EA044703B1 - LOW FREQUENCY OZONE GENERATOR - Google Patents

LOW FREQUENCY OZONE GENERATOR Download PDF

Info

Publication number
EA044703B1
EA044703B1 EA202192243 EA044703B1 EA 044703 B1 EA044703 B1 EA 044703B1 EA 202192243 EA202192243 EA 202192243 EA 044703 B1 EA044703 B1 EA 044703B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
generating device
ozone
ozone generating
khz
frequency
Prior art date
Application number
EA202192243
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Микаэль СКОТТ
Original Assignee
Примозоун Продакшен Аб
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Примозоун Продакшен Аб filed Critical Примозоун Продакшен Аб
Publication of EA044703B1 publication Critical patent/EA044703B1/en

Links

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Настоящее изобретение относится к генерирующему озон устройству, выполненному с возможностью работы в диапазоне рабочих частот 25-40 кГц.The present invention relates to an ozone generating device capable of operating in the operating frequency range of 25-40 kHz.

Настоящее изобретение также относится к способу работы генерирующего озон устройства при частоте 25-40 кГц.The present invention also relates to a method of operating an ozone generating device at a frequency of 25-40 kHz.

Настоящее изобретение также относится к трансформаторному узлу, такому как трансформатор большой мощности, выполненный или адаптированный для выработки мощности в диапазоне частот 2540 кГц.The present invention also relates to a transformer assembly, such as a high power transformer configured or adapted to generate power in the 2540 kHz frequency range.

Предшествующий уровень техникиPrior Art

Результативность установки для обработки воды озоном зависит от возможности постоянно поддерживать требуемый уровень озона в воде.The effectiveness of an ozone water treatment plant depends on the ability to constantly maintain the required level of ozone in the water.

Надлежащее удаление тяжелых металлов из загрязненных грунтовых вод, соответствующее удаление коллоидных твердых частиц, растворенных органических соединений и преобразование нитритов в нитраты в системах аквакультуры, а также эффективные решения проблем обработки воды озоном в городских условиях зависят от возможности постоянно поддерживать требуемый уровень озона в воде.Proper removal of heavy metals from contaminated groundwater, adequate removal of colloidal solids, dissolved organic compounds, and conversion of nitrites to nitrates in aquaculture systems, as well as effective solutions to ozone water treatment problems in urban environments, depend on the ability to consistently maintain required levels of ozone in water.

Генерирующее озон устройство предпочтительно эксплуатировать на частоте, превышающей слышимый для человека диапазон, то есть в диапазоне частот 15-25 кГц, как раскрыто, например, в документе WO 2008/074767.The ozone generating device is preferably operated at a frequency above the human audible range, that is, in the frequency range 15-25 kHz, as disclosed, for example, in WO 2008/074767.

Работа при высокой частоте также востребована как имеющая преимущество за счет того, что требует более низких рабочих напряжений для заданной входной мощности по сравнению с работой при низкой частоте, как раскрыто, например, Когельшацем в Plasma Chemistry and Plasma Processing (Химия плазмы и плазменная обработка), том 23, (1): (1-46).High frequency operation is also claimed to have the advantage of requiring lower operating voltages for a given input power compared to low frequency operation, as disclosed, for example, by Kogelschatz in Plasma Chemistry and Plasma Processing. , volume 23, (1): (1-46).

Однако озонаторы, работающие на высокой частоте, не всегда поддерживают выработку озона на требуемом уровне. Например, фактическая выработка озона, то есть концентрация выделяемого озона, в некоторых случаях может быть ниже заданного значения или ниже допустимых пределов.However, ozonizers operating at high frequencies do not always maintain ozone production at the required level. For example, actual ozone production, that is, the concentration of ozone released, may in some cases be below a set value or below acceptable limits.

Таким образом, был бы предпочтительным усовершенствованный генератор озона, а в частности, было бы предпочтительным более эффективное и надежное генерирующее озон устройство, способное постоянно поддерживать требуемый уровень озона в обрабатываемой воде.Thus, an improved ozone generator would be preferred, and in particular, a more efficient and reliable ozone generating device capable of consistently maintaining the required level of ozone in the water being treated would be preferred.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Задачей настоящего изобретения является обеспечение генерирующего озон устройства, способного постоянно поддерживать требуемый уровень озона в обрабатываемой воде.An object of the present invention is to provide an ozone generating device capable of continuously maintaining a required level of ozone in the water being treated.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в обеспечении способа работы генерирующего озон устройства, способного постоянно поддерживать требуемый уровень озона в обрабатываемой воде.Another object of the present invention is to provide a method of operating an ozone generating device capable of continuously maintaining a required level of ozone in treated water.

Еще одной задачей настоящей заявки является обеспечение трансформаторного узла для питания генерирующего озон устройства, способного постоянно поддерживать требуемый уровень озона в обрабатываемой воде.Another object of the present application is to provide a transformer assembly for powering an ozone generating device capable of continuously maintaining a required level of ozone in the water being treated.

Задача настоящего изобретения также может рассматриваться как обеспечение альтернативы уровню техники.It is also an object of the present invention to provide an alternative to the prior art.

В частности, в качестве дополнительной задачи настоящего изобретения можно рассматривать обеспечение генерирующего озон устройства, трансформаторного узла для питания генерирующего озон устройства и способа работы генерирующего озон устройства, которое решает вышеуказанные проблемы уровня техники, будучи выполненным с возможностью работы в диапазоне рабочих частот 25-40 кГц.In particular, it may be considered as a further object of the present invention to provide an ozone generating device, a transformer assembly for powering the ozone generating device, and a method of operating the ozone generating device, which solves the above-mentioned problems of the prior art, being capable of operating in the operating frequency range of 25-40 kHz .

Таким образом, решение вышеуказанной задачи и ряда других задач в первом аспекте изобретения предусмотрено за счет обеспечения генерирующего озон устройства, содержащего: блок генератора озона, содержащий блок высоковольтного электрода, первый и второй диэлектрические элементы и первый и второй заземляющие электроды.Thus, the solution to the above object and a number of other objects in the first aspect of the invention is provided by providing an ozone generating device comprising: an ozone generator unit comprising a high voltage electrode unit, first and second dielectric elements and first and second ground electrodes.

