Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЗОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

Изобретение относится к устройствам для озонирования воздуха и может быть использовано для очистки воздуха от вредных газов и микроорганизмов, водоочистки и водоподготовки, а также в качестве источника радикалов или других химически активных частиц в генераторах низкотемпературной плазмы.

Известно устройство для озонирования воздуха (авторское свидетельство СССР №1543193, кл. F24F 3/16, C01B 13/11, заявл. 13.10.87, опубл. 15.02.90), содержащее расположенную в воздуховоде озонирующую камеру с игольчатыми электродами, подключенными к источнику высокого напряжения и направленными остриями друг другу навстречу. Между электродами размещена металлическая диафрагма, подключенная к отрицательному полюсу источника. Электроды расположены симметрично относительно диафрагмы и подключены к положительному полюсу источника. Недостатком данного устройства является низкий выход озона из-за низкой плотности носителей зарядов электронно-ионной плазмы при стримерном коронном разряде, который формируется в озонирующей камере с игольчатыми электродами, подключенными к источнику постоянного высокого напряжения.

Известно устройство для генерирования озона (патент РФ №2211800, МПК C01B 13/11, заявл. 29.11.2001 г., опубл. 10.09.2003), содержащее генератор высоковольтных импульсов и подключенную к нему рабочую камеру с электродной системой в виде соосных внешнего низковольтного трубчатого электрода и внутреннего высоковольтного электрода в виде проводящего стержня, на котором в плоскостях, перпендикулярных его продольной оси, дополнительно установлены проводящие пластины. Кроме того, между генератором высоковольтных импульсов и рабочей камерой установлен высоковольтный коммутатор. Недостатком данного устройства является низкий выход озона при импульсном коронном разряде, который формируется в рабочей камере с данной электродной системой.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для озонирования воздуха (патент РФ №2176366, МПК F24F 3/16, C01B 13/11, заявл. 10.04.2000 г., опубл. 27.11.2001 г.), содержащее озонирующую камеру с игольчатыми электродами, подключенными к высоковольтному наносекундному источнику высокого напряжения с положительной полярностью. Озонирующая камера выполнена в виде призмы, при этом одна пара противоположных граней выполнена из металла и подключена к заземленному выводу высоковольтного наносекундного импульсного источника питания, другая пара граней выполнена из диэлектрика, а в плоскости симметрии между заземленными гранями расположен игольчатый электрод, подключенный к высоковольтному выводу источника питания. Недостатком данного устройства является низкий выход озона из-за низкой концентрации носителей зарядов в разрядном промежутке при наносекундном импульсном коронном разряде, который формируется в озонирующей камере с игольчатыми электродами.

Задачей изобретения является повышение производительности устройства для озонирования воздуха. Техническим результатом изобретения является интенсификация разрядного процесса за счет получения однородного объемного импульсного коронного разряда и увеличения концентрации носителей зарядов электронно-ионной плазмы, т.е. за счет увеличения концентрации электронов в разрядном промежутке озонирующей камеры устройства.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для озонирования воздуха, содержащем расположенную в воздуховоде озонирующую камеру, выполненную в виде прямоугольной призмы, в которой расположены потенциальный и непотенциальный электроды, подключенные к выводам высоковольтного наносекундного импульсного источника питания, призма озонирующей камеры выполнена полностью из изоляционного материала, потенциальный вывод источника питания имеет отрицательную полярность, кроме того, потенциальный и непотенциальный электроды выполнены в виде параллельно расположенных секций, состоящих из одинакового числа параллельных токопроводящих пластин, которые образуют геометрическую систему электродов «ребро-ребро», а плоскости каждой потенциальной и соответствующей непотенциальной пластины совпадают между собой и направлением воздушного потока в воздуховоде.

