RU2352386C2 - Method of ozon synthesis, device for its realisation and electrode system for ozon synthesis - Google Patents
Method of ozon synthesis, device for its realisation and electrode system for ozon synthesis Download PDFInfo
- Publication number
- RU2352386C2 RU2352386C2 RU2007118905/12A RU2007118905A RU2352386C2 RU 2352386 C2 RU2352386 C2 RU 2352386C2 RU 2007118905/12 A RU2007118905/12 A RU 2007118905/12A RU 2007118905 A RU2007118905 A RU 2007118905A RU 2352386 C2 RU2352386 C2 RU 2352386C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- electrode system
- ozone
- voltage
- synthesis
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области озонирования воздуха и может быть использовано для очистки воздуха от вредных газов и микроорганизмов, а также для очистки воды.The invention relates to the field of ozonation of air and can be used for air purification from harmful gases and microorganisms, as well as for water purification.
Известен способ синтеза озона (Ю.В.Филиппов и др. Электросинтез озона. Изд-во МГУ, 1987 г., стр.21), заключающийся в том, что в озонаторе используют диэлектрический барьер, который стабилизирует разрядный ток и придает разряду равномерный характер.There is a method of ozone synthesis (Yu.V. Filippov et al. Ozone electrosynthesis. Publishing House of Moscow State University, 1987, p.21), which consists in the fact that the ozonizer uses a dielectric barrier that stabilizes the discharge current and makes the discharge uniform .
Однако наличие диэлектрического барьера приводит к дополнительным потерям, локальному перегреву диэлектрика и к быстрому выходу его из строя.However, the presence of a dielectric barrier leads to additional losses, local overheating of the dielectric and its rapid failure.
Известно устройство для озонирования воздуха (SU 1543193, 1990), содержащее расположенную в воздуховоде озонирующую камеру с игольчатыми электродами, подключенными к источнику высокого напряжения и направленными остриями навстречу друг другу, и размещенную между электродами металлическую диафрагму, которая подключена к отрицательной полярности источника, а электроды расположены симметрично диафрагме и подключены к положительной полярности источника.A device for air ozonation is known (SU 1543193, 1990), containing an ozonizing chamber located in the duct with needle electrodes connected to a high voltage source and pointed to each other, and a metal diaphragm located between the electrodes, which is connected to the negative polarity of the source, and the electrodes located symmetrically to the diaphragm and connected to the positive polarity of the source.
Недостатком данного устройства являются низкий выход озона, большие удельные энергозатраты, необходимость осушения и очистки воздуха, сложность охлаждения электродов, находящихся под высоким потенциалом относительно земли.The disadvantage of this device is the low ozone output, large specific energy consumption, the need to drain and clean the air, the difficulty of cooling the electrodes at high potential relative to the ground.
Наиболее близким к заявляемому является способ синтеза озона (RU 2220093 С2, 2003), заключающийся в том, что в электродной системе формируется электрическое поле длительностью не более 500×10-9 с коэффициентом неоднородности поля не менее 2 и скоростью нарастания напряженности электрического поля на поверхности электрода с меньшим радиусом кривизны не менее 2×1013 В/мс.Closest to the claimed one is a method of ozone synthesis (RU 2220093 C2, 2003), which consists in the fact that an electric field is formed in the electrode system with a duration of not more than 500 × 10 -9 with a field inhomogeneity coefficient of at least 2 and an increase in the rate of increase of the electric field strength on the surface electrode with a smaller radius of curvature of at least 2 × 10 13 V / ms.
Недостатками известного способа являются жесткие требования, предъявляемые к форме импульсов напряжения источника питания, и высокая вероятность искрового пробоя разрядного промежутка, приводящего к нарушению работы озонатора.The disadvantages of this method are the stringent requirements for the shape of the voltage pulses of the power source, and a high probability of spark breakdown of the discharge gap, leading to disruption of the ozonizer.
