RU2307787C2 - Ozonizer - Google Patents

Abstract

FIELD: chemical industry; agriculture; medicine; production of the high-voltage pulse devices.

SUBSTANCE: the invention is pertaining to the high-voltage pulse devices and may be used in the chemical industry, in medicine, in agriculture, and also in the air conditioning installations, in the refrigeration equipment, etc. The ozonizer contains the high-voltage generator with its common lead grounded, the coaxially located internal earthed tubular electrode and the external helical electrode connected to the output of the high-voltage generator. Between the electrodes there is the dielectric barrier mounted, into which internal part the isolated current-carrying screen of the tubular form is inserted. The dielectric barrier consists of the coaxially alternating layers with the different dielectric permeability. The ratio of the values of the dielectric permeability of the neighboring layers makes 1.5... 3, and the quantity of the layers is not regulated. The offered ozonizer possesses the high coefficient of efficiency, reliability, stability of the output operational characteristics, simplicity of the maintenance and the wide range of application.

EFFECT: the invention ensures the high coefficient of efficiency, reliability, stability of the output operational characteristics, simplicity of the maintenance and the wide range of application.

1 dwg

Description

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано в химической промышленности для обработки озоном газовых сред, в медицине для дезодорации и дезинфекции, в агропромышленном комплексе для обработки и хранения сельскохозяйственной продукции озоновоздушным агентом, а также в установках кондиционирования воздуха, холодильном оборудовании и т.д.The invention relates to high-voltage pulse technology and can be used in the chemical industry for treating gas environments with ozone, in medicine for deodorization and disinfection, in the agricultural complex for processing and storing agricultural products with an ozone-air agent, as well as in air conditioning units, refrigeration equipment, etc. d.

Известен ионизатор воздушной среды, содержащий высоковольтный источник переменного напряжения и индуктор, выполненный в виде металлических и диэлектрических пластин. На диэлектрических пластинах индуктора с внешней стороны расположены лампы ультрафиолетового излучения (RU 2253608 С1, 2005.06.10).Known ionizer air containing a high-voltage source of alternating voltage and an inductor made in the form of metal and dielectric plates. On the dielectric plates of the inductor on the outside are lamps of ultraviolet radiation (RU 2253608 C1, 2005.06.10).

Недостатками данного устройства является низкая производительность и ограниченный диапазон применения.The disadvantages of this device are low productivity and a limited range of applications.

Известен озонатор, содержащий пакет чередующихся электродных пластин, подключенных к высоковольтному источнику переменного напряжения и расположенных внутри диэлектрических барьеров в плоскости их симметрии. Между барьерами с расположенными внутри электродными чередующимися пластинами расположены дополнительные диэлектрические барьеры (RU 2248319 С1, 2005.03.20).Known ozonizer containing a package of alternating electrode plates connected to a high voltage source of alternating voltage and located inside the dielectric barriers in the plane of their symmetry. Between the barriers with alternating electrode plates located inside, additional dielectric barriers are located (RU 2248319 C1, 2005.03.20).

Недостатками данного устройства является низкий КПД и необходимость применения повышенного напряжения высоковольтного источника питания, в связи с конструктивными особенностями.The disadvantages of this device is the low efficiency and the need to use high voltage high-voltage power supply, due to design features.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является трубчатый озонатор, работающий на основе барьерного разряда, содержащий коронирующий и проводящий электроды, коаксиально размещенные на внешней и внутренней поверхностях диэлектрической трубки, причем коронирующий электрод, выполненный в форме электропроводной нити, навитой по спирали на диэлектрическую трубку, подключен к высоковольтному генератору, а проводящий электрод, выполненный в виде трубки, соединен с землей (RU 2084400 С1, 1997.07.20).The closest analogue of the present invention is a tubular ozonizer operating on the basis of a barrier discharge, containing corona and conductive electrodes, coaxially placed on the outer and inner surfaces of the dielectric tube, and the corona electrode, made in the form of an electrically conductive filament, wound in a spiral spiral around the dielectric tube, is connected to high-voltage generator, and a conductive electrode made in the form of a tube connected to the ground (RU 2084400 C1, 1997.07.20).

