Озонатор

(51) СО 1 В 13/11 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ рукции и отсутствие дополнительных приспособлений для создания потока атмосферного воздуха. Достигаемым техническим результатом являются оптимальный режим процессов, надежность в работе и высокая производительность по озону. Технический результат достигается тем, что возбуждают коронный разряд при пониженном давлении кислородсодержащего газа в системе, представляющую 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 снабжены схемой для поочередного включения озонирующих элементов, причем 1 озонирующий элемент не имеет сеточного электрода, а в последнемозонирующем элементе к сеточному электроду не прикреплена коронирующая игла.(72) Бахтаев Шабден Абуович Боканова Алия Абылгазиевна Абдурахманов Абдугани Абжалилович Матаев Умирбек Матаевич(57) Изобретение может быть использовано в промышленности, сельском хозяйстве на предприятиях агропромышленного комплекса и в быту для очистки и обеззараживания атмосферного воздуха. Задачей изобретения являлась разработка устройства для озонной обработки атмосферного воздуха, обеспечивающее высокую эффективность очистки и обеззараживания воздуха на предприятиях агропромышленного комплекса, содержащего токсичные и органические комплексы, простоту конст 471 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, реализуемое в электрогазодинамическом озонаторе, включающем внешний электрод в виде цилиндра, снабженным дополнительно сеточным электродом, расположенный напротив коронирующей иглы на расстоянии, равном радиусу внешнего цилиндра и содержащий зону ламиниризации потока кислородсодержащего газа на входе озонатора и зону гашения его скорости на выходе(предпатент РК 8625, кл. С 01 В 13/11, 2000). Однако предложенный озонатор из-за применения одной коронирующей иглы не обеспечивает достаточную энергоемкость коронного разряда и производительность по выходу озона. Кроме того, для работы предложенного озонатора требуется дополнительное приспособление, нагнетающего воздух в него,для получения электрогазодинамического эффекта в коронном разряде. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для получения озона, которое содержит коронирующие иглы и внешний электрод, расположенные в зоне пониженного давления кислородсодержащего газа (предпатент РК 12180, кл. С 01 В 13/11, 2002). Следует отметить, что данное устройство из-за расположения коронирующих электродов в зоне пониженного давления кислородсодержащего газа, имеет по сравнению с предыдущим устройством более высокую эффективность образования озона при малых энергозатратах (Бахтаев Ш.А. и др. Физика и техника коронноразрядных приборов. Алматы Ассоциация Табигат-Ая, АИЭС, 2007, с.230-233). Между тем, предложенное устройство не пригодно для применения его при озонообработке атмосферного воздуха в помещениях, так как, в этом случае, процессы образования озона протекают в рабочей зоне водоструйного насоса, создающего пониженное давление воздуха в этом пространстве. Задачей предлагаемого изобретения является разработка озонатора, отличающегося от известных простотой конструкции и не имеющего дополнительных приспособлений для работы и в то же время обеспечивающего высокую эффективность выхода озона при малых удельных, энергозатратах. При этом достигаемым техническим результатом будут простота конструкции и высокая эффективность выхода озона при малых удельных энергозатратах. Это достигается тем, что в устройстве для получения озона, содержащем коронирующие иглы и внешний электрод, расположенные в рабочей полости водоструйного насоса, согласно изобретению,озонатор содержит 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 2 части камеры и снабжен схемой для поочередного включения озонирующих элементов. В основе работы ионно-конвекционного насоса и возникновения электрического ветра в коронном разряде лежат одни и те же процессы, когда направленный поток ионов во внешней области коронного разряда увлекает нейтрали воздуха в направлении от коронирующего электрода к внешнему. Ионы, сталкиваясь с молекулами воздуха, передают им некоторую энергию. В результате этого нейтральные молекулы воздуха приходят в движение, образуя направленное течение среды, известное под названием электрический ветер. Для ионно-конвекционного насоса и для случая