Наиболее близким к заявляемому устройству и заявляемой электродной системе является устройство синтеза озона (RU 2220093 С2, 2003), содержащее корпус, укрепленные на корпусе патрубки входа и выхода газа, размещенную в корпусе электродную систему, содержащую разрядные элементы, каждый из которых состоит из коаксиальных внешнего низковольтного электрода и внутреннего высоковольтного электрода, подключенных к высоковольтному источнику питания. Причем отношения внутреннего радиуса внешнего электрода и наружного радиуса внутреннего электрода определяется неравенством r<R/e, где r - наружный радиус внутреннего электрода; R - внутренний радиус наружного электрода; е - основание натурального логарифма.Closest to the claimed device and the claimed electrode system is an ozone synthesis device (RU 2220093 C2, 2003) comprising a housing, gas inlet and outlet nozzles mounted on the housing, an electrode system located in the housing containing discharge elements, each of which consists of a coaxial external a low voltage electrode and an internal high voltage electrode connected to a high voltage power source. Moreover, the ratio of the inner radius of the outer electrode and the outer radius of the inner electrode is determined by the inequality r <R / e, where r is the outer radius of the inner electrode; R is the inner radius of the outer electrode; e is the base of the natural logarithm.
Недостатками таких устройств являются низкий выход озона и неустойчивый режим работы.The disadvantages of such devices are low ozone output and unstable operation.
В прототипе колебания напряжения, изменения влажности воздуха или скорости прокачки воздуха вызывают искровой пробой разрядного промежутка, что приводит к прекращению синтеза озона и выходу из строя электродной системы. Причиной возникновения искрового пробоя является однонаправленное протекание тока в разрядном промежутке. При подаче импульса напряжения на электродную систему между электродами зажигается импульсный тлеющий разряд, в котором происходит синтез озона из кислорода воздуха. При этом емкость электродной системы и емкость высоковольтного кабеля, соединяющего электродную систему с высоковольтным источником питания, заряжаются до напряжения горения тлеющего разряда. Поэтому после окончания импульса напряжения электроды находятся под остаточным напряжением, равным напряжению горения тлеющего разряда, что может привести к переходу тлеющего разряда в искровой. При этом энергия, запасенная в емкостях электродной системы и высоковольтного кабеля, выделяется в узком канале искрового пробоя. Искровой пробой приводит к локальному нагреву электродов и локальной ионизации воздуха, что вызывает обязательное возникновение искрового пробоя при подаче на электродную систему последующих импульсов. При этом синтез озона прекращается, а вся энергия источника питания выделяется в ограниченной области искрового разряда, что приводит к выгоранию электрода.In the prototype, voltage fluctuations, changes in air humidity or air flow rate cause a spark breakdown of the discharge gap, which leads to the cessation of ozone synthesis and failure of the electrode system. The cause of the spark breakdown is the unidirectional current flow in the discharge gap. When a voltage pulse is applied to the electrode system between the electrodes, a pulsed glow discharge is ignited, in which ozone is synthesized from atmospheric oxygen. In this case, the capacitance of the electrode system and the capacitance of the high-voltage cable connecting the electrode system to the high-voltage power source are charged to the burning voltage of the glow discharge. Therefore, after the end of the voltage pulse, the electrodes are under a residual voltage equal to the burning voltage of the glow discharge, which can lead to the transition of the glow discharge into a spark. In this case, the energy stored in the capacities of the electrode system and high-voltage cable is released in a narrow channel of spark breakdown. A spark breakdown leads to local heating of the electrodes and local ionization of the air, which causes the obligatory occurrence of spark breakdown when subsequent pulses are applied to the electrode system. In this case, ozone synthesis is stopped, and all the energy of the power source is released in a limited area of the spark discharge, which leads to burnout of the electrode.
В основу изобретения положена задача разработки способа и установки синтеза озона с улучшенными эксплуатационными характеристиками.The basis of the invention is the task of developing a method and installation for the synthesis of ozone with improved performance.
Технический результат, достигаемый в предлагаемом изобретении, заключается в увеличении производительности по озону и повышении надежности установки.The technical result achieved in the present invention is to increase ozone productivity and increase the reliability of the installation.
