CZ2014135A3 - Ozone generator electrode system for increase of concentration of ozone and other active oxygen particles produced by corona discharge - Google Patents
Ozone generator electrode system for increase of concentration of ozone and other active oxygen particles produced by corona discharge Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2014135A3 CZ2014135A3 CZ2014-135A CZ2014135A CZ2014135A3 CZ 2014135 A3 CZ2014135 A3 CZ 2014135A3 CZ 2014135 A CZ2014135 A CZ 2014135A CZ 2014135 A3 CZ2014135 A3 CZ 2014135A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- needle electrode
- electrode
- ozone
- discharge
- working gas
- Prior art date
Links
Landscapes
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Abstract
Elektrodový systém pro zvýšení koncentrace ozonu a dalších aktivních kyslíkových částic produkovaných korónovým výbojem ve vzduchu nebo v kyslíku se skládá alespoň z jedné duté jehlové elektrody (1) nebo z plné jehlové elektrody (10), která slouží jako katoda a z rovinné elektrody (2), která slouží jako anoda. Rovinná elektroda (2) může být ve formě mřížky nebo destičky. Na jehlové elektrodě (1, 10) je nasunuta tenká trubička (4) z dielektrického materiálu tak, aby konec této trubičky měl přesah vůči hrotu jehlové elektrody (1, 10). Elektrodový systém je umístěn ve výbojové komoře (3). Vstup pracovního plynu do prostoru výboje může být prováděn třemi způsoby. V prvním z nich je použita dutá jehlová elektroda (1) a pracovní plyn je do výboje podáván jejím vnitřkem. Ve druhém způsobu, kdy je použita plná jehlová elektroda (10), je pracovní plyn do výboje dodáván úzkým mezikružím vzniklým mezi plnou jehlovou elektrodou (10) a vnitřním průměrem tenké trubičky (4). Směs vzduchu, ozonu a dalších aktivních částic vzniklých ve výbojové komoře (3) je odváděna výstupem (6). Ve třetím způsobu je vzduch do výbojové komory (3) dodáván vstupem (500) tak, aby výbojovou komorou (3) procházel kolmo k plné jehlové elektrodě (10) a směs vzduchu, ozonu a dalších aktivních částic vzniklých ve výbojové komoře (3) vycházela protilehlým výstupem (600). Elektrodový systém s každým uvedeným způsobem dodávky pracovního plynu do výbojového prostoru může být vícenásobně opakován jak v lineárních tak i v plošném uspořádání.An electrode system for increasing the concentration of ozone and other active oxygen particles produced by the corona discharge in air or at least one hollow needle electrode (1) or a full needle electrode (10) serving as cathode and plane electrode (2) that serves as an anode. The planar electrode (2) may be in the form of a grid or plate. A thin tube (4) of dielectric material is slid on the needle electrode (1, 10) so that the end of the tube has an overlap with the needle electrode tip (1, 10). The electrode system is located in the discharge chamber (3). The process gas inlet into the discharge area can be accomplished in three ways. In the first one, a hollow needle electrode (1) is used and the working gas is fed into the discharge through its interior. In a second method, where a full needle electrode (10) is used, the working gas is delivered to the discharge by a narrow ring formed between the full needle electrode (10) and the inner diameter of the thin tube (4). The mixture of air, ozone and other active particles formed in the discharge chamber (3) is discharged through the outlet (6). In a third method, the air into the discharge chamber (3) is supplied through the inlet (500) so that the discharge chamber (3) extends perpendicular to the full needle electrode (10) and the mixture of air, ozone and other active particles formed in the discharge chamber (3) emits opposite outlet (600). The electrode system with each said method of supplying working gas to the discharge space can be repeated multiple times in both linear and planar configurations.
Description
Předkládané řešení se týká elektrodového systému generátoru ozonu na bázi koránového výboje s konfigurací elektrod jehla - rovina nebo jehla - mřížka, jehož cílem je zvýšení koncentrace ozonu a dalších aktivních kyslíkových částic produkovaných koránovým výbojem.The present invention relates to a corona discharge ozone generator electrode system with a needle-plane or needle-grid electrode configuration that aims to increase the concentration of ozone and other active oxygen particles produced by the Koran discharge.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Ozon a další aktivní kyslíkové částice jsou silná oxidační činidla, čehož je využíváno například pro čištění odpadních vod, pitné vody, ničení plísní a dalších škodlivin při skladování ovoce a potravin, odstraňování pachů, potlačení biokoroze a v poslední době i v lékařství.Ozone and other active oxygen species are powerful oxidizing agents, which are used for example in waste water treatment, drinking water, mold and other harmful substances in fruit and food storage, odor removal, biocorrosion suppression and recently also in medicine.
Většina ozonu O3 a dalších aktivních kyslíkových částic je pro výše uvedené účely generována plazmachemickými reakcemi v elektrických výbojích. Jedná se o složitý proces, který se skládá z disociačních, excitačních a ionizačních reakcí. Z řady těchto reakcí je pro generaci ozonu ze vzduchu za atmosférického tlaku nejdůležitější reakceMost of the ozone O3 and other active oxygen species are generated for the above purposes by plasma-chemical reactions in electric discharges. This is a complex process consisting of dissociation, excitation and ionization reactions. Of the many of these reactions, the most important reaction for the generation of ozone from air at atmospheric pressure
O + O2 + Μ —> O3 + M, kde M je buď molekula kyslíku;nebo dusíku. Z uvedené rovnice je tedy zřejmé, že pro nastartování reakcí vedoucích ke generaci ozonu ze vzduchu je nutná přítomnost kyslíkových atomů. Ke vzniku těchto atomů dochází v důsledku disociace kyslíkových molekul obsažených ve vzduchu. Pro generaci ozonu a dalších aktivních kyslíkových částic jsou tedy významné všechny veličiny, které mohou ovlivnit reakční koeficienty reakcí, vedoucí ke generaci ozonu. Jedna z nejdůležitějších těchto veličin je redukovaná intenzita elektrického pole, definovaná jako podíl intenzity elektrického » 9 ** 2 pole a koncentrace neutrálních částic. Optimální velikost této redukované intenzity elektrického poleje pro generaci ozonu ze vzduchu rovna 200 Td.O + O2 + Μ -> O3 + M, where M is either an oxygen molecule ; or nitrogen. Thus, it is apparent from the equation that the presence of oxygen atoms is necessary to trigger the reactions leading to ozone generation from air. These atoms are formed as a result of the dissociation of oxygen molecules contained in the air. Thus, for the generation of ozone and other active oxygen particles, all variables that can influence the reaction coefficients of the reaction leading to the generation of ozone are important. One of the most important of these is the reduced electric field strength, defined as the ratio of the electric field strength »9 ** 2 to the neutral particle concentration. The optimum magnitude of this reduced electric field intensity for ozone generation from air equals 200 Td.
