Способ и устройство защиты от пожара генератора озона

Способ и устройство защиты от пожара генератора озона

Реферат

Изобретение относится к способам и устройствам защиты от пожара при электрическом пробое изоляции генераторов озона, использующих в качестве рабочего газа кислород при повышенном давлении, и может быть использовано в озонаторных устройствах при их промышленном производстве и эксплуатации.

Известен способ защиты озонатора, при котором в разрядном элементе с неповрежденной диэлектрической стенкой внутренняя полость стеклянного баллона откачана до давления 10^-6-10^-7 мм рт.ст., а озонируемый газ пропускают через зазор между наружным электродом и стеклянным баллоном, и напряжение от общего для всех разрядных элементов источника питания прикладывают между внешним и внутренним электродами, в котором внутренний электрод озонатора соединяют с источником через бариевый токопровод [1].

При пробое стеклянного баллона озонируемый газ входит через образовавшийся в стекле сквозной канал в полость баллона, проводящий пленочный бариевый токоввод превращается в изолятор (ВаО). В результате этого дефектный разрядный элемент практически мгновенно отключают от общего источника питания. При большом числе разрядных элементов отключение одного или даже нескольких из них практически не отражается на суммарной производительности озонатора.

Известно устройство защиты газоразрядного озонатора, состоящего из внешнего цилиндрического электрода, герметичного стеклянного баллона, выполняющего функции диэлектрической стенки (перегородки), внутреннего цилиндрического электрода, представляющего собой слой алюминия на внутренней поверхности стеклянного баллона, включающее в себя либо бариевый токопровод и токоввод, либо токопровод, снабженный изоляционным элементом и покрытый слоем бария.

Пленочный токопровод может быть изготовлен не только из бария, но и из других быстро окисляемых при комнатной температуре металлов (например, из алюминия, щелочных и щелочно-земельных металлов). Толщина пленки металла при этом должна быть достаточно малой, чтобы ее окисление протекало в начальной быстрой фазе. Для случая алюминиевого токопровода при толщине пленки 10^-6 мм ее полное окисление до Al₂O₃ происходит за доли секунды [1].

Недостатками данных способа и устройства являются то, что элементы конструкции, выполняющие защитную функцию, расположены внутри электрода, снабженного диэлектрическим покрытием. Это исключает возможность использования предложенных решений при защите мощных высокочастотных генераторов озона, требующих двухстороннего жидкостного охлаждения разрядных промежутков, а также генераторов озона с плоскими электродами.

Известен способ защиты многоэлементного озонатора, при котором в разрядном элементе с неповрежденной диэлектрической стенкой внутренняя полость стеклянного баллона которого откачана до давления 10^-6-10^-7 мм рт.ст., а озонируемый газ пропускают через зазор между электродом и стеклянным баллоном, и напряжение от общего для всех разрядных элементов источника питания прикладывают между внешним и внутренним электродами, в котором внутренний электрод озонатора соединяют с источником питания через газоразрядный промежуток, расположенный внутри камеры [2].

При пробое диэлектрической стенки в ней образуется сквозной канал, через который внутрь герметичной оболочки проходит озонируемый газ, повышающий за несколько секунд давление внутри оболочки до величины >100 кПа. После этого напряжение пробоя между электродами газоразрядного промежутка становится >30 кВ, т.е. превышает амплитудную величину рабочего напряжения озонатора, и дефектный разрядный элемент оказывается отключенным от источника питания.

При большом числе разрядных элементов отключение одного или даже нескольких из них практически не отражается на суммарной производительности озонатора.

Известно устройство защиты многоэлементного электрического озонатора, разрядный элемент которого состоит из двух расположенных на расстоянии друг от друга и подсоединенных к электрическому источнику питания электродов, один из которых в виде металлического покрытия нанесен на диэлектрическую стенку, выполненную в виде герметичной камеры. Для обеспечения самоотключения разрядного элемента с пробитой диэлектрической стенкой металлическое покрытие присоединено к электрическому источнику питания через газоразрядный промежуток, расположенный внутри камеры [2].