образования электрического ветра в воздухе наиболее приемлимой формой разрядного промежутка является система электродов коронирующая игла - плоскость, что обеспечивает узконаправленность потока ионов и наибольшие значения скорости ветра. В плане предлагаемого изобретения, нас будут интересовать отрицательная коронирующая игла,при котором эффективность выхода озона на порядок выше, чем при положительной короне и значение перепада давления воздуха в зоне коронного разряда, появляющегося из-за электрического ветра. Как было сказано выше, при снижении давления воздуха в разрядном промежутке следует ожидать снижения величины напряжения питания при тех же значениях силы тока коронного разряда, что ведет, в конечном итоге, к снижению удельных энергозатрат озонатора. При теоретическом рассмотрении принципа работы ионно-конвекционного насоса для системы электродов игла - плоскость в расчет берутся свойства и характеристики ионного потока во внешней области коронного разряда, который является причиной возникновения перепада давления воздуха в этой области (Рубашов И.Б., Бортников Ю.С. Электрогазодинамика. М. Атомиздат, 1971, с. 139153). Упрощенное выражение для определения перепада давления воздуха, возникающего непосредственно в насосе при прохождении разрядного тока выглядит следующим образом,2 2 где -напряжение на коронирующем электроде,-расстояние между электродами,и диэлектрическая проницаемость и плотность воздуха,- скорость потока воздуха,-коэффициент гидравлического сопротивления насоса, который может меняться от 0 до 1. Из этого выражения видно, чтотем больше чем большеи , и тем меньше и. Для расчетав этом выражении не достает значения ,которое обычно определяется путем экспериментального исследования характеристик электрического ветра в воздухе в системе электродов иглаплоскость (Верещагин И.П. Коронный разряд в аппаратах электронно-ионной технологии. М. Энергоатомиздат, 1985, с.117-128). ет малые удельные энергозатраты при простой конструкции. На фиг.1 представлена функциональная схема озонатора, работающего в полузакрытом режиме и состоящего из отдельных озонирующих элементов(от 1 до ), прикрепленных последовательно. Озонирующие элементы выполнены из озоностойкого 0,65 изоляционного материала (фторопласт, винипласт и б) при расстоянии от иглы до плоскости в диапат.д.) в виде фигурных цилиндров, на которых призоне 10-40 мм и напряжении до 60 кВ получена маккреплены сеточные электроды с коронирующей игсимальная скорость ветра - 9 м/с лой, причем озонирующие элементы 1 и последний в) было установлено, что давление электриче отличаются от остальных по своей конструкции. ского ветра на плоскость при коронном разряде проЕсли 1 озонирующий элемент не имеет сеточного порционально квадрату скорости ветра, например,электрода, то в последнемозонирующем элементе при скорости ветра порядка 4 м/с оно составило 10 к сеточному электроду не прикреплена коронируюПа щая игла. Кроме того, озонатор содержит блок пиг) при включении напряжения характерное время тания БП (0) и схему для поочередного включения установления электрического ветра составляет 1-1,5 озонирующих элементов, состоящую из цепочек с. 11 . Таким образом, применение принципа работы Озонатор работает следующим образом. После ионно-конвекционного насоса с учетом известных включения напряжения питания (0) начинается параметров электрического ветра в коронном разрязарядка конденсаторов 1,2, через сопротивледе, в целом, приводит к перепаду давления воздуха,ния соответственно (12), (2), , и то есть к снижению давления в разрядном проме. При равенстве емкостей 12 раньше жутке, что, в свою очередь, позволяет поднять эфвсех до номинального значения напряжениязафективность работы озонатора. Кроме того, устарядится конденсатор С, что создает условие для новлено, что эффект снижения давления в межэлеквозникновения коронного разряда в предпоследнем тродном пространстве будет более ощутим, если-1 озонирующем элементе. Если время полной заэлектрическую систему поместить в полузакрытой рядки С (95) определяется значением 33, то камере таким образом, чтобы возникший электричедля 31,5 с (время установления электрического ский ветер был направлен в сторону открытой части ветра) будут равныМом,мкФ. Затем, покамеры (положительное решение НИИС по заявке сле зарядки -1 