УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОЗОНА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ РАЗРЯДЕ Российский патент 1998 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к устройствам для получения озона синтезом из воздуха или кислорода и может быть использовано, в частности, в химической и пищевой промышленности, например для обеззараживания и очистки сточных и питьевых вод.

Известно устройство для озонирования, содержащее подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения два плоских электрода, один из которых выполнен с возможностью вращения, а другой в виде сетки из проводящего материала, покрытого диэлектриком, и установлен параллельно плоскости вращения вращающегося электрода [1].

К недостаткам этого устройства относится необходимость использования высокочастотного источника питания для обеспечения существенной производительности по генерации озона, что усложняет устройство в целом, делает его ненадежным в работе, а процесс генерации озона недостаточно устойчивым.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является устройство для озонирования, содержащее диэлектрический барьер, выполненный в виде установленного на валу с возможностью вращения диска, электроды, расположенные друг против друга по обеим сторонам диска и протяженные вдоль его радиуса, образующие четное количество пар, каждая из последующих которых подключена c противоположной полярностью к высоковольтному источнику постоянного напряжения по отношению к предыдущей [2].

Недостатком такого устройства является недостаточная производительность процесса генерации озона, обусловленная как предельными размерами вращающегося диэлектрического барьера, так и количеством размещенных по обе стороны барьера электродов, каждая пара которых имеет самостоятельное подключение, что значительно усложняет установку в целом, снижает надежность ее работы. Увеличение количества диэлектрических барьеров и электродов вдоль оси установки также не приводит к положительным результатам, так как практически снимает предел по ограничению производительности таких установок.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для получения озона в электрическом разряде, содержащем разделенные установленным с возможностью вращения диэлектрическим барьером размещенные по окружности электроды, каждые два из которых расположены друг против друга по разные стороны барьера и подключены с противоположной полярностью к высоковольтному источнику питания, электроды выполнены звездообразной формы и установлены на плоских изоляторах так, что части электродов, образующие половины каждого из зубьев звезды, соединяющие впадину с вершиной, расположены по одну сторону изолятора, а другие, электрически соединенные с первыми, - по другую, на каждом изоляторе расположено по два электрода, сдвинутых друг относительно друга по окружности на угол 180^o/n, где n - число зубьев звезды. Причем для усиления технического результата зубья звезд выполнены криволинейными, так что расстояние между смежными частями электродов по всей длине больше или равно расстоянию между соседними впадинами зубьев звезд.

При использовании предлагаемого устройства повышается производительность по генерации озона за счет использования не одного, а нескольких вращающихся диэлектрических дисков, сохраняя оптимальные размеры и скорость их вращения. Использование электродов звездообразной формы позволяет упростить конструкцию.

На фиг. 1 приведена схема конструкции устройства для получения озона. Устройство озонирования содержит диэлектрические барьеры в форме дисков 1, расположенных на одном валу 2, который выполнен с радиальными отверстиями 3, для принудительной подачи воздуха в месторасположение генерации озона, на концах вала расположены подшипники 4 и с помощью муфты 6 вал соединен с электродвигателем 7. Электроды 8 и 9 расположены по обе стороны диэлектрических барьеров 1. Электроды расположены на пластинчатых изоляторах 5, каждый из них выполнен звездообразной формы, и установлены так, что на каждом изоляторе размещено по два электрода, причем части электродов, образующие половины каждого из зубьев звезды, соединяющие впадины с вершинами зубьев, расположены по одну сторону изолятора, а другие, электрически соединенные с первыми, - по другую. (фиг. 2, 3). Электроды сдвинуты друг относительно друга по окружности на угол 180^o/n, где n - число зубьев звезды.

Электроды на изоляторе, расположенном по одну сторону барьера, размещены противоположно электродам на изоляторе, расположенном по другую сторону барьера и образуют пары с чередующейся полярностью.

Участки электродов, образующие звезду, могут быть выполнены криволинейными так, что расстояние между смежными частями двух звездообразных электродов по всей их длине не меньше расстояния между соседними впадинами зубьев звезд. Одной из кривой, удовлетворяющих этим условиям, является эвольвента. Такая форма электродов позволяет повысить электрическую прочность между ними и соответственно уровень рабочего напряжения барьерного разряда. Это приводит к повышению производительности и надежности работы предлагаемого устройства. В противном случае, т.е. при сохранении прямолинейной формы, расстояние между смежными частями электродов меньше в зоне впадин зубьев звезды. Наименьшее расстояние равно отрезку перпендикуляра, проведенного из впадины зуба звезды к ближайшей части электрода другой звезды. Электроды, расположенные на одном изоляторе, подключены с разной полярностью к высоковольтному источнику питания 10. На внешней стороне устройства изображен коллектор 11 для сбора и выхода озоновоздушной смеси.