Указанный технический результат достигается тем, что, как и в известном, в предлагаемом способе синтез озона осуществляют в импульсном тлеющем разряде, создаваемом электродной системой, подключенной к высоковольтному источнику питания.The specified technical result is achieved by the fact that, as in the known, in the proposed method, the synthesis of ozone is carried out in a pulsed glow discharge created by an electrode system connected to a high voltage power source.
Новым является то, что в электродной системе формируют импульсный знакопеременный ток разряда.What is new is that an alternating pulse alternating discharge current is generated in the electrode system.
Кроме того, импульсный знакопеременный ток разряда обеспечивают включением параллельно высоковольтному источнику питания насыщающегося дросселя, содержащего сердечник, выполненный из ферромагнитного материала, и обмотку.In addition, a pulsed alternating discharge current is provided by turning on a saturable inductor containing a core made of ferromagnetic material and a winding in parallel with the high-voltage power supply.
Указанный технический результат достигается также тем, что, как и известное устройство синтеза озона, предлагаемое содержит заключенную в корпус, по крайней мере, одну электродную систему и высоковольтный источник питания, соединенные между собой высоковольтным кабелем.The specified technical result is also achieved by the fact that, like the known ozone synthesis device, the proposed one contains at least one electrode system and a high-voltage power source connected to each other by a high-voltage cable.
Новым является то, что в электрическую цепь устройства включено средство, формирующее в электродной системе импульсный знакопеременный ток разряда.What is new is that a means is included in the device’s electric circuit that forms an alternating pulse alternating discharge current in the electrode system.
Кроме того, в качестве средства, формирующего в электродной системе импульсный знакопеременный ток разряда, использован насыщающийся дроссель, содержащий сердечник из ферромагнитного материала и обмотку, включенный параллельно источнику питания.In addition, as a means of forming a pulsed alternating discharge current in the electrode system, a saturable inductor is used that contains a core of ferromagnetic material and a winding connected in parallel with the power source.
Кроме того, сердечник насыщающегося дросселя выполнен из ферромагнитного материала с прямоугольной петлей гистерезиса.In addition, the core of a saturable inductor is made of a ferromagnetic material with a rectangular hysteresis loop.
Кроме того, обмотка имеет число витков N равное:In addition, the winding has a number of turns N equal to:
где: U - напряжение источника питания;where: U is the voltage of the power source;
tи - длительность импульса;t and - pulse duration;
ΔВ - перепад индукции в сердечнике;ΔВ - differential induction in the core;
S - площадь сечения сердечника.S is the cross-sectional area of the core.
Технический результат также достигается тем, что электродная система для синтеза озона содержит коаксиально расположенные внешний заземленный электрод и внутренний высоковольтный электрод.The technical result is also achieved by the fact that the electrode system for the synthesis of ozone contains coaxially located external grounded electrode and an internal high-voltage electrode.
Новым является то, что внутренний электрод выполнен из нержавеющей проволоки, натянутой пружиной, закрепленной на одном из двух изоляторов, вставленных в торцы внешнего электрода.What is new is that the inner electrode is made of stainless wire, stretched by a spring, mounted on one of two insulators inserted into the ends of the outer electrode.
Кроме того, в изоляторах имеются отверстия для подачи воздуха и отвода озоно-воздушной смеси.In addition, the insulators have openings for air supply and removal of the ozone-air mixture.
В предлагаемом техническом решении в момент окончания импульса напряжения, подаваемого от источника питания, дроссель насыщается и емкости электродной системы и высоковольтного кабеля разряжаются через насыщенный дроссель. При этом ток разряда электродной системы изменяет направление протекания на противоположное, что предотвращает возникновение искрового пробоя. Кроме того, энергия, запасенная в емкостях электродной системы и высоковольтного кабеля, используется для синтеза дополнительного (по сравнению с прототипом) количества озона. Таким образом, предлагаемый способ синтеза озона и устройство для его реализации по сравнению с прототипом позволяют повысить надежность работы и увеличить выход озона.In the proposed technical solution, at the end of the voltage pulse supplied from the power source, the inductor is saturated and the capacitances of the electrode system and the high-voltage cable are discharged through the saturated inductor. In this case, the discharge current of the electrode system changes the direction of flow to the opposite, which prevents the occurrence of spark breakdown. In addition, the energy stored in the capacities of the electrode system and high-voltage cable is used to synthesize an additional (compared to the prototype) amount of ozone. Thus, the proposed method for the synthesis of ozone and a device for its implementation in comparison with the prototype can improve the reliability and increase the yield of ozone.
