RU2119446C1 - Устройство для получения озона - Google Patents
Устройство для получения озона Download PDFInfo
- Publication number
- RU2119446C1 RU2119446C1 RU96120575A RU96120575A RU2119446C1 RU 2119446 C1 RU2119446 C1 RU 2119446C1 RU 96120575 A RU96120575 A RU 96120575A RU 96120575 A RU96120575 A RU 96120575A RU 2119446 C1 RU2119446 C1 RU 2119446C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ozone
- discharge
- corona
- voltage
- pulses
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
- C01B13/10—Preparation of ozone
- C01B13/11—Preparation of ozone by electric discharge
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2201/00—Preparation of ozone by electrical discharge
- C01B2201/10—Dischargers used for production of ozone
- C01B2201/14—Concentric/tubular dischargers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2201/00—Preparation of ozone by electrical discharge
- C01B2201/20—Electrodes used for obtaining electrical discharge
- C01B2201/24—Composition of the electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2201/00—Preparation of ozone by electrical discharge
- C01B2201/30—Dielectrics used in the electrical dischargers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Abstract
Может быть использовано для получения озона на основе импульсного коронного разряда. Озонатор для получения озона в импульсном коронном разряде содержит коронирующий и некоронирующий электроды, при этом некоронирующий электрод (по крайней мере его часть, контактирующая с разрядом) сделан из алюминия или сплава алюминия (или из проводящего сплава с теплопроводностью выше 50 Вт/м • град), источник импульсов высокого напряжения с функцией включения/выключения высокого напряжения обеспечивает удельную мощность импульсного коронного разряда более 50 Вт/л, частота следования импульсов превышает 500 Гц, отношение амплитуды импульсов высокого напряжения к амплитуде остаточного постоянного напряжения между импульсами составляет 1,5-3. Изобретение позволяет осуществить повышение концентрации озона - более 20 г/нм3 (необходимой для практического применения озонатора) при минимальной энергетической цене генерации озона (на уровне 10 кВт • час/кг озона) в озонаторе на основе импульсного коронного разряда. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к устройствам для получения озона, по тексту называемые также озонаторами.
Известны озонаторы на основе барьерного разряда. В этих озонаторах между параллельными пластинчатыми или цилиндрическими электродами помещается диэлектрик, например пластины из специального стекла, и на электроды подается высоковольтное переменное напряжение. Создавая таким образом в промежутке между электродами барьерный электрический разряд и пропуская через этот промежуток сухой воздух или кислород, можно обеспечить генерацию озона. В такой системе эффективность использования электрической энергии не высока, примерно 60 г озона на 1 кВт-ч затрачиваемой энергии при использовании сухого воздуха и 100-120 г озона на 1 кВт-ч при использовании кислорода. Кроме того, необходимость применения диэлектрика усложняет конструкцию, увеличивает стоимость озонатора и уменьшает его надежность из-за возможности электрических пробоев диэлектрика. Однако озонаторы на основе барьерного разряда нашли широкое практическое применение, поскольку обеспечивают необходимый уровень концентраций озона: порядка 20 г/нм3 на осушенном воздухе и порядка 100 г/нм3 на кислороде [1].
Наиболее близким к заявляемому устройству для получения озона является устройство, состоящее из корпуса с впускным отверстием для ввода сухого воздуха или кислорода и выпускным отверстием для подачи наружу воздуха с полученным озоном, внутри корпуса в проходе для газа установлена по меньшей мере одна пара взаимно изолированных и расположенных напротив друг друга электродов, один из которых является коронирующим, вне корпуса установлены источник коротких импульсов высокого напряжения с длительностью в пределах нескольких десятков микросекунд и источник высокого постоянного напряжения, выходные зажимы которых подключены к паре электродов в согласованной полярности [2]. В этой системе зажигается импульсный коронный разряд, при пропускании через который сухого воздуха или кислорода обеспечивается генерация озона. В указанном устройстве достигается расход энергии на генерацию озона: 95-125 г озона на 1 кВт-ч, а при использовании кислорода 190-250 г на 1 кВт-ч. Однако в данной заявке не указаны достигнутые концентрации озона, но известно, что в озонаторах такого типа достигнутый уровень концентраций составляет 5 г/нм3, что недостаточно для практического применения.