К недостаткам данного устройства следует отнести низкую стабильность рабочих характеристик процесса образования озона во времени, неравномерность градиентов электрического поля по всему объему диэлектрического барьера, возможность локального перегрева разрядного промежутка, ограниченный диапазон регулирования концентрации озона на выходе, а также ограниченный диапазон использования.The disadvantages of this device include the low stability of the operating characteristics of the ozone formation process in time, the unevenness of the electric field gradients throughout the volume of the dielectric barrier, the possibility of local overheating of the discharge gap, the limited range of regulation of the ozone concentration at the outlet, and the limited range of use.

Технической задачей изобретения является создание озонатора, обладающего высокой производительностью, надежностью, стабильностью выходных рабочих характеристик, простотой обслуживания, имеющего высокий КПД и широкий диапазон использования.An object of the invention is the creation of an ozonizer with high performance, reliability, stability of output performance, ease of maintenance, with high efficiency and a wide range of uses.

Эта техническая задача достигается тем, что в озонатор, содержащий высоковольтный генератор, коаксиально расположенные заземленный трубчатый и спиралевидный электроды, между которыми размещен диэлектрический барьер, введен изолированный токопроводящий экран трубчатой формы во внутреннюю часть диэлектрического барьера, состоящего из коаксиально чередующихся слоев с различной диэлектрической проницаемостью.This technical problem is achieved in that an ozonizer containing a high-voltage generator, coaxially located grounded tubular and spiral electrodes, between which a dielectric barrier is placed, an insulated conductive screen of a tubular shape is inserted into the inner part of the dielectric barrier, consisting of coaxially alternating layers with different dielectric constants.

Функциональная схема, поясняющая работу озонатора, представлена на чертеже.A functional diagram explaining the operation of the ozonizer is shown in the drawing.

Озонатор содержит высоковольтный генератор 1, общим выводом соединенный с землей, коаксиально расположенные внутренний заземленный трубчатый электрод 3 и наружный спиралевидный электрод 4, подключенный к выходу высоковольтного генератора 1, между которыми размещен диэлектрический барьер 5, 6, во внутреннюю часть которого введен изолированный токопроводящий экран 7 трубчатой формы, причем диэлектрический барьер 5, 6 состоит из коаксиально чередующихся слоев 5 и 6 с различной диэлектрической проницаемостью, при этом отношение величин диэлектрических проницаемостей соседних слоев 5 и 6 составляет 1,5...3, а количество слоев не регламентируется.The ozonizer contains a high-voltage generator 1, connected to ground by a common terminal, coaxially located internal grounded tubular electrode 3 and an external spiral electrode 4 connected to the output of the high-voltage generator 1, between which a dielectric barrier 5, 6 is placed, an insulated conductive screen 7 is inserted into the inner part of it a tubular shape, the dielectric barrier 5, 6 consisting of coaxially alternating layers 5 and 6 with different dielectric constants, the ratio of the dielectric an insulating permeability adjacent layers 5 and 6 is 1.5 ... 3, and the number of layers is not regulated.

Описание работы устройства.Description of the operation of the device.

