RU2302370C1

RU2302370C1 - Ultrasound barrier ozonizer

Info

Publication number: RU2302370C1
Application number: RU2005141288/15A
Authority: RU
Inventors: Евгений Валентинович Тышкевич (RU); Евгений Валентинович Тышкевич
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-07-10

Abstract

FIELD: high voltage impulse equipment, possible use in chemical industry, agroindustrial complex, medicine for deodorization and disinfection, and also in air conditioning devices, cooling equipment, etc.

SUBSTANCE: ultrasound barrier ozonizer contains, serially connected, clock generator 11 and high voltage impulse generator 10, and also metallic electrodes 1 and 6, connected to outputs of high voltage impulse generator, divided by discharge space 2 and dielectric barrier 3. The ozonizer additionally contains ultrasound impulse generator 8, connected to output of clock generator 11 by its input, ultrasound resonator 5, connected by its outputs 4,7 to outputs of ultrasound impulse generator 8 and phase synchronization circuit 9, input of which is connected to controlling output of ultrasound impulse generator 8, while the output is connected to control input of high voltage impulse generator 10. Dielectric barrier 3 is situated on first metallic electrode 1 on the side of discharge space, while the ultrasound resonator 5 is located on second metallic electrode 6 on the outer side.

EFFECT: high productivity, stable output working characteristics, high efficiency and broad range of use.

1 dwg

Description

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано в химической промышленности для обработки озоном газовых сред, в агропромышленном комплексе для обработки и хранения сельскохозяйственной продукции озоновоздушным агентом, в медицине для дезодорации и дезинфекции, а также в установках кондиционирования воздуха, холодильном оборудовании и т.д.The invention relates to high-voltage pulse technology and can be used in the chemical industry for treating gaseous media with ozone, in the agro-industrial complex for processing and storing agricultural products with an ozone-air agent, in medicine for deodorization and disinfection, as well as in air conditioning units, refrigeration equipment, etc. d.

Известно устройство для получения озона на основе барьерного разряда, содержащее трубчатый озонатор, разрядные элементы, выполненные в виде коаксиально расположенных электродов, с установленной между ними диэлектрической трубкой, причем заземленный электрод выполнен в виде трубки, а высоковольтный электрод выполнен в виде проволочной спирали (RU, 2001130685 А, 2003.07.20).A device for producing ozone based on a barrier discharge, comprising a tubular ozonizer, discharge elements made in the form of coaxially arranged electrodes with a dielectric tube installed between them, the grounded electrode made in the form of a tube, and the high-voltage electrode made in the form of a wire spiral (RU, 2001130685 A, 2003.07.20).

Недостатками данного устройства являются низкая производительность в связи с ограниченным сечением разрядного канала, а также ограниченный диапазон использования.The disadvantages of this device are low productivity due to the limited cross section of the discharge channel, as well as the limited range of use.

Известен озонатор, содержащий диэлектрический барьер, по одну сторону которого расположен инициирующий электрод, а по другую - комплект равномерно расположенных коронирующих электродов. Со стороны коронирующих электродов находится дополнительный диэлектрический барьер, образующий с барьером канал ввода и вывода озонируемого газа. По другую сторону дополнительного диэлектрического барьера расположен дополнительный инициирующий электрод таким образом, что между поверхностями диэлектрических барьеров и стенками коронирующих электродов образованы разрядные зазоры (RU, 2263068 C2, 2005.10.27).Known ozonizer containing a dielectric barrier, on one side of which is the initiating electrode, and on the other - a set of evenly spaced corona electrodes. On the side of the corona electrodes there is an additional dielectric barrier, which forms a channel for input and output of ozonized gas with the barrier. An additional initiating electrode is located on the other side of the additional dielectric barrier so that discharge gaps are formed between the surfaces of the dielectric barriers and the walls of the corona electrodes (RU, 2263068 C2, 2005.10.27).

Недостатками данного устройства являются низкий КПД и необходимость применения повышенного напряжения высоковольтного источника питания в связи с конструктивными особенностями озонатора.The disadvantages of this device are low efficiency and the need to use high voltage high-voltage power supply in connection with the design features of the ozonizer.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является озонатор, содержащий металлические электроды, подключенные к источнику питания переменного тока. Электроды разделены разрядным промежутком и диэлектрическим слоем. Металлические электроды выполнены с фаской на краях со стороны внутренних противолежащих поверхностей, а диэлектрический слой имеет отрицательный температурный коэффициент относительной диэлектрической проницаемости (RU, 2261837 C2, 2005.10.10).The closest analogue of the invention is an ozonizer containing metal electrodes connected to an AC power source. The electrodes are separated by a discharge gap and a dielectric layer. The metal electrodes are chamfered at the edges from the side of opposing internal surfaces, and the dielectric layer has a negative temperature coefficient of relative dielectric constant (RU, 2261837 C2, 2005.10.10).

