Озонатор
Владельцы патента RU 2429193:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет (RU)
Изобретение относится к устройствам для получения озона и может быть использовано на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях для обработки воздушных и водных сред. Озонатор включает индуктор барьерного типа, выполненный из плоских кассет-электродов прямоугольной формы, которые соединены через один в два пучка и с высоковольтной обмоткой трансформатора питания, размещен в трубе и снабжен системами очистки и охлаждения подаваемого воздуха, состоящими из камеры предварительного подогрева воздуха и камеры конденсационной. Камера предварительного подогрева воздуха состоит из расположенных на внутренней поверхности трубы «горячих» радиаторов термоэлектронных микроохладителей (ТЭМО) с системой жалюзи, регулирующих поток воздуха. Камера конденсационная состоит из закрепленных на внешней поверхности трубы «холодных» радиаторов ТЭМО и снизу содержит уклон, осуществляющий отвод конденсированной влаги, и влагозадерживающий фильтр, исключающий возможность попадания влаги внутрь индуктора барьерного типа. Модули ТЭМО выполнены на базе элемента Пельтье со слюдяной пластинкой между сторонами элемента и теплорассеивающими радиаторами. 4 ил.
Изобретение относится к устройствам для получения озона и может быть использовано на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях для обработки воздушных и водных сред.
Известен озонатор (пат. США №3973133, (С01В) кл.250-532, 1976 г.) с большим числом плоских охлаждаемых электродов, в прямоугольном корпусе из электроизоляционного материала. Электроды установлены с определенным интервалом и соединены в две группы через один. Каждый электрод выполнен из двух плоских металлических листов с профилированными углублениями определенной конфигурации так, что при соединении этих листов образуются каналы, охватывающие практически всю поверхность электродов.
Электроды соединены с обмоткой высоковольтного трансформатора, а охлаждение электродов осуществляется посредством фреоновой холодильной машины.
Недостатком известного озонатора является неэффективная и сложная система охлаждения электродов, при которой для осуществления ремонта разрядных элементов необходимо разобрать весь пакет электродов и, кроме того, система охлаждения электродов, осуществляемая посредством фреоновой холодильной машины, имеет ряд существенных недостатков:
1. Большие габариты и наличие движущихся частей;
2. Высокая чувствительность к вибрациям и отсутствие возможности плавного и точного регулирования температурного режима;
3. Токсичность рабочего газа.
Известен пластинчатый озонатор с центральным коллектором, который носит название «Озонатор «Отто» (см. В.Ф.Кожинов. Очистка питьевой и технической воды. Примеры и расчеты, М., Изд-во литературы по строительству, 1971 г., с.82-85). Озонатор «Отто» выполнен из нескольких параллельно размещаемых разрядных элементов, чередующихся в определенной последовательности, а именно: заземленный электрод, диэлектрик, электрод высокого напряжения, диэлектрик, заземленный электрод и т.д. В качестве электрода используется слой фольги или металлической краски, плотно прилегающей к наружной поверхности полых брусков, которые являются низковольтными вследствие их заземления. Через полые бруски пропускают воду, охлаждающую электроды. Диэлектриками служат тонкие стеклянные пластины, примыкающие к заземленным электродам. Высоковольтные электроды выполнены в виде брусков и система охлаждения их водой электрически изолирована от заземления. Электроды и диэлектрик имеют квадратное сечение с центральным отверстием.
Недостатками известного озонатора являются завышенные габариты корпуса и сложность конструкции, а именно то, что каждый коллектор соединен с плоскими пластинами электродов отдельными трубками, количество которых равно количеству электродов, и их размещение внутри герметичного корпуса требует значительного свободного пространства, а следовательно, увеличения габаритов. Кроме того, озонатор сложно обслуживать и ремонтировать, так как для ремонта необходимо разобрать весь пакет электродов и рассоединить все водоподводящие и водоотводящие трубки. С увеличением числа электродов увеличиваются механические нагрузки при стягивании пакета, что снижает надежность конструкции.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранный в качестве прототипа озонатор (пат. США №3801791, кл.250-532, 1976 г.), состоящий из индуктора барьерного типа, изготовленный из плоских металлических электродов прямоугольной формы, между которыми прокладываются стеклянные диэлектрические пластины и продольные рейки, создающие щелевые разрядные промежутки, через которые пропускается озонируемый газ. Весь слоистый пакет стягивается жесткой монтажной рамой, а электроды соединяются через один в два пучка. Один из них присоединяется к раме, а другой - выводится из аппарата и присоединяется к высокопотенциальной клемме высоковольтного трансформатора питания (6-20 кВ). Рама с пакетом электродов монтируется в металлическом кожухе, а пространство между кожухом и пакетом заполняется газонепроницаемым электроизоляционным материалом. Рама электрически связывается с корпусом, который заземляется. Для отвода тепла, выделяющегося в аппарате, электроды заземляемого пучка изготавливают из листов толщиной 15 мм и максимально уменьшают термическое сопротивление между ними и кожухом, который охлаждается за счет естественной конвенции окружающего воздуха.
