ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ТРУБЧАТЫЙ ЭЛЕМЕНТ ОЗОНАТОРА Российский патент 1995 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к технике получения озона путем пропускания кислородсодержащего газа через тлеющий разряд, возникающий между электродами, разделенными диэлектрическим барьером с разрядным промежутком, при подаче импульсного напряжения и предназначено для промышленного производства озона.

Газоразрядный трубчатый элемент является одним из основных узлов высокочастотных озонаторов. Известна конструкция трубчатого элемента высокочастотного озонатора [1] Трубчатый элемент представляет собой цилиндрический конденсатор, используемый в качестве нагрузки генератора ВЧ. Кислородсодержащий газ является диэлектрическим промежутком. Оригинальная система водяного охлаждения повышает концентрацию озона на выходе.

Недостатком этой конструкции является несколько факторов. Трубчатый элемент озонатора, являясь частью электрической схемы, имеет конкретную электрическую емкость, а емкость и электрический резонанс взаимосвязаны, т.е. конкретная активная площадь ионизации определяется конкретной электрической емкостью трубчатого элемента озонатора. К недостаткам конструкции можно отнести то, что диэлектрическая проницаемость разрядного промежутка зависит от влажности кислородсодержащего газа, т. е. перед ионизацией газ должен обезвоживаться. Следующим недостатком рассматриваемого трубчатого элемента озонатора является неравномерное свечение тлеющего разряда, т.е. необходимость строгого центрирования электродов относительно геометрической оси.

В качестве прототипа выбран газоразрядный трубчатый элемент озонатора [2] включающий коаксиальные электроды, диэлектрик между ними, находящийся в контакте с внешним электродом, элемент токопровода и центрирующие амортизаторы.

Преимущество прототипа перед аналогом в том, что диэлектрическая проницаемость меньше зависит от влажности кислородсодержащего газа, так как здесь используется диэлектрический слой между электродами.

Недостатками прототипа являются следующие факторы: зависимость активной площади от конкретной электрической емкости трубчатого элемента озонатора и необходимость строгого центрирования электродов относительно геометрической оси с применением амортизаторов, что существенно усложняет конструкцию элемента.

Настоящим изобретением решаются задачи интенсификации получения озона путем увеличения площади активной поверхности без изменения электрических параметров трубчатого элемента озонатора и упрощение конструкции элемента.

Для этого в газоразрядном трубчатом элементе озонатора, включающем коаксиально установленные наружный и внутренний электроды с диэлектрическим слоем между ними, установленным в контакте с наружным электродом, предусмотрены следующие конструктивные отличия: наружный электрод выполнен в виде двух цилиндров, внешняя поверхность внутреннего электрода выполнена игольчатой, внутренний электрод может выполняться в виде полого цилиндра, внутри которого устанавливается заглушка из диэлектрического материала.

Таким образом, заявляемый газоразрядный трубчатый элемент озонатора благодаря имеющимся отличиям от прототипа соответствует критерию изобретения "новизна".

Выполнение в заявленном устройстве наружного электрода в виде двух цилиндров позволяет при сохранении конкретной электрической емкости увеличить активную площадь ионизации в четыре раза, так как предлагаемое устройство представляет собой два последовательно соединенных цилиндрических конденсатора. Игольчатая внешняя поверхность внутреннего электрода облегчает возникновение тлеющего разряда. Кроме того, игольчатая поверхность электрода гарантирует равномерный зазор разрядного промежутка, при котором не требуются дополнительные элементы конструкции для центрирования электродов, что означает упрощение конструкции газоразрядного трубчатого элемента озонатора и решает задачу интенсификации получения озона.

На фиг. 1 и 2 показано продольное сечение трубчатого элемента озонатора. На фиг. 1 показана электрическая схема этого элемента, фиг. 2 отличается от фиг. 1 тем, что на нем показан трубчатый элемент с полым внутренним электродом, внутрь которого помещена заглушка из диэлектрического материала.

Конструкция трубчатого элемента состоит из стеклянного корпуса 1, который одновременно выполняет роль диэлектрика между пластинами цилиндрических конденсаторов. Внешние электроды конденсаторов 2 и 3 подключаются к генератору ВЧ. Роль второй пластины конденсаторов выполняет металлический цилиндр. Электрод 4 с игольчатой внешней поверхностью для облегчения возникновения тлеющего разряда во время работы озонатора имеется разрядный промежуток 5. Элемент 6 (фиг. 2) выполняет роль заглушки для направления газового потока в разрядный промежуток 5, на фиг. 1 этого элемента нет, его роль выполняет сам внутренний электрод 4 с заглушенными концами.

На фиг. 3 показана электрическая схема подключения трубчатого элемента озонатора к генератору ВЧ.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Через разрядный промежуток 5, заполненный игольчатой поверхностью электрода 4, продувается кислородсодержащий газ. При работе генератора ВЧ на иглах возникает тлеющий разряд, а на вы выходе трубчатого элемента озон.

Был изготовлен и испытан опытный образец заявляемого газоразрядного трубчатого элемента озонатора. В качестве диэлектрика использовалась стеклянная кварцевая труба. Электроды изготовлялись из латуни. Заглушка (элемент 6) представляла собой также кварцевую трубу, запаянную с обоих торцов. При потребляемой мощности ≈ 400 Вт, частоте 10 кГц, амплитуде подаваемого напряжения ≈ 8 кВ и подаче в трубчатый элемент воздушно-кислородной массы выход озона составил 80 г/ч.

Изобретение позволяет решить задачу интенсификации получения озона путем четырехкратного увеличения площади активной поверхности без изменения электрических параметров газоразрядного трубчатого элемента озонатора за счет выполнения внешнего электрода в виде двух цилиндров и выполнения внешней поверхности внутреннего электрода игольчатой. Кроме того, значительно упрощается конструкция элемента за счет гарантируемого равномерного разрядного промежутка, обеспечиваемого игольчатой внешней поверхностью внутреннего электрода. Это исключает необходимость центрирования электродов относительно друг друга.

Использование: получение озона. Сущность изобретения: газоразрядный трубчатый элемент озонатора включает коаксиально установленные наружный, внутренний электроды и слой диэлектрика между ними. Наружный электрод выполнен в виде двух металлических цилиндров, а внешняя поверхность внутреннего электрода выполнена игольчатой. 1 з.п ф-лы, 3 ил.

1. ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ТРУБЧАТЫЙ ЭЛЕМЕНТ ОЗОНАТОРА, включающий коаксиально установленные наружный электрод, внутренний электрод и слой диэлектрика между ними, расположенный в контакте с наружным электродом, отличающийся тем, что наружный электрод выполнен в виде двух цилиндров, а внешняя поверхность внутреннего электрода выполнена игольчатой. 2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что внутренний электрод выполнен в виде полого цилиндра с заглушкой из диэлектрического материала, установленной внутри него.