устройство для получения озона

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОЗОНА, содержащее корпус, в котором расположена разрядная камера, каждый из активных электродов выполнен секционированным, при этом каждая секция соединена с резистором, патрубки для ввода и вывода газа, сообщенные с корпусом, а также источник высокого напряжения, связанный с резисторами, отличающееся тем, что каждый активный электрод снабжен токопроводящим диском с зубцами по внешней поверхности, при этом резисторы выполнены в виде объемных сопротивлений для создания факельного разряда, а зона контакта резистора с соответствующим активным электродом выполнена конусной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для получения озона с помощью электрических разрядов, и может быть использовано в различных областях народного хозяйства.

Известны устройства для получения озона, содержащие корпус с патрубками для ввода воздуха и вывода озонированного воздуха и систему электродов с диэлектрическим барьером между ними. Озон образуется в электрическом разряде, создаваемом в зазоре между электродом и диэлектрическим барьером при подключении к электродам высокого переменного напряжения повышенной частоты.

Недостатками таких устройств являются малые зазоры для протока воздуха (меньше 2-3 мм), создающие большое гидродинамическое сопротивление и требующие повышенного напора специально подготовленного воздуха при его прокачке через разрядную камеру, необходимость интенсивного водяного охлаждения для удаления тепла, выделяющегося в узких газовых зазорах, а также необходимость предварительной осушки воздуха до точки росы 70^оС. Кроме того, для электропитания указанных устройств требуются специальные источники высокого напряжения повышенной частоты. Перечисленные недостатки приводят к усложнению конструкции устройств, увеличению их габаритов и массы, а также энергозатрат в эксплуатации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее разрядную камеру, в которой один из электродов (анод) выполнен сплошным, а катод секционированным, причем каждая секция соединена через резистор с отрицательным полюсом источника высокого постоянного напряжения.

Однако это устройство может работать только при больших скоростях воздуха (в пределах от 20 до 300 м/с) с получением низкой (меньше 1 г/м³) концентрации вырабатываемого озона, что требует создания сложной системы прокачки воздуха через разрядную камеру. В то же время практически все возможные случаи промышленного применения устройств для получения озона не требуют таких высоких скоростей воздуха.

Целью изобретения является упрощение конструкции устройства для получения озона и уменьшение энергозатрат на его производство.

Для этого, в устройстве для получения озона, одержащем разрядную камеру, в которой один из электродов является сплошным, а другой секционированным, при этом каждая секция выполнена в виде игольчатых наконечников с малым радиусом кривизны, укрепленных на концах высоковольтных резисторов, другие концы которых соединены между собой и присоединены к положительному полюсу источника постоянного напряжения, а несекционированный электрод заземлен, расстояние между электродами Н определяется из соотношения

Н f (U, R), где U напряжение источника питания;

R сопротивление резистора.

Предлагаемые элементы конструкции системы электродов, а также соотношение межэлектродного расстояния с напряжением источника питания и сопротивлением резисторов обеспечивают упрощение конструкции устройства в целом и снижение энергопотребления и, тем самым, достижение цели изобретения. При введении этих элементов конструкции в указанной связи с элементами электрической схемы и параметрами напряжения питания в предлагаемое устройство для получения озона они проявляют новые свойства, обеспечивая в разрядном промежутке возникновение факельного разряда, для устойчивого горения которого не требуются малые межэлектродные расстояния и чрезмерно большие скорости потока воздуха, что позволяет упростить конструкцию устройства и снизить энергозатраты на производство озона.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема устройства; на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 приведена вольт-амперная характеристика факельного разряда; на фиг. 4 зависимость средней напряженности электрического поля в факельном разряде от межэлектродного расстояния.

Устройство для получения озона содержит разрядную камеру 1 с патрубками 2 и 3 для ввода и вывода газа соответственно, например воздуха. Активные электроды 4 выполнены секционированными в виде токопроводящих дисков с зубцами по внешней поверхности, установленными на диэлектрическом держателе 5. Корпус 6 устройства ограничивает зону разрядной камеры 1. Высоковольтные резисторы 7, например типа КЭВ-5, установлены на проходных изоляторах 8 и посредством токопроводящего элемента 9 связаны с источником 10 высокого напряжения. Зона контакта резистора 7 с электродом 4 выполнена конусной. Резисторы 7 изолированы от корпуса 6.

Устройство работает следующим образом.

Воздушный поток подается через патрубок 2 в пространство между электродами 4 разрядной камеры 1. Включается источник 10 высокого постоянного напряжения, и на электроды 4 подается напряжение. Корпус 6 при этом заземляется.

Величина напряжения устанавливается такой, чтобы между электродами возник факельный разряд. Воздушный поток, проходя через зону факельного разряда, подвергается его воздействию, в результате чего образуется озон. Озонированный воздух выводится через патрубок 3. Факельный разряд при постоянном напряжении является особой формой электрического разряда в атмосферном воздухе, в котором светящаяся область занимает весь разрядный промежуток, не вызывая пробоя. Визуально факельный разряд состоит из ярко светящегося короткого стебля, примыкающего к аноду, и конусного диффузного свечения, простирающегося вплоть до катода. Область диффузного свечения представляет собой последовательность положительных стриммеров, следующих один за другим с частотой порядка 10³-10⁵ Гц, в результате чего визуально они воспринимаются как сплошное диффузное свечение. В то же время исследования показали, что ток факельного разряда имеет импульсный характер, причем каждый последующий импульс появляется приблизительно через 1 мс после затухания предыдущего. Основным условием устойчивости горения факельного разряда является наличие элемента, стабилизирующего разряд. Роль такого элемента исполняет каждый из резисторов 7, оптимальная величина которого составляет 5-6 МОм. На фиг.3 видно, что при некотором напряжении U_к на вершине электрода возникает коронный разряд и через промежуток начинает протекать ток, величина которого плавно увеличивается с ростом напряжения. При напряжении средний ток скачкообразно увеличивается в несколько раз, что сопровождается возникновением факельного разряда. При дальнейшем повышении напряжения до U_пр происходит пробой промежутка, Таким образом, промежуток напряжений U_ф-U_пр является рабочим диапазоном для озонатора. Токи при этом составляют доли миллиампера. Настройка устройства при этом состоит в установлении на промежутке между катодом и анодом напряжения, близкого к пробивному, т.е. к U_пр. Величина напряжения U_р вычисляется по формуле

U_p Е_ср Н, где Е_ср средняя напряженность электрического поля в разрядном промежутке, зависящая от межэлектродного расстояния, как показано на фиг.4.

Можно отметить, что в условиях факельного разряда допустимы отдельные редкие пробои, поскольку пробивные токи невелики благодаря стабилизации разряда высокоомным сопротивлением резистором, поэтому пробой происходит в виде слабой искры, не переходящей в сильноточную дугу.

Требуемая производительность озонаторов может быть получена с помощью модульной конструкции, в которой каждый модуль соединяется либо параллельно к остальным, либо последовательно. Экспериментальные исследования предлагаемого устройства показали, что по сравнению с известными устройствами аналогичного назначения оно обеспечивает устойчивое горение факельного разряда, заполняющего весь разрядный промежуток, при относительно больших межэлектродных расстояниях без водяного охлаждения в атмосферном воздухе и при обычных скоростях протока воздуха, что позволяет упростить конструкцию и снизить энергозатраты на производство озона.