Экспериментальные исследования работы предлагаемого устройства, реализующего заявляемый способ, показали, что сердечник насыщающегося дросселя может быть выполнен из различных материалов, однако наибольший эффект достигается при использовании ферромагнитных материалов с прямоугольной петлей гистерезиса, так как они позволяют получить максимальную скорость изменения направления тока.Experimental studies of the operation of the proposed device that implements the inventive method showed that the core of a saturable inductor can be made of various materials, however, the greatest effect is achieved when using ferromagnetic materials with a rectangular hysteresis loop, since they allow you to get the maximum rate of change of current direction.
При этом максимальный выход озона наблюдается при числе витков дросселя, рассчитанном по формуле:In this case, the maximum yield of ozone is observed when the number of turns of the throttle, calculated by the formula:
где: N - число витков обмотки;where: N is the number of turns of the winding;
U - напряжение источника питания;U is the voltage of the power source;
tи - длительность импульса;t and - pulse duration;
ΔВ - перепад индукции в сердечнике;ΔВ - differential induction in the core;
S - площадь сечения сердечника.S is the cross-sectional area of the core.
При таком числе витков насыщение дросселя и смена направления протекания тока разряда произойдет в момент окончания импульса напряжения, поступающего на электродную систему от источника питания. Таким образом, для производства озона используется максимальное количество энергии, поступающей от источника питания и запасенной в емкостях электродной системы и высоковольтного кабеля.With this number of turns, saturation of the inductor and a change in the direction of flow of the discharge current will occur at the end of the voltage pulse supplied to the electrode system from the power source. Thus, the maximum amount of energy from the power source and stored in the capacities of the electrode system and high-voltage cable is used for ozone production.
Предлагаемый способ синтеза озона позволяет использовать различные конструкции электродных систем: плоские, ножевые, многоострийные, коаксиальные. Наиболее технологичными в изготовлении являются коаксиальные электроды, однако при нагревании центрального электрода в процессе синтеза озона электрод может изгибаться, что приводит к уменьшению разрядного промежутка и, как следствие этого, к нарушению работы устройства.The proposed method for the synthesis of ozone allows the use of various designs of electrode systems: flat, knife, multi-edge, coaxial. The most technologically advanced in manufacturing are coaxial electrodes, however, when the central electrode is heated during ozone synthesis, the electrode can bend, which leads to a decrease in the discharge gap and, as a consequence, to disruption of the device.
Для обеспечения стабильности величины разрядного промежутка предлагается в коаксиальной электродной системе в качестве центрального электрода использовать нержавеющую проволоку, натянутую с помощью пружины.To ensure the stability of the discharge gap, it is proposed to use a stainless wire stretched with a spring as a central electrode in a coaxial electrode system.
Изобретение иллюстрируется графическими материалами.The invention is illustrated in graphic materials.
На фиг.1 представлен общий вид устройства, реализующего предлагаемый способ синтеза озона.Figure 1 presents a General view of a device that implements the proposed method for the synthesis of ozone.
На фиг.2 в разрезе представлена коаксиальная электродная система устройства синтеза озона с использованием проволоки в качестве центрального электрода.Figure 2 shows a sectional view of a coaxial electrode system for an ozone synthesis device using wire as a central electrode.
На фиг.3 представлен график напряжения на электродной системе прототипа (без насыщающегося дросселя).Figure 3 presents a graph of the voltage on the electrode system of the prototype (without saturable inductor).
На фиг.4 представлен график напряжения на электродной системе заявляемого устройства (при наличии насыщающегося дросселя, подключенного параллельно электродной системе).Figure 4 presents a graph of the voltage across the electrode system of the inventive device (in the presence of a saturable inductor connected in parallel to the electrode system).