Блок генератора выполнен или адаптирован для работы в диапазоне рабочих частот 25-40 кГц.The generator block is designed or adapted to operate in the operating frequency range of 25-40 kHz.

Например, рабочая частота может составлять от 30 до 40 кГц, например от 31 до 37 кГц.For example, the operating frequency may be 30 to 40 kHz, such as 31 to 37 kHz.

В поисках оптимизации в области генерирования озона изобретатели заметили, что уменьшение рабочей частоты увеличивает производительность генератора озона.In search of optimization in the field of ozone generation, inventors noticed that decreasing the operating frequency increased the productivity of the ozone generator.

В общем, работа при низкой частоте нежелательна, поскольку работа генератора озона при высокой частоте имеет преимущество более низких рабочих напряжений для заданной входной мощности.In general, low frequency operation is not desirable since high frequency operation of the ozone generator has the benefit of lower operating voltages for a given input power.

Кроме того, уменьшение рабочей частоты увеличивает слышимый шум, создаваемый блоком генератора озона. Действительно, генерирующие озон устройства, предпочтительно, работают при частотах, превышающих слышимый людьми диапазон.In addition, decreasing the operating frequency increases the audible noise generated by the ozone generator unit. Indeed, ozone-generating devices preferably operate at frequencies above the human audible range.

В поисках оптимизации в области генерирования озона изобретатели исследовали диапазон рабочих частот в связи с нежелательным фоновым шумом, создаваемым во время работы, и в отношении оптимальной выработки озона.In search of optimization in the field of ozone generation, the inventors examined the range of operating frequencies in relation to unwanted background noise generated during operation and in relation to optimal ozone production.

Таким образом, изобретатели определили частотный диапазон, в котором соответствие между заданным значением и фактическим значением выработки озона оптимизировано для минимально слышимых рабочих возмущений.Thus, the inventors have determined a frequency range in which the correspondence between set point and actual ozone production is optimized for minimal audible operating disturbances.

Генерирующее озон устройство согласно первому аспекту изобретения может дополнительно со- 1 044703 держать низкочастотный источник переменного тока высокого напряжения, такой как трансформатор большой мощности или трансформаторный узел, выполненный или адаптированный для подачи от 50 доThe ozone generating device according to the first aspect of the invention may further comprise a low frequency high voltage alternating current source, such as a high power transformer or transformer assembly configured or adapted to supply 50 to

800 Вт при частоте от 25 до 40 кГц на блок генератора озона.800 W at 25 to 40 kHz per ozone generator unit.

Например, источник питания переменного тока высокого напряжения может быть выполнен или адаптирован для подачи от 50 до 800 Вт при частоте от 30 до 40 кГц, например, предпочтительно от 31 до 37 кГц.For example, a high voltage AC power supply may be configured or adapted to supply 50 to 800 W at a frequency of 30 to 40 kHz, for example, preferably 31 to 37 kHz.

Наличие высоковольтного источника питания переменного тока, выполненного или адаптированного для обеспечения мощности от 50 до 800 Вт, обеспечивает рабочую частоту блока генератора озона от 25 до 40 кГц.The presence of a high-voltage AC power supply configured or adapted to provide power from 50 to 800 W provides an operating frequency of the ozone generator unit from 25 to 40 kHz.

Источник переменного тока высокого напряжения согласно настоящему изобретению может упоминаться в настоящем документе как трансформатор большой мощности, как трансформатор или как трансформаторный узел.The high voltage alternating current source according to the present invention may be referred to herein as a high power transformer, a transformer, or a transformer assembly.

Что касается конструкции блока генератора озона, такого как блок высоковольтного электрода, первый и второй диэлектрические элементы, а также первый и второй заземляющие электроды, то это относится к конструкциям и элементам, раскрытым в документе WO 02/20398, включенном в настоящий документ посредством ссылки.With respect to the structure of the ozone generator unit, such as the high voltage electrode unit, the first and second dielectric elements, and the first and second ground electrodes, these relate to the structures and elements disclosed in WO 02/20398, incorporated herein by reference.

Первый и второй диэлектрические элементы могут быть полимерными слоями, такими как тонкий слой полимерных материалов, например, листами политетрафторэтилена (ПТФЭ).The first and second dielectric elements may be polymer layers, such as a thin layer of polymer materials, such as polytetrafluoroethylene (PTFE) sheets.

В некоторых вариантах осуществления блок высоковольтного электрода расположен между первым и вторым диэлектрическим элементом.In some embodiments, the high voltage electrode assembly is located between the first and second dielectric elements.

Первый и второй диэлектрический элемент может быть расположен на расстоянии от блока высоковольтного электрода в диапазоне от 0,01 до 0,5 мм, например от 0,01 до 0,4 мм, например от 0,01 до 0,3 мм, например от 0,01 до 0,1 мм.The first and second dielectric elements may be located at a distance from the high-voltage electrode assembly in the range of 0.01 to 0.5 mm, such as 0.01 to 0.4 mm, such as 0.01 to 0.3 mm, such as 0.01 to 0.1 mm.

В некоторых дополнительных вариантах осуществления первый и второй диэлектрические элементы могут быть отделены от блока высоковольтного электрода одним или более разделительными элементами.In some further embodiments, the first and second dielectric elements may be separated from the high voltage electrode assembly by one or more separating elements.

Первый и второй диэлектрические элементы могут быть отделены от блока высоковольтного электрода одним или более разделительными элементами в пределах от 0,01 до 0,5 мм, например от 0,01 до 0,4 мм, например от 0,01 до 0,3 мм, например от 0,01 до 0,1 мм.The first and second dielectric elements may be separated from the high voltage electrode assembly by one or more spacer elements ranging from 0.01 to 0.5 mm, such as 0.01 to 0.4 mm, such as 0.01 to 0.3 mm , for example from 0.01 to 0.1 mm.

Первый и второй диэлектрики могут быть расположены по обе стороны от высоковольтного электрода.The first and second dielectrics may be located on either side of the high voltage electrode.

В некоторых вариантах осуществления первый и второй заземляющие электроды с первым и вторым диэлектриками определяют первую и вторую реакционные камеры.In some embodiments, first and second ground electrodes with first and second dielectrics define first and second reaction chambers.