через 1,5 с начинает работать (-2) 2006/0588.1 от 16.05.2006). озонирующий элемент и так далее, до 1 озонируюМежду тем, количество озона, вырабатываемое щего элемента. После запуска всех озонирующих одной коронирующей иглой едва решает задачу для элементов (от 1 до ), то есть полной зарядки всех его практического применения и к тому же эффект емкостей (С 1, С 2 С), на каждом озонирующем снижения давления воздуха при этом не так значиэлементе установится свое рабочее напряжение,телен. Если учесть, что давление электрического равное напряжению (1,2) точки их присоеветра на плоскость составляет порядка 10 Па, котодинения к делителю (12,). В виду того,рое можно считать в первом приближении равным что геометрические параметры электродных систем перепаду давления , то его влияние на величину всех озонирующих элементов идентичны по форме напряжения питания коронного разряда также будет и размерам, то следует ожидать идентичность их-3 мало заметным (1 Па 7,510 мм рт.ст.). электрически характеристик (вольтамперные харакВ связи с этим, предлагается новая конструкция теристики, начальные напряженности поля и т.д.),озонатора, которая имеет возможность регулировки то есть разности потенциалов между электродами в производительности озона на выходе и обеспечиваозонирующих элементах одинаковы и равны 11-0 (22-1, 33-2 1) Таким образом, с течением времени 1,5 с уста- увеличению, начиная с последнего -1 в сторону 1. навливается устойчивый режим электрического вет- Выбор количества озонирующих элементовограра во всех озонирующих элементах, что создает ре- ничивается возможностью блока питания, так как зультирующий поток воздуха в открытой части озо- должно быть 012 . натора (ЭВ), причем микроамперметр А, включенОдин из вариантов озонирующего элемента с ный в общую цепь, покажет максимальный ток по- электродной системой коронирующая игла - сеттребления. Следует ожидать также, через несколь- ка, что используется в предложенном озонаторе,ких 1,5 с времени, увеличение показания А из-за иллюстрируется примером. перераспределения давлений воздуха в озонаторе,Пример. Озонирующий элемент выполнен из приводящее к существенному снижения давления в фторопласта в виде стакана цилиндрической формы,зоне 1,2 озонирующих элементов. При этом общий а внутри закрытой части стакана осесимметрично перепад давления определяется суммой прикреплена коронирующая игла из вольфрама, а к РР 12 Р-1, и поэтому величины раз- открытой части - тонкая сетка из нержавеющей старядных токов в озонирующих элементах при одних ли. Озонирующий элемент имеет следующие параи тех же разностях потенциалов имеют тенденцию к метры радиус закругления иглы 0,2 мм, внутренний Экспериментальным путем были определены для системы электродов игла - плоскость следующие основные параметры электрического ветра в коронном разряде а) получена зависимость максимальной скорости ветра на оси струи от тока коронного разряда в виде 471 радиус цилиндрической трубки равен 5 мм, расстояние от иглы до сетки меняется от 4 до 6 мм, а напряжение питания разрядной камеры менялось в диапазоне от 4 до 14 кВ. Как показали испытания,при одном озонирующем элементе эффект снижения давления воздуха в зоне коронного разряда мало заметен. Между тем, при выборе оптимального варианта параметров озонирующего элемента (расстояние 5 мм, 08,5 кВ проявление этого эффекта было определено по изменению величины тока коронного разряда до появления электрического ветра(порядка до 1,5-2 с) и после его появления. Измерения величин токов коронного разряда соответственно показали 8 и 10 мкА, что приводит к удельным энергозатратам 20 и 23,5 г озона на кВт-ч соответственно. При присоединении нескольких озонирующих элементов последовательно этот эффект будет более ощутим и значителен, а производительность озонатора также будет наращена в соответствии с количеством озонирующих элементов. Таким образом, решена задача по разработке озонатора, отличающегося простотой конструкции и обеспечивающего высокую эффективность выхода озона при малых удельных энергозатратах. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ Озонатор, содержащий коронирующие иглы и внешний электрод, расположенные в рабочей полости водоструйного насоса, отличающийся тем,что озонатор содержит 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.