Озонатор состоит из высоковольтного генератора 1 и разрядного блока 2, вырабатывающего озон. Разрядный блок 2 содержит коаксиально расположенные металлические трубчатый 3 и спиралевидный 4 электроды, между которыми находится многослойный диэлектрический барьер, состоящий из чередующихся слоев 5 и 6, имеющих различную диэлектрическую проницаемость. Между слоями 5 и 6, в средней части диэлектрического барьера, помещен изолированный токопроводящий экран 7 трубчатой формы, выполненный из металла или токопроводного полимера. Трубчатый электрод 3, расположенный внутри разрядного блока 2, конструктивно выполняет роль несущего элемента. Спиралевидный электрод 4 располагается на внешней поверхности разрядного блока 2, которая является наружным слоем диэлектрического барьера 5 или 6. Порядок чередования диэлектрических слоев 5 и 6, также как и их количество, зависит от производительности озонатора и электрических параметров выходного сигнала генератора 1: напряжения, частоты, скважности и формы. Общий вывод генератора 1 вместе с трубчатым электродом 3 подключен к земле. Спиралевидный электрод 4 соединен с выходом высоковольтного генератора 1.The ozonizer consists of a high-voltage generator 1 and a discharge unit 2 generating ozone. The discharge unit 2 contains coaxially arranged metal tubular 3 and spiral 4 electrodes between which there is a multilayer dielectric barrier consisting of alternating layers 5 and 6 having different dielectric constants. Between layers 5 and 6, in the middle part of the dielectric barrier, an insulated conductive screen 7 of a tubular shape made of metal or conductive polymer is placed. The tubular electrode 3 located inside the discharge unit 2, structurally performs the role of the supporting element. The spiral electrode 4 is located on the outer surface of the discharge block 2, which is the outer layer of the dielectric barrier 5 or 6. The order of alternation of the dielectric layers 5 and 6, as well as their number, depends on the performance of the ozonizer and the electrical parameters of the output signal of generator 1: voltage, frequency , duty cycle and shape. The general output of the generator 1 together with the tubular electrode 3 is connected to the ground. The spiral electrode 4 is connected to the output of the high voltage generator 1.

При подаче высокого напряжения на электрод 4 между ним и заземленным трубчатым электродом 3 образуется переменное электрическое поле, в результате чего вблизи спиралевидного электрода 4 возникает объемный барьерный разряд, который инициирует образование озона из кислорода окружающего воздуха. Образующийся озон выносится наружу из зоны барьерного разряда потоком воздуха, омывающего высоковольтный электрод 4.When a high voltage is applied to the electrode 4, an alternating electric field is formed between it and the grounded tubular electrode 3, as a result of which a volumetric barrier discharge arises near the spiral electrode 4, which initiates the formation of ozone from the oxygen of the surrounding air. The resulting ozone is carried out from the barrier discharge zone by a stream of air washing the high-voltage electrode 4.

Для выравнивания градиентов напряженности электрического поля по всему объему диэлектрического барьера в конструкции используется принцип чередования слоев 5 и 6 с различной диэлектрической проницаемостью. Узлы напряженности, образующиеся внутри диэлектрика с большей проницаемостью, «размываются» слоем диэлектрика с меньшей проницаемостью, находящимся по направлению вектора напряженности. Увеличение количества чередующихся слоев 5 и 6 способствует выравниванию электрического поля. Отношение диэлектрических проницаемостей между соседними слоями 5 и 6 находится в диапазоне 1,5...3. Увеличение или уменьшение этого отношения снижает КПД устройства.To align the gradients of the electric field across the entire volume of the dielectric barrier, the design uses the principle of alternating layers 5 and 6 with different dielectric constants. Tension nodes formed inside a dielectric with a higher permeability are “washed away” by a dielectric layer with a lower permeability located in the direction of the tension vector. The increase in the number of alternating layers 5 and 6 helps to equalize the electric field. The ratio of permittivity between adjacent layers 5 and 6 is in the range of 1.5 ... 3. Increasing or decreasing this ratio reduces the efficiency of the device.