Каждая из первой и второй реакционных камер может содержать входной канал для подачи газообразного кислорода или кислородсодержащего газа и выходной канал для выпуска газообразного озона.Each of the first and second reaction chambers may include an inlet channel for supplying oxygen gas or an oxygen-containing gas and an outlet channel for releasing ozone gas.

Наружная поверхность первой и второй реакционных камер может содержать охлаждающие элементы, такие как охлаждающие ребра.The outer surface of the first and second reaction chambers may include cooling elements, such as cooling fins.

В некоторых вариантах осуществления воздушное охлаждение может использоваться самостоятельно или в сочетании с водяным охлаждением, что повышает эффективность блока генератора озона.In some embodiments, air cooling may be used alone or in combination with water cooling to improve the efficiency of the ozone generator unit.

В некоторых других вариантах осуществления для охлаждения блока генератора озона может использоваться только водяное охлаждение.In some other embodiments, only water cooling may be used to cool the ozone generator unit.

Высоковольтный электрод может быть выполнен в виде металлического покрытия на первом и/или втором диэлектрике.The high-voltage electrode can be made in the form of a metal coating on the first and/or second dielectric.

В некоторых других вариантах реализации высоковольтный электрод представляет собой металлическую фольгу или металлический лист.In some other embodiments, the high voltage electrode is a metal foil or metal sheet.

В некоторых дополнительных вариантах осуществления первый и второй диэлектрические элементы могут контактировать с внутренней поверхностью первой и второй реакционной камеры.In some further embodiments, the first and second dielectric elements may contact the interior surface of the first and second reaction chambers.

Преимущество вышеприведенной конкретной конфигурации заключается в том, что тепло, выделяемое во время производства озона, может рассеиваться более эффективно, поскольку теплообмен между охлаждаемыми заземляющими электродами, являющимися частью первой и второй реакционных камер, и первым и вторым диэлектриками, контактирующими с внутренней поверхностью первой и второй реакционных камер более эффективны.An advantage of the above specific configuration is that the heat generated during ozone production can be dissipated more efficiently because the heat exchange between the cooled ground electrodes forming part of the first and second reaction chambers and the first and second dielectrics contacting the inner surface of the first and second reaction chambers are more efficient.

Во втором аспекте изобретение относится к способу работы генерирующего озон устройства согласно первому аспекту изобретения, причем способ включает в себя работу генерирующего озон устройства при частоте 25-40 кГц, например от 30 до 40 кГц.In a second aspect, the invention relates to a method of operating an ozone generating device according to the first aspect of the invention, the method including operating the ozone generating device at a frequency of 25 to 40 kHz, for example 30 to 40 kHz.

В некоторых вариантах осуществления согласно второму аспекту изобретения работа генерирующего озон устройства согласно первому аспекту изобретения включает в себя подачу потока текучей среды, содержащей газообразный кислород, в блок генератора озона; управление потоком текучей среды, содержащей газообразный кислород; управление мощностью, подаваемой от устройства электропитания на генератор озона при частоте 25-40 кГц, например от 30 до 40 кГц.In some embodiments, according to the second aspect of the invention, operation of the ozone generating device according to the first aspect of the invention includes supplying a fluid stream containing oxygen gas to an ozone generator unit; controlling the flow of a fluid containing oxygen gas; control of the power supplied from the power supply device to the ozone generator at a frequency of 25-40 kHz, for example from 30 to 40 kHz.

В третьем аспекте изобретение относится к способу работы генерирующего озон устройства, причем способ включает в себя работу указанного генерирующего озон устройства при частоте 25-40 кГц,In a third aspect, the invention relates to a method of operating an ozone generating device, the method comprising operating said ozone generating device at a frequency of 25-40 kHz,

- 2 044703 например от 30 до 40 кГц.- 2 044703 for example from 30 to 40 kHz.

В некоторых вариантах осуществления способа работы генерирующего озон устройства согласно третьему аспекту изобретения, работа генератора озона включает в себя: подачу потока текучей среды, содержащей газообразный кислород, в генератор озона; управление потоком текучей среды, содержащей газообразный кислород; управление мощностью, подаваемой от устройства электропитания на генератор озона, при частоте 25-40 кГц, например от 30 до 40 кГц.In some embodiments of the method of operating an ozone generating device according to the third aspect of the invention, operation of the ozone generator includes: supplying a fluid stream containing oxygen gas to the ozone generator; controlling the flow of a fluid containing oxygen gas; controlling the power supplied from the power supply device to the ozone generator at a frequency of 25-40 kHz, for example from 30 to 40 kHz.

В некоторых дополнительных вариантах осуществления первого, второго или третьего аспектов изобретения рабочая частота составляет от 31 до 40 кГц, например от 32 до 35 кГц.In some further embodiments of the first, second or third aspects of the invention, the operating frequency is 31 to 40 kHz, such as 32 to 35 kHz.

В четвертом аспекте изобретение относится к трансформаторному узлу или трансформатору, такому как трансформатор большой мощности, выполненный или адаптированный для подачи электрической мощности в частотном диапазоне 25-40 кГц, например от 30 до 40 кГц.In a fourth aspect, the invention relates to a transformer assembly or transformer, such as a high power transformer, configured or adapted to supply electrical power in the frequency range of 25-40 kHz, for example 30 to 40 kHz.

Трансформаторный узел согласно четвертому аспекту может содержать ферритовый сердечник оболочкового типа, окружающий первичную обмотку и вторичную обмотку.The transformer assembly according to the fourth aspect may include a cladding-type ferrite core surrounding a primary winding and a secondary winding.

Первичная обмотка может иметь менее 14 витков, а вторичная обмотка может иметь более 107 витков. Ферритовый сердечник оболочкового типа может иметь воздушный зазор, составляющий менее 2,0 мм.The primary winding may have less than 14 turns, and the secondary winding may have more than 107 turns. The cladding type ferrite core may have an air gap of less than 2.0 mm.