Rozložení intenzity elektrického pole v mezielektrodovém prostoru výboje závisí na konfiguraci elektrod. Pro elektrodový systém v konfiguraci elektrod jehla rovina je elektrické pole nejsilnější v prostoru kolem špičky jehly s tím, že většina plazmachemických reakcí vedoucích ke vzniku ozonu a dalších aktivních kyslíkových částic probíhá v okolí jehlové elektrody.The distribution of the electric field intensity in the inter-electrode space of the discharge depends on the electrode configuration. For an electrode system in a needle-plane electrode configuration, the electric field is strongest in the space around the needle tip, with most of the plasma-chemical reactions leading to the formation of ozone and other active oxygen particles around the needle electrode.
Vzhledem k tomu, že generace ozonu i dalších aktivních kyslíkových částic samotnými elektrickými výboji již téměř dosáhla teoretických mezí, jsou hledány další cesty jak tuto generaci zvýšit. Nejčastěji je se provádí optimalizace elektrodového systému, optimalizace elektrických parametrů výboje, použití katalyzátorů v mezielektrodovém prostoru nebo použití vnějších silových polí jako je magnetické nebo elektrické pole.Since the generation of ozone and other active oxygen particles by electrical discharges has almost reached theoretical limits, further ways to increase this generation are sought. They are most often performed by optimizing the electrode system, optimizing the electrical parameters of the discharge, using catalysts in the inter-electrode space, or using external force fields such as magnetic or electric fields.
Je známé řešení podle US 7,.382^087 B2 - Ozone generátor systém and ozone generating method. Toto řešení se týká generátoru ozonu a metody generace ozonu pomocí objemového dielektrického výboje použitého k aktivaci fotokatalyzátoru. Objemový dielektrický výboj se vyznačuje dvěma vodivými elektrodami. Na těchto elektrodách, případně na dielektrické vrstvě je vytvořena vrstva fotokatalyzátoru se šířkou zakázaného pásu 2^0 až 2,9 eV. Po přivedení střídavého vysokého napětí na obě vodivé elektrody dojde ke vzniku elektrického výboje v prostoru mezi oběma vodivými elektrodami, případně mezi těmito elektrodami pokrytými dielektrickou vrstvou nebo vrstvou fotokatylazátoru. Záření emitované výbojem v rozsahu vlnových délek od 428 do 620 nm aktivuje fotokatalyzátor, v důsledku čehož dochází k disociaci molekulárního kyslíku a k nastartování procesů vedoucích ke vzniku ozonu. Uvedené řešení však vyžaduje použití střídavého vysokonapěťového zdroje, což komplikuje použití generátoru jako levného mobilního zdroje ozonu.There is known a solution according to US 7,382,087 B2 - Ozone generator system and ozone generating method. The present invention relates to an ozone generator and to a method for generating ozone by means of the volume dielectric discharge used to activate the photocatalyst. Volumetric dielectric discharge is characterized by two conductive electrodes. On these electrodes or on the dielectric layer a layer of photocatalyst is formed with a band gap width of 40 to 2.9 eV. After applying alternating high voltage to both conductive electrodes, an electrical discharge occurs in the space between the two conductive electrodes or between these electrodes covered by a dielectric layer or a photocatalyst layer. The radiation emitted by the discharge in the wavelength range from 428 to 620 nm activates the photocatalyst, causing the dissociation of the molecular oxygen and initiating the processes leading to the formation of ozone. However, this solution requires the use of an AC high voltage source, which complicates the use of the generator as a cheap mobile ozone source.
Je známé řešení podle JP7328425(A) - Plasma chemical reaction device. V případě tohoto řešení se jedná o dielektrický výboj hořící v objemu mezi dvěma rovinnými elektrodami, kdy prostor mezi těmito elektrodami je vyplněn granulemi zA solution according to JP7328425 (A) - Plasma chemical reaction device is known. In the case of this solution it is a dielectric discharge burning in a volume between two planar electrodes, where the space between these electrodes is filled with granules from
* 9 feroelektrického materiálu. V důsledku zesílení elektrického pole v místech kontaktu jednotlivých granulí dochází k intenzifikaci procesů vedoucích ke zvýšení generace ozonu. Stejně jako v přecházejícím případě toto řešení vyžaduje použití střídavého vysokonapěťového zdroje, což komplikuje použití generátoru jako levného mobilního zdroje ozonu.* 9 ferroelectric material. Due to the amplification of the electric field at the points of contact of the individual granules, the processes leading to an increase in ozone generation are intensified. As in the previous case, this solution requires the use of an AC high voltage source, which complicates the use of the generator as a cheap mobile ozone source.
