RU2220093C2 - Способ синтеза озона и устройство для его реализации - Google Patents
Способ синтеза озона и устройство для его реализации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2220093C2 RU2220093C2 RU2001116653/12A RU2001116653A RU2220093C2 RU 2220093 C2 RU2220093 C2 RU 2220093C2 RU 2001116653/12 A RU2001116653/12 A RU 2001116653/12A RU 2001116653 A RU2001116653 A RU 2001116653A RU 2220093 C2 RU2220093 C2 RU 2220093C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- ozone
- radius
- voltage
- synthesis
- Prior art date
Links
Landscapes
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Abstract
Способ и устройство относятся к области озонирования воздуха и могут быть использованы для очистки воздуха от вредных газов и микроорганизмов, а также для водоочистки и водоподготовки. Способ синтеза озона в объемном электрическом разряде заключается в том, что в электродной системе формируют электрическое поле длительностью не более 500•10-9 с с коэффициентом неоднородности поля не менее 2 и скоростью нарастания напряженности электрического поля на поверхности электрода с меньшим радиусом кривизны не менее 2•1013 В/м•с. Устройство синтеза озона содержит корпус, укрепленные на корпусе патрубки входа и выхода газа, патрубки ввода и вывода охлаждающей жидкости, размещенную в корпусе электродную систему, содержащую разрядные элементы, каждый из которых состоит из коаксиальных внешнего низковольтного электрода и внутреннего высоковольтного электрода, подключенных к высоковольтному источнику питания. Отношение внутреннего радиуса внешнего электрода и наружного радиуса внутреннего электрода определяется неравенством r<R/e, где r - наружный радиус внутреннего электрода, R - внутренний радиус внешнего электрода, е - основание натурального логарифма. Данные способ и устройство отличаются повышенной надежностью, снижением энергозатрат, исключением воздухоподготовки. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области озонирования воздуха и может быть использовано для очистки воздуха от вредных газов и микроорганизмов, а также для водоочистки и водоподготовки.
Известен способ синтеза озона (см. Ю.В.Филиппов и др. Электросинтез озона. Изд-во МГУ, 1987 г., стр. 21) в коронном разряде постоянного и переменного тока. Во всех случаях коронного разряда наблюдается зависимость образования озона от материала электродов, а также от времени работы озонатора, что объясняется коррозией и распылением металлических электродов.
Известно устройство для озонирования воздуха (см. а.с. СССР 1543193, кл. F 24 F 3/16, С 01 В 13/11, опубликовано 15.02.1990 г., Бюл. 6), содержащее расположенную в воздуховоде озонирующую камеру с игольчатыми электродами, подключенными к источнику высокого напряжения и направленными остриями друг другу навстречу, и размещенную между электродами металлическую диафрагму, которая подключена к отрицательной полярности источника, а электроды расположены симметрично диафрагме и подключены к положительной полярности источника. Недостатками данного устройства являются: низкий выход озона; большие удельные энергозатраты; необходимость осушения и очистки воздуха; сложность охлаждения электродов, находящихся под высоким потенциалом относительно земли.
Наиболее близким к заявляемому является способ синтеза озона, заключающийся в том, что в озонаторе имеется диэлектрический слой, или, как его часто называют, барьер, который стабилизирует разрядный ток и придает разряду равномерный характер (см. Ю.В. Филиппов и др. Электросинтез озона. Изд-во МГУ, 1987 г., стр. 44). Наличие диэлектрического барьера приводит к дополнительным потерям, локальному перегреву диэлектрика и выходу его из строя.
Наиболее близким к заявляемому устройству является высокочастотный трубчатый озонатор (см. патент 2056344, кл. С 01 В 13/11, опубликовано 20.03.1996 г. Бюл. 8), содержащий корпус, укрепленные на корпусе патрубки входа и выхода газа, патрубки ввода и вывода охлаждающей жидкости, размещенные в корпусе разрядные элементы, каждый из которых состоит из коаксиальных внешнего низковольтного электрода и внутреннего высоковольтного электрода с диэлектриком между ними, и две поперечные перегородки, установленные в корпусе, образующие камеру охлаждения и выполненные со сквозными отверстиями для установки разрядных элементов, две поперечные перфорированные диафрагмы, а внешние низковольтные электроды выполнены из металлической трубы и по краевой части приварены к перегородкам. Диэлектрик выполнен в виде трубы, установленной с зазором между электродами, на поверхности перегородок, противоположной поверхности, обращенной к камере охлаждения, выполнены кольцевые выступы соосно со сквозными отверстиями.