Техническим результатом, на которое направлено изобретение, является повышение концентрации озона - не менее 20 г/нм3 (необходимой для практического применения озонатора) при минимальной энергетической цене генерации озона (100 г озона на 1 кВт-ч) в озонаторе на основе импульсного коронного разряда.
Для достижения указанного результата предложен озонатор для получения озона в импульсном коронном разряде, который зажигается путем подачи коротких (меньше 100 нс) импульсов высокого напряжения положительной полярности на коронирующий электрод, при этом некоронирующий электрод (по крайней мере его часть, контактирующая с разрядом) сделан из алюминия или сплава алюминия (или из проводящего сплава с теплопроводностью выше 50 Вт/м • град), источник импульсов высокого напряжения с функцией включения/выключения высокого напряжения обеспечивает удельную мощность импульсного коронного разряда более 50 Вт/л, частота следования импульсов превышает 500 Гц, отношение амплитуды импульсов высокого напряжения к амплитуде остаточного постоянного напряжения между импульсами составляет 1,5-3.
Такое выполнение озонатора позволяет достичь концентрации озона в случае использования осушенного воздуха 20-30 г/нм3 при энергетической цене озона на уровне 100 г озона на 1 кВт•ч.
Экспериментальные данные, иллюстрирующие влияние материала и диаметра некоронирующего электрода, параметров импульсного коронного разряда на генерацию озона, получены для случая электродной конфигурации "струна в трубе". Разрядные камеры из стали и алюминия имели длину 300 мм. Формирование импульсов высокого напряжения осуществлялось с помощью тиратрона.
Из эксперимента следует, что энергетическая цена озона уменьшается с ростом удельной мощности импульсного коронного разряда. Отмеченная зависимость является особенностью озонатора на импульсном коронном разряде. Это связано с различными механизмами разрушения озона. В разрядной зоне озон может гибнуть в газовом объеме или на поверхности разрядной камеры. В первом случае энергетическая цена производства озона увеличивается (при постоянной концентрации озона) с увеличением удельной вкладываемой мощности, так как происходит рост температуры газа. Во втором случае, если озон разрушается главным образом на поверхности разрядной камеры, энергетическая цена производства озона будет уменьшаться (при постоянной концентрации озона) с увеличением удельной вкладываемой мощности, так как при этом уменьшается время пребывания газа в разрядной камере и, соответственно, меньшее количество молекул озона успевает достичь поверхности разрядной камеры и разрушиться на ней. В озонаторе на импульсном коронном разряде реализуется второй случай (гибель на поверхности). Объемная плотность мощности (одновременно температура газа и максимально достижимая концентрация озона) в озонаторе на импульсной короне существенно меньше, чем барьерном разряде, а разрядная зона обычно относительно больше. В результате для достижения высокой концентрации озона время пребывания газа в разрядной камере должно быть больше сравнительно со случаем барьерного разряда. Кроме того, большой разрядный промежуток приводит к появлению эффективного конвективного перемешивания газа в разрядной зоне. Это перемешивание значительно увеличивает перенос тепла и частиц на стенку разрядной камеры в сравнении с диффузным переносом. Данные эксперимента показывают, что конвективный теплообмен в разрядной камере импульсного коронного разряда: коэффициент теплопроводности газа (а следовательно, и диффузии) почти в 10 раз выше расчетного без учета конвекции. Полученный результат свидетельствует, что конвективные потоки вносят основной вклад в процесс тепло- и массопереноса в коронном разряде данной геометрии.