vin
VIN
Je známé řešení podle’303|377 (C01B 13/11) - Generátor ozonu s elektrickým výbojem - kdy generátor je tvořen válcovou výbojovou komorou, jejíž stěna z vodivého materiálu je uzemněná. V ose této komory je do jejího vnitřního prostoru zaústěna svým hrotem elektricky vodivá dutá centrální elektroda. Druhý konec této duté centrální elektrody je uzpůsoben pro přívod stlačeného pracovního plynu, obvykle vzduchu nebo kyslíku a je přes stabilizační odpor připojena ke svorce záporné polarity vysokonapěťového zdroje. Výstup směsi vzniklého ozonu s pracovním plynem je vytvořen ve stěně válcové výbojové komory. Podstatou tohoto řešení je, že válcová výbojová komora je umístěna mezi dvěma permanentními magnety tak, že vektor magnetické indukce pole vytvořeného těmito permanentními magnety je kolmý na vektor proudové hustoty, orientovaný radiálně mezi dutou centrální elektrodou a vnější válcovou elektrodou tvořenou stěnou válcové výbojové komory. Použití magnetického pole, kdy vektor magnetické indukce je kolmý k vektoru proudové hustoty, vede k intenzifikaci procesů ionizace, ke zvýšení generace elektronů a následně tedy ke zvýšení koncentrace ozonu produkovaného výbojem. Výhodou řešení s použitím magnetického pole je, že se zvýšení koncentrace generovaného ozonu až o 40 % oproti klasickým systémům využívajícím pouze samotný výboj dosáhne bez dalších energetických nároků. Určitou nevýhodou tohoto řešení je použití permanentních magnetů, což zvyšuje hmotnost generátoru a omezuje jeho použití jako přenosného zdroje ozonu.There is a known solution according to '303 | 377 (C01B 13/11) - Ozone Generator with Electric Discharge - where the generator is a cylindrical discharge chamber whose wall of conductive material is grounded. An electrically conductive hollow central electrode opens into the inner space of the chamber with its tip. The other end of the hollow central electrode is adapted to supply a pressurized working gas, usually air or oxygen, and is connected to a negative polarity terminal of the high voltage source via a stabilizing resistor. The outlet of the ozone-working gas mixture is formed in the wall of the cylindrical discharge chamber. The essence of this solution is that the cylindrical discharge chamber is positioned between two permanent magnets such that the magnetic field induction vector produced by the permanent magnets is perpendicular to the current density vector oriented radially between the hollow central electrode and the outer cylindrical electrode formed by the cylindrical discharge chamber wall. The use of a magnetic field, where the magnetic induction vector is perpendicular to the current density vector, leads to an intensification of ionization processes, an increase in electron generation and consequently an increase in the ozone concentration produced by the discharge. The advantage of the magnetic field solution is that an increase in the ozone concentration generated by up to 40% over conventional systems using only the discharge itself is achieved without additional energy requirements. A certain disadvantage of this solution is the use of permanent magnets, which increases the weight of the generator and limits its use as a portable ozone source.
Ozon a další aktivní částice vznikají také v čističkách vzduchu. Jedná se například o UV Air purifier - air sterilizer (AirSteril AS 500, Čína). U těchto čističek vzduchu je již používán fotokatalyzátor T1O2 nanesený v tenké vrstvě v prostoru čističky, přičemž k jeho fotoaktivaci je obvykle používána ultrafialová lampa. Nevýhodou tohoto způsobu aktivace je nízká energetická účinnost ultrafialové lampy.Ozone and other active particles are also produced in air purifiers. For example, UV Air Purifier - Air sterilizer (AirSteril AS 500, China). These air purifiers are already using a thin-film T1O2 photocatalyst in the space of the purifier, with an ultraviolet lamp usually being used for photoactivation. A disadvantage of this method of activation is the low energy efficiency of the ultraviolet lamp.
i »i »
4·./4 ·. /
Je známé řešení podle CZ 302^409 (C01B 13/11 ) - Generátor aktivních kyslíkových částic - kdy je tento generátor tvořen výbojovou komorou, ve které je na jedné ploše destičky z dielektrického materiálu vytvořena vysokonapěťová vodivá elektroda, která je připojena k jedné svorce střídavého nebo pulzního vysokonapěťového zdroje. Planparalelně s touto destičkou je vždy ze strany protilehlé té, na které je vytvořena vodivá vysokonapěťová elektroda umístěna druhá destička z vodivého materiálu, která je uzemněná a tvoří tak uzemněnou vodivou elektrodu. Na stěnu této uzemněné vodivé elektrody exponovanou do výboje je umístěn fotokatalyzátor TiO2 ve formě 3-rozměrných částic, například válečků, kuliček nebo jiných geometrických tvarů. Jedna strana výbojové komory je opatřena vstupem vzduchu a protilehlá strana je opatřena výstupem pro směs vzduchu, aktivních kyslíkových částic a dalších produktů výboje. Vzduch ve výbojové komoře proudí prostorem mezi destičkou z dielektrického materiálu a uzemněnou vodivou elektrodou, na které je umístěn katalyzátor. Podstata činnosti uvedeného generátoru aktivních kyslíkových částic s elektrickým výbojem s rovinnou konfigurací elektrod s použitím fotokatalyzátoru TiO2 v prostoru výboje spočívá v tom, že aktivní kyslíkové částice jsou generovány jak samotným elektrickým výbojem vzniklým důsledkem vysokého napětí přivedeného ze svorky vysokonapěťového střídavého nebo pulzního zdroje na elektricky vodivou vysokonapěťovou elektrodu a uzemněnou vodivou elektrodu (tak i aktivací fotokatalyzátoru TiO2 ultrafialovým zářením emitovaným elektrickým výbojem. V důsledku toho dojde ke zvýšení koncentrace generovaných aktivních kyslíkových částic. Určitou nevýhodou tohoto řešení je nutnost používáni střídavého vysokonapěťového zdroje, což generátor zdražuje nejen kvůli tomuto zdroji samotnému, ale i z hlediska složitější technologie jeho výroby spojené s umístěním fotokatalyzátoru TiO2 ve formě 3-rozměrných částic ve výbojové komoře.A solution is known according to CZ 302 ^ 409 (C01B 13/11) - Active oxygen particle generator - this generator is formed by a discharge chamber in which a high-voltage conductive electrode is formed on one surface of a dielectric plate, which is connected to one AC terminal or a pulsed high voltage source. Planarly with this plate, a second plate of conductive material, which is grounded to form a grounded conductive electrode, is placed on the side opposite that on which the