Недостатком таких устройств является технологическая сложность нанесения барьеров и необходимость предварительного осушения и очистки воздуха перед подачей в камеру синтеза озона. Малая величина межэлектродного зазора создает большое аэродинамическое сопротивление потоку газа через озонатор, ограничивающее поток газа.
Обязательным условием синтеза озона в прототипе является наличие диэлектрического барьера. При отсутствии барьера разряд от объемного переходит к искровому, и синтез озона прекращается. Наличие барьеров приводит к дополнительным потерям, нагреву диэлектрика, снижению выхода озона и уменьшению долговечности озонатора. Кроме того, наличие пыли в воздухе и повышенная влажность приводят к созданию локальных неоднородностей электрического поля и, как следствие этого, к снижению выхода озона и образованию азотосодержащих соединений. Для предотвращения этого необходимо использовать специальные системы воздухоподготовки, что приводит к усложнению и удорожанию озонатора в целом.
Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в повышении надежности, снижении удельных энергозатрат, исключении воздухоподготовки.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе синтеза озона в объемном электрическом разряде в электродной системе формируют электрическое поле длительностью не более 55•10-9 с с коэффициентом неоднородности поля не менее 2 и скоростью нарастания напряженности электрического поля на поверхности электрода с меньшим радиусом кривизны не менее 2•1013 В/м•с. Указанное сочетание длительности, скорости нарастания и коэффициента неоднородности электрического поля позволяет предотвратить образование канала пробоя межэлектродного промежутка.
Указанный технический результат достигается также тем, что в устройстве для синтеза озона, содержащем корпус, укрепленные на корпусе патрубки входа и выхода газа, патрубки ввода и вывода охлаждающей жидкости, размещенную в корпусе электродную систему, содержащую разрядные элементы, каждый из которых состоит из коаксиальных металлических внешнего низковольтного электрода и внутреннего высоковольтного электрода, подключенных к высоковольтному источнику питания, согласно изобретению отношение внутреннего радиуса внешнего электрода и наружного радиуса внутреннего электрода определяется неравенством r<R/e, где
r - наружный радиус внутреннего электрода;
R - внутренний радиус внешнего электрода;
е - основание натурального логарифма.
r - наружный радиус внутреннего электрода;
R - внутренний радиус внешнего электрода;
е - основание натурального логарифма.
В предлагаемом техническом решении согласование геометрических параметров разрядных элементов и электрических параметров источника питания позволяет получить объемный разряд между двумя металлическими электродами без диэлектрического барьера. Кроме того, при малой длительности импульса повышенная влажность не влияет на выход озона и не приводит к появлению азотосодержащих соединений, что позволяет отказаться от сложных и дорогостоящих систем воздухоподготовки.
На чертеже изображено устройство, реализующее способ синтеза озона.
Устройство содержит корпус 1 с патрубками входа 2 и выхода 3 газа и патрубками ввода 4 и вывода 5 охлаждающей жидкости в межтрубное пространство 6. В корпусе 1 размещена электродная система 7, содержащая внешние, соединенные с корпусом низковольтные электроды 8, выполненные из металлических труб, и высоковольтные электроды 9 - меньшего диаметра, закрепленные в высоковольтных электродах 8 при помощи изоляторов 10, имеющих сквозные отверстия 11 для подачи газа в зону разряда. Высоковольтный наносекундный источник питания 12 соединен одним выводом с заземленным корпусом озонатора 1, а вторым - с высоковольтными электродами 9. Причем отношение внутреннего радиуса внешнего электрода и наружного радиуса внутреннего электрода определяется неравенством r<R/e. При этом в электродной системе формируется электрическое поле длительностью не более 500•10-9 с с коэффициентом неоднородности поля не менее 2 и скоростью нарастания напряженности электрического поля на поверхности электродов 9 с меньшим радиусом кривизны не менее 2•1013 В/м•с.
Озонатор работает следующим образом.
Подача воздуха на электродную систему 7 осуществляется через входной патрубок 2, расположенный в нижней части корпуса 1, отверстия 11 в изоляторах 10.
