ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ БАРЬЕРНЫЙ ОЗОНАТОР
HIGH FREQUENCY BARRIER OZONE PLANT

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано в химической промышленности для обработки озоном твердых и газовых сред, в медицине для дезинфекции и дезодорации, в сельском хозяйстве для обработки и хранения плодоовощной продукции озоновоздушным агентом, а также в установках кондиционирования воздуха, холодильном оборудовании и т.д.
Известен озонатор, содержащий металлические электроды, подключенные к источнику питания переменного тока. Электроды разделены разрядным промежутком и диэлектрическим слоем. Металлические электроды выполнены с фаской на краях со стороны внутренних противолежащих поверхностей, а диэлектрический слой имеет отрицательный температурный коэффициент относительной диэлектрической проницаемости (RU 2261837 С2, 2005.10.10).
Основным недостатком данной конструкции является неравномерное распределение плотности тока электрического разряда по всей площади разрядного промежутка, а также низкий КПД.
Известен озонатор, содержащий диэлектрический барьер, по одну сторону которого расположен инициирующий электрод, а по другую - комплект равномерно расположенных коронирующих электродов. Со стороны коронирующих электродов находится дополнительный диэлектрический барьер, образующий с барьером канал ввода и вывода озонируемого газа. По другую сторону дополнительного диэлектрического барьера расположен дополнительный инициирующий электрод таким образом, что между поверхностями диэлектрических барьеров и стенками коронирующих электродов образованы разрядные зазоры (RU 2263068 С2, 2005.10.27).
Недостатками данного устройства является низкий КПД и сложность механической конструкции озонатора.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является ультразвуковой барьерный озонатор, содержащий тактовый генератор, выходом соединенный с входом формирователя высоковольтных импульсов, первый и второй металлические электроды, подключенные к выходам формирователя высоковольтных импульсов, разделенные разрядным промежутком и диэлектрическим барьером, ультразвуковой формирователь импульсов, входом соединенный с выходом тактового генератора, ультразвуковой резонатор, контактными выводами подключенный к выходам ультразвукового формирователя импульсов и цепь фазовой синхронизации, вход которой соединен с управляющим выходом ультразвукового формирователя импульсов, а выход подключен к входу управления формирователя высоковольтных импульсов, при этом диэлектрический барьер расположен на первом металлическом электроде со стороны разрядного промежутка, а ультразвуковой резонатор расположен на втором металлическом электроде с наружной стороны (RU 2302370 С1, 10.07.2007).
К недостаткам данного устройства следует отнести ограниченный частотный диапазон возбуждения разрядного промежутка, связанный с предельной частотой колебаний ультразвукового резонатора, а также сложность механической конструкции озонатора.
Технической задачей изобретения является создание высокочастотного барьерного озонатора, обладающего высокой производительностью, простотой механической конструкции, имеющего высокий КПД и широкий диапазон использования.
Эта техническая задача достигается тем, что в высокочастотный барьерный озонатор, содержащий тактовый генератор, первый и второй металлические электроды, разделенные разрядным промежутком и диэлектрическим барьером, расположенным на первом металлическом электроде со стороны разрядного промежутка, введены генератор высокочастотных импульсов и амплитудный модулятор, входы которого соединены с выходами тактового генератора и генератора высокочастотных импульсов соответственно, а выходы подключены к первому и второму металлическим электродам, причем диэлектрический барьер выполняет функции ультразвукового резонатора.
Функциональная схема, а также эпюры напряжений, поясняющие работу высокочастотного барьерного озонатора, представлены на чертеже.
Высокочастотный барьерный озонатор содержит первый 1 и второй 4 металлические электроды, разделенные разрядным промежутком 2 и диэлектрическим барьером 3, расположенным на первом металлическом электроде 1 со стороны разрядного промежутка 2, тактовый генератор 5, генератор высокочастотных импульсов 6 и амплитудный модулятор 7, входы которого соединены с выходами тактового генератора 5 и генератора высокочастотных импульсов 6 соответственно, а выходы подключены к первому 1 и второму 4 металлическим электродам, причем диэлектрический барьер 3 выполняет функции ультразвукового резонатора.