Основным недостатком данной конструкции является неравномерное распределение плотности тока электрического разряда по всей площади разрядного промежутка, причем с увеличением скорости воздуха внутри разрядного канала неравномерность тока возрастает. Это приводит к ускоренному износу металлических электродов и, особенно, диэлектрического слоя (барьера), а также к снижению стабильности рабочих характеристик и КПД устройства в целом. При увеличении скорости воздуха до определенной величины внутри разрядного канала появляются зоны, в которых величина тока электрического разряда падает до нуля ("мертвые" зоны), что, в свою очередь, ограничивает производительность данного устройства и диапазон его использования.The main disadvantage of this design is the uneven distribution of the current density of the electric discharge over the entire area of the discharge gap, and with increasing air velocity inside the discharge channel, the current unevenness increases. This leads to accelerated wear of metal electrodes and, especially, the dielectric layer (barrier), as well as to a decrease in the stability of the operating characteristics and efficiency of the device as a whole. When the air velocity increases to a certain value, zones appear in the discharge channel in which the electric discharge current drops to zero ("dead" zones), which, in turn, limits the performance of this device and the range of its use.

Технической задачей изобретения является создание ультразвукового барьерного озонатора, обладающего высокой производительностью, стабильностью выходных рабочих характеристик, имеющего высокий КПД и широкий диапазон использования.An object of the invention is the creation of an ultrasonic barrier ozonizer with high performance, stable output performance, having high efficiency and a wide range of uses.

Эта техническая задача достигается тем, что в ультразвуковой барьерный озонатор, содержащий источник питания переменного тока, в состав которого входит тактовый генератор, выходом соединенный с входом формирователя высоковольтных импульсов, и металлические электроды, подключенные к выходам формирователя высоковольтных импульсов, разделенные разрядным промежутком и диэлектрическим слоем (барьером), введены ультразвуковой резонатор, соединенный с выходами ультразвукового формирователя импульсов и цепь фазовой синхронизации, образуя при этом новую конструкцию и дополнительные связи.This technical problem is achieved by the fact that in an ultrasonic barrier ozonizer containing an AC power source, which includes a clock generator, connected to the input of the high-voltage pulse generator by output, and metal electrodes connected to the outputs of the high-voltage pulse generator, separated by a discharge gap and a dielectric layer (barrier), an ultrasonic resonator is introduced, connected to the outputs of the ultrasonic pulse shaper and a phase synchronization circuit, with the new design and additional links.

Функциональная схема, поясняющая работу ультразвукового барьерного озонатора, представлена на чертеже.A functional diagram explaining the operation of an ultrasonic barrier ozonizer is shown in the drawing.

Ультразвуковой барьерный озонатор содержит тактовый генератор 11, выходом соединенный с входом формирователя высоковольтных импульсов 10, первый 1 и второй 6 металлические электроды, подключенные к выходам формирователя высоковольтных импульсов 10, разделенные разрядным промежутком 2 и диэлектрическим барьером 3, ультразвуковой формирователь импульсов 8, входом соединенный с выходом тактового генератора 11, ультразвуковой резонатор 5, контактными выводами 4, 7 подключенный к выходам ультразвукового формирователя импульсов 8 и цепь фазовой синхронизации 9, вход которой соединен с управляющим выходом ультразвукового формирователя импульсов 8, а выход подключен к входу управления формирователя высоковольтных импульсов 10, при этом диэлектрический барьер 3 расположен на первом металлическом электроде 1 со стороны разрядного промежутка 2, а ультразвуковой резонатор 5 расположен на втором металлическом электроде 6 с наружной стороны.The ultrasonic barrier ozonizer contains a clock generator 11, the output connected to the input of the shaper of high voltage pulses 10, the first 1 and second 6 metal electrodes connected to the outputs of the shaper of high voltage pulses 10, separated by a discharge gap 2 and a dielectric barrier 3, an ultrasonic pulse shaper 8, the input connected to the output of the clock generator 11, an ultrasonic resonator 5, contact pins 4, 7 connected to the outputs of the ultrasonic pulse shaper 8 and the phase circuit synchronization 9, the input of which is connected to the control output of the ultrasonic pulse shaper 8, and the output is connected to the control input of the high-voltage pulse shaper 10, while the dielectric barrier 3 is located on the first metal electrode 1 from the side of the discharge gap 2, and the ultrasonic resonator 5 is located on the second metal electrode 6 from the outside.

