Ультразвуковой барьерный озонатор

Автор: Тышкевич Е.В. (Патент RU 2302370)

Существует множество способов повышения производительности барьерных озонаторов – увеличение скорости воздушного потока или напряжения питания, изменение частоты или формы электрических сигналов возбуждения электродов, применение экзотических материалов в качестве диэлектрического барьера и т.д. Однако качественно изменить характеристики барьерного озонатора можно довольно простым способом – создать механические колебания газовой среды в разрядном промежутке в ультразвуковом диапазоне частот.

Функциональная схема ультразвукового барьерного озонатора.

На рисунке представлена функциональная схема ультразвукового барьерного озонатора, содержащего один разрядный промежуток.

Ультразвуковой барьерный озонатор содержит тактовый генератор 11, к выходу которого подключены ультразвуковой формирователь импульсов 8 и формирователь высоковольтных импульсов 10. Формирователь 10 соединен с верхним 1 и нижним 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 размещен 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, пропускаемую между электродами 1 и 6.

Описание работы ультразвукового барьерного озонатора.

Генератор 11 вырабатывает электрические тактовые импульсы в ультразвуковом диапазоне частот 20кГц…70кГц, 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 газовой 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.

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 резонатора 5 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 10…12%.

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.

Преимущества ультразвукового барьерного озонатора.

Предлагаемая конструкция позволяет значительно (в 1,3…1,5 раза) увеличить скорость прохождения воздушного потока в канале, не опасаясь локальных срывов барьерного разряда или образования «мертвых» зон.

Ультразвуковой барьерный озонатор обладает высокой производительностью и стабильностью рабочих характеристик. Его конструктивные возможности позволяют изготавливать как мощные высокопроизводительные установки, так и малогабаритные переносные устройства.

Устройство имеет высокий КПД, широкий диапазон использования, высокую надежность и большой срок эксплуатации.

Озонатор обеспечивает «мягкий» режим возбуждения барьерного разряда, благодаря чему образование азотосодержащих соединений сведено к минимуму.

Ультразвуковой барьерный озонатор может использоваться 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.