Устройство (фиг.1) содержит заключенную в корпус 1 электродную систему 2 и высоковольтный источник питания 3, соединенные между собой высоковольтным кабелем 4, причем параллельно источнику питания 3 подключен насыщающийся дроссель 5. Высоковольтный электрод электродной системы 2 закреплен на корпусе 1 при помощи изолятора 6. Подвод воздуха и отвод озоно-воздушной смеси осуществляется через патрубки 7 и 8.The device (Fig. 1) contains an
Коаксиальная электродная система (фиг.2) содержит внешний заземленный электрод 2 и внутренний высоковольтный электрод 2, выполненный из нержавеющей проволоки, натянутой с помощью пружины 9, закрепленной на одном из изоляторов 6. В изоляторах 6 имеются отверстия 10 для подачи воздуха и отвода озоно-воздушной смеси.The coaxial electrode system (figure 2) contains an external grounded
Предлагаемые способ, устройство и электродная система были испытаны на станции водоочистки, использующей озоновую технологию.The proposed method, device and electrode system were tested at a water treatment plant using ozone technology.
Использовали источник питания 3, который позволял получать на нагрузке 810 Ом однополярные импульсы напряжения с амплитудой от 15 до 26 киловольт с длительностью переднего фронта 0,47 мкс, длительностью заднего фронта 0,54 мкс, длительностью импульса на полувысоте 0,96 мкс. Частота следования импульсов, регулируемая от 100 Гц до 1000 Гц. Максимальная выходная мощность на активной нагрузке 810 Ом составляла 260 Вт.A power supply 3 was used, which made it possible to receive unipolar voltage pulses with an amplitude of 15 to 26 kilovolts with a leading edge duration of 0.47 μs, a falling edge duration of 0.54 μs, and a pulse duration at half maximum of 0.96 μs at a load of 810 Ohms. Pulse repetition rate, adjustable from 100 Hz to 1000 Hz. The maximum output power at an active load of 810 ohms was 260 watts.
Устройство для синтеза озона (озонатор) состояло из 6-ти электродных систем, выполненных в соответствии с фиг.2. В качестве внутреннего высоковольтного электрода 2 использовалась стальная нержавеющая проволока диаметром 1 мм. Изоляторы 6 были выполнены из фторопласта. Внешний заземленный электрод 2' выполняли из стальной нержавеющей трубы с внутренним диаметром 36 мм и толщиной стенки 1 мм. Длина каждого внешнего электрода составляла 1 м.A device for the synthesis of ozone (ozonizer) consisted of 6 electrode systems made in accordance with figure 2. As an internal high-
Насыщающийся дроссель выполняли на ферритовом кольце К 100×60×15 марки 600 НН. Число витков обмотки дросселя равнялось 64.A saturable choke was performed on a ferrite ring K 100 × 60 × 15 grade 600 NN. The number of turns of the inductor winding was 64.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Через патрубки 7 и 8 (фиг.1), размещенные на корпусе 1, через электродную систему 2 прокачивается воздух. При подаче на электродную систему 2 импульса напряжения от источника питания 3 через высоковольтный кабель 4 между электродами электродной системы 2 зажигается импульсный тлеющий разряд. При этом в электродной системе синтезируется озон.Air is pumped through the nozzles 7 and 8 (FIG. 1) placed on the
В момент окончания импульса напряжения насыщается дроссель 5 и заряженные до напряжения горения импульсного тлеющего разряда емкости электродной системы 2 и высоковольтного кабеля 4 разряжаются через насыщенный дроссель 5. При этом ток в электродной системе изменяет направление на противоположное, предотвращая тем самым возможность возникновения искрового пробоя, а энергия, запасенная в емкостях электродной системы и высоковольтного кабеля, расходуется на производство дополнительного количества озона.At the end of the voltage pulse, the inductor 5 is saturated and the capacities of the
Первоначально проверялась работа озонатора с источником питания 3 без подключения насыщающегося дросселя 5 (фиг.3). При амплитуде напряжения выше 20 кВ между электродами 2' и 2 зажигался искровой разряд и синтез озона прекращался. Устойчивый синтез озона происходил при максимальном напряжении 19 кВ. При этом максимальная производительность озонатора составляла 22 грамма озона в час. При подключении параллельно источнику питания 3 насыщающегося дросселя 5 устойчивый синтез озона происходил при напряжении до 24 кВ (фиг.4). При этом максимальная производительность озонатора составляла 34 грамма озона в час.Initially, the operation of the ozonizer with a power source 3 was checked without connecting a saturable inductor 5 (figure 3). At a voltage amplitude above 20 kV between the
Таким образом, предлагаемый способ синтеза озона в импульсном тлеющем разряде и устройство для его реализации позволило по сравнению с прототипом повысить надежность работы озонатора и увеличить его производительность.Thus, the proposed method for the synthesis of ozone in a pulsed glow discharge and a device for its implementation made it possible to increase the reliability of the ozonizer and increase its productivity in comparison with the prototype.
