ГЕНЕРАТОР ОЗОНА (ЕГО ВАРИАНТЫ) Российский патент 1994 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к устройствам для генерирования озона, которые могут использоваться для дезинфекции питьевой воды, сточных вод, для очистки воздуха в помещениях, в медицине, в промышленном производстве, в сельском хозяйстве, для задач экологии и др.

Различного вида и принципа действия генераторы озона - озонаторы, используемые для этой цели, обладают существенным недостатком - необходимостью использования высокого напряжения и, вследствие этого, необходимостью усложнения конструкции и техники безопасности. Кроме того, использование нестандартного по величине высокого напряжения связано с ростом стоимости. Эти недостатки сводятся к минимуму при использовании минимального стандартного напряжения - 3,6 кВ. Возможно использование и меньших кВ.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению можно считать озонатор, содержащий электроды в виде полос, разделенных диэлектрической (стеклянной) пластинкой, причем полосы расположены в чередующимся порядке. Возбуждающее напряжение составляет 10 кВ.

Особенностью предлагаемого генератора озона является возможность использования минимального стандартного напряжения - 3,6 кВ (и ниже) при увеличении съема озона с единицы поверхности диэлектрической пластины (прокладки), при упрощении и удешевлении конструкции, увеличении надежности, снижении требований к технике безопасности, упрощении гарантийного обслуживания.

Это достигается при размещении по крайней мере одной пары электродов на или над поверхностью диэлектрической прокладки, расположенной на сплошном или сетчатом электроде-подложке, причем один из электродов пары соединен с электродом подложки, а отношение относительной диэлектрической проницаемости к толщине прокладки в соответствии с экспериментально установленной зависимостью снижения напряжения зажигания разряда от величины этого отношения взято более 5-10 мм^-1, причем расстояние между электродами пары выбрано больше, чем то, при котором возникают яркие нитевидные стримерные каналы при выбранном рабочем напряжении. Если величина указанного отношения больше 12-20 мм^-1, то пара электродов, установленных на или над поверхностью диэлектрической прокладки, могут быть соединены только между собой.

Электрода пары могут быть выполнены, например, в виде гибкого проводника, намотанного в виде решетки в цилиндрической или плоской геометрии, а также в виде сетки, например, с круглыми отверстиями, соединенными каналами вдоль направления продува газа. Использование круглых отверстий позволяет поднять рабочее напряжение и соответственно удельный съем озона без опасения появления стримерных каналов. При этом увеличивается и долговечность работы озонатора при повышенных напряжениях.

Для задач, требующих предельно малых весов, например для выноса озонатора в верхние слои атмосферы, предлагается использование диэлектрической пленки, металлизированной с одной стороны. С другой стороны располагают легкую сетку, например, с круглыми ячейками.

На фиг. 1 представлена схема генератора озона; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - озонатор с плоским проводником; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - график зависимости относительной величины напряжения зажигания разряда; на фиг. 6 - озонатор с прокладками для продува газа; на фиг. 7 - вариант выполнения прокладок; на фиг. 8 - вариант выполнения водяного охлаждения; на фиг. 9 - разрез В-В на фиг. 8; на фиг. 10 - сеточные электроды.

Электрод подложки 1 соединен с одним из электродов пары, установленной на или над поверхностью диэлектрической прокладки 2, причем электроды пары 3 и 4 выполнены гибким проводником, намотанным в виде цилиндрической или плоской решетки (см. фиг. 1 и 3 соответственно). Предусмотрены прокладки 5 для улучшения продува газа (воздуха или кислорода) (см. фиг. 6). Диэлектрические вставки 6 носят защитный характер - предотвращают замыкание электродов 1 и 3 (см. фиг. 7 ). На графике зависимости относительной величины напряжения зажигания разряда от величины отношения диэлектрической проницаемости прокладки к ее толщине (см. фиг. 5) показано, что 10%-ный спад напряжения наблюдается при e/d = 2 мм^-1. При e/d больше 5-10 мм^-1 разряд зажигается при напряжении сниженном вдвое. При e/d свыше 12-20 мм^-1 электроды пары можно соединить вместе без потери производительности. Для этого электрод 4 (см. фиг. 1) отсоединяется от электрода-подложки 1 и присоединяется к электроду 3.

В озонаторах большой мощности используется водяное охлаждение, которое предлагается осуществить без использования водяных уплотнений (см. фиг. 8). Тепло, выделяющееся в отверстиях решетки, поступает через тонкую диэлектрическую прокладку 2 на электрод-подложку 1, которая торцевыми поверхностями плотно прижата к поверхности системы охлаждения 7. Необходимое соотношение между теплопроводностью диэлектрической прокладки и шириной электрода-подложки и его толщиной определяются расчетом. Предлагаемая конструкция озонатора повышает его надежность.

