способ получения озонированного воздуха и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения озонированного воздуха, включающий подачу воздуха в газоразрядное пространство, генерирование высоковольтных разрядов в газоразрядном пространстве, озонирование потока воздуха при взаимодействии с высоковольтными разрядами, разбавление озонированного потока воздухом, охлаждение и вывод озонированного воздуха, отличающийся тем, что озонирование потока воздуха производят в процессе его циркулирования через газоразрядное пространство с объемной скоростью от 1,2 до 2,8 м³/с и вывода озонированного воздуха с объемной скоростью от 0,001 до 0,06 м³/с, перед выводом озонированного воздуха доводят концентрацию озона в озонированном потоке до насыщенной, а при разбавлении концентрации озона в озонированном потоке удерживают концентрацию озона в выводимом озонированном воздухе на уровне, близком к насыщенному.

2. Устройство для получения озонированного воздуха, содержащее вентилятор, разрядный блок, источник высокого напряжения, теплообменник и воздуховод, отличающееся тем, что воздуховод выполнен в виде замкнутого контура и оснащен впускной и выпускной заслонками, причем разрядный блок имеет газоразрядные элементы для образования барьерных поверхностных разрядов, установленные в воздуховоде в плоскости его поперечного сечения, и сменные кассеты, причем газоразрядные элементы закреплены в кассете и электрически соединены между собой, а кассета установлена в воздуховоде с возможностью подключения к источнику высокого напряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к способам и устройствам для получения озонированного воздуха и могут найти применение в химической, машиностроительной, металлургической, сельскохозяйственной, пищевой, текстильной, медицинской и других областях промышленности.

Известен озонатор, содержащий корпус, укрепленные на корпусе патрубки входа и выхода газа и патрубки ввода и вывода охлаждающей жидкости, расположенные в корпусе газоразрядные элементы, каждый из которых состоит из коаксиально установленных трубчатых электродов, разделенных диэлектрическим барьером и воздушным кольцевым зазором, и источник высокого напряжения (авт. свид. СССР N 1116004, С 01 В 13/11, оп.1984 г.). В процессе работы озонатора забирают воздух из окружающей воздушной среды, подают в корпус озонатора, прокачивают через узкие кольцевые зазоры газоразрядных элементов, одновременно насыщая его озоном за счет взаимодействия с барьерными разрядами, и затем выводят озонированный воздух из корпуса.

Недостаток озонатора состоит в высокой удельной энергоемкости вследствие большой затраты энергии на прокачивание воздуха через узкие кольцевые зазоры газоразрядных элементов.

Известны способ получения озона и устройство для его осуществления, описанные в патенте РФ N 2027663, С 01 В 13/10, С 01 В 13/11, оп.1995 г. Способ получения озона включает нагрев кислородсодержащего газа в электроразрядном подогревателе, охлаждение полученной реакционной газовой смеси и ее подачу в генератор озона. Охлаждение реакционной газовой смеси ведут до температуры, не превышающей комнатную, после чего в указанную смесь дополнительно вводят воздух или кислород и выдерживают ее в генераторе озона до достижения максимальной концентрации последнего. Устройство для получения озона включает источник кислородсодержащего газа, электроразрядный подогреватель, холодильник и генератор озона. Между холодильником и генератором озона установлен узел смешения для дополнительной подачи кислородсодержащего газа в реакционную смесь. Воздух или кислород подают в источник газа, откуда он под давлением поступает в электродуговой подогреватель (плазмотрон), где молекулы кислорода в значительной мере разлагаются на атомы. Полученную плазму охлаждают до комнатной температуры в теплообменнике - холодильнике. К плазме подмешивают кислород или воздух в узле смешения. Полученную смесь направляют в генератор озона, где завершается процесс синтеза с получением высоких концентраций озона.

Наиболее близкими к заявляемым по совокупности существенных признаков являются способ получения озонированного воздуха и устройство для его осуществления, описанные в авт. свид. СССР N 1214581, С 01 В 13/11, оп.1986 г. "Система получения озонированного воздуха".

Способ включает фильтрацию, осушку и подачу неозонированного воздуха в газоразрядные пространства с постоянным расходом, генерирование высоковольтных разрядов в газоразрядных пространствах, насыщение озоном подаваемого воздуха при взаимодействии с высоковольтными разрядами, смешивание неозонированного воздуха с озонированным потоком на выходе из газоразрядного пространства, охлаждение и вывод озонированного воздуха.

В процессе смешивания производят охлаждение озонированного потока и понижают концентрацию озона в смешанном потоке до заданной. Выводимый озонированный воздух распределяют по помещению.