В некоторых вариантах осуществления ферритовый сердечник оболочкового типа содержит по меньшей мере две части, разделенные друг с другом воздушным зазором, составляющим менее 2,0 мм.In some embodiments, the cladding-type ferrite core comprises at least two portions separated from each other by an air gap of less than 2.0 mm.

Изобретатели разработали трансформатор большой мощности, учитывая, что рабочая частота блока генератора озона зависит от емкости реактора и индуктивности на вторичной стороне высоковольтного трансформатора. Индуктивность на первичной стороне высоковольтного трансформатора и последовательная индуктивность также имеют некоторое влияние на рабочую частоту блока генератора озона.The inventors developed a high-power transformer, taking into account that the operating frequency of the ozone generator unit depends on the reactor capacitance and the inductance on the secondary side of the high-voltage transformer. The primary side inductance of the high voltage transformer and the series inductance also have some influence on the operating frequency of the ozone generator unit.

Для изменения рабочей частоты в изобретении используется трансформаторный узел с повышенной индуктивностью.To change the operating frequency, the invention uses a transformer unit with increased inductance.

Приблизительно индуктивность можно рассчитать по следующей формуле:Approximately the inductance can be calculated using the following formula:

L = Ν2 * μ0 ~ Σ(£) G L = Ν 2 * μ 0 ~ Σ(£) G

А, где μ0 - это физическая постоянная и не может быть изменена.A, where μ 0 is a physical constant and cannot be changed.

Механические размеры трансформаторного узла ограничены размером блока генератора озона. Кроме того, ферритовый сердечник в трансформаторном узле также имеет заданные размеры, которые нельзя изменить.The mechanical dimensions of the transformer assembly are limited by the size of the ozone generator unit. In addition, the ferrite core in the transformer assembly also has predetermined dimensions that cannot be changed.

На практике в соответствии с вышеприведенной формулой это означает, что никакие изменения по Σ(i/Ae) (геометрической постоянной сердечника) и Ae (площади сердечника) невозможны. μe - это постоянная используемого материала, который в данном уровне техники является ферритом.In practice, in accordance with the above formula, this means that no changes in Σ( i / Ae ) (geometric constant of the core) and A e (core area) are possible. μ e is the constant of the material used, which in this state of the art is ferrite.

Решение согласно изобретению заключается в изменении N (числа витков первичной обмотки) и G (воздушного зазора сердечника).The solution according to the invention is to change N (the number of turns of the primary winding) and G (the air gap of the core).

Однако ограничение механического размера блока генератора означает, что для увеличения числа витков во вторичной обмотке трансформатора без уменьшения числа витков в первичной обмотке нет места. Решение согласно изобретению состояло в том, чтобы изменить число витков в первичной обмотке, например, уменьшив его на определенное число, например, уменьшив на 1, 2, 3, 4 или 5 витков от значения, которое в настоящее время используется в трансформаторных узлах с рабочей частотой -45 кГц, составляющего, например, приблизительно 14 витков. Это оставило достаточно места, чтобы изменить число витков вторичных обмоток, например, увеличив его на определенное число, например, увеличив на 1, 2, 3, 4 или 5 витков от значения, которое в настоящее время используется в трансформаторных узлах, с рабочей частотой -45 кГц, составляющего, например, приблизительно 107.However, the limitation on the mechanical size of the generator unit means that there is no room to increase the number of turns in the transformer secondary without reducing the number of turns in the primary. The solution according to the invention was to change the number of turns in the primary winding, for example by reducing it by a certain number, for example by reducing it by 1, 2, 3, 4 or 5 turns from the value currently used in transformer assemblies with working frequency -45 kHz, which is, for example, approximately 14 turns. This left enough room to change the number of turns of the secondary windings, for example by increasing it by a certain number, for example by increasing it by 1, 2, 3, 4 or 5 turns from the value currently used in transformer assemblies, with an operating frequency of - 45 kHz, which is, for example, approximately 107.

Уменьшение зазора в трансформаторе повышает магнитный поток в сердечнике. Понижение частоты повышает магнитный поток, что приводит к увеличению потерь в сердечнике. С другой стороны, понижение частоты уменьшает число изменений направления потока. Это, наоборот, уменьшает потери. Таким образом, зазор был изменен, например уменьшен на 0,25, 0,5, 0,75, 1, 1,1, 1,2 мм от значения, которое в настоящее время используется в трансформаторных узлах с рабочей частотой -45 кГц, составляющего, например, приблизительно 2,1-2,2 мм.Reducing the gap in the transformer increases the magnetic flux in the core. Lowering the frequency increases the magnetic flux, which leads to increased losses in the core. On the other hand, lowering the frequency reduces the number of changes in flow direction. This, on the contrary, reduces losses. Thus, the gap was changed, for example reduced by 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.1, 1.2 mm from the value currently used in transformer units with an operating frequency of -45 kHz, component, for example, approximately 2.1-2.2 mm.

Таким образом, в некоторых вариантах осуществления изобретение относится к трансформаторному узлу, содержащему ферритовый сердечник оболочкового типа, окружающий первичную обмотку и вторичную обмотку, причем число витков первичной обмотки меньше 14, а число витков вторичной обмотки больше 107, при этом ферритовой сердечник оболочкового типа имеет воздушный зазор менее 2 мм.Thus, in some embodiments, the invention relates to a transformer assembly comprising a cladding-type ferrite core surrounding a primary winding and a secondary winding, wherein the number of turns of the primary winding is less than 14 and the number of turns of the secondary winding is greater than 107, wherein the cladding-type ferrite core has an air the gap is less than 2 mm.

За счет уменьшения зазора и увеличения числа витков во вторичной обмотке и уменьшения числа витков в первичной обмотке рабочая частота была понижена с -45 кГц до -30 кГц.By reducing the gap and increasing the number of turns in the secondary winding and reducing the number of turns in the primary winding, the operating frequency was lowered from -45 kHz to -30 kHz.

Это изменение может слегка повысить рабочую температуру. Однако повышение рабочей темпера- 3 044703 туры может быть уменьшено за счет улучшенных решений по охлаждению.This change may slightly increase operating temperature. However, the increase in operating temperature can be reduced through improved cooling solutions.