Описание работы устройства.Description of the operation of the device.

Ультразвуковой барьерный озонатор содержит тактовый генератор 11, к выходу которого подключены ультразвуковой формирователь импульсов 8 и формирователь высоковольтных импульсов 10. Выходы формирователя 10 соединены с первым 1 и вторым 6 металлическими электродами. Электроды 1 и 6 расположены параллельно на некотором расстоянии друг от друга, образуя разрядный промежуток 2 в виде воздушного канала, причем на внутренней поверхности электрода 1 со стороны разрядного промежутка 2 установлен диэлектрический барьер 3. На наружной поверхности электрода 6 расположен ультразвуковой резонатор 5, контактные выводы 4, 7 которого соединены с выходами ультразвукового формирователя импульсов 8. Металлические электроды 1, 6 вместе с диэлектрическим барьером 2 и резонатором 5 образуют единую механическую конструкцию. Между управляющим выходом ультразвукового формирователя 8 и входом управления формирователя импульсов 10 включена цепь фазовой синхронизации 9, которая осуществляет взаимодействие обоих формирователей 8 и 10 в течение полного цикла тактового генератора 11. Синтез озона в разрядном промежутке 2 происходит под действием высоковольтных импульсов, образующихся на выходе формирователя 10, в момент прохождения барьерного разряда через воздух (или воздушно-кислородную смесь), пропускаемый между электродами 1 и 6.The ultrasonic barrier ozonizer contains a clock generator 11, the output of which is connected to an ultrasonic pulse shaper 8 and a high-voltage pulse shaper 10. The outputs of the shaper 10 are connected to the first 1 and second 6 metal electrodes. The electrodes 1 and 6 are located in parallel at a certain distance from each other, forming a discharge gap 2 in the form of an air channel, and a dielectric barrier 3 is installed on the inner surface of the electrode 1 from the side of the discharge gap 2. An ultrasonic resonator 5 is located on the outer surface of the electrode 6, contact leads 4, 7 of which are connected to the outputs of the ultrasonic pulse shaper 8. The metal electrodes 1, 6 together with the dielectric barrier 2 and the resonator 5 form a single mechanical structure. Between the control output of the ultrasonic shaper 8 and the control input of the pulse shaper 10, a phase synchronization circuit 9 is connected, which interacts both shapers 8 and 10 during the full cycle of the clock generator 11. Ozone is synthesized in the discharge gap 2 under the action of high-voltage pulses generated at the shaper output 10, at the time of passage of the barrier discharge through the air (or air-oxygen mixture), passed between the electrodes 1 and 6.

Генератор 11 вырабатывает электрические тактовые импульсы в ультразвуковом диапазоне частот (20 кГц...70 кГц), которые поступают на входы обоих формирователей 8 и 10. В результате этого на выходах ультразвукового формирователя 8 образуется сигнал, который вызывает механические колебания в резонаторе 5 в том же диапазоне частот. Эти колебания через металлический электрод 6 поступают в разрядный промежуток 2, вызывая механические колебания воздушно-кислородной среды, находящейся в воздушном канале. Цепь синхронизации 9 отслеживает состояние фазы колебаний резонатора 5 со стороны управляющего выхода формирователя 8 и выдает сигнал, запускающий высоковольтный формирователь 10, в момент благоприятный для образования барьерного разряда. Таким образом, прохождение барьерного разряда через разрядный промежуток 2 происходит в строгом соответствии с фазой механических колебаний воздушно-кислородной среды.The generator 11 generates electrical clock pulses in the ultrasonic frequency range (20 kHz ... 70 kHz), which are fed to the inputs of both shapers 8 and 10. As a result, a signal is generated at the outputs of the ultrasonic shaper 8, which causes mechanical vibrations in the resonator 5, same frequency range. These vibrations through the metal electrode 6 enter the discharge gap 2, causing mechanical vibrations of the air-oxygen medium located in the air channel. The synchronization circuit 9 monitors the state of the oscillation phase of the resonator 5 from the control output side of the driver 8 and generates a signal that triggers the high-voltage driver 10 at the moment favorable for the formation of a barrier discharge. Thus, the passage of the barrier discharge through the discharge gap 2 occurs in strict accordance with the phase of the mechanical vibrations of the air-oxygen medium.