Недостатками данных способа и устройства являются то, что элементы конструкции, выполняющие защитную функцию, расположены внутри электрода, снабженного диэлектрическим покрытием. Это исключает возможность использования предложенных решений при защите мощных высокочастотных генераторов озона, требующих двухстороннего жидкостного охлаждения разрядных промежутков, а также генераторов озона с плоскими электродами.

Наиболее близким к изобретению является способ защиты многоэлементного озонатора, при котором в нормальном режиме при номинальном напряжении разряда Up ток барьерного разряда I_р пропускают через плавкую вставку, при этом плавкая вставка нагревается ниже допустимой нормы. В случае пробоя барьера при снижении диэлектрической прочности трубчатого электрода мгновенно возрастает ток через высоковольтный предохранитель до величины тока короткого замыкания устройства I_кз, при этом плавкая вставка высоковольтного предохранителя расплавляется, превращаясь в мелкие включения без образования дуги, электрическая цепь обрывается. Номинальная нагрузка устройства равномерно распределяется между n-1 разрядными элементами, и устройство продолжает безотказное функционирование [3].

Наиболее близким к изобретению является устройство защиты многоэлементного озонатора, включающего трубчатый электрод, имеющий на внутренней части токопроводящее покрытие, содержащее вставленную в трубчатый электрод трубку из токопроводящего материала, сопрягающуюся с токопроводящим покрытием, внутри которой расположен высоковольтный предохранитель, включающий цилиндрический корпус с плавкой вставкой из тугоплавкого материала, соединяющей два электрода, один из которых жестко соединен с трубкой, а другой с источником питания, причем трубчатый электрод закрыт с двух сторон пробками. Цилиндрический корпус высоковольтного предохранителя выполнен из диэлектрического материала [3].

Недостатками данных способа и устройства являются то, что элементы конструкции, выполняющие защитную функцию, расположены внутри электрода, снабженного диэлектрическим покрытием. Это исключает возможность использования предложенных решений при защите мощных высокочастотных генераторов озона, требующих двухстороннего жидкостного охлаждения разрядных промежутков, а также генераторов озона с плоскими электродами.

Задачей изобретения является снижение пожароопасности озонаторного оборудования, использующего кислород повышенного давления в качестве рабочего газа, а также уменьшение ущерба от возгорания.

Техническим результатом является снижение давления и концентрации кислорода в генераторе озона до значений, при которых исключается горение материалов, использованных в конструкции генератора озона.

Поставленная задача решается тем, что в способе защиты от пожара генератора озона, заключающемся в том, что производят отключение электродов генератора озона от источника электропитания, предварительно создают в дополнительном объеме защитной емкости разрежение, прекращают подвод кислорода в генератор озона и отвод из него озонокислородной смеси, снижают давление озонокислородной смеси до значения, при котором исключается горение материалов, использованных в конструкции генератора озона, путем соединения замкнутого объема генератора озона с дополнительным объемом защитной емкости, одновременно заполняют генератор озона и защитную емкость замещающим газом, путем соединения их с источником замещающего газа, затем повышают давление газа в объеме генератора озона и дополнительном объеме защитной емкости до атмосферного, причем время снижения давления газа на 2-3 порядка меньше времени повышения давления газа, после чего отсоединяют дополнительный объем защитной емкости от объема генератора озона.

Поставленная задача решается тем, что в устройство защиты от пожара генератора озона, содержащем источник электропитания, подключенный к электродам генератора озона, введены защитный электронный блок, выход которого соединен со входом источника электропитания, датчик аварии, подключенный ко входу защитного электронного блока, нормально открытые электромагнитные клапаны, установленные на входе и выходе генератора озона, дополнительную вакуумированную защитную емкость, подсоединенную к генератору озона трубопроводом, нормально перекрытым с помощью электромагнитного клапана, включающего нормально закрытый микрожиклер, соединенный с источником замещающего газа, причем сечение трубопровода выполнено на 1-3 порядка больше сечения микрожиклера, а все электромагнитные клапаны подключены к электронному защитному блоку.

Датчик аварии может быть выполнен в виде термодатчика, расположенного в генераторе озона.

