Нурпеисова К.М.

Казахский национальный технический университет им.И.Сатпаева

Способ усиления электрического тока в озонаторе

Как известно, удельные энергозатраты озонирующего элемента определяются количеством выработанного озона на единицу затрачиваемой электроэнергии (г/кВтч). В связи с чем, возникает необходимость уменьшения значений питающего напряжения при постоянстве величины тока разряда, так как величина тока в первую очередь определяет количество вырабатываемого озона. Было установлено что при постоянном значении силы тока коронного разряда, величина напряжения питания  уменьшается  при снижении давления воздуха в разрядном промежутке [1].

Для этой цели возможен способ откачки объема, куда помещен озонирующий элемент. Но, в связи с необходимостью вывода озона из этого объема, едва ли этот метод пригоден для практических применений.

Был предложен способ снижения давления воздуха в области разряда, который основан на использовании свойств электрического ветра, возникающего в условиях коронного разряда. В этом случае, электрический ветер создает скоростной напор потока воздуха (до 5 м/с) в рабочей зоне и заставляет работать разрядный промежуток в режиме ионно-конвекционного насоса.

Во внешней области коронного разряда находится объемный заряд, движущийся от коронирующего электрода к внешнему. Ионы, сталкиваясь с молекулами воздуха, передают им некоторую энергию. В результате нейтральные молекулы воздуха приходят в движение, образуя течение среды, известное под названием электрический ветер. Наибольший интерес представляет система электронов в виде игла - плоскость, так как в этом случае следует ожидать наибольших значений скорости ветра. Результаты измерения скорости ветра в системе электродов игла - плоскость показывают, что средняя скорость движения среды на оси струи постоянна и зависит только от величины тока коронного разряда [2].

В основе действия ионно-конвекционного насоса также лежит использование коронного разряда, возникающего, между коронирующей иглой, к которой подведено высокое напряжение, и противоположно заземленным электродом, отделенным от иглы изолятором. Ионизация происходит в узком коронирующем слое около острия иглы, а образовавшиеся носители осуществляют передачу импульса нейтральным молекулам воздуха во внешней области коронного разряда. Достигнув заземленного электрода, ионы рекомбинируют, а поток воздуха, проходя через отверстия в электроде, осуществляет принцип ионно-конвекционного насоса [3].

Применение принципа ионно-конвекционного насоса для системы электродов игла – плоскость может привести к некоторому снижению давления воздуха в разрядном промежутке, что может быть более существенным в случае, если поместить его в полузакрытую камеру. Теоретическое описание работы насоса сводится к расчету внешней области коронного разряда, непосредственно создающей перепад давления. Выражение для определения перепада давлений, возникающего в насосе при прохождении разрядного тока, получается достаточно громоздким и неудобным для практического применения. Это выражение существенно упрощается, если брать сферически симметричный случай при скорости потока  V = 0, тогда перепад давлений будет равен:

 

,

 

 

 

 

 

где r0 - радиус коронирующего острия; r1 - расстояние до заземленного электрода; j1 - плотность тока в сечении r 1; k -  подвижность ионов.

На рис. 1 представлена функциональная схема устройства для осуществления способа усиления электрического тока в озонирующем элементе, состоящей из электродной системы игла-сетка [4]. Устройство содержит коронирующий электрод 1 в виде иглы и внешний электрод 2 в виде сетки, расположенные в трубе 3 с заглушкой 4, выполненные из озоностойкого изоляционного материала (фторопласт, винипласт и т. д.). Кроме того, показаны направления ионов 5 и пристеночного потока воздуха 6, поступающего в камеру извне. К коронирующему электроду через микроамперметр (мкА) подведено питающее напряжение (-U), а сеточный электрод 2 заземлен.

Устройство  работает следующим образом. После  подачи  напряжения

(-U), достаточной величины на коронирующий электрод 1, между ним и сеточным электродом 2 возникает и протекает коронный разряд, причем образованный при этом отрицательный объемный заряд охватывает пространство 5, очерченное штриховыми линиями и показанное на рисунке. С течением некоторого времени (не более 5с) устанавливается устойчивый электрический ветер, направленный в открытую часть разрядной камеры и устройство начинает работать в режиме ионно-конвекционного насоса. При этом наблюдается постепенное снижение давления воздуха внутри разрядной камеры и, как и следовало ожидать, увеличивается сила разрядного тока. Такое положение не может, продолжаться долго, так как в определенный момент начинаются процессы засасывания наружного воздуха через промежуточную область разрядной камеры 6. Через некоторое время устанавливается стабильный  режим  пониженного давления воздуха  внутри  разрядной камеры,

 

 

 

 

 

 

 

что означает превалирование процесса отсоса воздуха над процессом поступления внешнего воздуха в камеру.

 

 

 

 

          Рис.1

 

Литература:

 

1.     Бахтаев Ш.А. Коронный разряд на микропроводах. Алма-Ата: Наука, 1984.

2.     Верещагин И.П. Коронный разряд в аппаратах электронно-ионной технологии. М.: Энергоатомиздат, 1985. –С. 117-128.

3.     Рубашов И.Б., Бортников Ю.С. Электрогазодинамика. М.: Атомиздат, 1971. –С. 139-153.

4.     Бахтаев Ш.А., Дюсебаев М.К., Нурпеисова К.М. Способ усиления электрического тока в озонаторе. Заявка №2006/0588.1 от 16.05.2006 г., 9 с.