Озонатор

(51) 01 13/11 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ При этом основным достигаемым техническим результатом будет применение свойств электрического ветра, возникающего в условиях коронного разряда, что позволяет упростить конструкцию озонатора и получить малые удельные энергозатраты на 1 г. озона. Это достигается тем, что в озонаторе,содержащем последовательно расположенные озонирующие элементы, выполненные в виде коронирующая игла - плоская металлическая сетка, которые помещены в полузакрытую камеру и расположены осесимметрично в направлений электрического ветра, возникающего в сторону открытой части камеры, согласно изобретению,озонатор содержит озонирующие элементы,расположенные вблизи закрытой части камеры озонатора и дополнительно коронирующие электроды, расположенные вблизи открытой части камеры по краю круга сечения узкой части патрубка.(72) Бахтаев Шабден Абуович Сыдыкова Гульнар Кудайбергеновна Тойгожинова Айнур Жумакановна Амантаев Канат Омирзакулы(73) Некоммерческое акционерное общество Алматинский университет энергетики и связи(56) Полезная модель РК 471, кл. С 01 В 13/11,2009(57) Изобретение относится к классу озонаторов для озонирования атмосферного воздуха и может быть использовано для озоноподготовки производственных,служебных и бытовых помещений. Задачей предлагаемого изобретения является разработка озонатора, обеспечивающего высокую эффективность выхода озона при малых удельных энергозатратах. Изобретение относится к классу озонаторов для озонирования атмосферного воздуха и может быть использовано для озоноподготовки производственных,служебных и бытовых помещений. Известно устройство для получения озона в зоне коронного разряда, содержащее коронирующий электрод в виде иглы и внешний электрод в виде сетки, расположенные в трубе с заглушкой,выполненные из озоностойкого изоляционного материала(предпатент РК 19274, кл. С 01 В 13/11 (2006.01),2008). Однако предложенное устройство из-за применения одной коронирующей иглы не обеспечивает достаточную энергомкость коронного разряда и производительность по выходу озона. Кроме того, ввиду полной открытости с одной стороны разрядной камеры, эффект понижения давления в зоне разряда из-за электрического ветра намного ослаблен и поэтому,не полной мере соблюдается режим ионноконвекционного насоса. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является озонатор, содержащий последовательно расположенные озонирующие элементы, выполненные в виде коронирующая игла- плоская металлическая сетка, которые помещены в полузакрытую камеру и расположены осесимметрично в направлении электрического ветра, возникающего в сторону открытой части камеры и снабжен схемой для поочередного включения озонирующих элементов (патент РК 471, кл. С 01 В 13/11 (2006.01), 2009). Следует отметить, что данный озонатор, имея несколько последовательно расположенных озонирующих элементов, несомненно, имеет по сравнению с предыдущим устройством более высокую эффективность образования озона при малых энергозатратах. Между тем, в предложенном озонаторе процессы образования озона и электрического ветра совмещены, и поэтому, озон,образованный в начале разрядной камеры, проходя через несколько озонирующих элементов, в большей части теряются. В связи с этим, ожидаемый эффект от последовательно расположенных озонирующих элементов, значительно ослаблен. Задачей предлагаемого изобретения является разработка озонатора, обеспечивающего высокую эффективность выхода озона при малых удельных энергозатратах. При этом основным достигаемым техническим результатом будет применение свойств электрического ветра, возникающего в условиях коронного разряда, что позволяет упростить конструкцию озонатора и получить малые удельные энергозатраты на 1 г. озона. Это достигается тем, что в озонаторе,содержащем последовательно расположенные озонирующие элементы, выполненные в виде коронирующая игла - плоская металлическая сетка, которые помещены в полузакрытую камеру и расположены осесимметрично в направлений электрического ветра, возникающего в сторону открытой части камеры, согласно изобретению,2 озонатор содержит озонирующие элементы,расположенные вблизи закрытой части камеры озонатора и дополнительно коронирующие электроды, расположенные вблизи открытой части камеры по краю круга сечения узкой части патрубка. Как было отмечено в прототипе изобретения, в предложенной конструкции озонатора, применяется принцип работы ионно-конвекционного насоса с учетом известных параметров электрического ветра в коронном разряде, что, в целом приводит к снижению давления в разрядном промежутке(Рубашов И.Б.,Бортников Ю.С. Электрогазодинамика. М. Атомиздат. 1971, с. 139153). Установлено, что снижение давления в зоне разряда позволяет поднять эффективность работы озонатора. Кроме того, следует ожидать, что эффект снижения давления в межэлектродном пространстве будет более ощутим, если разрядную систему поместить в полузакрытой камере таким образом,чтобы возникший электрический ветер был направлен в сторону открытой части камеры. В случае последовательного включения нескольких озонирующих элементов в разрядной камере,расположенных осесимметрично, эффект снижения давления в камере должен быть более значителен по сравнению с одной коронирующей иглой. При этом общий перепад давления определяется суммой рр 1 р 2 и т.