При подаче от высоковольтного наносекундного источника питания 12 на внутренние высоковольтные электроды 9 напряжения длительностью не более 500•10-9 с в зазоре между высоковольтным электродом 9 и низковольтным электродом 8 формируется электрическое поле, максимальная напряженность которого на поверхности внутреннего электрода равна
Emax = U/r In R/r,
где U - напряжение между электродами, R - внутренний радиус внешнего электрода, r - внешний радиус внутреннего электрода. Пользуясь указанной простой формулой, можно в первом приближении качественно рассмотреть вопрос о том, как будет протекать процесс формирования разряда при различных отношениях R/r.
Emax = U/r In R/r,
где U - напряжение между электродами, R - внутренний радиус внешнего электрода, r - внешний радиус внутреннего электрода. Пользуясь указанной простой формулой, можно в первом приближении качественно рассмотреть вопрос о том, как будет протекать процесс формирования разряда при различных отношениях R/r.
Если считать для грубой оценки, что коронирующий слой газа обладает очень большой электропроводностью, то появление короны в месте максимальной напряженности, т.е. у поверхности внутреннего электрода, будет эквивалентно увеличению радиуса этого электрода. В случае r<R/e ударная ионизация локализуется у поверхности внутреннего электрода, т.е. образуется корона. С увеличением напряжения радиус короны будет расти, и, когда он достигнет величины R/e, корона перейдет в искру. При r>R/e возникновение ударной ионизации у поверхности внутреннего электрода сразу же приведет к пробою, т.к. при увеличении эффективного радиуса Емах будет расти, и ударная ионизация распространится на весь газовый промежуток. Следовательно, для эффективного синтеза озона наиболее приемлемо соотношение r<R/e, при этом скорость нарастания напряженности электрического поля на внутреннем электроде должна быть не менее 2•1013 В/м•с, а длительность импульса напряжения между электродами не должна превышать 500•10-9 с. Малая длительность импульса ограничивается временем образования азотных соединений и временем распространения ударной ионизации на весь межэлектродный промежуток, а скорость нарастания напряженности электрического поля определяется максимальной эффективностью синтеза озона.
Под действием электрического разряда часть кислорода кислородосодержащей газовой смеси, подаваемой через патрубок входа 2 в разрядные зоны, превращается в озон, после чего отводится через патрубок выхода 3.
При действии электрического разряда образуется значительное количество тепла, которое передается через внешние низковольтные электроды 8 в охлаждающую жидкость, а внутренние высоковольтные электроды 9 охлаждаются с двух сторон кислородосодержащей газовой смесью. Жидкость для охлаждения внешних низковольтных электродов 8 поступает через патрубок ввода 4 в межтрубное пространство 6, омывает поверхности этих электродов и выводится через патрубок вывода 5.
Возможно следующее выполнение разрядных элементов. Диаметр внешнего низковольтного электрода равен 36 мм, диаметр внутреннего электрода 8 мм, длина разрядного промежутка 1000 мм, при этом соотношение r/R=0,2222 и максимальная напряженность электрического поля у поверхности внутреннего электрода равна 5 кВ/мм. При длительности импульса напряжения t=200•10-9 с, скорость нарастания напряженности электрического поля dE/dt составляла:
dE/dt=2,5•1013 В/м•с.
dE/dt=2,5•1013 В/м•с.
Производительность одного разрядного элемента при частоте следования импульсов 1000 Гц составила 7,5 г озона в час. Для озонатора, рассчитанного на получение 1 кг озона в час, требуется 140 разрядных элементов.
Предложенная конструкция позволила изготовить безбарьерный озонатор производительностью 1 кг озона в час, потребляемая мощность составила не более 7,2 кВт, при этом использовался атмосферный воздух с относительной влажностью до 98% без дополнительной воздухоподготовки. Для сравнения серийно выпускаемый озонатор ТС-1,2 НПП "Техозон" имеет энергопотребление на кг озона 20 кВт/час, а озонатор "Озонит 42В" производительностью до 1 кг озона в час потребляет мощность 35 кВт. Эти озонаторы могут работать только с использованием специальных систем воздухоподготовки, которые дополнительно потребляют значительное количество электроэнергии. Таким образом предложенный способ синтеза озона и устройство его реализации позволяет значительно снизить энергозатраты на синтез озона, исключить систему воздухоподготовки и повысить надежность озонаторов.