В случае импульсного коронного разряда рассмотренные факторы приводят к существенно более эффективным процессам тепло- и массопереноса, чем в барьерном разряде. Это положительный эффект, т.к., несмотря на большой разрядный промежуток, не происходит перегрев газа, что возможно в барьерном разряде, где в узком зазоре конвекция практически отсутствует и перегрев газа ведет к разрушению озона. В импульсной короне максимальная температура газа превышает температуру стенки разрядной камеры примерно на 15oC. В барьерном разряде эта разница температур в несколько раз больше. Однако большое время пребывания в разрядной камере и конвективное перемешивание газа приводят к росту гибели озона на стенках разрядной камеры. При увеличении средней удельной мощности импульсного коронного разряда и уменьшении времени нахождения газа в разрядной камере уменьшается энергетическая цена генерации озона и увеличивается его концентрация. Важность разрушения озона на поверхности разрядной камеры импульсного коронного разряда подтверждается большой разницей в эффективности генерации озона в камерах из нержавеющей стали и алюминия. По-видимому, разрушение озона на поверхности происходит, главным образом, в "горячих точках", образующихся в импульсном коронном разряде, когда стример достигает поверхности отрицательного электрода. Эти "горячие точки" напоминают катодные пятна в дуговом разряде и имеют повышенную температуру. Если разрушение озона связано с повышенной температурой этих "горячих точек", различная эффективность синтеза озона в разрядных камерах из нержавеющей стали и алюминия объясняется различной теплопроводностью этих материалов.
Рассмотрим пример выполнения озонатора средней производительности на импульсном коронном разряде. На фиг. 1 приведен общий вид разрядной камеры озонатора. Каждая труба имеет внутренний диаметр 50 мм, по центру трубы натянута струна диаметром 1 мм, отделенная изолятором от трубы. На вход озонатора подается воздух, осушенный до точки росы не выше -40oC под давлением до 2 атм. На все струны одновременно подаются импульсы высокого напряжения. На фиг. 2 приведена схема источника импульсов высокого напряжения, где 1 - генератор управляющих импульсов сетки; 2 - источник питания смещения сетки, 3 - источник питания нагрева катода, 4 - высоковольтный источник постоянного напряжения питания рабочего конденсатора, 5 - вакуумная лампа, 6 - разрядная камера, 8 рабочий конденсатор.
Озонатор работает следующим образом. Источник постоянного напряжения поддерживает напряжение на рабочем конденсаторе на уровне 70 кВ. В момент импульса генератор управляющих сигналов формирует на сетке импульс напряжения, открывающий лампу на время длительности управляющего сигнала. При этом на коронирующих электродах формируется импульс положительной полярности амплитудой примерно 60 кВ, приводящий к зажиганию импульсного коронного разряда с пиковым током более 1000 А. Длительность управляющих сеточных импульсов выбирается не более времени развития искрового разряда в газовом промежутке разрядной камеры. Частота следования высоковольтных импульсов более 1000 Гц, длительность на уровне 200 нс. После закрытия лампы остаточный ток короны разряжает емкость разрядной камеры до напряжения около половины от максимального напряжения на электродах. Описываемые характеристики вакуумной лампы и параметры источника импульсов обеспечили достижение плотности мощности в импульсном коронном разряде более 50 Вт/л. В результате в рассматриваемом примере получена производительность озонатора 2,0 кг/ч, концентрация озона 20 г/нм3 при энергетической цене озона на уровне 10 кВт • ч/кг.
Возможные конструкции озонатора на импульсном коронном разряде не ограничиваются приведенным вариантом разрядной камеры и источника импульсов высокого напряжения. Возможно также использование вакуумных ламп с другими параметрами (анодное напряжение, пиковый ток, коммутируемая мощность и т.д.)
Источники информации
1. Proceedings of International Ozone Symposium, Warsaw, Poland, 1994.
Источники информации
1. Proceedings of International Ozone Symposium, Warsaw, Poland, 1994.
2. Япония, заявка N 3-64443, 15.12.82, кл. C 01 B 13/11.