Установка работает следующим образом. С помощью электродвигателя 7 система, состоящая из полого вала 2 и диэлектрических дисков 1, приводится во вращение. Постоянное напряжение от высоковольтного источника 10 подается с чередующейся полярностью на каждую из пар электродов 8 и 9, при этом в зазорах между диэлектрическим барьером 1 и электродами 8 и 9 возникает объемно-барьерный электрический разряд, в котором осуществляется синтез озона. Каждая часть электродов, представляющая собой половину зуба звезды, при работе установки функционирует как самостоятельный электрод, причем все части одного электрода, расположенные с одной стороны изолятора, соединены последовательно частями этого же электрода, расположенными по другую сторону изолятора, которые в свою очередь также являются электродами, взаимодействующими с противоположно им расположенными частями другого электрода, размещенными на другом изоляторе и по другую сторону диэлектрического барьера, вращающегося между ними. То же можно сказать и о частях другого электрода, сдвинутого относительно первого на угол 180^o/n. Такой сдвиг создает равномерное распределение частей обоих электродов по поверхности изолятора, обеспечивая наибольшее рабочее напряжение барьерного разряда и соответственно производительность по озону предлагаемого устройства. Причем, так как соседние части электродов, расположенные с одной стороны изолятора, принадлежат разным электродам, то заряжены они противоположно и образуют с частями электродов, расположенных на противоположных изоляторах по другую сторону вращающегося барьера, пары электродов, подключенных с противоположной полярностью к источнику высокого напряжения по отношению к соседней паре. Из-за такой чередующейся полярности подключения высоковольтного источника 10 к парам частей электродов 8 и 9 осуществляется непрерывная перезарядка емкостей вращающихся диэлектрических барьеров 1, которая определяется толщиной барьера, его диэлектрической проницаемостью и площадью объемного разряда. При вращении диэлектрического барьера к очередной паре подходит заряд на поверхности диэлектрического барьера, который остается от перезарядки емкостей предыдущей пары частей электродов. Полярность такого заряда определяется предыдущей парой и противоположна полярности приложенного напряжения к последующей паре, что создает благоприятные условия для горения и поддержания объемного электрического разряда. Так как предложенное устройство позволяет значительно увеличить количество диэлектрических барьеров при сохранении простоты коммутации, а значит, и суммарное число групп электродов, расположенных по обеим сторонам этих барьеров, то можно значительно увеличить выход озона, который пропорционален количеству разнородных областей, т.е. числу пар взаимодействующих частей электродов. Так как число пар, размещенных по разные стороны одного барьера, лимитируется как размерами диэлектрического, так и электрической прочностью между соседними парами, то распределение заданной производительности между несколькими последовательно размещенными на одной оси вращающимися барьерами, с размещенными в промежутках между ними группами электродов, позволяет значительно увеличить число пар частей электродов, не изменяя при этом размеры барьера.

Выполнение участков электродов криволинейными необходимо для сохранения электрической прочности между смежными частями звездообразных электродов и обеспечения максимального количества взаимодействующих групп электродов для данного числа барьеров (т.е. получения наибольшей производительности по озону.

Использование: для получения озона. В устройстве для получения озона в электрическом разряде с вращающимися диэлектрическими барьерами электроды выполнены звездообразной формы и установлены на плоских изоляторах так, что один из частей электродов, образующие половины каждого из зубьев звезды, соединяющие впадины с вершиной, расположены по одну сторону изолятора, а другие, электрически соединенные с первыми, - по другую. Электроды подключены с противоположной полярностью к высоковольтному источнику питания. Использование электродов звездообразной формы позволяет легко реализовать конструкцию устройства с несколькими вращающимися диэлектрическими барьерами, установленными на одном валу. Это снимает предел производительности озона для данного устройства. Выполнение частей электродов, образующих половины каждого из зубьев звезды, криволинейными обеспечивает повышенную работоспособность. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для получения озона в электрическом разряде, содержащее разделенные установленным с возможностью вращения диэлектрическим барьером размещенные по окружности электроды, каждые два из которых расположены друг против друга по разные стороны барьера и подключены с противоположной полярностью к высоковольтному источнику питания, отличающееся тем, что электроды выполнены звездообразной формы и установлены на плоских изоляторах так, что одни из частей электродов, образующие половины каждого из зубьев звезды, соединяющие впадину с вершиной, расположены по одну сторону изолятора, а другие, электрически соединенные с первым, - по другую, причем на каждом изоляторе расположено по два электрода, сдвинутых друг относительно друга по окружности на угол 180^o/n, где n - число зубьев звезды. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что части электродов, образующие половины каждого из зубьев звезды и соединяющие впадину с вершиной, выполнены криволинейными, причем расстояние между смежными частями двух электродов по всей их длине больше или равно расстояния между соседними впадинами зубьев звезд.