Известно, что для повышения интенсивности импульсной короны требуется создание сильного перенапряжения в воздушном промежутке за счет создания импульса высокого напряжения с резко нарастающим передним фронтом. В этом случае режим ультракороны отсутствует, т.к. разряд сразу развивается в виде стримеров, а переход стримерного режима в искру и контрагированный тлеющий разряд исключается за счет ограничения длительности импульса приложенного напряжения (Акишев Ю.С., Апонин Г.И., Грушин М.Е. и др. // Физика плазмы, 2008, том 34, №4, стр. 347-360). Известно также, что наибольшая плотность носителей зарядов электронно-ионной плазмы достигается в разрядном промежутке при объемной форме разряда (Баранов В.., Борисов В.М., Степанов Ю.Ю. Электроразрядные эксимерные лазеры на галогенидах инертных газов. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 216 с).

В предлагаемом устройстве выполнение потенциального и непотенциального электродов в виде параллельно расположенных секций параллельных пластин, которые образуют геометрическую систему электродов «ребро-ребро» с резко неоднородным электрическим полем, а озонирующей камеры полностью из изоляционного материала обеспечивает, при использовании источника питания с отрицательной полярностью, формирование однородного объемного импульсно-периодического наносекундного коронного разряда в потоке воздуха атмосферного давления естественной влажности, что приводит к интенсификации разрядного процесса, т.е. к увеличению разрядного тока, а значит и к увеличению концентрации электронов в разрядном промежутке, которые играют наиболее существенную роль из всех заряженных частиц, имеющихся в разряде. Это связано с тем, что электроны обладают наибольшими энергиями и могут вызывать следующие процессы: диссоциативное прилипание электрона к молекуле кислорода с образованием озона; возбуждение электронных уровней с последующей диссоциацией молекулы кислорода с образованием озона; столкновение возбужденных молекул азота с молекулой кислорода с образованием озона; диссоциативную электрон-ионную рекомбинацию с образованием озона. Таким образом, интенсификация разрядного процесса вызывает увеличение как синтеза озона, так и его выход.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематически изображено устройство для озонирования воздуха в двух проекциях.

Устройство для озонирования воздуха содержит озонирующую камеру 1, выполненную в виде прямоугольной призмы полностью из изоляционного материала, высоковольтный наносекундный импульсный источник питания, работающий в импульсно-периодическом режиме, с потенциальным выводом 2, имеющим отрицательную полярность, и заземленным выводом 3. Внутри камеры 1 размещены параллельно расположенные секция 4 потенциального электрода и секция 5 непотенциального электрода, которые содержат одинаковое число параллельных пластин 6 и 7, изготовленных из тонкого токопроводящего материала. Секции 4 и 5 крепятся в камере 1 так, чтобы плоскости каждой из потенциальных пластин 6 совпадали с плоскостью соответствующей непотенциальной пластины 7 и с направлением воздушного потока в воздуховоде. Таким образом, образована геометрическая система электродов «ребро-ребро» с межэлектродным промежутком 8, длина которого равняется длине пластин 6 и 7. Озонирующая камера 1 имеет не показанные на чертеже места присоединения к воздуховоду, что позволяет производить прокачку озоновоздушной смеси при различных скоростях потока через межэлектродный промежуток 8. Общая площадь секций 4 и 5, а также величина межэлектродного промежутка 8 определяются мощностью высоковольтного наносекундного импульсного источника питания.

Устройство работает следующим образом.

Поток воздуха поступает по воздуховоду в озонирующую камеру 1 и, соответственно, в межэлектродный промежуток 8. При включении высоковольтного наносекундного импульсного источника питания отрицательной полярности, работающего в импульсно-периодическом режиме, с выходным напряжением ~30 кВ, длительностью импульса 20 не по уровню 0,5 и скоростью нарастания электрического поля ~2 кВ/(см·нс) в межэлектродном промежутке длиной 0,6 см, возбуждается однородный импульсно-периодический наносекундный коронный разряд объемом ~220 см³. Производительность озона при скорости протока воздуха ~25 м/с может регулироваться изменением частоты импульсно-периодических разрядов в диапазоне 0,05÷1 кГц.