conductive high voltage electrode is formed. A TiO 2 photocatalyst in the form of 3-dimensional particles, such as rollers, spheres, or other geometric shapes, is placed on the wall of the earthed conductive electrode exposed to the discharge. One side of the discharge chamber is provided with an air inlet and the opposite side is provided with an outlet for a mixture of air, active oxygen particles and other discharge products. The air in the discharge chamber flows through the space between the dielectric plate and the grounded conductive electrode on which the catalyst is placed. The essence of said electrically active active oxygen particle generator having a plane electrode configuration using a TiO 2 photocatalyst in the discharge space is that the active oxygen particles are generated as a result of a high-voltage discharge from a high-voltage AC or pulse source terminal conductive high voltage electrode and grounded conductive electrode ( as well as activation of TiO 2 photocatalyst by ultraviolet radiation emitted by electric discharge. Consequently, the concentration of generated active oxygen particles will increase. A certain disadvantage of this solution is the necessity to use an AC high voltage source. itself, but also in terms of more complex technology of its production associated with the placement of photocatalyst TiO 2 in the form of IC in the discharge chamber.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Zvýšení koncentrace ozonu a dalších aktivních kyslíkových částic generovaných korónovým výbojem ve vzduchu nebo v kyslíku v porovnání se stávajícím stavem umožňuje elektrodový systém generátoru ozonu a těchto aktivních kyslíkových částic podle předkládaného řešení.Increasing the concentration of ozone and other active oxygen particles generated by corona discharge in air or oxygen compared to the prior art allows the electrode system of the ozone generator and these active oxygen particles according to the present invention.
» s » » » . >»With» »». >
Elektrodový systém generátoru ozonu pro zvýšení koncentrace ozonu a dalších aktivních kyslíkových částic produkovaných koránovým výbojem je tvořen výbojovou komorou se vstupem pracovního plynu a s výstupem směsi pracovního plynu, ozonu a dalších aktivních kyslíkových částic. Uzávěrem výbojové komory je do jejího prostoru vyústěna alespoň jedna jehlová elektroda sloužící jako katoda, proti jejímuž hrotu je kolmo na její podélnou osu umístěna rovinná elektroda ve formě mřížky nebo destičky tvořící anodu.The electrode system of the ozone generator for increasing the concentration of ozone and other active oxygen particles produced by the Quran discharge is formed by a discharge chamber with a working gas inlet and an outlet of a mixture of working gas, ozone and other active oxygen particles. At least one needle electrode serving as a cathode terminates in the discharge chamber closure and a planar electrode in the form of a grid or plate forming an anode is disposed perpendicularly to its longitudinal axis.
Nové řešení může být realizováno ve třech variantách, podle typu použité jehlové elektrody.The new solution can be implemented in three variants, depending on the type of needle electrode used.
Podstatou první varianty je, že je použita dutá jehlová elektroda, jejíž dutina je vstupem pracovního plynu. Alespoň na části této duté jehlové elektrody je těsně nasunutá tenká trubička z dielektrického materiálu. Jeden konec této tenké trubičky zasahuje spolu s dutou jehlovou elektrodou do prostoru výbojové komory a přesahuje hrot duté jehlové elektrody maximálně o šestinásobek jejího vnějšího průměru.The essence of the first variant is that a hollow needle electrode is used, the cavity of which is the inlet of the working gas. At least a portion of the hollow needle electrode is fitted with a thin tube of dielectric material. One end of this thin tube, together with the hollow needle electrode, extends into the discharge chamber space and extends beyond the tip of the hollow needle electrode by a maximum of six times its outer diameter.
Podstatou druhé varianty je, že jehlová elektroda je plná a na tuto plnou jehlovou elektrodu je opět nasunutá tenká trubička z dielektrického materiálu. Vnitřní průměr této tenké trubičky je větší než je průměr plné jehlové elektrody. Jeden konec tenké trubičky je vyústěn vně z uzávěru výbojové komory a druhý její konec zasahuje spolu s plnou jehlovou elektrodou do prostoru výbojové komory. Tento druhý konec tenké trubičky přesahuje hrot plné jehlové elektrody maximálně o šestinásobek průměru plné jehlové elektrody. Vzniklé mezikruží mezi plnou jehlovou elektrodou a vnitřní stěnou tenké trubičky tvoří vstup pracovního plynu do výbojové komory.The essence of the second variant is that the needle electrode is full and a thin tube of dielectric material is again slid onto the full needle electrode. The inner diameter of this thin tube is greater than the diameter of the solid needle electrode. One end of the thin tube extends outwardly from the discharge chamber closure and the other end extends with the full needle electrode into the discharge chamber space. This other end of the thin tube extends beyond the tip of the solid needle electrode by a maximum of six times the diameter of the solid needle electrode. The resulting annulus between the solid needle electrode and the inner wall of the thin tube forms the inlet of the working gas into the discharge chamber.
Ve třetí variantě je použita rovněž plná jehlová elektroda a alespoň na části této plné jehlové elektrody je těsně nasunutá tenká trubička z dielektrického materiálu. Její dolní konec zasahuje spolu s plnou jehlovou elektrodou do prostoru výbojové komory a přesahuje její hrot maximálně o šestinásobek průměru plné jehlové elektrody. V tomto případě jsou vstup pracovního plynu a protilehlý výstup směsi • >In a third variant, a solid needle electrode is also used, and at least a portion of the solid needle electrode has a tightly inserted thin tube of dielectric material. Its lower end, together with the solid needle electrode, extends into the discharge chamber space and extends beyond the tip by a maximum of six times the diameter of the solid needle electrode. In this case, the working gas inlet and the opposite mixture outlet are>>
pracovního plynu, ozonu a dalších aktivních kyslíkových částic uspořádány kolmo k ose plné jehlové elektrody.working gas, ozone and other active oxygen particles arranged perpendicular to the axis of the full needle electrode.