д., и поэтому величины разрядных токов озонирующих элементах при одних и тех же разностях потенциалов имеют тенденцию к увеличению. Между тем, в предложенном озонаторе, при возможности существенного снижения давления в камере и увеличения разрядного тока, фактическое количество озона, вырабатываемое в озонаторе намного снижено, чем ожидаемое. Это связано, что и является основным недостатком предложенного озонатора, с совмещением в озонаторе процессов образования озона и создания электрического ветра теми же коронирующими электродами. При этом,образованный озон, в начале камеры озонатора проходя многократно через разрядные промежутки,постепенно рекомбинирует и разлагается, что приводит, в конечном итоге, к уменьшению общего количества озона на выходе озонатора. В связи с этим, предлагается новая конструкция озонатора, которая позволяет разделить процессы образования озона и создания электрического ветра,что приводит к обеспечению малой удельной энергозатраты при простой конструкции. На фиг. 1 представлена функциональная схема озонатора, работающего в полузакрытом режиме и состоящего из отдельно расположенных озонирующих элементов и коронирующих электродов для создания электрического ветра. 42.1. Озонирующие элементы 4 шт. в виде электродной системы игла-сетка, содержат коронирующие электроды 1 и внешний электрод 2 в виде сетки,расположенные в закрытой части трубы 3,выполненные из озоностойкого изоляционного материала (фторопласт, винипласт и т.д.). К коронирующим электродом подведено от блока питания (БП) высокое напряжение отрицательной полярности, а сеточный электрод 2 заземлен. Для создания электрического ветра в камере озонатора используются дополнительно коронирующие электроды 4, прикрепленные к сеточному электроду 2 и расположенные вблизи открытой части камеры по краю круга сечения узкой части патрубка 5(сечение АА). Для них вторым электродом служит сетка 6, которая закреплена к открытой части патрубка и присоединена к положительному полюсу источника питания. Озонатор работает следующим образом. После подачи напряжения (-), достаточной величины на коронирующие электроды, между ними и сеточным электродом 2 возникает и протекает коронный разряд,причем образованный при этом отрицательный объемный заряд, состоящий в основном из ионов кислорода и озона, стремится к сеточному электроду 2 под нулевым потенциалом,где частично нейтрализуется, образуя молекулы кислорода и озона, а большая часть ионов ускоряются в сторону электрода 6 с положительным потенциалом. С течением некоторого времени (не более 5 с) устанавливается устойчивый электрический ветер, направленный в открытую часть разрядной камеры и озонатор начинает работать в режиме ионно-конвекционного насоса. При этом наблюдается постепенное снижение давления воздуха внутри разрядной камеры и, как и следовало ожидать, увеличивается сила разрядного тока. Такое положение не может, продолжаться долго, так как в определенный момент начинаются процессы засасывания наружного воздуха через пристеночную область разрядной камеры 5. Для предотвращения пристеночного засасывания воздуха в камеру, установлены дополнительно коронирующие электроды по краю круга сечения узкой части патрубка 5 (сечение АА). Через некоторое время устанавливается стабильный режим пониженного давления воздуха внутри разрядной камеры, что означает превалирование процесса отсоса воздуха над процессом поступления внешнего воздуха в камеру. Один из вариантов применение озонатора иллюстрируется примером. Пример. Озонирующие элементы (4 шт.) имеют следующие параметры радиус закругления игл 00,2 мм , диаметр изоляционной трубы 16 мм,расстояние от кончиков игл до сетки равнялось 16 мм , а напряжение питанияразрядной камеры менялось в диапазоне от 4 до 14 кВ. При включении напряжения источника питания порядка 10 кВ первоначально средний ток разрядной камеры равнялось 30 мкА. Затем, при установлении устойчивого режима электрического ветра в открытой части разрядной камеры, ток постепенно растет доходя до 38 мкА. Для определения удельных энергозатрат предлагаемого устройства(г/кВт-ч) в том или в другом случае, воспользуемся градуировочной кривой снятой озонометром типа ЛЭК разработки Санкт-Петербургского технического университета для озонирующего элемента на коронном разряде. При этом удельная производительность озонирующего элемента составила в среднем 0,8 г озона в час при силе тока разряда 4 мА. Исходя из этого, рассчитаем удельные энергетические выходы предлагаемого устройства при различных режимах его работы. При этом удельный энергетический выход устройства при атмосферном давлении воздуха 680 мм.рт.ст.(г. Алматы) и в начальный момент равен 20 г/кВт-ч,тогда как при устойчивом режиме электрического ветра он равнялся - 23,5 г/кВт-ч. Во втором режиме для поддержания первоначального тока разряда 8 мкА, необходимо уменьшить напряжение источника питания до 8,5 кВ, что в конечном итоге ведет к уменьшению удельных энергозатрат на выработку озона в коронном разряде. Сравнение значения снижения напряжения источника питания при постоянстве силы тока разряда с известной зависимостью напряжения коронного разряда от давления атмосферного воздуха (Бахтаев Ш.А. Коронный разряд на микропроводах. Алма-Ата, Наука, 1984) позволяет ориентировочно определить давление воздуха в области разряда, например, в нашем случае,снижение давления воздуха относительно атмосферного (680 мм.рт.ст.) составило порядка 100 мм.рт.ст Таким образом, решена задача по разработке озонатора с применением свойств электрического ветра, возникающего в условиях коронного разряда,что позволило упростить конструкцию озонатора и получить малые удельные энергозатраты на единицу веса вырабатываемого озона. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Озонатор,содержащий последовательно расположенные озонирующие элементы,выполненные в виде коронирующая игла - плоская металлическая сетка, которые помещены в полузакрытую камеру и расположены осе симметрично в направлении электрического,возникающего в сторону открытой части камеры,отличающийся тем, что озонатор содержит озонирующие элементы, расположенные вблизи закрытой части камеры озонатора и дополнительно коронирующие электроды, расположенные вблизи открытой части камеры по краю круга сечения узкой части патрубка.