Барьерный электрический озонатор с температурной динамикой
Полезная модель относится к устройствам для получения озоно-воздушной смеси посредством барьерного электрического разряда, в которой благодаря большой теплоемкости электродов и возможного предварительного охлаждения элементов озонатора обеспечиваются условия для интенсивного кондуктивного теплоотвода из разрядной зоны озонатора, что позволяет в течение некоторого, приемлемого для определенных целей, промежутка времени поддерживать температурные условия для производства озона достаточно высокой концентрации без применения системы принудительного охлаждения. Для увеличения или уменьшения периода производства озона его массивные электроды могут быть выполнены полыми для заполнения средой с, соответственно, более высокой или низкой теплоемкостью.
1. Область техники
Полезная модель относится к устройствам для периодического получения озона высокой концентрации без использования системы непрерывного принудительного охлаждения.
2. Уровень техники
Известно устройство (А/с СССР на изобретение «Озонатор» №998328 кл. С 01 В 13/11, 22.06.81.), в котором используются плоские электроды, отсутствует система принудительного охлаждения и все электроды изготавливаются из металлической фольги, плотно соединенной по всей своей поверхности с диэлектриком. Однако из-за невозможности обеспечить сколько-нибудь интенсивный теплоотвод от зоны разряда озонатор должен работать при невысоких удельных мощностях разряда и потому предназначается для низких концентраций озона (доли процента).
Известно устройство (Патент США №3801791 кл. 250-532, 1976), в котором, отсутствует система принудительного охлаждения и плоские электроды заземленного пучка изготавливаются из металла толщиной в 15 мм. К недостаткам устройства относится то, что теплоотвод производится только от заземленных электродов и что озонатор предназначен для синтеза озона низкой концентрации.
Известно устройство (А/с СССР на изобретение «Газоразрядный элемент озонатора» №423750 кл. С 01 В 13/11, 15.04.74.), реализующее теплоотвод от внутреннего цилиндрического электрода озонатора посредством легкокипящей диэлектрической жидкости через конец электрода, находящийся в охлаждающей жидкости. Этот способ охлаждения малоэффективен для озонаторов большой мощности, в особенности с плоскими электродами, из-за низкой интенсивности теплоотдачи.
3. Сущность изобретения
Задачей разработки предлагаемой полезной модели является создание барьерного электрического озонатора, который бы мог производить периодически озон высокой концентрации в течение достаточно продолжительного промежутка времени без принудительного охлаждения его электродов.
Указанный технический результат достигается тем, что электроды генератора озона выполняются в виде достаточно толстых пластин (5-10 мм), возможно с полостями для заполнения средой, имеющей высокую теплоемкость (вода, свинец и т.п.), сравнимую с выделяющейся в аппарате тепловой энергией. Этим обеспечивают:
- условия для интенсивного кондуктивного теплоотвода из разрядной зоны озонатора;
- отсутствие резкого подъема температуры;
- благоприятные температурные условия для производства озона достаточно высокой концентрации в течение некоторого промежутка времени без применения системы принудительного охлаждения.
После нагревания озонатора в результате его работы до 40°С его выключают. Для увеличения или уменьшения периодов производства озона полости электродов озонатора заполняют средой с, соответственно, более высокой или низкой теплоемкостью. Для изменения длины периодов «отдыха» озонатора его разрядные промежутки продувают (при отключенном высоком напряжении) посредством потока атмосферного (или охлажденного) воздуха с расходом более интенсивным, чем его поток при озонировании.
4. Описание чертежей
На фигуре 1 изображена общая схема расположения элементов барьерного электрического озонатора без системы принудительного охлаждения. Здесь озонируемый газ пропускают через разрядный промежуток 1 между плоскими, достаточно толстыми металлическими электродами 3, из которых каждый второй заземляют, а к остальным подводят высокое напряжение. В разрядном промежутке для обеспечения тихого разряда с одной стороны располагают стеклянный барьер 2. Электроды 3 выполняют полыми для заполнения материалом с высокой теплоемкостью.
На фигуре 2 изображена схема полого корпуса электрода озонатора, где 1 - металлический корпус, 2 - полость для заполнения теплоемким материалом, 3 - отверстие для заполнения полости, 4 - гайка-заглушка.
На фигуре 3 изображены графики изменения концентрации озона, производительности озонатора и удельных затрат энергии на производство 1 кг
озона. Параметры озонатора даны в п.5 Здесь явно выделяется промежуток времени, на котором процесс электросинтеза озона и его характеристики стабильны.
На фигуре 4 изображен график изменения средней температуры в элементах озонатора.
5. Реализация
Для примера реализации взят озонатор со следующими геометрическими размерами, качеством материалов и условиями работы:
длина электродов 1 м;
общая площадь электродов 5 м,
ширина разрядного промежутка 3 мм;
толщина барьера (стекло) 2 мм;
толщина электродов (нерж. сталь) 5 мм;
рабочее давление газа 0.16 МПа;
расход газа 10 м 3/ч;
исходная температура озонатора -10 С;
исходная температура газа -10 С;
подаваемое напряжение 24 кВ;
частота 50 Гц.
Эксперимент показал, что за 30 мин. работы такой озонатор нагревается в среднем до температуры 44°С. Его производительность держится примерно на одном уровне (280-250 г/ч) в течение 18 мин., а затем начинает резко падать и к 29-й минуте работы озонатора оказывается равной нулю (рис. 2а). Соответственно этому ведут себя и энергетические затраты (рис. 2в). Сначала они удерживаются примерно на одном уровне (48-50 кДж/г), а затем быстро возрастают.
Чередование промежутков работы такого озонатора с промежутками его охлаждения воздухом при отключенном напряжении становится полезной системой работы озонатора в условиях, затрудняющих использование системы охлаждения во время его работы.
Следует отметить, для охлаждения озонатора продувкой воздуха при отключенном напряжении (после периода его работы), при расходе охлаждающего воздуха Q=100 м 3/ч для охлаждения барьера озонатора, имеющего исходную температуру t=40°C, требуется 83 мин, чтобы охладить до средней температуры +3°С. А при расходе в 500 м 3/ч за это же время барьер охладится до -4,5°С.
1. Барьерный электрический озонатор, состоящий из плоских, параллельных, близко расположенных друг к другу металлических электродов, через один заземленных и подключенных к источнику переменного тока высокого напряжения, плоских стеклянных барьеров, разрядного промежутка между ними с входом и выходом для озонируемого воздуха, отличающийся тем, что его электроды изготавливают массивными для обеспечения их большой теплоемкостью, сравнимой с выделяемой в разряде энергией, за счет чего в озонаторе создаются условия для получения озона в течение достаточно длительного промежутка времени (например, для воздуха - 18-20 мин) при отсутствии системы непрерывного принудительного охлаждения.
2. Барьерный электрический озонатор по п.1, отличающийся тем, что для увеличения или уменьшения периода производства озона его массивные электроды выполняют полыми для заполнения средой с соответственно более высокой или низкой теплоемкостью.
3. Барьерный электрический озонатор по п.1, отличающийся тем, что после нагревания от электрического разряда в течение периода работы его приводят к исходной температуре с помощью интенсивной продувки разрядных промежутков при отключенном высоком напряжении.