Каждый из первого, второго, третьего и других аспектов и вариантов осуществления настоящего изобретения может быть объединен с любыми другими аспектами и вариантами осуществления. Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны и объяснены при рассмотрении вариантов осуществления, раскрытых ниже.Each of the first, second, third, and other aspects and embodiments of the present invention may be combined with any other aspects and embodiments. These and other aspects of the invention will be apparent and explained by consideration of the embodiments disclosed below.

Перечень фигур чертежейList of drawing figures

Генератор озона, способ работы генератора озона и трансформаторный узел согласно изобретению теперь будут раскрыты более подробно с рассмотрением прилагаемых чертежей. Чертежи иллюстрируют один из способов реализации настоящего изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие в отношении других возможных вариантов осуществления, подпадающих под объем прилагаемой формулы изобретения.The ozone generator, the method of operation of the ozone generator and the transformer assembly according to the invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The drawings illustrate one mode of implementing the present invention and are not to be construed as limiting with respect to other possible embodiments falling within the scope of the appended claims.

На фиг. 1 показано поперечное сечение блока генератора озона согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.In fig. 1 shows a cross-section of an ozone generator assembly in accordance with some embodiments of the invention.

На фиг. 2 показано поперечное сечение блока генератора озона согласно некоторым другим вариантам осуществления изобретения.In fig. 2 shows a cross-section of an ozone generator assembly in accordance with some other embodiments of the invention.

На фиг. 3 показан график зависимости рабочей частоты от взвешенного слышимого шума и отношения между установленным значением и фактическим значением производства озона.In fig. Figure 3 shows a graph of operating frequency versus weighted audible noise and the relationship between set value and actual ozone production value.

На фиг. 4 представлено покомпонентное изображение трансформаторного узла в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.In fig. 4 is an exploded view of a transformer assembly in accordance with some embodiments of the invention.

На фиг. 5 представлен вид в аксонометрии трансформаторного узла согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.In fig. 5 is a perspective view of a transformer assembly according to some embodiments of the invention.

На фиг. 6 представлена блок-схема способа работы генератора озона согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.In fig. 6 is a flow diagram of a method of operating an ozone generator in accordance with some embodiments of the invention.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of implementing the invention

На фиг. 1 показан блок 27 генератора озона, содержащий первый лист 23 ПТФЭ и второй лист 24 ПТФЭ, окружающие высоковольтный электрод 16.In fig. 1 shows an ozone generator assembly 27 comprising a first PTFE sheet 23 and a second PTFE sheet 24 surrounding a high voltage electrode 16.

Первая и вторая реакционные камеры, в которых генерируется озон, ограничены первым листом 23 ПТФЭ и вторым листом 24 ПТФЭ с одной стороны и внутренней поверхностью корпуса или заземляющими электродами 14 и 15, соответственно. Газообразный кислород поступает в блок 27 генератора озона через входные каналы 19 и 20 и подвергается воздействию коронного разряда в первой и второй реакционных камерах, что приводит к образованию газообразного озона, который выходит через выходные каналы 21 и 22 для озона, соответственно. Корпус или заземляющие электроды 14 и 15 охлаждаются посредством водяного охлаждения, протекающего в камерах 11 и 13 водяного охлаждения. Камеры 11 и 13 водяного охлаждения образованы углублениями на внешней поверхности заземляющих электродов 14 и 15, закрытыми крышками 10 и 12.The first and second reaction chambers in which ozone is generated are limited by the first PTFE sheet 23 and the second PTFE sheet 24 on one side and the inner surface of the housing or the ground electrodes 14 and 15, respectively. Oxygen gas enters the ozone generator unit 27 through inlet channels 19 and 20 and is subjected to corona discharge in the first and second reaction chambers, resulting in the formation of ozone gas, which exits through ozone outlet channels 21 and 22, respectively. The housing or ground electrodes 14 and 15 are cooled by water cooling flowing in water cooling chambers 11 and 13. Water cooling chambers 11 and 13 are formed by recesses on the outer surface of the grounding electrodes 14 and 15, closed by covers 10 and 12.

Между внутренней поверхностью заземляющих электродов 14 и 15 и первым листом 23 ПТФЭ и вторым листом 24 ПТФЭ расположены сетки или лист 25 и 26 из нержавеющей стали. Сетки или лист 25 и 26 из нержавеющей стали представляют собой конструкции, способствующие эффекту коронного разряда, которые способствуют разряду между электродами.Between the inner surface of the ground electrodes 14 and 15 and the first PTFE sheet 23 and the second PTFE sheet 24 are stainless steel mesh or sheet 25 and 26. Stainless steel mesh or sheet 25 and 26 are corona effect promoting structures that promote discharge between the electrodes.

Между заземляющими электродами 14 и 15 расположены опорные кольца 17 и 18 из ПТФЭ.Between the grounding electrodes 14 and 15 there are support rings 17 and 18 made of PTFE.

Опорные кольца из ПТФЭ могут выполнять функцию прокладок, обеспечивая формирование реакционных камер между заземляющими электродами и высоковольтным электродом.PTFE back-up rings can act as spacers to form reaction chambers between the ground electrodes and the high voltage electrode.

На фиг. 2 показан блок 45 генератора озона, содержащий первый лист 43 ПТФЭ и второй лист 44 ПТФЭ, окружающие высоковольтный электрод 36.In fig. 2 shows an ozone generator assembly 45 comprising a first PTFE sheet 43 and a second PTFE sheet 44 surrounding a high voltage electrode 36.

Первая и вторая реакционные камеры, в которых генерируется озон, ограничены первым листом 43 ПТФЭ и вторым листом 44 ПТФЭ с одной стороны и внутренней поверхностью корпуса или заземляющими электродами 34 и 35 соответственно. Газообразный кислород поступает в блок 45 генератора озона через входные каналы 39 и 40, подвергается воздействию коронного разряда в первой и второй реакционных камерах, что приводит к образованию газообразного озона, который выходит через выходные каналы 41 и 42 для озона, соответственно.The first and second reaction chambers in which ozone is generated are limited by the first PTFE sheet 43 and the second PTFE sheet 44 on one side and the inner surface of the housing or ground electrodes 34 and 35, respectively. Oxygen gas enters the ozone generator unit 45 through input passages 39 and 40 and is subjected to corona discharge in the first and second reaction chambers, resulting in the formation of ozone gas, which exits through ozone output passages 41 and 42, respectively.

