Территория прогрессивных инноваций Территория прогрессивных инноваций Гнездо
   ГЛАВНАЯ  |  ИСТОРИЯ  |  НОВЫЕ РАЗРАБОТКИ  |  ПАТЕНТЫ  |  PATENTS  |  ВОИР  |  КОНТАКТЫ   

Пьезоэлектрический барьерный озонатор

Авторы: Тышкевич Е.В., Шабин С.А. (Патент RU 2294775)

Сравнительно недавно появились разработки энергонезависимых карманных озонаторов для обеззараживания полости рта и органов дыхания, выполненные на основе пьезоэлектрической зажигалки, в которой с возникновением искры происходит озонирование воздуха. При этом разрядник такого озонатора заключен в безопасный перфорированный колпачок округлой формы, а размеры его уменьшены до размеров кармана одежды.

Озонаторы, в которых используется способ искрового разряда для получения озона и аэроионов, имеют очень низкую производительность, причем электроды, между которыми происходит электрический разряд сравнительно быстро изнашиваются, поскольку подвержены интенсивной электрокоррозии. Такие устройства не безопасны, обладают низкой стабильностью выходных характеристик и, к тому же, в режиме «жесткого» искрового разряда образуют вредные азотосодержащие соединения.
Вышеперечисленные проблемы успешно решаются, если в основе озоногенератора используется принцип барьерного разряда.

Функциональная схема пьезоэлектрического барьерного озонатора.

Пьезоэлектрический барьерный озонатор ударного возбуждения представлен на Фиг.1.

Озонатор содержит пьезоэлектрический элемент 1, симметричный пороговый коммутатор 2, дифференцирующую цепь 3, конденсатор 4, трансформатор 5 и озоногенератор 6 барьерного типа.
Устройство работает следующим образом. Пьезоэлемент 1 вырабатывает электрическую энергию в виде импульсов напряжения, которые через пороговый коммутатор 2 поступают на первичную обмотку трансформатора 5 и параллельно включенный конденсатор 4, образующие резонансный контур 4, 5 ударного возбуждения. Когда напряжение на выходе пьезоэлемента 1 достигает порогового напряжения коммутатора 2, последний резко открывается и замыкает цепь питания контура 4, 5. Под действием приложенной электрической энергии в первичной обмотке трансформатора 5 на резонансной частоте происходят высокочастотные колебания ударного возбуждения. Эти колебания через вторичную обмотку трансформатора 5 поступают на озоногенератор 6, в конструкции которого для образования озона и аэроионов используется принцип барьерного разряда.

Описание работы пьезоэлектрического барьерного озонатора.

Коммутатор 2 обладает симметричной характеристикой. Он открывается при одном и том же пороговом значении напряжения, образующегося на выводах пьезоэлемента 1, независимо от его полярности. Это необходимо для того, чтобы исключить постоянную составляющую подмагничивания трансформатора 5, обеспечить оптимальное его согласование с нагрузкой и уменьшить потоки рассеяния в обмотках.

Необходимость резкого подключения резонансного контура 4, 5 к пьезоэлементу 1 вызвана двумя причинами. Во-первых, это нужно для того, чтобы обеспечить максимальную устойчивость колебаний на высокой частоте, уменьшить намоточные данные трансформатора 5, его габариты и массу. Во-вторых, коммутатор 2 выполняет функции порогового буфера, подключающего резонансный контур 4, 5 к выводам пьезоэлемента 1 в оптимальном режиме, благодаря чему первоначальное накопление электрического заряда на обкладках пьезоэлемента 1 происходит на холостом ходу. Это уменьшает потери электрической энергии при возбуждении пьезокристалла и увеличивает его КПД. Пороговый коммутатор 2 закрывается, когда проходящий через него ток становится меньше тока удержания. В этот момент коммутатор 2 отсекает колебательный контур 4, 5 от источника энергии 1, тем самым, поддерживая свободные колебания в первичной обмотке трансформатора 5 на резонансной частоте.

В то время, когда пьезоэлемент 1 вырабатывает электрическую энергию, на вторичной обмотке трансформатора 5 образуются пакеты переменного импульсного напряжения с частотой 20…70кГц, в результате чего происходит «мягкое» возбуждение озоногенератора в режиме барьерного разряда. Дифференцирующая цепь 3 защищает схему от резких выбросов и перепадов напряжений, а также паразитных высокочастотных колебаний, нарушающих работу резонансного контура 4, 5. Она повышает КПД устройства, уменьшая тепловые потери в обмотках трансформатора 5, и увеличивает стабильность работы системы на резонансной частоте. Наличие дифференцирующей цепи 3 благоприятно сказывается на процессе включения/выключения коммутатора 2.

Достоинства пьезоэлектрического барьерного озонатора.

Производительность по озону описанного устройства в 3…7 раз выше производительности искровых аналогов при идентичных параметрах пьезоэлемента.

Устройство имеет небольшие габариты и массу, полную независимость от внешних источников энергии, высокий КПД, высокую стабильность выходных характеристик и широкий диапазон использования.
Пьезоэлектрический озонатор относится к высоковольтной импульсной технике и может использоваться в малогабаритных энергонезависимых приборах медицинского и сельскохозяйственного назначения, предназначенных для осуществления озоновоздушных манипуляций. Применение пьезоэлектрического озонатора не нарушает экологию окружающей среды и не оказывает вредного воздействия на человека.

на Главную
 
mailto: info@kosmin.ru