Устройство для получения озонированного воздуха содержит: фильтр, компрессор, осушитель, озонатор (генератор озона) с источником высокого напряжения, теплообменник, совмещенный в озонатором, вентилятор и воздуховод. Фильтр и осушитель образуют систему подготовки воздуха. Компрессор нагнетает подготовленный неозонированный воздух в узкие кольцевые газоразрядные пространства озонатора с постоянным расходом. В газоразрядных пространствах воздух насыщается озоном за счет взаимодействия с разрядами, возникающими на электродах озонатора под действием тока высокого напряжения. Вентилятор снабжен программным регулятором расхода воздуха и установлен перед озонатором. Он создает второй поток неозонированного воздуха, который охлаждает электроды и озонированный поток воздуха на выходе из газоразрядных пространств. При смешении потоков концентрация озона понижается до заданной.

Указанные способ и устройство не обеспечивают высокой концентрации озона в получаемом озонированном воздухе вследствие многократного разбавления озонированного потока неозонированным воздухом, использующимся одновременно на охлаждение электродов и потока озонированного воздуха. Способ и устройство имеет высокую удельную энергоемкость получения озонированного воздуха вследствие большого числа необходимых операций, а также вследствие большой затраты энергии на прокачивание воздуха компрессором. Кроме того, способ технологически сложен из-за наличия операций фильтрации и осушки, необходимых для подготовки воздуха к озонированию. Устройство конструктивно сложное из-за наличия фильтра и осушителя, предназначенных для выполнения указанных операций по подготовке воздуха.

Задача изобретений состоит в том, чтобы создать способ получения озонированного воздуха и устройство для его осуществления, обеспечивающие высокую концентрацию озона в озонированном воздухе, низкую удельную энергоемкость, технологическую и конструктивную простоту, широкий диапазон регулирования производительности по озону. Указанная задача решается тем, что способ получения озонированного воздуха включает подачу воздуха в газоразрядное пространство, генерирование высоковольтных разрядов в газоразрядном пространстве, озонирование потока воздуха при взаимодействии с высоковольтными разрядами, разбавление озонированного потока воздухом, охлаждение и вывод озонированного воздуха. В газоразрядном пространстве генерируют барьерные поверхностные разряды. Перед разбавлением озонированный поток направляют на циркулирование по замкнутой траектории и в каждом цикле движения по замкнутой траектории дополнительно насыщают озоном при взаимодействии с барьерными поверхностными разрядами до достижения насыщенной концентрации озона в циркулирующем потоке. В процессе разбавления добавляют воздух к циркулирующему потоку в объеме, равном объему выводимого озонированного воздуха.

Устройство для получения озонированного воздуха содержит вентилятор, разрядный блок с источником высокого напряжения, теплообменник и воздуховод. Причем воздуховод выполнен в виде замкнутого контура и оснащен впускной и выпускной заслонками.

Разрядный блок имеет газоразрядные элементы для образования барьерных поверхностных разрядов, установленные в воздуховоде в плоскости его поперечного сечения.

Разрядный блок имеет сменные кассеты. Газоразрядные элементы закреплены в каждой кассете и электрически соединены между собой, а кассета установлена в трубопроводе с возможностью подключения к источнику высокого напряжения.

Газоразрядный элемент выполнен в виде диэлектрической трубы с закрепленными на ней внешним и внутренним электродами, причем внешний электрод выполнен в виде проволочной спирали, навитой на диэлектрическую трубу. Выполнением воздуховода в виде замкнутого контура с циркулированием озонированного потока по замкнутой трубе обеспечена возможность многократного повторения процесса образования озона в циркулирующем потоке озонированного воздуха и достижения, таким образом, максимальной концентрации озона в обрабатываемом потоке.

Разбавлением циркулирующего потока воздухом в объеме, равном объему выводимого озонированного воздуха, обеспечена возможность получения озонированного воздуха с высокой концентрацией озона в интервале, близком к максимально насыщенной концентрации.

Барьерный поверхностный разряд имеет развитую поверхность, что улучшает контактирование с ним набегающего потока воздуха, интенсифицирует процесс образования озона и способствует повышению концентрации образующегося озона.

Размещение газоразрядных элементов в плоскости поперечного сечения воздухопровода улучшает их смывание набегающим циркулирующим потоком при низком аэродинамическом сопротивлении набегающему потоку, что улучшает образование озона и снижает энергоемкость.

Впускная и выпускная заслонки обеспечивают возможность регулирования расхода озонированного воздуха, а также возможность накапливания и удерживания озона в трубопроводе.

Сменные кассеты с закрепленными в них газоразрядными элементами обеспечивают возможность ступенчатого регулирования производительности устройства по озонированному воздуху в широком диапазоне, что расширяет возможности применения устройства в различных технологических процессах и повышает его экономичность.