Ve všech těchto uvedených variantách je možné realizovat elektrodový systém tvořený více za sebou nebo plošně uspořádanými jehlovými elektrodami s nasunutými tenkými trubičkami z dielektrického materiálu, proti jejichž podélným osám je umístěna jediná rovinná elektroda.In all these variants, it is possible to realize an electrode system consisting of a plurality of needle electrodes with successive thin-walled dielectric material tubes, whose longitudinal axes have a single planar electrode.
V porovnání s dosud známými řešeními vyniká výše popsaný elektrodový systém generátoru ozonu svojí jednoduchostí vedoucí jak ke zvýšení koncentrace generovaného ozonu a dalších aktivních kyslíkových částic, tak i ke snížení energetické náročnosti procesu jejich generace. Důsledkem toho je možnost vytvoření konstrukce jednodušších, kompaktnějších a levnějších generátorů těchto částic. Další výhodou je, že dielektrické tenká trubička, která se nasouvá na jehlovou elektrodu, může být v z běžně dostupných materiálů jako je například korund nebo křemíkové sklo, které jsou komerčně dostupné, netoxické, chemicky stabilní i levné.Compared with the prior art solutions, the above-described ozone generator electrode system excels in its simplicity, leading both to an increase in the concentration of generated ozone and other active oxygen particles and to a reduction in the energy consumption of their generation process. As a result, it is possible to design simpler, more compact and cheaper generators of these particles. Another advantage is that the dielectric thin tube that slides onto the needle electrode can be in commercially available materials such as corundum or silicon glass, which are commercially available, non-toxic, chemically stable, and inexpensive.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Příklady uspořádání elektrodového systému generátoru ozónu a dalších aktivních kyslíkových částic s korónovým elektrickým výbojem s tenkou trubičkou z dielektrického materiálu nasunutou na jehlové elektrodě, sloužící jako katoda, podle předkládaného řešení jsou schematicky naznačeny na přiložených výkresech.Examples of arrangements of the electrode system of the ozone generator and other active corona discharge discharged oxygen particles with a thin tube of dielectric material slipped on the cathode needle electrode according to the present invention are schematically indicated in the accompanying drawings.
óO
Na $br.1a je uvedeno řešení, kdy je tenká trubička z dielektrického materiálu nasunuta přímo na dutou jehlovou elektrodu s přesahem konce této trubičky vůči hrotu jehlové elektrody.A solution is shown in Fig. 1a wherein a thin tube of dielectric material is pushed directly onto the hollow needle electrode with an overlap of the end of the tube with respect to the needle electrode tip.
Na $br. 1b je uvedeno řešení pro plnou jehlovou elektrodu, na kterou je nasunuta tenká trubička z dielektrického materiálu o větším vnitřním průměru než je průměr jehlové elektrody.At $ br. 1b shows a solution for a solid needle electrode onto which a thin tube of dielectric material with a larger internal diameter than the needle electrode diameter is slid.
Obr. 1c znázorňuje příklad, kdy je na plnou jehlovou elektrodu nasunuta tenká trubička z dielektrického materiálu s přesahem konce této trubičky vůči špičce jehlové elektrody.Giant. 1c shows an example where a thin tube of dielectric material is slid onto a solid needle electrode with the end of the tube overlapping the tip of the needle electrode.
íand
Na Qbr. 2a, 2b a 2c je znázorněno pro každou z uvedených variant vícenásobné lineární uspořádání elektrodového systému podle předkládaného řešení.Na Qbr. 2a, 2b and 2c, a multiple linear arrangement of the electrode system according to the present invention is shown for each of said variants.
Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Předkládané řešení spočívá v ovlivnění rozložení elektrického pole v mezielektrodovém prostoru výboje. Pro elektrodový systém v konfiguraci elektrod jehla - rovina je elektrické pole nejsilnější v prostoru kolem hrotu jehly. Nové řešení předpokládá vytvoření lokálně zvýšené intenzity elektrického pole v ještě další oblasti kromě oblasti kolem hrotu jehlové elektrody, sloužící jako katoda. Tohoto lokálního zvýšení intenzity elektrického pole lze dosáhnout nasunutím tenké trubičky z dielektrického materiálu na jehlovou elektrodu, a to většinou s přesahem konce této trubičky vůči hrotu jehlové elektrody. Tento přesah může být i nulový, tedy tenká trubička končí ve stejné rovině jako hrot jehlové elektrody, avšak v tomto případě je generace ozonu výbojem ovlivněna jen malou měrou. V důsledku přesahu konce dielektrické trubičky vůči hrotu jehlové elektrody je elektrické pole kromě hrotu jehly zesíleno také na vnitřní hraně tenké trubičky z dielektrického materiálu. Vytvoření další oblasti zvýšené intenzity elektrického pole je potom doprovázeno růstem koncentrace generovaného ozonu. Jehlová elektroda je obtékána vzduchem, ve kterém v důsledku elektrického výboje vzniká ozon a další aktivní kyslíkové částice. Kromě toho obtékání jehlové elektrody vzduchem slouží k chlazení této elektrody.The present solution consists in influencing the distribution of the electric field in the inter-electrode space of the discharge. For an electrode system in a needle-plane electrode configuration, the electric field is strongest in the space around the needle tip. The new solution envisages the creation of a locally increased electric field intensity in yet another region besides the region around the needle electrode tip serving as a cathode. This local increase in electric field strength can be achieved by sliding a thin tube of dielectric material onto the needle electrode, usually overlapping the end of the tube relative to the needle electrode tip. This overlap may be zero, i.e. the thin tube ends in the same plane as the needle electrode tip, but in this case the ozone generation by the discharge is affected only to a minor extent. Due to the protrusion of the end of the dielectric tube relative to the needle electrode tip, in addition to the needle tip, the electric field is also amplified at the inner edge of the thin tube of dielectric material. The formation of an additional area of increased electric field intensity is then accompanied by an increase in the concentration of generated ozone. The needle electrode is bypassed in air, which generates ozone and other active oxygen particles as a result of the electrical discharge. In addition, the air flow of the needle electrode serves to cool the electrode.
