CZ303377B6 - Generátor ozonu s elektrickým výbojem - Google Patents

Abstract

Generátor ozonu s elektrickým výbojem je tvorený válcovou výbojovou komorou (1), jejíž stena z vodivého materiálu je uzemnená a tvorí vnejší válcovou elektrodu (4). V ose (9) této válcové výbojové komory (1) je do jejího vnitrního prostoru zaústena svým hrotem elektricky vodivá dutá centrální elektroda (3). Její druhý konec je uzpusoben pro prívod stlaceného pracovního plynu, obvykle vzduchu nebo kyslíku, a je pres stabilizacní odpor (5) pripojen ke svorce záporné polarity vysokonapetového zdroje (6). Stena válcové výbojové komory (1) je opatrená výstupem (8) pro odvod smesi vzniklého ozonu s pracovním plynem. Válcová výbojová komora (1) je umístena mezi dvema navzájem souosými permanentními magnety (2), jejichž spolecná osa je totožná s osou (9) válcové výbojové komory (1).

Description

dění vysokého napětí na elektrody a při průchodu vzduchu mezerou mezi elektrodami. Kombinace působení elektrického výboje a magnetického pole aktivuje kyslík obsažený ve vzduchu, který prochází mezi elektrodami a zvyšuje množství aktivovaného kyslíku a ozonu.

Nevýhodou tohoto provedení je, že zvětšení objemu výboje v důsledku působení magnetického pole, následné prodloužení doby pobytu částic ve výboji, zvýšená ionizace a tudíž i nárůst koncentrace produkovaného ozonu není příliš významné. Při použití elektromagnetů pro vytvoření magnetického pole pak vzrůstají i energetické nároky zařízení a energetická účinnost generace ozonu dále klesá.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody odstraňuje generátor ozonu s elektrickým výbojem podle předkládaného vynálezu. Tento generátor je tvořen válcovou výbojovou komorou, jejíž stěna z vodivého materiálu je uzemněná a tvoří vnější válcovou elektrodu. 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 připojen ke svorce záporné polarity vysokonapěťového zdroje. Výstup odvodu směsi vzniklého ozonu s pracovním plynem je vytvořen ve stěně válcové výbojové komory. Podstatou tohoto vynálezu je, že válcová výbojová komora je umístěna mezi dvěma permanentními magnety tak, že válcová výbojová komora je umístěna mezi dvěma navzájem souosými permanentními magnety, jejichž společná osa je totožná s osou válcové výbojové komory.

Dutá centrální elektroda může být libovolného tvaru, který zajišťuje dostatečně vysokou intenzitu elektrického pole potřebného pro vznik výboje a současně umožňuje do výboje dodávat pracovní plyn.

Navrhované řešení koaxiálního uspořádání elektrod výbojové komory, způsobu dodávání pracovního plynu do výboje centrální jehlovou elektrodou a použití magnetického pole kombinuje několik výhod, které jsou významné pro účinnou generaci ozonu. Použití magnetického pole, kdy vektor magnetické indukce je kolmý k vektoru proudové hustoty, což je dáno vzájemným umístěním válcové komory a permanentních magnetů, vede k intenzifikaci procesů ionizace, ke zvýšení generace elektronů, rotaci výboje, zvětšení objemu výboje a následně tedy ke zvýšení koncentrace ozonu produkovaného výbojem.

Dodávání pracovního plynu do výboje centrální jehlovou elektrodou eliminuje mrtvý prostor generátoru, ve kterém ke generaci ozonu nedochází, což zvyšuje produkci ozonu. Dodávání pracovního plynu do výboje zvyšuje jeho proudový rozsah a výboj stabilizuje. Velkou výhodou řešení s použitím magnetického pole je, že se zvýšení koncentrace generovaného ozonu dosáhne bez dalších energetických nároků.

Přehled obrázku na výkrese

Příklad generátoru ozonu s elektrickým výbojem v magnetickém poli podle předkládaného řešení je schematicky naznačen na přiloženém výkrese.

