Генератор озона

В изобретении генератор озона относится к области производства озона и может быть использован для очистки воды и обработки помещений в медицине. Генератор озона содержит разрядную камеру в виде прямоугольного параллелепипеда, внутри которой стопкой уложены плоские электроды и диэлектрические барьеры, имеется входная и выходная полости. Прямоугольные металлические электроды уложены так, что нечетные пластины примыкают к одной стороне камеры, а четные к другой стороне, а сами стороны являются общими шинами высокого и низкого напряжения. В разрядном промежутке диэлектрический барьер примыкает вплотную к одному из электродов. В качестве диэлектрического барьера используется сегнетокерамика BaTiO3-BaZrO3. Техническим результатом изобретения является повышение производительности, надежности и стабильности работы генератора озона. Четвергов Николай Антонович,Токарев Николай Андреевич, Турчин Павел Петрович, Мисюль Сергей Валентинович (RU) Черепанова Л.И. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU) Изобретение относится к области производства озона из кислорода или воздуха и может быть использовано в медицине для очистки воды и обработки помещений. Известно устройство разрядной камеры [Патент, Россия 2057059, МКИ С 01 В 12/11, опубл. 27.031996], в которой диэлектрическим барьером является керамика на основе глинозема Al2O3 с добавлением оксида марганца MnO. Известен также генератор озона, состоящий из двух разрядных камер [Патент, Россия 2127220,МКИ С 01 В 13/11, опубл. 10.03.1999], соединенных последовательно с переменным зазором разрядного промежутка. Диэлектриком является керамика с диэлектрической проницаемостью =8. Общим недостатком вышеперечисленных аналогов является сложность конструкций и малая управляемость свойствами барьерной керамики в процессе электросинтеза озона. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является генератор озона,содержащий разрядную камеру в виде прямоугольного параллелепипеда, внутри которой стопкой уложены плоские электроды и диэлектрические пластины для электрического барьера, имеется входная и выходная плоскости, воздушный разрядный промежуток образован между двумя диэлектрическими пластинами из керамики, примыкающими вплотную к металлическим электродам [Патент, Россия 2206496, МКИ С 01 В 13/11, опубл. 20.06.2003 (прототип)]. Недостатком прототипа является жесткая привязанность электрических параметров барьерной керамики к источнику питания, что мешает добиться оптимального режима разряда в камере, вследствие чего возникают локальные перегревы в диэлектрическом слое и неравномерное распределение микроразрядов, которые приводят к эрозии и разрушению пластины, а также малое значение величины диэлектрической постоянной керамики. Техническим результатом изобретения является повышение производительности, надежности и стабильности работы генератора озона. Технический результат достигается тем, что в генераторе озона, содержащем разрядную камеру в виде прямоугольного параллелепипеда, внутри которой стопкой уложены плоские электроды и диэлектрические пластины для электрического барьера, имеется входная и выходная полости, электроды в виде прямоугольных металлических пластин уложены так, что нечетные пластины примыкают вплотную к одной боковой стороне камеры, а четные - к другой стороне камеры, а сами стороны являются общими шинами высокого и низкого напряжения соответственно, новым является то, что диэлектрические пластины изготовлены из сегнетокерамики BaTiO3-BaZrO3. Таким образом, в заявляемом генераторе озона в качестве диэлектрических пластин используют сегнетокерамику с высоким значением диэлектрической постоянной, при этом сегнетокерамика изготовлена на основе твердого раствора BaTiO3-Ba2ZrO3. Признаки, отличающие заявленное изобретение от прототипа, обеспечивают ему соответствие критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данных и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "изобретательский уровень". Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена разрядная камера. На фиг. 2 представлена ячейка с разрядным воздушным промежутком 8 между электродом 2 и диэлектрической пластиной 3 из сегнетокерамики. Генератор озона содержит разрядную камеру 1 в виде прямоугольного параллелепипеда (фиг. 1),внутри которой стопкой уложены плоские прямоугольные электроды 2, диэлектрические пластины из сегнетокерамики 3, служащие электрическими барьерами, имеется входная полость 4, выходная полость 5, входной патрубок 6, выходной патрубок 7 и разрядные промежутки 8. Электроды уложены так, что нечетные пластины примыкают вплотную к одной боковой стороне камеры, а четные - к другой, а сами боковые стороны являются общими шинами высокого и низкого напряжения соответственно. Электроды и диэлектрические пластины разделяются дистанционными прокладками из диэлектрика (на фиг. 1 они не показаны). Газовый поток через входной патрубок 6 фиг. 1 подается в полость 4. Газоозоновая смесь из разрядных промежутков 8 поступает в выходную полость 5, объем которой больше входной полости. Происходит расширение газа и температура смеси понижается за счет адиабатических процессов. В разрядной камере осуществляется синтез озона в электрических разрядах из кислорода или из кислородосодержащих смесей газов [Ю.В. Филиппов, В.А. Вобликова, В.