Трубчатый барьерный озонатор

Автор: Тышкевич Е.В. (Патент RU 2307787)

Трубчатые озонаторы барьерного типа довольно широко применяются в качестве устройств, предназначенных для получения озона из атмосферного воздуха. Наиболее простой, надежной в эксплуатации является конструкция трубчатого озонатора, у которого в качестве активного элемента используется внешний металлический электрод спиралевидной формы. Как известно, в реальной жизни не бывает идеальных решений, поэтому всегда имеется возможность создать нечто более совершенное.

Функциональная схема трубчатого барьерного озонатора.

На рисунке представлена функциональная схема трубчатого барьерного озонатора со спиралевидным активным электродом.

Озонатор состоит из высоковольтного генератора 1 переменного тока и разрядного блока 2, вырабатывающего озон из атмосферного воздуха. Разрядный блок 2 содержит коаксиально расположенные металлические трубчатый 3 и спиралевидный 4 электроды, между которыми находится многослойный диэлектрический барьер, состоящий из чередующихся слоев 5 и 6, имеющих различную диэлектрическую проницаемость. Между слоями 5 и 6, в средней части диэлектрического барьера, помещен изолированный токопроводящий экран 7 трубчатой формы, выполненный из металла или токопроводящего полимера. Трубчатый электрод 3, расположенный внутри разрядного блока 2, конструктивно выполняет роль несущего элемента. Спиралевидный электрод 4 размещен на внешней поверхности разрядного блока 2, которая является наружным слоем диэлектрического барьера 5 или 6. Порядок чередования диэлектрических слоев 5 и 6, толщина и их количество зависит от производительности озонатора и электрических параметров выходного сигнала генератора 1: мощности, напряжения, частоты, скважности и т.д. Общий вывод генератора 1 вместе с трубчатым электродом 3 соединен с землей. Спиралевидный электрод 4 подключен к выходу высоковольтного генератора 1.

Описание работы трубчатого барьерного озонатора.

При подаче высокого напряжения на электрод 4 между ним и заземленным трубчатым электродом 3 образуется переменное электрическое поле, в результате чего вблизи спиралевидного электрода 4 возникает объемный барьерный разряд, который инициирует образование озона из кислорода окружающего воздуха. Образующийся озон выносится наружу из зоны барьерного разряда потоком воздуха, омывающего высоковольтный электрод 4.

Для выравнивания градиентов напряженности электрического поля по всему объему диэлектрического барьера в конструкции используется принцип чередования слоев 5 и 6 с различной диэлектрической проницаемостью. Узлы напряженности, образующиеся внутри диэлектрика с большей проницаемостью, «размываются» слоем диэлектрика с меньшей проницаемостью, находящимся по направлению вектора напряженности. Увеличение количества чередующихся слоев 5 и 6 способствует выравниванию электрического поля, однако чрезмерное их количество снижает КПД всей конструкции.

Для повышения нагрузочной способности диэлектрического барьера и увеличения пробивного напряжения между слоями 5 и 6 помещен тонкий токопроводящий экран 7 трубчатой формы, изолированный от обоих электродов 3 и 4. Он препятствует прохождению сквозных блуждающих токов между электродами 3 и 4, создавая буферную зону в виде эквипотенциальной поверхности внутри диэлектрической структуры, дополнительно выравнивая градиенты напряженности электрического поля. Помимо этого токопроводящий экран 7 выравнивает температуру внутри диэлектрического барьера 5, 6, повышая его нагрузочную способность. Такая конструкция позволяет увеличить напряжение высоковольтного генератора 1 на 15…20 % по сравнению с однослойной конфигурацией. Кроме того, устройство сохраняет работоспособность при низких напряжениях генератора 1, ниже 1000В. Данный режим возможен благодаря значительному снижению общей толщины диэлектрического барьера при сохранении высокого пробивного напряжения. Толщина каждого диэлектрического слоя 5 или 6 может быть снижена до 30…50 микрон.

Охлаждение электрода 3 осуществляется воздухом, проходящим внутри трубчатого канала. Охлаждение спиралевидного электрода 4 производится внешним потоком воздуха, омывающим разрядный блок 2.

Достоинства трубчатого барьерного озонатора.

Озонатор обладает высокой производительностью и стабильностью рабочих характеристик, имеет высокий КПД, широкий диапазон использования и увеличенный срок эксплуатации. Его конструктивные возможности позволяют изготавливать компактные энергонезависимые переносные устройства.

К достоинствам следует отнести широкий диапазон используемых частот от 50Гц до 130кГц и напряжений от 850В до 30кВ.

Озонатор обеспечивает «мягкий» режим возбуждения барьерного микроразряда, благодаря этому сведено к минимуму образование вредных азотосодержащих соединений.