Свойства, получениие и применение озона (стр. 33 )

Шину –20 кВ от выпрямителя 2 присоединяют к катоду тиратрона 3, а шину +20 кВ — к аноду тиратрона 4. Разрядный промежуток озонатора 5 включают в цепь между средней точкой выпрямителя 2 и точкой соединения анода лампы 3 и катода лампы 4. Управляющие сетки тиратронов включены в схему триггерного импульсного генератора 6, характеризующегося короткими импульсами с регулируемой частотой, которая контролируется устройством 7. Генератор настраивают на частоту в диапазоне f = 50¸20000 Гц, в зависимости от требуемой концентрации О3.

Энергетическую эффективность (к. п.д.) озонатора можно повысить при использовании крутых коротких импульсов напряжения. Импульсы, распространяющиеся в виде бегущей волны, создают активную корону. Например, выработка О3 при напряжении U = 18¸20 кВ и частоте f = 50 Гц составляет 12 г/ч, при расходе электроэнергии — 25 Вт×ч/г, а при использовании тиристорного преобразователя частоты с напряжением U = 12¸13 кВ и регулируемой частотой f = 500¸1200 Гц, выход О3 достигает 45¸60 г/ч, с расходом электроэнергии — 12¸15 Вт×ч/г. Причем инверторы тока с прямоугольной формой тока обеспечивают лучшие условия протекания процессов образования О3.

Способ получения озона (а. с. 874603 СССР, С01В 13/12, опубл. 04.05.1978) осуществляется путем воздействия на газообразный кислород электрическим разрядом, причем для повышения степени превращения кислорода в озон, в качестве электрического разряда используют СВЧ импульсный электрический разряд, возбуждаемый электромагнитным излучением 10 см диапазона при длительности импульсов 2¸4 мкс.

Способ озонирования воздуха (а. с. 899455 СССР, С01В 13/10, опубл. 27.02.1980) включает его очистку от пыли и влаги, а также охлаждение, причем для снижения энергоемкости технологического процесса, охлажденный воздух перед озонированием подвергают обработке в электрическом поле напряжением 10¸250 кВ и напряженностью 28¸100 кВ/см.

Способ озонирования воздуха (а. с. 941276 СССР, С01В 13/11, опубл. 26.01.1980) включает его очистку, осушку, охлаждение и воздействие на него электрического разряда, причем для снижения энергоемкости и повышения выхода О3, воздействие проводят высоковольтным импульсным paзрядом с амплитудой напряжения U = 10¸600 кВ, длительностью импульса (1,2¸200)×10-6 с, скоростью нарастания напряжения 10¸105 кВ/мкс и скважностью между импульсами 0,9×10-3¸1,12 с.

Многоэлементный электрический озонатор (а. с. 1390182 СССР, С01В 13/11, опубл. 25.12.1984) имеет разрядный элемент состоящий из двух расположенных на расстоянии друг от друга и присоединенных к источнику питания электродов, один из которых в виде металлического покрытия нанесен на диэлектрическую стенку, выполненную в виде герметичной камеры, причем для наработки озонатора до отказа путем обеспечения самоотключения разрядного элемента с пробитой диэлектрической стенкой, металлическое покрытие присоединено к электрическому источнику питания через газоразрядный промежуток, расположенный внутри камеры.

Озонатор (пат. 649753 Швейцарии, C01B 13/11, H01T 15/00, опубл 14.06.1985) имеет разрядник из двух электродов, источник высокого напряжения и искровой промежуток с подвижным и неподвижным электродами. Причем между электродами создают импульсы тока 10-6¸10-9 с длительностью, а также импульсные напряжения, в том числе с импульсами прямоугольной формы, без применения скользящих контактов. При этом импульсы тока заканчиваются до того, как тлеющий разряд может перейти в дуговой, поэтому предотвращается разрушение электродов и декомпозиция О3.

Электрический коммутатор для схемы питания озонатора (заявка 2652283 ФРГ, С01В 13/11, опубл. 18.05.1978), включает добавочные контура с резистором и искровым разрядником (или с двумя разрядниками), что позволяет улучшить форму питающего напряжения и повысить выход озона.

Устройство питания генератора озона (а. с. 984994 СССР, С01В 13/11, опубл. 21.05.1980) содержит источник постоянного напряжения, к выходу которого через последовательную цепь из дросселя и тиристора подключена первичная обмотка высоковольтного трансформатора, высоковольтная вторичная обмотка которого образует выводы для подключения нагрузки и блок управления, причем для повышения КПД и упрощения, последовательно и согласно с первичной обмоткой включена дополнительно введенная обмотка, зашунтированная конденсатором, при этом первичная и дополнительная обмотки расположены на одном стержне магнитопровода трансформатора, а высоковольтная - на другом.