И. Пантелеев "Электросинтез озона", изд-во Московского университета, 1987]. Группу реакций, приводящих к синтезу озона, можно представить М - любая частица, например атом или молекула кислорода, молекула озона, атом или молекула примеси. Для сегнетокерамики, в отличие от керамики, характерна спонтанная поляризованность в определенном интервале температур, нелинейная зависимость относительной диэлектрической проницаемостии тангенса потерь tgот температуры, частоты и напряженности электрического поля, высокая диэлектрическая проницаемость [Рез И.С., Поплавко Ю.М. Диэлектрики. Основные свойства и применение в электронике. - М.: Радио и связь, 1989, с. 185-191]. При помещении сегнетокерамики в электрическое поле поляризация увеличивается и наблюдается рост относительной диэлектрической проницаемости. В области резкого роста поляризации диэлектрическая проницаемость сегнетокерамики максимальна. Существенное влияние на поведение сегнетокерамики в электрическом поле оказывает температура. При достижении некоторой температуры сегнетокерамики переходят в параэлектрическое состояние. Эту температуру называют температурой Кюри. С увеличением температуры величина относительной диэлектрической проницаемости увеличивается и в точке Кюри принимает максимальное значение. Диэлектрический слой (барьер) играет важную роль в процессе электросинтеза и его параметры определяют стабильность работы разрядной камеры. Для этого рассмотрим отдельно поведение диэлектрического барьера из сегнетокерамики в одном разрядном промежутке (фиг. 2). Это необходимо для дальнейшего описания изобретения. По существу, это электрический прибор, имеющий два соединенных последовательно конденсатора с различными диэлектриками: разрядного воздушного промежутка с диэлектрической проницаемостью 1 и сегнетокерамики с диэлектрической проницаемостью 2. Пусть параметры на фиг. 1 имеют значения: 1=1, 2=500, h=1 мм, х=1 мм, U=1000 В, тогда напряженность электрического поля в воздушном зазоре Напряженность электрического поля в сегнетокерамике Напряженность электрического поля в разрядном воздушном промежутке E1 106 В/м и по величине близко к пробойному напряжению воздуха, равному Епр 310 В/м. Чтобы оценить минимальный зазор х, обратимся к формуле (1). Пренебрегая произведением h1 и заменяя E1 на Епр, получим критический размер воздушного разрядного зазора Так как диэлектрическая проницаемость сегнетокерамики зависит от напряженности электрического поля, то можно выбрать напряжение U на электродах и значение диэлектрической проницаемости сегнетокерамики будет определяться этим электрическим полем. Например, выбрать температурный интервал, в котором будет изменяться диэлектрическая проницаемость сегнетокерамики 2. Здесь есть возможность управлять приложенным напряжением U и выбирать оптимальный и экономный режим работы разрядной камеры. Представим теперь, что в процессе работы разрядной камеры диэлектрический барьер из сегнетокерамики испытывает неравномерный нагрев диэлектрической пластины, в результате чего в местах нагрева диэлектрическая проницаемость увеличивается, а напряженность электрического поля в сегнетокерамике уменьшается. Срабатывает обратная связь и система возвращается в исходное состояние. Это следует из формулы (2), т.е. если 2 растет от температуры, то Е 2 уменьшается, а напряженность электрического поля Е 1 не меняется. Другими словами, диэлектрический барьер из сегнетокерамики в разрядной камере автоматически поддерживает себя в оптимальном температурном интервале. В генераторе озона получается устойчиво-однородный равномерно распределенный разряд. Любое нарушение этой однородности (краевые эффекты, локальные микроразряды и т.д.) за счет нелинейных параметров сегнетокерамики можно устранить. Сегнетокерамика состава BaTIO3-BaZrO3 образует непрерывный ряд твердых растворов [Справочник по электротехническим материалам/ Под ред. Корицкого Ю.В., Пасынкова В.В.,Тареева Б.М., т. 3. - Л.: Энергоатомиздат, 1988, с. 550-579] с различными электрическими свойствами в зависимости от содержания второго компонента. Технология изготовления сегнетокрамики дается в справочнике [Справочник по электротехническим материалам/ Под ред. Корицкого Ю.В., Пасынкова В.В., Тареева Б.М., т. 2. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 217-224]. Пример: сегнетокерамика состава BaTIO3-BaZrO3 с содержанием второго компонента 5% при комнатной температуре имеет диэлектрическую проницаемость, равную 500, а при температуре 100 С диэлектрическая проницаемость принимает значение 7500, при этом напряженность электрического поля Е 2 по формуле (2) уменьшится на порядок. Заявленное изобретение, при применении в генераторах озона сегнетокерамики в качестве диэлектрического барьера, позволит повысить надежность и стабильность работы разрядной камеры, а также выбрать экономичный режим путем введения обратных связей, исходя из функциональных параметров диэлектрического барьера из сегнетокерамики. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Генератор озона, содержащий разрядную камеру в виде прямоугольного параллелепипеда, внутри которой стопкой уложены плоские электроды и диэлектрические пластины для электрического барьера,имеется входная и выходная полости, электроды в виде прямоугольных металлических пластин уложены так, что нечетные пластины примыкают вплотную к одной боковой стороне камеры, а четные - к другой стороне камеры, а сами стороны являются общими шинами высокого и низкого напряжения соответственно, отличающийся тем, что диэлектрические пластины изготовлены из сегнетокерамики BaTiO3BaZrO3.