Датчик аварии может быть выполнен в виде электромагнитного контура, включенного параллельно с генератором озона.

Осуществление снижения давление озонокислородной смеси в генераторе озона до значения, при котором исключается горение материалов, использованных в конструкции генератора озона, приводит к гарантированному тушению возгорания. Время заполнения генератора озона замещающим газом зависит от типа замещающего газа. Минимальное время заполнения генератора озона замещающим газом допустимо, если газ не содержит окислитель. Максимальное время заполнения заполнения генератора озона замещающим газом применимо, если замещающий газ содержит окислитель (например, замещающим газом является воздух). В соответствии с вышеизложенным выбираются границы диапазона отношения сечений трубопровода и микрожиклера.

Выполнение сечения трубопровода на 1-3 порядка больше сечения микрожиклера, позволяет ввести замещающий газ в генератор озона за время, превышающее время выравнивания температуры в элементах конструкции генератора озона, что позволяет уменьшить опасность повторного возгорания в генераторе озона, в случае, если замещающий газ содержит окислитель, и полностью исключить повторное возгорание, если замещающий газ является инертным.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства защиты от пожара генератора озона.

На фиг.2 изображена временная диаграмма изменения давления в генераторе озона и защитной емкости.

На фиг.3 изображена схема подключения датчика аварии, выполненного в виде электромагнитного сторожевого контура.

Устройство защиты от пожара генератора озона содержит источник электропитания 1 (фиг.1), подключенный к электродам 2 генератора озона 3. В устройство защиты введен защитный электронный блок 4, выход которого соединен со входом источника электропитания 1, датчик аварии 5, подключенный ко входу защитного электронного блока 4, нормально открытые электромагнитные клапаны 6, 7, установленные на входе и выходе генератора озона 3. Введена также дополнительная вакуумированная защитная емкость 8, подсоединенная к генератору озона 3 трубопроводом 9, нормально перекрытым с помощью электромагнитного клапана 10, включающего нормально закрытый микрожиклер 11, соединяющий трубопровод 9 с источником замещающего газа 12 (например, воздуха или азота). Сечение трубопровода 9 выполнено на 1-3 порядка больше сечения микрожиклера 11. Все электромагнитные клапаны 6, 7 и 10 подключены к защитному электронному блоку 4 (на фиг.1 не показано).

Датчик аварии 5 может быть выполнен в виде термодатчика, расположенного в генераторе озона 3 (фиг.1).

Датчик аварии 5 может быть выполнен в виде электромагнитного контура 13, включенного параллельно с генератором озона 3 (фиг.3).

При осуществлении способа защиты от пожара генератора озона 3 предварительно создают в дополнительном объеме защитной емкости 8 разрежение до единиц миллиметров ртутного столба, с помощью форвакуумного насоса 14, отсоединяемого от защитной емкости 8 с помощью электромагнитного клапана 15. Величина объема V_ЗЕ защитной емкости 8 может быть определена в первом приближении из соотношения:

V_ЗЕ>V_ГО×(P₁-Р₂)/Р₂

Где:V_ГО - объем кислорода в генераторе озона;

P₁ - рабочее давление кислорода в генераторе озона;

P₂ - парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе при нормальных условиях.

При выполнении указанного соотношения давление кислорода в генераторе озона 3 после срабатывания защитного электромагнитного клапана 10 и выравнивания давления в генераторе озона 3 и защитной емкости 8 будет меньше парциального давления кислорода в атмосферном воздухе при нормальных условиях. Таким образом, будут созданы условия, при которых заведомо не поддерживается горение ряда органических материалов, находящих применение в конструкции генераторов озона, таких как силиконы, хлорированные и фторированные пластики, стеклопластики, фторопласты и т.п. Для конкретного набора материалов эта величина может быть уточнена в эксперименте.