Недостатком известного озонатора является то, что он имеет неэффективную систему охлаждения электродов. Поэтому получение высоких фиксированных концентраций озоно-воздушной смеси затруднено.
Техническим решением изобретения является упрощение конструкции, повышение надежности и простоты обслуживания системы охлаждения для индуктора барьерного типа.
Поставленная задача достигается тем, что озонатор, включающий индуктор барьерного типа, выполненный из плоских кассет-электродов прямоугольной формы, которые соединены через один в два пучка и с высоковольтной обмоткой трансформатора питания, размещен в трубе и снабжен системами очистки и охлаждения подаваемого воздуха, состоящими из камеры предварительного подогрева воздуха и камеры конденсационной, при этом камера предварительного подогрева воздуха состоит из расположенных на внутренней поверхности трубы «горячих» радиаторов термоэлектронных микроохладителей (ТЭМО) и системой жалюзи, регулирующих поток воздуха, камера конденсационная состоит из закрепленных на внешней поверхности трубы «холодных» радиаторов ТЭМО и снизу содержит уклон, осуществляющий отвод конденсированной влаги и влагозадерживающий фильтр, исключающий возможность попадания влаги внутрь индуктора барьерного типа, а модули ТЭМО выполнены на базе элемента Пельтье со слюдяной пластинкой между сторонами элемента и теплорассеивающими радиаторами особой формы.
Новизна технического решения обусловлена тем, что:
- камера предварительного подогрева воздуха состоит из расположенных на внутренней поверхности трубы «горячих» радиаторов ТЭМО с системой жалюзи, регулирующих поток воздуха;
- конденсационная камера состоит из закрепленных на внешней поверхности трубы «холодных» радиаторов ТЭМО. Также конденсационная камера снизу содержит уклон, осуществляющий отвод конденсированной влаги и влагозадерживающий фильтр, исключающий возможность попадания влаги внутрь индуктора барьерного типа;
- кассеты-электроды выполнены в виде последовательно расположенных кассет, состоящих из двух стеклянных пластин прямоугольной формы с расположенным между ними электродом;
- модуль ТЭМО выполнен на базе элемента Пельтье со слюдяной пластинкой между сторонами элемента и теплорассеивающими радиаторами особой формы.
По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, т.к. имеется опытный образец устройства.
Сущность предлагаемого озонатора с предварительной подготовкой воздуха поясняется чертежами на фиг.1-4. На фиг.1 показан озонатор с предварительной подготовкой воздуха (разрез вид сбоку). На фиг.2 показан модуль ТЭМО. На фиг.3 показана камера предварительной подготовки воздуха (разрез А-А на фиг.1). На фиг.4 показан индуктор барьерного типа (разрез В-В на фиг.1).
Озонатор (фиг.1-4) состоит из индуктора барьерного типа 1, расположенного в термоизоляционном кожухе 2, содержащем влагозадерживающий фильтр 3, воздух в который поступает из конденсационной камеры 4, содержащей «холодные» радиаторы 5, расположенные на внешней поверхности трубы 6. В свою очередь, воздух в конденсационную камеру 4 поступает из камеры 7 предварительного подогрева воздуха, содержащей «горячие» радиаторы 8, расположенные на внутренней поверхности трубы 6. «Холодные» радиаторы 5 и «горячие» радиаторы 8 через слюдяные пластинки 9 крепятся к элементу Пельтье 10 ТЭМО. Поток воздуха в камеры 7 предварительного подогрева воздуха регулируется жалюзями 11. Для отвода влаги в конденсационной камере 4 предусмотрен уклон и задвижка 12.
Модуль ТЭМО (фиг.2) должен обладать тремя сложно сочетающимися свойствами: высокая электрическая изоляция, высокая теплопроводность и механическая прочность. Данные свойства достигаются применением слюдяных пластинок 9 между сторонами элемента Пельтье 10 и радиаторами 5 и 8.