Корпус или заземляющие электроды 34 и 35 охлаждаются посредством водяного охлаждения, протекающего в камерах 31 и 33 водяного охлаждения. Камеры 31 и 33 водяного охлаждения образованы углублениями на внешней поверхности заземляющих электродов 34 и 35, закрытыми крышками 30 и 32.The housing or ground electrodes 34 and 35 are cooled by water cooling flowing in water cooling chambers 31 and 33. Water cooling chambers 31 and 33 are formed by recesses on the outer surface of the grounding electrodes 34 and 35, closed by covers 30 and 32.

Между заземляющими электродами 34 и 35 расположены опорные кольца 37 и 38 из ПТФЭ.Between the grounding electrodes 34 and 35 there are support rings 37 and 38 made of PTFE.

Блок 45 генератора озона содержит первый и второй листы 43 и 44 ПТФЭ, контактирующие с внутренней поверхностью первой и второй реакционных камер, то есть с внутренней поверхностью заземляющих электродов 34 и 35.The ozone generator unit 45 includes first and second PTFE sheets 43 and 44 in contact with the inner surface of the first and second reaction chambers, that is, with the inner surface of the ground electrodes 34 and 35.

Такая конфигурация обеспечивает улучшенное и эффективное охлаждение листов ПТФЭ, контактирующих с внутренней поверхностью заземляющих электродов, которые снаружи охлаждаются водой.This configuration provides improved and efficient cooling of the PTFE sheets in contact with the inner surface of the ground electrodes, which are externally cooled by water.

На фиг. 3 показан график, связывающий рабочую частоту с взвешенным слышимым шумом, а также с соотношением между фактическим значением и заданным значением производства озона.In fig. Figure 3 shows a graph relating operating frequency to weighted audible noise, as well as the relationship between actual value and ozone production set point.

Ось X представляет рабочую частоту, в Гц, генератора озона согласно первому аспекту изобретеThe X-axis represents the operating frequency, in Hz, of the ozone generator according to the first aspect of the invention

- 4 044703 ния.- 4 044703 nia.

Ось Y1 представляет взвешенное значение снижения слышимого шума в дБа.The Y1 axis represents the weighted audible noise reduction in dBA.

Линия 1 представляет собой набор данных генераторов озона, работающих при разных частотах, по отношению к снижению шума.Line 1 is a dataset of ozone generators operating at different frequencies with respect to noise reduction.

Можно заметить, что повышение частоты от 10 до 30 кГц приводит к значительному снижению шума, то есть до -32,5 дБа. Дальнейшее повышение до 40 кГц обеспечивает дальнейшее снижение до -37,5 дБа. Дополнительное повышение рабочей частоты не приводит к существенному снижению слышимого людьми шума, производимого генератором озона.It can be seen that increasing the frequency from 10 to 30 kHz leads to a significant reduction in noise, that is, up to -32.5 dBa. A further increase to 40 kHz provides a further reduction to -37.5 dBA. An additional increase in operating frequency does not result in a significant reduction in the audible noise produced by the ozone generator.

Ось Y2 представляет соотношение между фактическим значением производства озона и заданным значением производства озона Oav/Osv при концентрации озона 200 г О3/норм.м3, при 2 барах и 100%-ной способности выработки озона.The Y 2 axis represents the relationship between the actual ozone production value and the set ozone production value O av /O sv at an ozone concentration of 200 g O 3 /nm 3 , at 2 bar and 100% ozone production capacity.

Значение 100 на оси Y2 представляет условие, когда заданное значение соответствует фактическому значению, таким образом, для заданного значения 200 г О3/норм.м3 фактическое значение выработанного озона составляет 200 г О3/норм.м3. Значения ниже 100 соответствуют условиям, при которых заданное значение выше фактической выработки озона, т.е. озона вырабатывается меньше по сравнению с заданным значением.The value of 100 on the Y2 axis represents the condition where the set value corresponds to the actual value, so for a set value of 200 g O 3 /norm.m 3 , the actual value of ozone produced is 200 g O 3 /norm. m 3 . Values below 100 correspond to conditions where the set point is higher than actual ozone production, i.e. Less ozone is produced compared to the set value.

Значения выше 100 соответствуют условиям, при которых заданное значение ниже фактической выработки озона, т.е. вырабатывается больше озона по сравнению с заданным значением.Values above 100 correspond to conditions where the set point is lower than actual ozone production, i.e. more ozone is produced compared to the set value.

Линия 2 показывает соответствие между заданными значениями и фактическими значениями в зависимости от рабочей частоты.Line 2 shows the correspondence between set values and actual values depending on the operating frequency.

Можно заметить, что чем выше рабочая частота, тем хуже соответствие между заданным значением и фактическим значением вырабатываемого озона.It can be observed that the higher the operating frequency, the worse the agreement between the set value and the actual value of ozone produced.

Действительно, при высокой частоте, например при 60 кГц соответствующее значение 90 означает, что при заданном значении 200 г О3/норм.м3 вырабатывается только 180 г О3/норм.м3.Indeed, at high frequencies, for example at 60 kHz, the corresponding value of 90 means that at a given value of 200 g O 3 /norm.m 3 only 180 g O 3 /norm.m 3 are produced.

Уменьшение рабочей частоты улучшает соответствие между заданным значением и фактическим значением вырабатываемого озона.Reducing the operating frequency improves the agreement between the set point and the actual ozone produced.

Например, для рабочей частоты 30 кГц соответствующее значение 102 означает, что при заданном значении 200 г О3/норм.м3 вырабатывается 204 г О3/норм.м3.For example, for an operating frequency of 30 kHz, the corresponding value of 102 means that at a given value of 200 g O 3 /norm.m 3, 204 g O 3 /norm.m 3 are produced.