Для повышения нагрузочной способности диэлектрического барьера и увеличения пробивного напряжения между слоями 5 и 6 помещен токопроводящий экран 7 трубчатой формы, изолированный от обоих электродов 3 и 4. Он препятствует прохождению сквозных блуждающих токов между электродами 3 и 4, создавая буферную зону в виде эквипотенциальной поверхности внутри диэлектрической структуры, дополнительно выравнивая градиенты напряженности электрического поля. Помимо этого токопроводящий экран 7 выравнивает температуру внутри диэлектрического барьера 5, 6, повышая его нагрузочную способность. Такая конструкция позволяет увеличить напряжение высоковольтного генератора 1 на 20...30% по сравнению с однослойной конфигурацией. Кроме того, устройство сохраняет работоспособность при низких напряжениях генератора 1, ниже 1000 В. Данный режим возможен благодаря значительному снижению общей толщины диэлектрического барьера, при сохранении высокого пробивного напряжения. Толщина каждого диэлектрического слоя 5 или 6 может быть снижена до 30...50 микрон.To increase the load capacity of the dielectric barrier and increase the breakdown voltage between the layers 5 and 6, a tubular-shaped conductive screen 7 is placed, isolated from both electrodes 3 and 4. It prevents the passage of stray currents between the electrodes 3 and 4, creating a buffer zone in the form of an equipotential surface inside dielectric structure, further aligning the gradients of the electric field. In addition, the conductive screen 7 equalizes the temperature inside the dielectric barrier 5, 6, increasing its load capacity. This design allows you to increase the voltage of the high-voltage generator 1 by 20 ... 30% compared with a single-layer configuration. In addition, the device maintains operability at low voltage of the generator 1, below 1000 V. This mode is possible due to a significant reduction in the total thickness of the dielectric barrier, while maintaining a high breakdown voltage. The thickness of each dielectric layer 5 or 6 can be reduced to 30 ... 50 microns.

Охлаждение электрода 3 осуществляется воздухом, проходящим внутри трубчатого канала. Охлаждение спиралевидного электрода 4 производится внешним потоком воздуха, омывающим разрядный блок 2.The cooling of the electrode 3 is carried out by air passing inside the tubular channel. The spiral electrode 4 is cooled by an external air stream washing the discharge block 2.

Озонатор обладает высокой производительностью и стабильностью рабочих характеристик. Его конструктивные возможности позволяют изготавливать как мощные высокопроизводительные установки, так и малогабаритные маломощные переносные устройства.Ozonizer has high performance and stable performance. Its design capabilities make it possible to produce both powerful high-performance plants and small-sized, low-power portable devices.

Предлагаемое устройство имеет высокий КПД и широкий диапазон использования.The proposed device has a high efficiency and a wide range of uses.

Озонатор имеет высокую надежность и большой срок эксплуатации.The ozonizer has high reliability and a long service life.

К достоинствам устройства следует отнести широкий диапазон используемых частот от 50 Гц до 130 кГц и напряжений от 850 В до 30 кВ.The advantages of the device include a wide range of frequencies used from 50 Hz to 130 kHz and voltages from 850 V to 30 kV.

Озонатор обеспечивает «мягкий» режим возбуждения барьерного микроразряда, благодаря этому сведено к минимуму образование азотосодержащих соединений.The ozonizer provides a “soft” mode of excitation of the barrier microdischarge, due to this the formation of nitrogen-containing compounds is minimized.

Claims (1)

Озонатор, содержащий высоковольтный генератор, общим выводом соединенный с землей, коаксиально расположенные внутренний заземленный трубчатый электрод и наружный спиралевидный электрод, подключенный к выходу высоковольтного генератора, между которыми размещен диэлектрический барьер, отличающийся тем, что во внутреннюю часть диэлектрического барьера введен изолированный токопроводящий экран трубчатой формы, причем диэлектрический барьер состоит из коаксиально чередующихся слоев с различной диэлектрической проницаемостью, при этом отношение величин диэлектрических проницаемостей соседних слоев составляет 1,5-3, а количество слоев не регламентируется.An ozonizer containing a high-voltage generator, connected to ground by a common terminal, coaxially located internal grounded tubular electrode and an external spiral electrode connected to the output of the high-voltage generator, between which a dielectric barrier is placed, characterized in that an insulated conductive screen with a tubular shape is inserted into the inner part of the dielectric barrier moreover, the dielectric barrier consists of coaxially alternating layers with different dielectric constants, at m the ratio of the dielectric constants of adjacent layers is 1.5-3, and the number of layers is not regulated.