Описание работы устройства.
Высокочастотный барьерный озонатор состоит из первого 1 и второго 4 металлических электродов. Электроды 1 и 4 расположены параллельно на некотором расстоянии друг от друга, образуя разрядный промежуток 2 в виде воздушного канала, причем на внутренней поверхности электрода 1 со стороны разрядного промежутка 2 расположен диэлектрический барьер 3, который выполняет функции ультразвукового резонатора. Это значит, что при воздействии переменного электрического поля диэлектрический барьер 3 способен совершать механические колебания в ультразвуковом диапазоне частот. Металлические электроды 1, 4 вместе с диэлектрическим барьером 3 образуют единую механическую конструкцию.
Электронная часть устройства состоит из тактового генератора 5, генератора высокочастотных импульсов 6 и амплитудного модулятора 7. Выходы генераторов 5 и 6 соединены с соответствующими входами модулятора 7, нагрузкой которого являются металлические электроды 1, 4.
Тактовый генератор 5 вырабатывает электрические импульсы в ультразвуковом диапазоне частот 20 кГц…70 кГц (эпюра а), которые поступают на первый вход модулятора 7. Генератор высокочастотных импульсов 6 вырабатывает электрический сигнал (b) частотой в 3…7 раз выше частоты тактового генератора 5, который поступает на второй вход модулятора 7. В результате этого на выходе модулятора 7 образуется переменное напряжение сложной формы (с), представляющее собой сумму двух электрических колебаний, вырабатываемых генераторами 5 и 6.
b
a
На чертеже частота генератора импульсов 6 показана в пять раз выше частоты тактового генератора 5 (f=5f).
Синтез озона в разрядном промежутке 2 происходит под действием электрического сигнала сложной формы, поступающего на электроды 1 и 4 с выходов модулятора 7 (с), в момент прохождения барьерного разряда через воздушный канал.
Присутствие ультразвуковой составляющей в составе электрического сигнала на электродах 1 и 4 вызывает механические колебания диэлектрического барьера 3, в то время как наличие высокочастотных колебаний облегчает образование озона в разрядном промежутке 2.
Механические колебания диэлектрического барьера 3 выравнивают состояние воздушно-газовой среды вдоль всего разрядного промежутка 2. Благодаря интенсивному перемешиванию воздуха между электродами 1 и 4 происходит эффективный отвод тепла с поверхности диэлектрического барьера 3, что позволяет повысить в 1,2…1,3 раза плотность тока в разрядном промежутке 2 и, одновременно, увеличить срок эксплуатации диэлектрического барьера 3.
Неравномерность плотностей токов через разрядный промежуток 2 зависит от частоты приложенного напряжения. При частоте 55…90 кГц и выше наступает режим «мягкого» возбуждения воздушной среды, в результате чего снижается образование азотосодержащих соединений и увеличивается полезный выход озона.
В процессе синтеза озона при использовании высокочастотного барьерного разряда уровень аэроионов приближается к уровню естественного фона воздушно-газовой среды.
Предлагаемое устройство позволяет работать на частотах 110…230 кГц независимо от опорной частоты ультразвукового резонатора.
Предлагаемая конструкция проста в изготовлении, имеет высокий КПД, широкий диапазон использования, высокую надежность и большой срок эксплуатации.
Высокочастотный барьерный озонатор обладает высокой производительностью и стабильностью рабочих характеристик. Его конструктивные возможности позволяют изготавливать малогабаритные, низковольтные переносные устройства, обладающие небольшими габаритами и массой.
В предлагаемом устройстве образование аэроионов и азотосодержащих соединений сведено к минимуму.