Сущность изобретений поясняется чертежом, где на фиг.1 изображено устройство для получения озонированного воздуха, вид спереди; на фиг.2 - то же, вид сбоку по стрелке А; на фиг.З - сечение Б-Б; на фиг.4 - сечение В-В; на фиг. 5 - электрическая схема подключения газоразрядных элементов к источнику высокого напряжения; на фиг. 6 - график зависимости концентрации озона от времени циркуляции воздушного потока в контуре.

Устройство для получения озонированного воздуха содержит закрепленные на раме 1 вентилятор 2 с приводным электродвигателем 3, разрядный блок 4 с источником 5 высокого напряжения, теплообменник 6 и воздуховод 7. В замкнутый контур воздуховода 7 входят: полость вентилятора 2, перепускной трубопровод 8, полость разрядного блока 4, промежуточный трубопровод 9, полость теплообменника 6 и промежуточный трубопровод 10. На перепускном трубопроводе 8 установлены впускной патрубок 11 с впускной заслонкой 12 и выпускной патрубок 13 с выпускной заслонкой 14. Разрядный блок 4 имеет сменные кассеты 15 с закрепленными в них газоразрядными элементами 16, подключаемыми к источнику 5 высокого напряжения через выключатели 17. Газоразрядный элемент 16 выполнен в виде диэлектрической трубы 18 с закрепленными на ней внешним электродом 19, выполненным в виде проволочной спирали, и внутренним электродом 20.

Работает устройство следующим образом. При включении электродвигателя 3 вентилятор создает циркулирующий воздушный поток в воздухопроводе 7. На холостом ходу впускную заслонку 12 и выпускную заслонку 14 закрывают. С подключением источника 5 высокого напряжения на внешней поверхности каждой диэлектрической трубы 18 газоразрядного элемента 16 образуются барьерные поверхностные разряды, охватывающие всю поверхность диэлектрической трубы 18 как под витками внешнего электрода 19, так и между ними. Воздух, поступающий в разрядный блок 4, свободно обтекает параллельно расположенные, газоразрядные элементы 16 и контактирует с барьерными поверхностными разрядами по всей их поверхности, в результате чего интенсивно насыщается озоном. Озонированный поток, истекающий из разрядного блока 4, поступает по промежуточному трубопроводу 9 в теплообменник 6, где охлаждается, и далее через промежуточный трубопровод 10, вентилятор 2 и пропускной трубопровод 8 вновь поступает в разрядный блок 4, где он подвергается повторному озонированию. В процессе цикличного озонирования концентрация озона в циркулирующем потоке достигает максимальной степени насыщения и далее не повышается. Для вывода озонированного воздуха открывают выпускную 14 и впускную 12 заслонки. Под действием разности давлений в циркулирующем потоке озонированный воздух истекает из выпускного патрубка 13, а неозонированный воздух засасывается через впускной патрубок 11, разбавляя концентрацию озона в озонированном потоке до заданной. Расход озонированного воздуха и производительность по озону регулируют впускной 12 и выпускной 14 заслонками, а также установкой необходимого числа сменных кассет 15 с закрепленными в них газоразрядными элементами 16, которые подключают к источнику 5 высокого напряжения через выключатели 17. Дополнительное повышение производительности по озону может быть достигнуто за счет предварительной осушки неозонированного воздуха.

Пример осуществления способа.

Циркуляцию потока в контуре осуществляют с объемной скоростью в интервале от 1,2 м³/с до 2,8 м³/с. Насыщение концентрации озона в циркулирующем потоке происходит по графику, представленному на фиг. 6. Время полного насыщения составляет от 2 до 2,5 минут. При уменьшении объемной скорости циркуляции менее 1,2 м³/с увеличивается время насыщения циркулирующего потока озоном и снижается производительность по озону. При увеличении объемной скорости свыше 2,8 м³/с время насыщения существенно не уменьшается, но увеличиваются энергозатраты. Так, увеличение объемной скорости циркуляции в 2 раза уменьшает время насыщения на 20 с и увеличивает энергозатраты в 2 раза. Объемная скорость притока неозонированного воздуха в контур и соответственно скорость вывода озонированного воздуха составляет от 0,001 м³/с до 0,06 м³/с. В этом интервале концентрация озона в озонированном воздухе изменяется по верхней части графика, представленного на фиг. 6, между точкой "К" и полным насыщением. Увеличение скорости свыше 0,06 м³/с ведет к быстрому снижению концентрации озона и уменьшению производительности по озону. При объемной скорости менее 0,001 м³/с возрастают энергозатраты а также снижается производительность по озону. Зависимость производительности по озону от объемной скорости потока представлена в таблице.

Способ получения озонированного воздуха обладает технологической простотой вследствие выполнения малого числа простых операций. Устройство для осуществления способа обладает конструктивной простотой и универсальностью, поскольку позволяет регулировать производительность по озону в широком диапазоне.