ОЗОНАТОР

Полезная модель относится к устройствам для получения озона из воздуха и может быть широко использовано в различных отраслях сельского хозяйства, преимущественно для очистки воздушной среды помещений для выращивания животных.
Из большого числа различных современных конструкций озонаторов, использующих электрический разряд для получения озона, наибольшее распространение получили озонаторы с так называемым барьерным разрядом. Производительность одной установки может составлять от граммов до 150 кг озона в час.
Производительность озонаторных установок - это результат одновременных процессов синтеза и разложения озона в озонаторных камерах. С увеличением температуры диэлектрического барьера резко увеличиваются скорости реакций, приводящих к разрушению озона. Это приводит к падению концентрации озона на входе озонатора и, соответственно, к уменьшению его производительности. С целью повышения производительности озонатора зону электрического разряда необходимо охлаждать. В промышленных установках обычно используется водяное охлаждение. В одном случае охлаждается корпус, в другом - непосредственно электроды.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является электроозонатор, содержащий в озоноустойчивом общем корпусе разрядное устройство барьерного типа, подключенное к источнику питания высокого напряжения. Корпус электроозонатора имеет перепускной патрубок с вентиляционной системой на входе и выходе, сообщающий выходную и входную части корпуса. Внутри перепускного патрубка установлен элемент Пельтье (патент RU 2429192 С2 МПК C01В 13/11). [1]
При синтезе озона из воздуха, наряду с озоном, образуются оксиды азота (NO, NO2, N2O и N2O5), суммарное количество которых может достигать 10% от производимого озона. Реагируя с парами воды, оставшимися в воздухе, некоторые оксиды (NO2 и N2O5) приводят к образованию азотной кислоты, которая может вызывать разрушение внутренних элементов аппаратуры. Как правило, первым из строя выходит диэлектрический барьер, наиболее уязвимый участок озонаторной камеры.
При охлаждении озоновоздушной смеси элементом Пельтье происходит конденсация влаги, которая обусловлена разностью температур теплого потока и потока, охлажденного у холодной стороны элемента Пельтье. Конденсация влаги в перепускном патрубке повышает влагосодержание озоновоздушной смеси, что может привести к сбою в работе установки.
Кроме того, для охлаждения горячей стороны элемента Пельтье используется только радиатор, что недостаточно для эффективного отвода тепла. Это создает большие перепады температуры по холодной и горячей сторонам и снижает эффективность работы элемента Пельтье. Если не обеспечить достаточного охлаждения самого элемента, то он перегреется сам и перегреет зону электрического разряда, что может привести к выходу из строя диэлектрического барьера и к короткому замыканию между электродами озонаторной камеры.
Таким образом, недостатком известного устройства является низкая надежность работы электроозонатора.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы озонатора за счет осушения охлажденного воздуха, проходящего через перепускной патрубок, и улучшения работы элемента Пельтье за счет усовершенствования системы теплообмена с окружающей средой.
Указанная задача достигается благодаря тому, что известное устройство, содержащее в озоноустойчивом общем корпусе разрядное устройство барьерного типа, подключенное к источнику питания высокого напряжения, перепускной патрубок с наклоном, клапаном, вентиляционной системой на входе и выходе и элементом Пельтье, связанным с радиатором, согласно полезной модели, перепускной патрубок выполнен в форме спирали прямоугольного сечения и дополнительно снабжен каналом для отвода конденсата, при этом клапан закреплен в нижней части канала для отвода конденсата, а радиатор элемента Пельтье закреплен перед клапаном, при этом пластины радиатора расположены вдоль потока конденсата между противоположными сторонами канала для отвода конденсата.
Элемент Пельтье - это термоэлектрический тепловой насос, перенаправляющий тепло с одной стороны в другую, сам становящийся мощным источником тепла, т.е. нуждающийся в охлаждении. Это означает, что требуются дополнительные средства для снижения температуры, в частности, радиаторы и вентиляторы или системы водяного охлаждения, улучшающие теплообмен с окружающей средой. Радиаторы увеличивают площадь поверхности греющегося элемента, поэтому они обычно состоят из множества тонких ребер, находящихся на минимальном расстоянии друг от друга. В элементе Пельтье отсутствуют какие-либо движущиеся части, а также газы и жидкости. Он может работать в любом положении. В зависимости от типа элемента и величины тока разность температур между холодной и горячей сторонами может достигать приблизительно 70°С. (Прикладная физика. Термоэлектрические модули и устройства на их основе. Учебное пособие. Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики, Санкт-Петербург, 2003 г.). [2]
Сущность предлагаемого решения поясняется чертежом, на котором изображен предлагаемый озонатор.