Конструктивно сверху и снизу на элемент Пельтье 10 прикрепляется клеем слюдяные пластины 9, а к ним сверху и снизу прикрепляются «холодные» 5 и «горячие» радиаторы 8, выполненные из алюминия, в форме обеспечивающей оптимальное рассеивание тепла/холода. Таким образом, достигаются необходимые свойства теплопроводимости.
Для увеличения эффективности работы ТЭМО допускается каскадное использование элементов, что позволяет довести температуру до отрицательных значений даже при значительных значениях рассеиваемой мощности.
Индуктор барьерного типа 1 состоит из кассет-электродов, выполненных в виде последовательно расположенных кассет, состоящих из двух стеклянных пластин прямоугольной формы с расположенным между ними электродом. Устройство индуктора барьерного типа пояснено на фиг.4.
Озонатор работает следующим образом. Атмосферный воздух с начальной влажностью φ0 и температурой t0 через жалюзи 11 поступает в камеру 7 предварительного подогрева воздуха с помощью нагнетающего компрессора (на схеме не показан), в зависимости от значений φ0 и t0 жалюзями 11 регулируется необходимый начальный поток воздуха. В камере 7 предварительного подогрева воздуха атмосферный воздух соприкасается с «горячими» радиаторами 8 термоэлектрических модулей и происходит нагрев воздуха до температуры t1, после чего нагретый воздух с влажностью φ0 и температурой t1 поступает в конденсационную камеру 4. В конденсационной камере 4 подогретый воздух соприкасается с «холодными» радиаторами 5 ТЭМО. При этом водяной пар, содержащийся в воздухе, охлаждаясь ниже точки росы, становится насыщенным, и влага конденсируется на «холодных» радиаторах 5 ТЭМО. Сконденсированная влага скапливается в термоизоляционном корпусе 2 и посредством уклона и задвижки 12 удаляется из устройства. Для исключения возможности проникновения избыточной влаги из конденсационной камеры в индуктор барьерного типа 1 они конструктивно разделены влагозадерживающим фильтром 3. Таким образом, охлажденный и при этом осушенный и очищенный воздух через влагозадерживающий фильтр 3 поступает в индуктор барьерного типа 1, где происходит генерация озоно-воздушной смеси.
Применение предварительного подогрева воздуха позволяет значительно повысить температуру точки росы, что, учитывая перепад температур между горячей и холодной сторонами элемента Пельтье, позволяет более полно осуществить осушение и очистку воздуха.
Холодильный коэффициент (аналог КПД) термоэлектрических устройств меньше аналогичного коэффициента для систем охлаждения на других физических принципах в среднем в два раза. Однако в рассматриваемом устройстве используется как охлаждающие свойства ТЭМО, основанные на применении эффекта Пельтье, так и возникающее при этом процессе тепло. Следовательно, вся электрическая энергия с помощью ТЭМО преобразуется в тепловую энергию, производя полезную работу, что повышает энергоэффективность предлагаемой системы подготовки и термостабилизации воздуха.
Термоэлектрические охлаждающие устройства имеют ряд преимуществ по сравнению с другими охлаждающими устройствами:
- миниатюрность и отсутствие движущихся частей;
- не требуется регулярно менять хладагент;
- простота в эксплуатации и в ремонте;
- нет чувствительности к вибрациям;
- имеется возможность плавного и точного регулирования температурного режима;
- бесшумность, произвольная ориентация в пространстве и поле тяжести;
- малая инерционность.
Озонатор, включающий индуктор барьерного типа, выполненный из плоских кассет-электродов прямоугольной формы, которые соединены через один в два пучка и с высоковольтной обмоткой трансформатора питания, отличающийся тем, что озонатор размещен в трубе и снабжен системами очистки и охлаждения подаваемого воздуха, состоящими из камеры предварительного подогрева воздуха и камеры конденсационной, при этом камера предварительного подогрева воздуха состоит из расположенных на внутренней поверхности трубы «горячих» радиаторов термоэлектронных микроохладителей (ТЭМО) с системой жалюзи, регулирующих поток воздуха, камера конденсационная состоит из закрепленных на внешней поверхности трубы «холодных» радиаторов ТЭМО и снизу содержит уклон, осуществляющий отвод конденсированной влаги, и влагозадерживающий фильтр, исключающий возможность попадания влаги внутрь индуктора барьерного типа, а модули ТЭМО выполнены на базе элемента Пельтье со слюдяной пластинкой между сторонами элемента и теплорассеивающими радиаторами, имеющими форму, обеспечивающую оптимальное рассеивание тепла/холода.