Elektrodový systém generátoru ozonu a dalších aktivních kyslíkových částic vzniklých korónovým výbojem mezi dvěma elektrodami, může být ve třech provedeních.The electrode system of the ozone generator and other corona discharge active oxygen particles between two electrodes can be in three embodiments.
V prvním provedení, jDBRÍ 1a, je na duté jehlové elektrodě £, sloužící jako katoda, nasunuta tenká trubička 4 z dielektrického materiálu s přesahem konce této trubičky vůči špičce jehlové elektrody. Tento přesah je maximálně roven šestinásobku vnějšího průměru duté jehlové elektrody £. Druhá, rovinná elektroda 2, sloužící jako anoda, umístěná v určité vzdálenosti od hrotu duté jehlové elektrody 1 a kolmá kjejí ose, může být ve formě mřížky nebo destičky. Elektrodový systém je umístěný ve výbojové komoře 3. Pracovní plyn, vzduch nebo kyslík, je do výbojové komory 3 dodáván vnitřkem duté jehlové elektrody 1, který tvoří vstup 5 pracovního plynu. Výbojová komora 3 je opatřena výstupem 6 pro směs tohoto plynu, ozonu a dalších aktivních kyslíkových částic vznikajících působením elektrického výboje mezi hrotem duté jehlové elektrody 1 a rovinnou elektrodou 2.In a first embodiment, JDBR 1a, a thin dielectric tube 4 is inserted on the hollow needle electrode 6 serving as a cathode, overlapping the end of the tube with the tip of the needle electrode. This overlap is at most equal to six times the outside diameter of the hollow needle electrode. The second, planar electrode 2 serving as an anode, located at a distance from the tip of the hollow needle electrode 1 and perpendicular to its axis, may be in the form of a grid or plate. The electrode system is located in the discharge chamber 3. Working gas, air or oxygen is supplied to the discharge chamber 3 through the interior of the hollow needle electrode 1 which forms the working gas inlet 5. The discharge chamber 3 is provided with an outlet 6 for a mixture of this gas, ozone and other active oxygen particles generated by an electric discharge between the tip of the hollow needle electrode 1 and the planar electrode 2.
O lať.O lath.
Ve druhém provedení,,OBŘI 1b, je na plné jehlové elektrodě 10, sloužící jako katoda, nasunuta tenká trubička 4 z dielektrického materiálu o takovém vnitřním průměru, že vznikne úzké mezikruží mezi vnější stěnou plné jehlové elektrody 10 a vnitřní stěnou tenké trubičky 4. Vzniklé mezikruží mezi plnou jehlovou elektrodou ^ 0> a vnitřní stěnou tenké trubičky 4 by mělo být co nejužší, přičemž jeho šířka je určena protichůdnými požadavky, týkajícími se na jedné straně polarizace dielektrika a na druhé straně množstvím pracovního plynu, který je vstupem 50 dodáván do výbojové komory 3.Tímto mezikružím je do prostoru výboje dodáván pracovní plyn a mezikruží tedy tvoří jeho vstup 50. Tenká trubička 4 z dielektrického materiálu je v uvedeném příkladu na plné jehlové elektrodě 10 nasunuta s přesahem konce vůči hrotu plné jehlové elektrody 10. Je možné také provedení, kdy je přesah nulový, avšak tím se snižuje účinek systému. Druhá, rovinná elektroda 2, sloužící jako anoda, umístěná v určité vzdálenosti od špičky jehlové elektrody a kolmá kjejí ose může být opět ve formě mřížky nebo destičky. Elektrodový systém je umístěný ve výbojové komoře 3, která je opatřena výstupem 6 pro směs pracovního plynu, ozonu a dalších aktivních kyslíkových částic vznikajících působením elektrického výboje mezi hrotem plné jehlové elektrody 10 a rovinnou elektrodou 2.In the second embodiment, FIGS. 1b, a thin tube 4 of dielectric material having an inner diameter is inserted on the solid needle electrode 10 serving as a cathode, such that a narrow annulus is formed between the outer wall of the solid needle electrode 10 and the inner wall of the thin tube 4. the annulus between the solid needle electrode 40 and the inner wall of the thin tube 4 should be as narrow as possible, its width being determined by conflicting requirements regarding, on the one hand, the polarization of the dielectric and, on the other hand, the amount of working gas supplied to the discharge In this example, the thin tube 4 of dielectric material is slid onto the solid needle electrode 10 with an overlap of the end with respect to the tip of the solid needle electrode 10. It is also possible when the overlap is zero, however and this reduces the effect of the system. The second, planar electrode 2 serving as an anode, located at a distance from the tip of the needle electrode and perpendicular to its axis may again be in the form of a grid or plate. The electrode system is located in the discharge chamber 3, which is provided with an outlet 6 for a mixture of working gas, ozone and other active oxygen particles generated by the electric discharge between the tip of the full needle electrode 10 and the planar electrode 2.
