Устройство для получения озона в электрическом разряде

Полезная модель относится к устройствам синтеза озона из кислородосодержащих газов.
Известно устройство для озонирования, содержащее два высокоомных электрода в виде полос, закрепленных на обеих поверхностях диэлектрического барьера и разнесенных так, что полосы одного электрода расположены относительно полос другого электрода в последовательно чередующемся порядке и каждая полоса электродов подключена к высокоомному источнику напряжения через резистор [1].
Данное устройство за счет использования резисторов имеет повышенный ресурс работы и производительность по озону. Однако данное устройство имеет значительный линейный габарит и технологические сложности при его изготовлении.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является выбранное в качестве прототипа устройство, содержащее разрядные электроды, выполненные из отрезков изолированного кабеля цилиндрической формы и расположенных в прямоугольной камере в несколько рядов, как в горизонтальной, так и вертикальной плоскостях вплотную друг к другу и подключенных к источнику напряжения в шахматном порядке [2].
Однако, недостатком указанного устройства, как и всех озонаторов с высокопроводящими электродами является высокий нагрев озоносодержащего газа, приводящий к снижению ресурса и производительности по выходу озона.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение производительности и ресурса работы устройства при компактном исполнении озонаторной камеры.
Этот технический результат достигается тем, что в полезной модели, содержащей разрядные электроды, выполненные из отрезков изолированного кабеля цилиндрической формы и расположенных в прямоугольной камере вплотную друг к другу и подключенных к источнику напряжения в шахматном порядке, подключение производится через резисторы. В газоразрядном промежутке тепла выделяется меньше на количество тепловыделения в резисторах, при этом теплопередача от резисторов обратно в газоразрядный промежуток не происходит, за счет этого производительность озона повышается.
На фиг. 1 представлена аксонометрия устройства со схемой подключения к высоковольтному источнику переменного напряжения 4 с использованием резисторов 3. Устройство для получения озона также содержит корпус 2 прямоугольной формы и разрядные электроды 1, выполненные из отрезков изолированного кабеля цилиндрической формы, которые расположены и соответственно подключены к источнику 4 в шахматном порядке (в нашем случае на фиг. 1 изображен простейший вариант, в каждом столбце и ряду по два отрезка изолированного кабеля, очевидно возможна и более сложная компоновка по количеству электродов больше двух). Каждый разрядный электрод подключен к источнику питания через резистор с помощью разъемного соединения (например, клеммы) или с помощью неразъемного соединения (например, пайки).
Устройство для получения озона работает следующим образом. Поток озонируемого газа поступает в камеру 2. Далее он проходит в разрядные зазоры, образованные поверхностями отрезков кабелей 1. При подаче высокого переменного напряжения через резисторы 3 на электроды 1 в активной зоне по цилиндрической поверхности отрезков кабелей 1 возникают скользящие разряды, и осуществляется синтез озона. Затем озоногазовая смесь выходит из разрядных зазоров и подается на объект обработки озоном. Количество разрядных зон на каждом отрезке кабеля определяется числом линий соприкосновения отрезков кабелей. Вследствие шахматного порядка чередования, для отрезков кабелей, расположенных внутри сечения озонаторной камеры, количество таких линий равно четырем, а для крайних отрезков равно трем и для угловых - двум.
В полезной модели, как и в аналоге [1], тепловыделение перераспределяется. В газоразрядных промежутках количество тепла выделяется меньше на количество тепловыделения в резисторах 3. За счет этого ресурс и производительность по озону повышаются. Это следует из дискретной структуры барьерного разряда, который состоит из отдельных частичных разрядов (микроразрядов). Эффекты, связанные с производительностью и нагревом, определяются каждым микроразрядом. При использовании в заявляемом озонаторе резисторов амплитуда тока микроразряда уменьшится, а время микроразряда увеличится в результате присутствия резисторов в цепи отдельных микроразрядов. При этом переносимый заряд остается неизменным, а джоулево выделение тепла в зоне микроазряда в газе уменьшится в результате перераспределения тепла между зоной микроразряда в газе и резистором, поэтому начальный синтез озона остается прежним из-за неизменности заряда, а нагрев микроразряда, барьеров и озоногазовой смеси уменьшается, вследствие чего разложение озона падает. В итоге выход озона от отдельного микроразряда и в озонаторе в целом увеличится.
Выполнение в генераторе озона самого ответственного элемента диэлектрического барьера из отрезков кабелей позволяет увеличить ресурс работы предлагаемого устройства. Такие кабели широко выпускаются промышленностью, их производство и контроль качества автоматизированы, что является гарантией их высокой надежности.
При проведении эксперимента осуществлялось сравнение по выходу озона с резисторами и без них. Производительность заявляемой камеры модели на 30% оказалась выше.
Эксперимент проходил с одинаковыми электрическими нагрузками. Действующее напряжение высоковольтного источника питания U=7кВ при частоте источника питания f=400 Гц. Продолжается эксперимент по ресурсу. В настоящее время длительность непрерывной работы предлагаемого устройства свыше 2000 часов.
Источники информации:
1. Патент РФ №2660870, МПК С01В 13/11. Опубл. 10.07.18. Бюл. №19.
2. Патент РФ №2275324, МПК С01В 13/11. Опубл. 27.04.06. Бюл. №12.