При возникновении пожара по сигналу с датчика аварии 5, выполненного в виде термодатчика или электромагнитного контура 13 (фиг.3), включенного параллельно с генератором озона 3, производят снятие высокого напряжения с электродов 2 генератора озона 3. Одновременно в момент времени τ₁ (фиг.2) прекращают подвод кислорода в генератор озона 3 и отвод из него озонокислородной смеси с помощью срабатывания электромагнитных клапанов 6, 7, установленных на входе и выходе генератора озона 3 по газу. Для снижения давления и концентрации кислорода в озонокислородной смеси до значения, при котором исключается горение материалов, использованных в конструкции генератора озона 3, в момент времени τ₂ соединяют замкнутый объем генератора озона с дополнительным объемом защитной емкости 8 с помощью открытия электромагнитного клапана 10. Одновременно в момент времени τ₂ соединяют замкнутый объем генератора озона 3 и дополнительный объем защитной емкости 8 с источником замещающего газа 12 (например, воздуха или азота). При этом начинает осуществляться заполнение генератора озона 3 и дополнительного объема защитной емкости 8 замещающим газом (воздухом или азотом). Так как сечение трубопровода 9 выбрано на 1-3 порядка больше сечения микрожиклера 11, то время снижения давления в генераторе озона 3 и дополнительном объеме защитной емкости 8 на 2-3 порядка меньше времени повышения давления в нем, т.е. происходит дальнейшее снижение давления в генераторе озона 3 и дополнительном объеме защитной емкости 8 до момента времени τ₃. В момент времени τ₃ достигается минимальное значение давления и концентрации кислорода в объеме генератора озона 3 и дополнительном объеме защитной емкости 8, и пожар прекращается. С момента времени τ₃ начинается плавное повышение давления газа в объеме генератора озона 3 и дополнительном объеме защитной емкости 8 до атмосферного (момент времени τ₄), происходящее за время, превышающее время выравнивания температуры элементов конструкции генератора озона 3 за счет теплопроводности, что позволяет исключить повторное возгорание генератора озона 3. После повышения давления до атмосферного отсоединяют дополнительный объем защитной емкости 8 от объема генератора озона 3, закрывая электромагнитный клапан 10.

Использование изобретения приводит к снижению пожароопасности озонаторного оборудования и уменьшению ущерба от возгорания.

Источники информации

1. А.с. СССР №1239091, С01В 13/11, 1984.

2. А.с. СССР №1390182, С01В 13/11, 1984.

3. Патент РФ №2263629, С01В 13/11, 2004.

1. Способ защиты от пожара генератора озона, заключающийся в том, что производят отключение электродов генератора озона от источника электропитания, отличающийся тем, что предварительно создают в дополнительном объеме защитной емкости разрежение, прекращают подвод кислорода в генератор озона и отвод из него озонокислородной смеси, снижают давление озонокислородной смеси до значения, при котором исключается горение материалов, использованных в конструкции генератора озона, путем соединения замкнутого объема генератора озона с дополнительным объемом защитной емкости, одновременно заполняют генератор озона и защитную емкость замещающим газом путем соединения их с источником замещающего газа, затем повышают давление газа в объеме генератора озона и дополнительном объеме защитной емкости до атмосферного, причем время снижения давления газа на 2-3 порядка меньше времени повышения давления газа, после чего отсоединяют дополнительный объем защитной емкости от объема генератора озона.

2. Устройство защиты от пожара генератора озона, содержащее источник электропитания, подключенный к электродам генератора озона, отличающееся тем, что оно содержит защитный электронный блок, выход которого соединен со входом источника электропитания, датчик аварии, подключенный ко входу защитного электронного блока, нормально открытые электромагнитные клапаны, установленные на входе и выходе генератора озона, дополнительную вакуумированную защитную емкость, подсоединенную к генератору озона трубопроводом, нормально перекрытым с помощью электромагнитного клапана, включающего нормально закрытый микрожиклер, соединенный с источником замещающего газа, причем сечение трубопровода выполнено на 1-3 порядка больше сечения микрожиклера, а все электромагнитные клапаны подключены к электронному защитному блоку.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что датчик аварии выполнен в виде термодатчика, расположенного в генераторе озона.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что датчик аварии выполнен в виде электромагнитного контура, включенного параллельно с генератором озона.