O bO b
Ve třetím provedení, ,OBR| 1c, je na plné jehlové elektrodě 10, sloužící jako katoda, nasunuta tenká trubička 4 z dielektrického materiálu s přesahem konce této trubičky vůči špičce jehlové elektrody. Druhá, rovinná elektroda 2, sloužící jako anoda, umístěná v určité vzdálenosti od špičky plné jehlové elektrody 10 a kolmá kjejí ose může být rovněž i zde ve formě mřížky nebo destičky. Elektrodový systém je umístěný ve výbojové komoře 3. Výbojová komora 3 je v tomto případě opatřena vstupem 500 pracovního plynu a výstupem 600 pro směs pracovního plynu, ozonu a dalších aktivních kyslíkových částic vznikajících působením elektrického výboje mezi , * > « · , -i ϊ * 3 # S 3 « » · ·In a third embodiment, FIG 1c, a thin tube 4 of dielectric material is inserted over the solid needle electrode 10 serving as the cathode, overlapping the end of the tube with the tip of the needle electrode. The second, planar electrode 2 serving as an anode, located at a distance from the tip of the full needle electrode 10 and perpendicular to its axis may also be here in the form of a grid or plate. The electrode system is located in the discharge chamber 3. In this case, the discharge chamber 3 is provided with a working gas inlet 500 and an outlet 600 for a mixture of working gas, ozone and other active oxygen particles generated by an electric discharge between. 3 # S 3 «» · ·
9» hrotem plné jehlové elektrody 10 a rovinnou elektrodou 2. Pracovní plyn ve výbojové komoře 3 prochází kolmo k plným jehlovým elektrodám 10.The working gas in the discharge chamber 3 extends perpendicularly to the full needle electrodes 10.
Výhodou navrhovaného řešení je, že u generátoru ozonu na bázi koránového výboje s elektrodovým systémem jehla-rovina, nasunutím tenké trubičky 4 z dielektrického materiálu na jehlovou elektrodu s přesahem konce této tenké trubičky 4 vůči hrotu jehlové elektrody dojde ve výboji ke zvýšení koncentrace generovaného ozonu a dalších aktivních kyslíkových částici i ke zvýšení energetické výtěžnosti této generace.The advantage of the proposed solution is that for a Koran-based ozone generator with a needle-plane electrode system, sliding a thin dielectric material tube 4 onto the needle electrode overlapping the end of the thin tube 4 relative to the needle electrode tip will increase the ozone concentration generated. other active oxygen particles to increase the energy yield of this generation.
Elektrodový systém generátoru ozonu a dalších aktivních kyslíkových částic produkovaných koránovým výbojem v konfiguraci elektrod jehla - rovinná elektroda, kdy na jehlové elektrodě je nasunuta tenká trubička z dielektrického materiálu s přesahem konce trubičky vůči hrotu jehly v uspořádání podle každé z předcházejících variant může být vícenásobně opakován jak v lineárním tak i plošném uspořádání. Příklady pro lineární uspořádání jsou naznačeny na ®BR. 2a, &BR. 2b a ®BR. 2c.The electrode system of the ozone generator and other active oxygen particles produced by the Koran discharge in a needle-planar electrode configuration where a thin tube of dielectric material is pushed onto the needle electrode overlapping the tip of the tube relative to the needle tip. in both linear and planar configuration. Examples for linear alignment are outlined on ®BR. 2a, & BR. 2b and ®BR. 2c.
Pro ověření funkčnosti navrhovaného řešení zvýšení koncentrace ozonu generovaného koránovým výbojem s tenkou trubičkou 4 z dielektrického materiálu nasunutou na jehlové elektrodě bylo postaveno experimentální zařízení na bázi tohoto výboje s konfigurací dutá jehlová elektroda 1 sloužící jako katoda proti kolmo umístěné mřížkové rovinné elektrodě 2 sloužící jako anoda. Pracovní plyn - vzduch - byl do prostoru výboje dodáván vnitřkem duté jehlové elektrody 1_. Bylo změřeno, že pro elektrický výboj s touto konfigurací elektrod, kdy hrot duté jehlové elektrody 10 byl umístěn ve vzdálenosti 8,3 mm od mřížky, je při příkonu do výboje 3 W koncentrace generovaného ozonu 182 mg/m3. V případě, že na dutou jehlovou elektrodu 1 je nasunuta tenká trubička 4 z dielektrického materiálu tak, že konec této tenké trubičky 4 přesahuje hrot jehly, která je zasunutá v tenké trubičce 4, o 2 mm, pro stejný příkon do výboje vzroste koncentrace generovaného ozonu na 835 mg/m3, což představuje více než čtyřnásobné zvýšení.In order to verify the functionality of the proposed solution to increase the concentration of ozone generated by a Quran discharge with a thin tube 4 of dielectric material slipped on the needle electrode, an experimental device based on this discharge has been constructed with a hollow needle electrode configuration serving as a cathode against a perpendicularly positioned grid plane electrode 2 serving as an anode. Working gas - air - was supplied to the discharge space inside the hollow needle electrode 7. It was measured that for an electric discharge with this electrode configuration, where the tip of the hollow needle electrode 10 was placed at a distance of 8.3 mm from the grid, at a discharge power of 3 W the ozone concentration generated was 182 mg / m 3 . If a thin tube 4 of dielectric material is slid onto the hollow needle electrode 1 such that the end of the thin tube 4 protrudes by 2 mm beyond the needle tip inserted in the thin tube 4, the concentration of generated ozone will increase for the same power input into the discharge. to 835 mg / m 3 , which represents a more than fourfold increase.