Příklady provedení vynálezu

Generátoru ozonu na obrázku je tvořen válcovou výbojovou komorou i, která je umístěna v magnetickém poli vytvořeném dvěma permanentními magnety 2, V ose 9 této výbojové komory 1 je

-2CZ 303377 B6 zaústěna elektricky vodivá dutá centrální elektroda 3, která je zde tvořena dutou jehlou. Tato dutá centrální elektroda 3 je přes stabilizační odpor 5 spojená se svorkou záporné polarity vysokonapěťového zdroje 6. Uzemněná stěna válcové výbojové komory 1 z vodivého materiálu tvoří vnější válcovou elektrodu 4. Válcová výbojová komora 1 je umístěna mezi dvěma navzájem sou5 osými permanentními magnety 2, jejichž společná osa je totožná s osou 9 válcové výbojové komory 1, tak, že vektor magnetické indukce pole vytvořeného těmito permanentními magnety 2 je kolmý na vektor proudové hustoty orientovaný radiálně mezi dutou centrální elektrodou 3 a vnější válcovou elektrodou 4 výbojové komory i.

ío Na druhý konec duté centrální elektrody 3 je připojen přívod 7 stlačeného pracovního plynu, nejčastěji vzduchu nebo kyslíku, který se do válcové výbojové komory 1 dodává dutou centrální elektrodou 3, v uváděném případě dutou jehlou, v její ose 9. Elektrický výboj hoří mezi dutou centrální elektrodou 3, tedy mezi špičkou jehly a vnitřní stěnou vnější válcové elektrody 4 výbojové komory 1 a směs vzniklého ozonu s pracovním plynem vychází z generátoru výstupem 8.

Místo duté jehly tvořící zde dutou centrální elektrodu 3 umístěnou v ose 9 válcové výbojové komory i může být použita elektroda jiného tvaru. Podmínkou však je, že vždy na jejich hranách musí zajištěna dostatečně vysoká intenzita elektrického pole potřebného pro vznik výboje a současně musí být umožněno do výboje dodávat pracovní plyn.

Podstata činnosti uvedeného generátoru ozonu s elektrickým výbojem v magnetickém poli spočívá v tom, že elektrický výboj, vzniklý důsledkem vysokého napětí přivedeného ze svorky záporné polarity vysokonapěťového zdroje 6 přes stabilizační odpor 5 na elektricky vodivou dutou centrální elektrodu 3 a hořící mezi touto dutou centrální elektrodou 3 a vnitřní stěnou uzemněné vnější válcové elektrody 4, se vystaví působení magnetického pole. Toto pole vybuzené dvěma permanentními magnety 2 je orientováno tak, že vektor magnetické indukce tohoto poleje kolmý na vektor proudové hustoty orientovaný radiálně mezi dutou centrální elektrodou 3 a vnější válcovou elektrodou 4 výbojové komory 1. Působením Lorentzovy síly dojde k zakřivení drah elektronů v oblasti výboje, k rotaci výboje, ke zvětšení jeho objemu, ke zvýšení ionizace a následně ke zvýšení produkce elektronů. V důsledku toho vzroste i koncentrace generovaného ozonu.

Pro ověření navrhovaného řešení zvýšení koncentrace ozonu generovaného elektrickým výbojem v kombinaci s magnetickým polem bylo postaveno experimentální zařízení. Při výboji v generátoru ozonu pro napětí na výboji 9,4 kV a proud výbojem 0,6 mA bylo změřeno, že koncentrace ozonu generovaného samotným výbojem ve vzduchu 190 ppm vzrostla při stejném proudu pro výboj v magnetickém poli na 270 ppm.

Průmyslová využitelnost

Kombinací elektrického výboje s magnetickým polem lze dosáhnout zvýšení koncentrace generovaného ozonu při nezměněné spotřebě elektrické energie dodávané do výboje prostřednictvím zvýšení ionizace a zvětšení reakčního objemu výboje. Další významnou výhodou navrhuje, že generátor ozonu je velmi jednoduchý, snadno regulovatelný a zařízení nepotřebuje další zdroj energie. Uvedené výhody umožní konstrukci menších, výkonnějších, mobilních a kompaktních zdrojů ozonu 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.