Claims (2)
1. Способ синтеза озона в объемном электрическом разряде, отличающийся тем, что в электродной системе формируется электрическое поле длительностью не более 500·10-9 с с коэффициентом неоднородности поля не менее 2 и скоростью нарастания напряженности электрического поля на поверхности электрода с меньшим радиусом кривизны не менее 2·1013 В/м·с.
2. Устройство синтеза озона, содержащее корпус, укрепленные на корпусе патрубки входа и выхода газа, патрубки ввода и вывода охлаждающей жидкости, размещенную в корпусе электродную систему, содержащую разрядные элементы, каждый из которых состоит из коаксиальных внешнего низковольтного электрода и внутреннего высоковольтного электрода, подключенных к высоковольтному источнику питания, отличающиеся тем, что отношение внутреннего радиуса внешнего электрода и наружного радиуса внутреннего электрода определяется неравенством
r<R/e,
где r - нaружный радиус внутреннего электрода;
R - внутренний радиус внешнего электрода;
е - основание натурального логарифма.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001116653/12A RU2220093C2 (ru) | 2001-06-14 | 2001-06-14 | Способ синтеза озона и устройство для его реализации |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001116653/12A RU2220093C2 (ru) | 2001-06-14 | 2001-06-14 | Способ синтеза озона и устройство для его реализации |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001116653A RU2001116653A (ru) | 2003-06-27 |
RU2220093C2 true RU2220093C2 (ru) | 2003-12-27 |
Family
ID=32065381
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001116653/12A RU2220093C2 (ru) | 2001-06-14 | 2001-06-14 | Способ синтеза озона и устройство для его реализации |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2220093C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2545305C2 (ru) * | 2013-07-10 | 2015-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" | Импульсный безбарьерный озонатор |
-
2001
- 2001-06-14 RU RU2001116653/12A patent/RU2220093C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Филиппов Ю.В. Синтез озона. - М.: Издательство Московского университета, 1987, с.44. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2545305C2 (ru) * | 2013-07-10 | 2015-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" | Импульсный безбарьерный озонатор |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5433832A (en) | Exhaust treatment system and method | |
US4869881A (en) | Ozone generator system | |
CA2104355C (en) | Method and apparatus for ozone generation and treatment of water | |
US6451252B1 (en) | Odor removal system and method having ozone and non-thermal plasma treatment | |
KR102014892B1 (ko) | 수처리장치 등에 사용되는 플라즈마 발생장치 | |
CN107233786A (zh) | 一种螺旋沿面型结构的低温等离子体发生器 | |
WO2002068322A1 (en) | High efficiency-ozone generator | |
RU2220093C2 (ru) | Способ синтеза озона и устройство для его реализации | |
CN108675388A (zh) | 一种难降解废水的净化装置及净化方法 | |
CN217357406U (zh) | 介质阻挡放电装置及空气净化器 | |
EP2692694A1 (en) | Device for removing organic and chemical microbic pollutants from water | |
CN115325646A (zh) | 一种消毒粒子发生装置 | |
Ruo-Bing et al. | Water treatment by the bipolar pulsed dielectric barrier discharge (DBD) in water-air mixture | |
RU2486719C1 (ru) | Способ очистки, деструкции и конверсии газа | |
Zhang et al. | Formation of active species by bipolar pulsed discharge in water | |
RU2184697C2 (ru) | Генератор озона | |
RU2661232C1 (ru) | Способ генерирования озона и портативное устройство для генерирования озона | |
RU2555659C2 (ru) | Устройство для озонирования воздуха | |
RU2233244C1 (ru) | Реактор для обработки жидкостей | |
RU2153465C2 (ru) | Генератор озона | |
RU2119446C1 (ru) | Устройство для получения озона | |
JPH08183604A (ja) | オゾン発生装置 | |
RU2179150C2 (ru) | Устройство для получения озона | |
RU2352386C2 (ru) | Способ синтеза озона, устройство для его осуществления и электродная система для синтеза озона | |
RU108440U1 (ru) | Устройство для очистки воды от микробных органических и химических загрязнений |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20051006 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110615 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20120910 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20130926 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160615 |