. » · ♦ i » » 9 * 4 » « * 9 í » « to ,. »· ♦ i» 9 * 4 »« * 9 í »« to,
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
V zařízeních pro generaci ozonu a dalších aktivních kyslíkových částic ze vzduchu nebo z kyslíku prostřednictvím koránového elektrického výboje s elektrodovým systémem dutá nebo plná jehlová elektroda a rovinná elektroda ve formě mřížky nebo destičky roviny lze nasunutím tenké trubičky z dielektrického materiálu na jehlovou elektrodu s přesahem konce této tenké trubičky vůči hrotu jehlové elektrody dosáhnout zvýšení koncentrace generovaného ozonu a dalších aktivních kyslíkových částic při nezměněné spotřebě elektrické energie dodávané do výboje. Tyto výhody umožní konstrukci levnějších, výkonnějších, mobilních a kompaktních zdrojů ozonu a dalších aktivních kyslíkových částic pro celou řadu aplikací například v potravinářském průmyslu, v lékařství, v zařízeních pro zvyšování kvality vzduchu v klimatizovaných prostorách, v ozonizátorech pro čištění vody, v zařízeních pro dekontaminaci a sterilizaci látek atd. Uvedený princip, tedy nasunutí trubičky z dielektrického materiálu na jehlovou elektrodu s vhodným přesahem konce této trubičky vůči hrotu jehly, lze využít i v plazmachemických generátorech na bázi koránového výboje pro rozklad plynných polutantů obsažených ve vzduchu.In devices for generating ozone and other active oxygen particles from air or oxygen by means of a Quran electrode system with a hollow or solid needle electrode and a planar electrode in the form of a grid or plate, the thin dielectric tube can be slid onto the needle electrode the thin tubes relative to the needle electrode tip achieve an increase in the concentration of generated ozone and other active oxygen particles with unchanged power consumption to the discharge. These benefits will enable the construction of cheaper, more efficient, mobile and compact sources of ozone and other active oxygen particles for a wide range of applications, for example in the food, medical, air quality, air purification, water purification, decontamination, and the sterilization of substances, etc. The principle of sliding a tube of dielectric material onto a needle electrode with a suitable overlap of the end of the tube with the needle tip can also be used in plasma-chemical generators based on a corona discharge for decomposition of gaseous pollutants contained in air.
» » * · . » 9 9 » » >»». »9 9» »
» < ·» » » , <»<» », <
? í i f ·> i '? » í> 9 i * ♦ >? í i f ·> i '? »I> 9 i * ♦>
* « -s * « I T » 1 - ♦ : > ? » »* «-S *« T »1 - ♦:>? »»
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2014-135A CZ305098B6 (en) | 2014-03-07 | 2014-03-07 | Electrode system of ozone generator for increasing ozone concentration and other active oxygen particles produced by corona discharge |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2014-135A CZ305098B6 (en) | 2014-03-07 | 2014-03-07 | Electrode system of ozone generator for increasing ozone concentration and other active oxygen particles produced by corona discharge |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2014135A3 true CZ2014135A3 (en) | 2015-04-29 |
| CZ305098B6 CZ305098B6 (en) | 2015-04-29 |
Family
ID=53266567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2014-135A CZ305098B6 (en) | 2014-03-07 | 2014-03-07 | Electrode system of ozone generator for increasing ozone concentration and other active oxygen particles produced by corona discharge |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ305098B6 (en) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63291805A (en) * | 1987-05-26 | 1988-11-29 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Ozone generator |
| RU2176366C1 (en) * | 2000-04-10 | 2001-11-27 | ООО НПК "Прогрессивные технологии" | Apparatus for ozonizing air |
| JP2003277023A (en) * | 2002-03-26 | 2003-10-02 | Vanguard:Kk | Ozonizer |
| CZ301823B6 (en) * | 2009-10-06 | 2010-06-30 | Ceské vysoké ucení technické v Praze, | Device to stabilize discharges in multielectrode systems |
-
2014
- 2014-03-07 CZ CZ2014-135A patent/CZ305098B6/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ305098B6 (en) | 2015-04-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Georgescu et al. | Tumoral and normal cells treatment with high-voltage pulsed cold atmospheric plasma jets | |
| US20100021340A1 (en) | Method and device for the disinfection of objects | |
| JP5099612B2 (en) | Liquid processing equipment | |
| KR101056097B1 (en) | Atmospheric Pressure Plasma Generator | |
| Lu et al. | Atmospheric pressure nonthermal plasma sources | |
| KR101579349B1 (en) | Water treatment apparatus using plasma-membrane and method using the same | |
| RU2709032C1 (en) | Disinfection device | |
| Huang et al. | Escherichia coli inactivation in water using pulsed discharge | |
| US11577812B2 (en) | Ballast water treatment apparatus and ballast water treatment system | |
| US9655986B2 (en) | Device and method for the treatment of a gaseous medium and use of the device for the treatment of a gaseous medium, liquid, solid, surface or any combination thereof | |
| Pekárek | DC corona discharge ozone production enhanced by magnetic field | |
| Burlica et al. | Effects of the voltage and current waveforms and discharge power on hydrogen peroxide formation in water-spray gliding arc reactors | |
| Shirafuji et al. | Generation of three-dimensionally integrated micro-solution plasma and its application to decomposition of methylene blue molecules in water | |
| US20150139853A1 (en) | Method and apparatus for transforming a liquid stream into plasma and eliminating pathogens therein | |
| Jin et al. | A magnetic field induced cold atmospheric pressure air plasma jet | |
| Ni et al. | Plasma inactivation of Escherichia coli cells by atmospheric pressure air brush-shape plasma | |
| CZ2014135A3 (en) | Ozone generator electrode system for increase of concentration of ozone and other active oxygen particles produced by corona discharge | |
| CZ26970U1 (en) | Electrode system of ozone generator for increasing ozone concentration and other active oxygen particles produced by corona discharge s | |
| Nur et al. | Development of DDBD and plasma jet reactors for production reactive species plasma chemistry | |
| Becker et al. | Microplasmas: environmental and biological applications | |
| Laroussi et al. | Cold atmospheric pressure plasma sources for cancer applications | |
| KR102067407B1 (en) | Plasma generator | |
| Sugiarto et al. | Characteristics of ring-to-cylinder type electrode system on pulsed discharge in water | |
| TWI691237B (en) | Atmospheric-pressure plasma jet generating device | |
| Lee et al. | The effect of liquid phase plasma for photocatalytic degradation of bromothymol blue |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20200307 |