На фиг. 10 приведена возможная конструкция озонатора, отличающаяся малым весом и простотой. Электроды-пары образуют легкую сетку, например с прямоугольными ячейками, которая устанавливается на тонкой в виде пленки диэлектрической прокладке 2, металлизированной с противоположной стороны. Слой металлизации образует электрод-подложку 1.

Механизм влияния отношения e/d был исследован ранее и было установлено, что при увеличении отношения e/d происходит увеличение емкостного тока, сопровождающееся увеличением плотности электронных лавин и общей проводимости области разряда у электрода 3. Это приводит к продвижению потенциала электрода вдоль поверхности и росту тангенциальной составляющей поля в разряде. Нормальная скорость ионов, бомбардирующих диэлектрическую поверхность, уменьшается. Срок службы диэлектрической прокладки возрастает. Особенно эффективно тангенциальная составляющая поля начинает возрастать при e/d, достигающим 12-25 мм^-1. При этом роль второго электрода пары 4 в создании тангенциальной составляющей поля уменьшается и, как показал опыт, этот электрод можно отключить от подложки 1 и присоединить к другому электроду пары 3 без существенного уменьшения выхода озона.

Предлагаемые отличительные признаки устройства генератора озона позволяют решить следующие проблемы, определяющие полезность: техника электробезопасности, снижение размеров и массы, увеличение надежности и срока службы, упрощение конструкции и гарантийного ремонта.

Изобретение предназначено для дезинфекции питьевой воды, сточных вод, стерилизации воздуха операционных, цехов с пахнущими технологиями, помещений с парами ртути, для технологий, использующих окислительные процессы, для консервирования и хранения продуктов и т.п. в генераторе озона, содержащем подключенную к высоковольтному источнику по крайней мере одну пару электродов, установленных на или над поверхностью диэлектрической прокладки, расположенной на сплошном или сетчатом электроде-подложке, один из электродов пары, установленной на или над поверхностью диэлектрической прокладки, соединен с электродом подложки, причем отношение величины относительной диэлектрической проницаемости к толщине прокладки равно или больше 10 мм^-1 , кроме того, пара электродов, установленных на или над поверхностью диэлектрической прокладки соединены только между собой, причем отношение относительной диэлектрической проницаемости к толщине прокладки равно или больше 15 мм^-1 , кроме того, один или оба электрода пары выполнены в виде гибкого проводника, намотанного в виде решетки в цилиндрической или плоской геометрии, кроме того, пара электродов, установленных на или над поверхностью диэлектрической прокладки, выполнена в виде сетки, например с круглыми отверстиями, соединенными каналами вдоль направления продува газа, причем глубина каналов меньше толщины сетки, а диэлектрическая прокладка и электрод-подложка выполнены в виде металлизированной пленки диэлектрика, а электроды пары - в виде сетки из проводящего материала. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Генератор озона, содержащий подключенную к высоковольтному источнику по крайней мере одну пару электродов, установленных на или над поверхностью диэлектрической прокладки, расположенной на сплошном или сетчатом электроде-подложке, отличающийся тем, что один из электродов пары, установленной на или над поверхностью диэлектрической прокладки, соединен с электродом подложки, причем отношение величины относительной диэлектрической проницаемости прокладки к толщине прокладки равно или больше 10 мм^-1. 2. Генератор озона, содержащий подключенную к высоковольтному источнику по крайней мере одну пару электродов, установленных на или над поверхностью диэлектрической прокладки, расположенной на сплошном или сетчатом электроде-подложке, отличающийся тем, что пара электродов, установленных на или над поверхностью диэлектрической прокладки, соединены между собой, причем отношение относительной диэлектрической проницаемости прокладки к толщине прокладки равно или больше 15 мм^-1. 3. Генератор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что один или оба электрода пары выполнены в виде гибкого проводника, намотанного в виде цилиндрической или плоской решетки. 4. Генератор по п.2, отличающийся тем, что пара электродов, установленных на или над поверхностью диэлектрической прокладки, выполнена в виде сетки, например, с круглыми отверстиями, соединенными каналами вдоль направления продува газа, причем глубина каналов меньше толщины сетки. 5. Генератор по п.2, отличающийся тем, что диэлектрическая прокладка и электрод-подложка выполнены в виде металлизированной пленки диэлектрика, а электроды пары - в виде сетки из проводящего материала.