-3 CZ 303377 B6 zaústěna elektricky vodivá dutá centrální elektroda 3, která je zde tvořena dutou jehlou. Tato dutá centrální elektroda 3 je přes stabilizační odpor 5 spojená se svorkou záporné polarity vysokonapěťového zdroje 6. Uzemněná stěna válcové výbojové komory I z vodivého materiálu tvoří vnější válcovou elektrodu 4. Válcová výbojová komora I je umístěna mezi dvěma navzájem souosými permanentními magnety 2, jejichž společná osa je totožná s osou 9 válcové výbojové komory 1, tak, že vektor magnetické indukce pole vytvořeného těmito permanentními magnety 2 je kolmý na vektor proudové hustoty orientovaný radiálně mezi dutou centrální elektrodou 3 a vnější válcovou elektrodou 4 výbojové komory 1.

io Na druhý konec duté centrální elektrody 3 je připojen přívod 7 stlačeného pracovního plynu, nejčastěji vzduchu nebo kyslíku, který se do válcové výbojové komory I dodává dutou centrální elektrodou 3, v uváděném případě dutou jehlou, v její ose 9. Elektrický výboj hoří mezi dutou centrální elektrodou 3, tedy mezi špičkou jehly a vnitřní stěnou vnější válcové elektrody 4 výbojové komory 1 a směs vzniklého ozonu s pracovním plynem vychází z generátoru výstupem 8.

Místo duté jehly tvořící zde dutou centrální elektrodu 3 umístěnou v ose 9 válcové výbojové komory 1 může být použita elektroda jiného tvaru. Podmínkou však je, že vždy na jejich hranách musí zajištěna dostatečně vysoká intenzita elektrického pole potřebného pro vznik výboje a současně musí být umožněno do výboje dodávat pracovní plyn.

Podstata činnosti uvedeného generátoru ozonu s elektrickým výbojem v magnetickém poli spočívá v tom, že elektrický výboj, vzniklý důsledkem vysokého napětí přivedeného ze svorky záporné polarity vysokonapěťového zdroje 6 přes stabilizační odpor 5 na elektricky vodivou dutou centrální elektrodu 3 a hořící mezi touto dutou centrální elektrodou 3 a vnitřní stěnou uzemněné vnější válcové elektrody 4, se vystaví působení magnetického pole. Toto pole vybuzené dvěma permanentními magnety 2 je orientováno tak, že vektor magnetické indukce tohoto poleje kolmý na vektor proudové hustoty orientovaný radiálně mezi dutou centrální elektrodou 3 a vnější válcovou elektrodou 4 výbojové komory i. Působením Lorentzovy síly dojde k zakřivení drah elektronů v oblasti výboje, k rotaci výboje, ke zvětšení jeho objemu, ke zvýšení ionizace a následně ke zvýšení produkce elektronů. V důsledku toho vzroste i koncentrace generovaného ozonu.

Pro ověření navrhovaného řešení zvýšení koncentrace ozonu generovaného elektrickým výbojem v kombinaci s magnetickým polem bylo postaveno experimentální zařízení. Při výboji v generátoru ozonu pro napětí na výboji 9,4 kV a proud výbojem 0,6 mA bylo změřeno, že koncentrace ozonu generovaného samotným výbojem ve vzduchu 190 ppm vzrostla pri stejném proudu pro výboj v magnetickém poli na 270 ppm.

Průmyslová využitelnost

Kombinací elektrického výboje s magnetickým polem lze dosáhnout zvýšení koncentrace generovaného ozonu při nezměněné spotřebě elektrické energie dodávané do výboje prostřednictvím zvýšení ionizace a zvětšení reakčního objemu výboje. Další významnou výhodou navrhuje, že generátor ozonu je velmi jednoduchý, snadno regulovatelný a zařízení nepotřebuje další zdroj energie. Uvedené výhody umožní konstrukci menších, výkonnějších, mobilních a kompaktních zdrojů ozonu 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.

Claims (1)

1. Generátor ozonu s elektrickým výbojem, tvořený válcovou výbojovou komorou (1), jejíž stěna z vodivého materiálu je uzemněná a tvoří vnější válcovou elektrodu (4), kde v ose (9) této válcové výbojové komory (1) je do jejího vnitřního prostoru zaústěna svým hrotem elektricky vodivá dutá centrální elektroda (3), jejíž druhý konec je uzpůsoben pro přívod stlačeného pracovního plynu, obvykle vzduchu nebo kyslíku, a je přes stabilizační odpor (5) připojen ke svorce záporné polarity vysokonapěťového zdroje (6), přičemž stěna válcové výbojové komory (1) je opatřená výstupem (8) pro odvod směsí vzniklého ozonu s pracovním plynem, vyznačující se tím, že válcová výbojová komora (I) je umístěna mezi dvěma navzájem souosými permanentními magnety (2), jejichž společná osa je totožná s osou (9) válcové výbojové komory