В схеме электрического питания высоковольтного электроразрядного озонатора от источника переменного тока (пат. 2111041 ФРГ, С01В 13/11, опубл. 12.06.1980), например, трансформатора, в цепь источника и высоковольтного электрода озонатора включают катушку индуктивности. Индуктивность Lк этой катушки подбирается так, чтобы собственная частота n1 колебаний контура, образованного Lк и емкостью твердого диэлектрика CТ разрядного элемента озонатора, была ниже рабочей частоты n0 источника питания, но собственная частота n2 колебаний контура, образованного Lк и суммарной емкостью Cc диэлектрика и газоразрядного промежутка, была больше n0. При этом напряжение источника питания U на разрядном промежутке значительно выше напряжения U0 источника питания, что приводит к увеличению концентрации O3 в продукте и увеличению производительности аппарата. Например, в озонаторе с кольцевым разрядным промежутком длиной 106 см и шириной 2,2 мм при диаметре электрода 45,6 мм С1 = 3,16 мкФ и Сс = 0,475 мкФ. При этом озонатор питается от трансформатора при n0 = 50 Гц и U0 = 8,8 кВ. В цепь высоковольтного источника включают катушку с Lк = 94,7 Гн, при этом n1 = 41 Гц, n2 = 106 Гц, а U возрастает до 15,6 кВ, т. е. в 1,97 раза. Величина cosj увеличивается до 0,82, а выход O3 составляет 5,3 кг/ч.

Электрический источник питания для озонатора (заявка 255204 Японии, C01B 13/11, H05F 3/04, опубл. 23.02.1990) включает вторичную обмотку преобразователя, сопротивление и диод, включенные между собой параллельно, а вся группа указанных элементов включена последовательно с источником постоянного напряжения. Периодические всплески напряжения, генерируемые источником, обеспечивают тлеющий разряд на катоде. Для питания высокочастотных озонаторов малой мощности можно использовать резонансные преобразователи, т. к. возможно преобразование источника напряжения в источник тока, обеспечивающего устойчивость процесса разряда, защиту от короткого замыкания, достижение высокого уровня напряжения. Можно использовать, например, преобразователь, объединяющий в себе свойства катушки индуктивности и конденсатора (5 кВ, 6,5 кГц).

Устройство для стерилизации воздушной среды (заявка 93042447/13 России, A61L 9/00, опубл. 26.08.1993) содержит разрядник озонатора и систему питания озонатора, в виде последовательно соединенных усилительного каскада и схемы согласования комплексного сопротивления разрядника с выходным сопротивлением усилителя, причем схема согласования представляет собой П-контур.

Высокочастотный озонатор (заявка 93044213/26 России, С01В 13/11, опубл. 01.09.1993) выполнен так, что для повышения стабильности работы, в его конструкцию введены высоковольтный конденсатор, емкость которого значительно выше собственной емкости генератора, высокоэлектропроводный экран, которым снабжена искусственная длинная линия, датчик тока и система автоматической подстройки частоты, которые подключены между источником питания и искусственной длинной линией.

Озонатор (заявка 93048675/26 Россия, C01B 13/11, опубл. 21.10.1993) имеет разрядник, снабженный конденсатором, подключенным последовательно к первичной обмотке трансформатора и полупроводниковому диоду, подключенным параллельно этой же обмотке.

Высокочастотный озонатор (заявка 96112434/25 России, С01В 13/11, опубл. 18.06.1996), содержащий низковольтный электрод, высоковольтный охлаждаемый электрод, разрядную зону с патрубками подвода кислородсодержащего газа и отвода озон-содержащей смеси, выполнен так, что низковольтный электрод снабжен нагревателем, между упомянутыми электродами установлена охлаждаемая управляющая сетка, подключенная к ВЧ источнику напряжения и ограничивающая разрядную зону со стороны низковольтного электрода, а после патрубка отвода озоно-содержащей смеси установлено вакуумирующее устройство.

Установка для производства озона (заявка 97100036/25 России, С01В 13/11, опубл. 06.01.1997) содержит два подвода внешнего напряжения, выпрямитель с диодом и сглаживающим конденсатором, включенным между подводами, высоковольтный (ВВ) трансформатор и генератор озона. Дополнительно установка снабжена блокинг-генератором, а ее выпрямитель - дополнительным диодом, соединенным с другим диодом по двухполупериодной схеме выпрямления. При этом, в один из подводов внешнего напряжения перед выпрямителями, включен ограничительный конденсатор с резистором утечки, а выход выпрямителя соединен с одним из выводов первичной обмотки высоковольтного трансформатора. Другой выход выпрямителя соединен с другим выводом первичной обмотки высоковольтного трансформатора через блокинг-генератор, который снабжен положительной обратной связью с вторичной обмоткой ВВ трансформатора.

В качестве источника высокого напряжения в озонаторе можно использовать керамический трансформатор с иголками на пластинчатых электродах. Керамический трансформатор обеспечивает более высокий скачок напряжения и меньшее входное сопротивление, чем высоковольтная нагрузка. В таком генераторе озона обеспечивается саморегулирование тока и защита от бросков тока без схемы управления, т. к. напряжение на электродах керамического трансформатора автоматически снижается, когда сопротивление между ними становится низким (РЖ Электротехника, 1999, №2, 2П48).

Возможные рекомендации по источникам питания озонаторов [56]:

1. Применение последовательного инвертора напряжения, собранного по автономной схеме и возбуждающего в озонаторе прямоугольную форму напряжения переменной амплитуды и частоты, повышает его производительность в 1,5 раза и эффективность в 2,1 раза, по сравнению с этими параметрами в озонаторе, работающем при подаче напряжения по синусоидальной форме промышленной частоты.