В допустимых пределах отклонения между заданным и фактическим значением, т.е. 100 +/- 2, неожиданно было обнаружено, что рабочая частота от 30 до 40 кГц обеспечивает самый низкий слышимый шум, то есть самое высокое снижение в дБа, т.е. от - 32,5 дБа до - 37,5 дБа.Within acceptable limits, deviations between the set and actual values, i.e. 100 +/- 2, it was unexpectedly found that the operating frequency of 30 to 40 kHz provides the lowest audible noise, i.e. the highest reduction in dBA, i.e. from - 32.5 dBa to - 37.5 dBa.

Таким образом, изобретатели выполнили генератор озона таким образом, чтобы он работал с частотой от 30 до 40 кГц.Thus, the inventors designed the ozone generator to operate at a frequency of 30 to 40 kHz.

На фиг. 4 трансформаторный узел 5 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения содержит ферритовый сердечник, имеющий две части 3 и 6, разделенные прокладкой 7 для зазора, и первичную и вторичную обмотки 4 и 8.In fig. 4, a transformer assembly 5 according to some embodiments of the invention comprises a ferrite core having two parts 3 and 6 separated by a spacer 7 for clearance, and primary and secondary windings 4 and 8.

На фиг. 5 представлен в аксонометрии трансформаторный узел 5 трансформатора, показанный в разобранном виде на фиг. 4.In fig. 5 shows a perspective view of the transformer unit 5 of the transformer, shown in disassembled form in FIG. 4.

На фиг. 6 представлена блок-схема способа работы генератора 9 озона генерирующего озон устройства в соответствии с первым аспектом изобретения, причем способ включает в себя работу генерирующего озон устройства при частоте 25-40 кГц, например от 30 до 40 кГц.In fig. 6 is a flow diagram of a method of operating an ozone generator 9 of an ozone generating device in accordance with the first aspect of the invention, the method including operating the ozone generating device at a frequency of 25 to 40 kHz, for example 30 to 40 kHz.

Работа генератора озона включает в себя следующее:The operation of an ozone generator includes the following:

S1 подают в генератор озона поток текучей среды, содержащей газообразный кислород;S1 supplies the ozone generator with a fluid stream containing oxygen gas;

S2 управляют потоком текучей среды, содержащей газообразный кислород;S2 controls the flow of a fluid containing oxygen gas;

S3 управляют мощностью, подаваемой от источника питания на генератор озона, с частотой от 25 до 40 кГц, например от 30 до 40 кГц.S3 controls the power supplied from the power supply to the ozone generator at a frequency of 25 to 40 kHz, for example 30 to 40 kHz.

Хотя настоящее изобретение было раскрыто применительно к указанным вариантам осуществления, его не следует истолковывать как каким-либо образом ограниченное представленными примерами. Объем настоящего изобретения определяется сопровождающей формулой изобретения. В контексте формулы изобретения термины содержащий или содержит не исключают других возможных элементов или шагов. Кроме того, упоминание признаков или ссылка на признаки в единственном числе (неопределенные артикли а или an в оригинальном тексте заявки на английском языке) не должно толковаться как исключающее множественность. Использование номеров позиций в формуле изобретения в отношении элементов, указанных на чертежах, также не должно рассматриваться как ограничение объема изобретения. Кроме того, отдельные признаки, приведенные в различных пунктах формулы изобретения, могут быть эффективно объединены, и приведение этих признаков в различных пунктах формулы изобретения не исключает того, что комбинация признаков невозможна и неэффективна.Although the present invention has been disclosed in connection with these embodiments, it should not be construed as in any way limited to the examples presented. The scope of the present invention is defined by the accompanying claims. In the context of the claims, the terms containing or containing do not exclude other possible elements or steps. In addition, mention of features or reference to features in the singular (indefinite articles a or an in the original text of the application in English) should not be construed as excluding plurality. The use of item numbers in the claims in relation to elements shown in the drawings should also not be construed as limiting the scope of the invention. In addition, individual features given in different claims can be effectively combined, and the inclusion of these features in different claims does not exclude the fact that a combination of features is impossible and ineffective.