Озонатор имеет озоноустойчивый корпус 1, внутри которого находится разрядное устройство барьерного типа 2, которое питается от источника питания высокого напряжения 3. Корпус выполнен с перепускным патрубком 4, который сообщает входную и выходную части корпуса 1. На входе и выходе перепускного патрубка 4 расположены вентиляторы 5. Для подачи воздуха в озонатор используется компрессор (на чертеже не указан). Перепускной патрубок 4 выполнен в форме спирали прямоугольного сечения и снабжен каналом 6 для отвода конденсата. Перепускной патрубок 4 и канал 6 для отвода влаги выполнены с наклоном. В нижней части канала 6 для отвода конденсата закреплен клапан 7. Конденсат стекает через водостоки (на чертеже не указаны) из перепускного патрубка 4 в канал 6 для отвода конденсата.
Внутри на входе перепускного патрубка 4 помещен элемент Пельтье 8, связанный с радиатором 9. Радиатор 9 размещен в перепускном патрубке 4 перед клапаном 7, при этом пластины радиатора 9 расположены вдоль потока конденсата между противоположными сторонами канала 6 для отвода конденсата.
Устройство работает следующим образом.
Напряжение питания подается на компрессор, вентиляторы 5 и на источник питания высокого напряжения 3, вследствие чего в разрядном устройстве барьерного типа 2 возникает разряд и вырабатывается озон. Компрессор производит подачу воздуха, который выносит образовавшийся озон из озонатора. Основная часть этой озоновоздушной смеси уходит к потребителю, а другая часть при помощи вентилятора 5, расположенного на выходной части корпуса 1, попадает в перепускной патрубок 4, где она проходит охлаждение элементом Пельтье 8. При охлаждении озоновоздушной смеси элементом Пельтье 8 происходит конденсация влаги. Охлаждаемая озоновоздушная смесь многократно изменяет свое направление относительно прямолинейного при отражении от внутренних поверхностей перепускного патрубка 4, выполненного в форме спирали прямоугольного сечения. Таким образом увеличивается путь прохождения озоновоздушной смеси по перепускному патрубку 4, и, соответственно, увеличивается площадь адсорбирующей поверхности на которой конденсируется влага. Конденсат стекает через водостоки (на чертеже не указаны) из перепускного патрубка 4 в канал 6 для отвода конденсата и далее выводится через клапан 7.
Конденсат, протекая по каналу 6 для отвода влаги, омывает пластины радиатора 9 и охлаждает их, снижая нагрузку на радиатор 9, предназначенного для отвода тепла от элемента Пельтье 8. Происходит охлаждение горячего спая элемента Пельтье 8. За счет этого снижаются перепады температуры по холодной и горячей сторонам и повышается эффективность работы элемента Пельтье 8.
После прохождения через перепускной патрубок 4 сухая охлажденная озоновоздушная смесь снова подается вентилятором 5, расположенным на входной части корпуса 1, в разрядное устройство барьерного типа 2.
Традиционная система водного охлаждения - это замкнутый контур, состоящий из четырех элементов: резервуара, помпы, радиатора и водоблока. Водоблок контактирует с охлаждаемой поверхностью, радиатор предназначен для рассеивания тепла, помпа обеспечивает циркуляцию жидкости по системе, а в резервуаре храниться жидкость. В предложенном озонаторе используется естественное водное охлаждение, что позволяет существенно упростить конструкцию системы теплообмена по сравнению с традиционной.
Предлагаемая конструкция позволяет повысить надежность работы озонатора за счет осушения охлажденного воздуха, проходящего через перепускной патрубок и улучшить работу элемента Пельтье за счет усовершенствования системы теплообмена с окружающей средой.