Энергетические показатели озонатора улучшаются при использовании фазы нарастания или убывания давления газовой среды внутри разрядного промежутка 2, в течение которой происходит барьерный разряд. Использование той или иной фазы работы озонатора зависит от многих факторов: величины разрядного промежутка 2, скорости прохождения воздушно-кислородной смеси, толщины диэлектрического барьера 3, его диэлектрической проницаемости, рабочей частоты тактового генератора 11 и т.д. Синхронизация режима запуска высоковольтного формирователя 10 позволяет увеличить КПД устройства как минимум на 15...20%.The energy indicators of the ozonizer are improved by using the phase of increase or decrease of the pressure of the gas medium inside the discharge gap 2, during which the barrier discharge occurs. The use of one or another phase of the ozonizer operation depends on many factors: the size of the discharge gap 2, the speed of the air-oxygen mixture, the thickness of the dielectric barrier 3, its dielectric constant, the operating frequency of the clock generator 11, etc. Synchronization of the start-up mode of the high-voltage driver 10 allows you to increase the efficiency of the device by at least 15 ... 20%.

Колебания резонатора 5 выравнивают состояние газовой среды вдоль всего разрядного промежутка 2, что благоприятно сказывается на распределении плотности тока барьерного разряда по всей площади воздушного канала. Благодаря интенсивному перемешиванию воздуха между электродами 1 и 6 происходит эффективный отвод тепла с поверхности диэлектрического барьера 3. Это позволяет повысить в 1,2...1,3 раза плотность тока в разрядном промежутке 2 и одновременно снизить деструкцию (выгорание) диэлектрического барьера 3.Oscillations of the resonator 5 equalize the state of the gaseous medium along the entire discharge gap 2, which favorably affects the distribution of the current density of the barrier discharge over the entire area of the air channel. Due to the intensive mixing of air between the electrodes 1 and 6, an effective heat removal from the surface of the dielectric barrier 3 occurs. This makes it possible to increase the current density in the discharge gap 2 by 1.2 ... 1.3 times and at the same time reduce the destruction (burnout) of the dielectric barrier 3.

Предлагаемая конструкция позволяет значительно (в 1,5...2 раза) увеличить скорость прохождения воздушного потока в канале, не опасаясь локальных срывов барьерного разряда или образования "мертвых" зон.The proposed design allows you to significantly (1.5 ... 2 times) increase the speed of air flow in the channel without fear of local disruption of the barrier discharge or the formation of "dead" zones.

Ультразвуковой барьерный озонатор обладает высокой производительностью и стабильностью рабочих характеристик. Его конструктивные возможности позволяют изготавливать как мощные высокопроизводительные установки, так и малогабаритные переносные устройства, обладающие небольшой мощностью.Ultrasonic barrier ozonizer has high performance and stable performance. Its design capabilities make it possible to produce both powerful high-performance plants and small-sized portable devices with low power.

Предлагаемое устройство имеет высокий КПД, широкий диапазон использования, высокую надежность и большой срок эксплуатации.The proposed device has a high efficiency, a wide range of uses, high reliability and a long service life.

Озонатор обеспечивает "мягкий" режим возбуждения барьерного разряда, благодаря чему образование азотосодержащих соединений сведено к минимуму.The ozonizer provides a “soft” mode of excitation of the barrier discharge, due to which the formation of nitrogen-containing compounds is minimized.

Claims

An ultrasonic barrier ozonizer containing a clock generator connected by an output to the input of a high-voltage pulse shaper, first and second metal electrodes connected to the outputs of a high-voltage pulse shaper, separated by a discharge gap and a dielectric barrier, characterized in that an ultrasonic pulse shaper is introduced into it, and the input is connected to the output of a clock generator, an ultrasonic resonator connected to the outputs of an ultrasonic pulse shaper, and circuits l phase synchronization, the input of which is connected to the control output of the ultrasonic pulse shaper, and the output is connected to the control input of the high-voltage pulse shaper, while the dielectric barrier is located on the first metal electrode from the discharge gap side, and the ultrasonic resonator is located on the second metal electrode from the outside.