоянного напряжения, а многозазорный искровой разрядник выполнен с неподвижными электродами. Каждая пара неподвижных электродов образует разрядный промежуток и установлена с возможностью формирования искрового разряда при помощи инициирующих электродов, установленных во вращающемся диске, размещенном в разрядных промежутках. При этом инициирующие электроды равномерно установлены на вращающемся диске так, что при вхождении двух противоположно размещенных на диске инициирующих электродов в разрядные промежутки двух пар неподвижных электродов все остальные электроды остаются вне разрядных промежутков других пар неподвижных электродов. Неподвижные электроды, расположенные по одну сторону от диска с инициирующими электродами, подключены к источнику питания через ударную емкость и импеданс, а неподвижные электроды, расположенные по другую сторону от диска с инициирующими электродами, подключены к генератору озона по мостовой схеме. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение стабильности работы озонаторного комплекса. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам и устройствам защиты генератора озона от пожара при электрическом пробое внутренней изоляции. Техническим результатом является полное вытеснение за короткий промежуток времени кислорода с продуктами горения из внутренней полости генератора озона газом, не поддерживающим горение. Технический результат достигается тем, что в способе защиты генератора озона от пожара производят отключение электродов генератора озона от источника электропитания и прекращают подвод кислорода в генератор озона. Одновременно заполняют внутреннюю полость генератора озона негорючим газом под повышенным давлением, вытесняя из нее кислород с продуктами горения и прекращая процесс горения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

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.
Наверх