--

Claims (15)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Генерирующее озон устройство, содержащее блок (27, 45) генератора озона, содержащий блок (16, 36) высоковольтного электрода (16, 36);1. An ozone generating device containing an ozone generator block (27, 45) containing a high voltage electrode block (16, 36); первый диэлектрический элемент (23, 43) и второй диэлектрический элемент (24, 44);a first dielectric element (23, 43) and a second dielectric element (24, 44); первый заземляющий электрод (14, 34) и второй заземляющий электрод (15, 35);a first ground electrode (14, 34) and a second ground electrode (15, 35); причем указанный блок (16, 36) высоковольтного электрода расположен между указанным первым диэлектрическим элементом и указанным вторым диэлектрическим элементом, причем указанный блок генератора выполнен с возможностью работы в рабочем диапазоне частот от 30 до 40 кГц;wherein said high-voltage electrode block (16, 36) is located between said first dielectric element and said second dielectric element, said generator block being configured to operate in an operating frequency range of 30 to 40 kHz; низкочастотный источник переменного тока высокого напряжения, представляющий собой трансформаторный узел, выполненный с возможностью подачи от 50 до 800 Вт с частотой от 30 до 40 кГц на блок генератора озона.low-frequency high-voltage alternating current source, which is a transformer unit capable of supplying from 50 to 800 W with a frequency of 30 to 40 kHz to the ozone generator unit. 2. Генерирующее озон устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором указанные первый и второй диэлектрические элементы расположены на расстоянии от указанного блока высоковольтного электрода в диапазоне от 0,01 до 0,1 мм, например от 0,01 до 0,075 мм.2. The ozone generating device according to any one of the preceding claims, wherein said first and second dielectric elements are located at a distance from said high voltage electrode unit in the range of 0.01 to 0.1 mm, for example 0.01 to 0.075 mm. 3. Генерирующее озон устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором указанные первый и второй диэлектрические элементы отделены от указанного блока высоковольтного электрода одним или более разделительными элементами.3. The ozone generating device according to any one of the preceding claims, wherein said first and second dielectric elements are separated from said high voltage electrode assembly by one or more separating elements. 4. Генерирующее озон устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором указанные первый и второй диэлектрики расположены с обеих сторон указанного высоковольтного электрода.4. The ozone generating device according to any one of the preceding claims, wherein said first and second dielectrics are located on both sides of said high voltage electrode. 5. Генерирующее озон устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором указанные первый и второй заземляющие электроды с указанными первым и вторым диэлектриками ограничивают первую и вторую реакционные камеры.5. The ozone generating device of any one of the preceding claims, wherein said first and second ground electrodes with said first and second dielectrics define the first and second reaction chambers. 6. Генерирующее озон устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный высоковольтный электрод выполнен в виде металлического покрытия на указанном первом и указанном втором диэлектриках.6. The ozone generating device according to any one of the preceding claims, wherein said high voltage electrode is formed as a metal coating on said first and said second dielectrics. 7. Генерирующее озон устройство по любому из пп.1-5, в котором указанный высоковольтный электрод представляет собой металлическую фольгу или металлический лист.7. The ozone generating device according to any one of claims 1 to 5, wherein said high voltage electrode is a metal foil or a metal sheet. 8. Генерирующее озон устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором каждая из указанных первой и второй реакционных камер содержит, по меньшей мере, входной канал (19, 20, 39, 40) для подачи газообразного кислорода или кислородсодержащего газа и, по меньшей мере, выходной канал (21, 22, 41, 42) для выпуска газообразного озона.8. The ozone generating device according to any one of the preceding claims, wherein each of said first and second reaction chambers comprises at least an inlet channel (19, 20, 39, 40) for supplying oxygen gas or an oxygen-containing gas and at least , output channel (21, 22, 41, 42) for releasing ozone gas. 9. Генерирующее озон устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором внешняя поверхность первой и второй камер содержит охлаждающие элементы, такие как охлаждающие ребра.9. The ozone generating device according to any one of the preceding claims, wherein the outer surface of the first and second chambers includes cooling elements such as cooling fins. 10. Генерирующее озон устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором указанные первый и второй диэлектрические элементы находятся в контакте с внутренней поверхностью указанных первой и второй реакционных камер.10. The ozone generating device according to any one of the preceding claims, wherein said first and second dielectric elements are in contact with an inner surface of said first and second reaction chambers. 11. Генерирующее озон устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный трансформаторный узел представляет собой трансформатор.11. The ozone generating device according to any one of the preceding claims, wherein said transformer assembly is a transformer. 12. Генерирующее озон устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный трансформаторный узел представляет собой трансформатор, содержащий ферритовый сердечник оболочкового типа, окружающий первичную обмотку и вторичную обмотку, причем число витков указанной первичной обмотки составляет менее 14, а число витков указанной вторичной обмотки составляет более 107, при этом указанный ферритовый сердечник оболочкового типа имеет воздушный зазор, составляющий менее 2 мм.12. The ozone generating device according to any one of the preceding claims, wherein said transformer assembly is a transformer comprising a cladding type ferrite core surrounding a primary winding and a secondary winding, wherein the number of turns of said primary winding is less than 14 and the number of turns of said secondary winding is more than 107, wherein said cladding-type ferrite core has an air gap of less than 2 mm. 13. Способ работы генерирующего озон устройства по любому из пп.1-12, содержащий работу указанного генератора озона при частоте от 30 до 40 кГц.13. The method of operating an ozone generating device according to any one of claims 1 to 12, comprising operating said ozone generator at a frequency of 30 to 40 kHz. 14. Способ работы генерирующего озон устройства по п.13, в котором указанная работа содержит подачу потока текучей среды, содержащей газообразный кислород, в указанное генерирующее озон устройство;14. The method of operating an ozone generating device according to claim 13, wherein said operation comprises supplying a stream of fluid containing oxygen gas to said ozone generating device; управление указанным потоком текучей среды, содержащей газообразный кислород;controlling said flow of fluid containing oxygen gas; управление мощностью, подаваемой от устройства электропитания на указанный генератор озона, на частоте от 30 до 40 кГц.controlling the power supplied from the power supply device to said ozone generator at a frequency of 30 to 40 kHz. 15. Способ работы генерирующего озон устройства по п.13 или 14, в котором указанная частота является частотой от 31 до 40 кГц, например частотой от 32 до 35 кГц.15. The method of operating an ozone generating device according to claim 13 or 14, wherein said frequency is a frequency of 31 to 40 kHz, for example a frequency of 32 to 35 kHz. --
EA202192243 2019-02-25 2020-02-24 LOW FREQUENCY OZONE GENERATOR EA044703B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19159104.9 2019-02-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA044703B1 true EA044703B1 (en) 2023-09-26

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7943098B2 (en) Apparatus for generating ozone and/or O1 using a high energy plasma discharge
US3214364A (en) Ozone generator
US10343940B1 (en) Systems and methods for treating industrial feedwater
KR101497591B1 (en) Apparatus for treating water using discharge in reactor
Samaranayake et al. Pulsed power production of ozone using nonthermal gas discharges
EA044703B1 (en) LOW FREQUENCY OZONE GENERATOR
JP6423887B2 (en) Ozone generator
EP3932149B1 (en) A low frequency ozone generator
US20220009777A1 (en) Systems and methods for generating ozone
Al-Jobouri et al. Design an ozone generator by using dielectric barrier discharge
TWI690483B (en) Ozone gas generation system and ozone gas generation method
KR20130119131A (en) Apparatus for sterilization using potocatalyst and high voltage pulse and sterilization method
CA3046142C (en) Method for controlling an ozone generator
CN101704515A (en) Intelligent ozone generator
Yu et al. Partitioned operation method for reactive oxygen species reactor array at atmospheric pressure
CN111217337B (en) Single-electrode double-dielectric barrier discharge low-temperature plasma ozone generating device
JP2006110461A (en) Treatment method of fluorine compound-containing exhaust gas
CN213950688U (en) Water purification equipment
Amri et al. DEVELOPMENT OF CYLINDER DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE WITH STAINLESS STEEL FOR OZONE PRODUCTION
JP2002029709A (en) Manufacturing method of ozone
KR20130028184A (en) Plasma torch structure established in water
RU2095903C1 (en) Discharge producing device
KR102086502B1 (en) Ozone generator driven by pulse width modulation system
WO2021255659A1 (en) Ozone generating system
KR20170050121A (en) dielectric barrier discharge electrode using side surface discharge