ГЕНЕРАТОР ОЗОНА

Полезная модель относится к аппаратам синтеза озона из кислородосодержащих газов.
Как правило, генераторы озона представляют собой аппараты, содержащие два высокопроводящих электрода к которым прикладывается высокое напряжение. На одном или на обоих электродах располагаются диэлектрические барьеры и в газоразрядном промежутке вырабатывается озон во время барьерного разряда [1]. Барьерный разряд представляет собой совокупность отдельных разрядов, так называемых микроразрядов. В производстве озона участвует каждый микроразряд. Известно, что энергетическая эффективность барьерных озонаторов относительно низкая (50-100 г/кВт·ч) и далека от расчетной 500 г/кВт·ч [2].
Согласно [3] в барьерном разряде, характерном для устройства [1], имеет место большой разброс амплитуд токов микроразрядов. Очевидно, такая неоднородность обусловлена формированием основных параметров каждой микроразрядной цепи: активного сопротивления канала микроразряда, его собственной индуктивности и прибарьерной емкости.
Прототипом заявляемой полезной модели является озонатор, представляющий собой генератор озона, содержащий подключенное произвольным образом к высоковольтному источнику переменного напряжения два высокопроводящих электрода, образующие газорарядный промежуток с расположенными в нем на электродах диэлектрическими барьерами, отличающийся тем, что электроды выполнены высокоомными, а подключение к высоковольтному источнику состоит из токоподводов, равномерно распределенных по электродам с шагом, обеспечивающим сопротивление между токоподводами 3÷5 кОм, причем расположение токоподводов одного электрода смещено на полшага относительно токоподводов другого электрода [4], в котором обеспечиваются одинаковые условия формирования микроразрядов (в первую очередь условие формирования активного сопротивления микроразряда). Однородность барьерного разряда обеспечивается с помощью высокоомных электродов, подключенных к высоковольтному источнику питания с помощью токоподводов, равномерно распределенных по электродам. Токоподводы одного электрода смещены относительно другого электрода на полшага. При этом все образующиеся микроразряды уже заранее имеют одинаковые составляющие активного сопротивления. Чем больше сопротивление электродов, тем выше однородность разряда. Однако, высокоомность электродов ограничивается. Согласно [4] величина вносимого сопротивления электродов должна быть соизмеримой с сопротивлением столба микроразряда. Значительное превышение одного над другим приводит к заметному снижению интенсивности процесса формирования разряда и соответственно снижения уровня синтеза озона.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение производительности генератора озона за счет большей однородности барьерного разряда.
Этот технический результат, что в генераторе озона, содержащем равномерно подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения два высокоомные электроды, образующие газоразрядный промежуток с расположенными в нем на электродах изоляционными барьерами, в соответствии с заявляемой полезной моделью, изоляционные барьеры выполнены из магнитодиэлектрика.
На фиг.1 изображена схема генератора озона с присутствием микроразрядов. На фиг.2 более подробно представлена картина микроразряда, определяющая его собственную индуктивность.
Генератор озона состоит из двух барьеров 1, которые в отличие от прототипа выполнены из магнитодиэлектрика. За магнитодиэлектрическими барьерами 1 размещены высокоомные электроды 2, через токоподводы 3 подключенные к источнику высокого переменного напряжения 4; в рабочем зазоре изображены микроразряды 5.
к
б
Собственная индуктивность микроразряда определяется его геометрией: длиной равной δ+2Δ, где δ - длина воздушного зазора, Δ - толщина магнитодиэлектрического барьера и диаметрами d искрового канала, d - прибарьерной части микроразряда [5].
Генератор озона работает следующим образом: на высокоомные электроды 2 подают напряжение высоковольтного источника питания 4; через газоразрядный зазор, образуемый магнитодиэлектрическими барьерами 1 продувается кислородосодержащий газ, который под воздействием разряда превращается в озон.
Однородность микроразрядных процессов предлагаемого озонатора повышается как за счет высокого активного сопротивления каждой микроразрядной цепи, так и за счет повышения собственной индуктивности микроразряда. Согласно фиг.2 микроразряд состоит из искрового канала длиной δ и двух каналов определяемых током смещения, суммарная длина которого 2δ. Индуктивность микроразряда [5] для барьера, выполненного из немагнитного диэлектрика определяется из выражения
где µ=1
(µ - магнитная проницаемость);
Для магнитодиэлектрических барьеров справедливо выражение
,
0
-7
здесь µ=4π10 Гн/µ, µ>>1 - относительная магнитная проницаемость магнитодиэлектрика [5].
Так при типичных значениях параметров микроразрядов:
к
б
δ=1 мм, d=1 мм, Δ=2 мм, d=3 мм, µ=30,
д
мд
Индуктивности микроразрядов при выполнении барьеров из немагнитного диэлектрика и магнитодиэлектрика равны соответственно: L=1,86 нГн, L=28,2 нГн.
Таким образом, очевидно, что индуктивность возрастает больше, чем на порядок.
Исследования на действующих макетах с высокоомными электродами показали, что производительность по озону при использовании барьеров из магнитодиэлектрика на 30% выше, чем для обычных барьеров. При этом макеты имели все одинаковые размеры, но разные материалы барьеров. Кроме этого были проведены аналогичные эксперименты, где для сравнения использовались действующие макеты с высокопроводящими электродами и барьерами из обычного диэлектрика, причем макет с магнитодиэлектрическими барьерами имел тоже высокопроводящие электроды. Производительность макета с магнитодиэлектрическим барьером оказалась на 40% выше классического озонатора.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания и формулы полезной модели:
1. Филиппов Ю.В., Вобликова В.А., Пантелеев В.Н. Электросинтез озона. - М.: Изд-во МГУ, 1987.- 237 с. (с.44-56).
2. Самойлович В.Г., Гибалов В.И., Козлов К.В. Физическая химия барьерного разряда. - М.: Изд-во МГУ, 1989. - 176 с. (с.90-92).
3. Самойлович В.Г., Гибалов В.И., Козлов К.В. Физическая химия барьерного разряда. - М.: Изд-во МГУ, 1989. - 176 с. (с.32-33).
4. Патент РФ №2427528 Озонатор. / Пичугин Ю.П., Матюнин А.Н. Опубл. 27.08.2011. Бюл. №24.
5. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей. - Л.: Энергия, 1970. - 415 с. (с.71 формула 2-6)