Claims (8)
где U - напряжение источника питания;
tИ - длительность импульса;
ΔВ - перепад индукции в сердечнике;
S - площадь сечения сердечника.6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that the inductor winding has a number of turns N equal to:
where U is the voltage of the power source;
t And - pulse duration;
ΔВ - differential induction in the core;
S is the cross-sectional area of the core.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007118905/12A RU2352386C2 (en) | 2007-05-21 | 2007-05-21 | Method of ozon synthesis, device for its realisation and electrode system for ozon synthesis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007118905/12A RU2352386C2 (en) | 2007-05-21 | 2007-05-21 | Method of ozon synthesis, device for its realisation and electrode system for ozon synthesis |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007118905A RU2007118905A (en) | 2008-12-10 |
| RU2352386C2 true RU2352386C2 (en) | 2009-04-20 |
Family
ID=41017992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007118905/12A RU2352386C2 (en) | 2007-05-21 | 2007-05-21 | Method of ozon synthesis, device for its realisation and electrode system for ozon synthesis |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2352386C2 (en) |
-
2007
- 2007-05-21 RU RU2007118905/12A patent/RU2352386C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007118905A (en) | 2008-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5649507A (en) | Corona discharge ignition system | |
| WO2008040154A1 (en) | Diffusive plasma treatment and material procession | |
| Abdel-Salam et al. | Characteristics of corona and silent discharges as influenced by geometry of the discharge reactor | |
| CN113630949A (en) | Large-area low-temperature plasma activated water mist generating device | |
| RU2352386C2 (en) | Method of ozon synthesis, device for its realisation and electrode system for ozon synthesis | |
| US20190287763A1 (en) | Diffusive plasma air treatment and material processing | |
| RU2381989C2 (en) | Electrode system for ozone generator | |
| Tamaribuchi et al. | Effect of pulse width on generation of ozone by pulsed streamer discharge | |
| RU2316468C2 (en) | Ozonizer | |
| RU2555659C2 (en) | Air ozoniser | |
| Andreev et al. | A barrierless pulse discharge cell | |
| RU2398328C2 (en) | Gas ionisation method | |
| Facta et al. | Improvement in ozone generation with low voltage high frequency power converters | |
| Fukuoka et al. | Improvement of ozone generation characteristics with shorter rise time of nanosecond pulse voltage | |
| RU2545305C2 (en) | Pulse barrier-free ozone generator | |
| JP2644973B2 (en) | Ozone generator | |
| JPH1053404A (en) | Ozone generator | |
| SU1754648A1 (en) | Method and device for producing ozone | |
| RU2661232C1 (en) | Ozone generation method and ozone generation portable device | |
| RU2211800C2 (en) | Ozone generation process and apparatus | |
| RU2731462C1 (en) | Method of preparing gaseous fuel and air before feeding into fuel-burning device | |
| Koyanagi et al. | Nanosecond pulse discharge based ozone generation with 10 parallel reactors | |
| RU91064U1 (en) | Ozone Generator | |
| RU202393U1 (en) | Device for generating a stream of non-thermal plasma | |
| RU2220093C2 (en) | Method of synthesis of ozone and device for its realization |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090522 |