Claims (2)
1. Устройство для получения озона, состоящее из корпуса с впускным отверстием для ввода сухого воздуха или кислорода и выпускным отверстием для подачи наружу воздуха или кислорода с полученным озоном, внутри корпуса в проходе для газа установлена по меньшей мере одна пара взаимно изолированных и расположенных напротив друг друга коронирующего и некоронирующего электродов, вне корпуса установлен источник коротких импульсов высокого напряжения положительной полярности с длительностью до 1000 нс, выходные зажимы которого подключены к электродам в согласованной полярности, отличающееся тем, что некоронирующий электрод или по крайней мере его часть, контактирующая с разрядом, выполнен из алюминия, или сплава алюминия, или из электропроводящего сплава с теплопроводностью выше 50 Вт/м • град.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник коротких импульсов высокого напряжения обеспечивает среднюю удельную мощность коронного разряда более 50 Вт/л, частоту следования импульсов высокого напряжения более 500 Гц, отношение амплитуды импульсов высокого напряжения к амплитуде остаточного постоянного напряжения на электродах между импульсами составляет 1,5 - 3.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96120575A RU2119446C1 (ru) | 1996-10-10 | 1996-10-10 | Устройство для получения озона |
PCT/RU1997/000318 WO1998015495A1 (fr) | 1996-10-10 | 1997-10-09 | Dispositif de fabrication d'ozone |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96120575A RU2119446C1 (ru) | 1996-10-10 | 1996-10-10 | Устройство для получения озона |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2119446C1 true RU2119446C1 (ru) | 1998-09-27 |
RU96120575A RU96120575A (ru) | 1999-01-10 |
Family
ID=20186577
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96120575A RU2119446C1 (ru) | 1996-10-10 | 1996-10-10 | Устройство для получения озона |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2119446C1 (ru) |
WO (1) | WO1998015495A1 (ru) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2383123A1 (fr) * | 1977-03-11 | 1978-10-06 | Elf Aquitaine | Procede et dispositif pour la fabrication de l'ozone |
DE3217363A1 (de) * | 1982-04-24 | 1983-11-10 | Böger-Kommerz KG, 6204 Taunusstein | Anordnung zur ozongaserzeugung bei zustroemendem sauerstoff |
-
1996
- 1996-10-10 RU RU96120575A patent/RU2119446C1/ru active
-
1997
- 1997-10-09 WO PCT/RU1997/000318 patent/WO1998015495A1/ru active Application Filing
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
5. Proceedings of International Ozone Symposium, Warsaw, Poland, 1994. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1998015495A1 (fr) | 1998-04-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPS61275107A (ja) | オゾン発生装置 | |
GB2087700A (en) | Apparatus for producing ozone | |
US5089098A (en) | Apparatus and method for ozone production | |
EP0625958A1 (en) | Ozone generator having an electrode formed of a mass of helical windings and associated method | |
CA1090293A (en) | Device for the production of ozone | |
CN107233786B (zh) | 一种螺旋沿面型结构的低温等离子体发生器 | |
KR20030003951A (ko) | 고농도 오존 발생 장치 | |
RU2119446C1 (ru) | Устройство для получения озона | |
US3842286A (en) | Apparatus for producing ozone | |
JPH11209105A (ja) | オゾン発生装置 | |
CN214675823U (zh) | 一种微波诱导金属放电助燃装置 | |
JPS63291804A (ja) | オゾン発生装置 | |
RU2036130C1 (ru) | Устройство для получения озона | |
RU2153465C2 (ru) | Генератор озона | |
KR100392814B1 (ko) | 고효율 고농도 오존발생장치 | |
SU1754648A1 (ru) | Способ получени озона и устройство дл его осуществлени | |
JPS62278105A (ja) | オゾン発生器 | |
US20070063654A1 (en) | Method and apparatus for ionization treatment of gases | |
KR950030747A (ko) | 저온 플라즈마 발생용 방전장치 | |
RU2179150C2 (ru) | Устройство для получения озона | |
RU2220093C2 (ru) | Способ синтеза озона и устройство для его реализации | |
JPS632884B2 (ru) | ||
RU2184076C1 (ru) | Разрядная камера озонатора | |
RU2117628C1 (ru) | Трубчатый озонатор | |
RU2007003C1 (ru) | Газовый лазер |