ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНАЯ КАМЕРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОЗОНА Российский патент 2000 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к устройствам для получения озона в электрическом разряде и может быть использовано преимущественно для электрофизических методов обработки газов в различных отраслях промышленности и в медицине.

Известно устройство (SU, авторское свидетельство N 1495287, кл. C 01 В 13/11, 1989 г.), электроразрядная камера для получения озона, которая содержит электроды, диэлектрический барьер, установленный между ними, входное и выходное отверстия.

Один из электродов - цилиндрический, низковольтный с диэлектрическим покрытием, которое выполняет роль диэлектрического барьера, второй электрод - высоковольтный, также цилиндрический расположен коаксиально внутри первого низковольтного электрода. Между электродами образована разрядная зона. Входное отверстие для ввода воздуха или кислорода и выходное отверстие для отвода озоносодержащего газа расположены в корпусе вблизи торцов цилиндрической разрядной зоны.

На один из электродов (высоковольтный) подается напряжение соответствующей амплитуды и частоты, другой (низковольтный) электрод заземляется. В разрядном промежутке загорается барьерный разряд. Озонируемый газ (кислород, воздух и т. п.) подается через входное отверстие в разрядную камеру и проходит через разряд, горящий в разрядном промежутке. Газ, содержащий озон, отводится через выходное отверстие.

Недостатком устройства является недостаточный уровень надежности при эксплуатации. Это обусловлено тем, что диэлектрический барьер выполнен в виде диэлектрического покрытия на электроде. Распределение токов неоднородно в контактном переходе "барьер-электрод" (диэлектрик - металл). Эта неоднородность приводит к перегреву, тепловому пробою и, как следствие, к снижению надежности. Диэлектрический барьер находится в неоднородном тепловом поле. Между поверхностью барьера, обращенной к разрядному промежутку, и поверхностью, обращенной к электроду, существуют градиенты температур и механического напряжения, что ведет к снижению прочности барьера и, как следствие, надежности устройства. Цилиндрическая форма электродов и расположение входного и выходного отверстий в корпусе разрядной камеры также приводят к снижению надежности из-за неоднородного растекания газового потока и теплового режима камеры. В разрядной камере прототипа для повышения выхода озона на диэлектрический барьер наносится дополнительная пленка из фторсодержащего материала, что усложняет технологию изготовления элемента камеры, связанную с подбором и нанесением этого материала. Кроме того, к недостаткам можно также отнести отсутствие элементов для формирования устойчивого электрического разряда в камере, озонатора, повышающих ее надежность.

Указанные недостатки устранены в устройстве, принятом за прототип.

Наиболее близкой к предлагаемой является электроразрядная камера для получения озона (RU, патент N 2101227, кл. C 01 В 13/11, 1998 г.), содержащая электроды с плоской кольцевой рабочей поверхностью, диэлектрический барьер, размещенный с зазором между электродами, входное и выходное отверстия выполнены соответственно в первом и втором электродах в их центральной части, причем на поверхности электродов, обращенной к диэлектрическому барьеру, расположены коронирующие элементы, выполненные в виде по крайней мере одной проволочки или полоски фольги, расположенной над входным и выходным отверстиями, и электрически соединенные с электродами или коронирующие элементы выполнены в виде кольцевого выступа вокруг входного и выходного отверстий в электродах.

Недостатками прототипа являются:
- величины зазоров между поверхностями электродов и поверхностями электродов и поверхностями диэлектрического барьера зависят от точности выполнения размеров электродов, пластмассовых деталей корпуса камеры и от отклонений толщины диэлектрического барьера;
- коронирующие элементы, выполненные из фольги или проволок, при сборке камеры занимают неконтролируемое положение, что приводит к значительному разбросу параметров камер, исключающему их взаимозаменяемость и требующему регулирования длительности и частоты следования импульсно-периодического напряжения для каждой камеры с целью обеспечения требуемой производительности озона.

Кроме того, к недостаткам прототипа можно отнести большую металлоемкость электродов и высокие требования к точности размеров при изготовлении пластмассовых деталей, а также большую величину паразитной межэлектродной емкости, что снижает КПД камеры.

Задачей изобретения является повышение стабильности работы, снижение металлоемкости, повышение технологичности и обеспечение повторяемости параметров устройства.

Этот технический результат достигается тем, что по сравнению с известной электроразрядной камерой для получения озона, содержащей электроды, диэлектрический барьер, размещенный с зазором между ними, новым является то, что в зазорах между электродами и диэлектрическим барьером установлены ограничители, которые обеспечивают оптимальную величину зазоров, электроды выполнены в виде плоских дисков с несколькими входными и выходными отверстиями в центральной части, прижимаемые пружиной к поверхности диэлектрического барьера, причем в центре электродов установлены коронирующие элементы в виде дополнительных электродов, которые прижимаются пружинами к поверхности диэлектрического барьера.

Использование в устройстве ограничителей позволяет обеспечить величину и постоянство оптимальной величины зазоров между электродами и поверхностями диэлектрического барьера, что позволяет сохранить стабильность параметров в течение всего срока эксплуатации устройства. Величина рабочих зазоров, определяющая параметры устройства, определяется только размером ограничителей и не связана с точностью изготовления деталей корпуса, электродов и штуцеров устройства. Кроме того, ограничители являются дополнительными коронирующими элементами.

Выполнение электродов в виде плоских дисков, прижимаемых пружиной к диэлектрическому барьеру через ограничители, обеспечивает высокую технологичность устройства в результате упрощения сборки, а также снижение металлоемкости электродов из-за отсутствия элементов крепления электродов к корпусу устройства.

Коронирующие элементы, выполненные в виде дополнительных электродов, подпружиненных к поверхности диэлектрического барьера, обеспечивают локальное усиление напряженности электрического поля на своих кромках по сравнению с полем в плоской части электродов, зажигание разряда у коронирующих элементов инициирует разряд по всей поверхности электродов. Такое выполнение коронирующих элементов обеспечивает их оптимальное взаимное расположение в устройстве, что устраняет необходимость регулировок в процессе сборки и обеспечивает повторяемость и стабильность параметров устройств.

Выполнение входных и выходных отверстий в центральной части электродов вокруг дополнительных электродов обеспечивает однородность растекания газовых потоков в разрядных промежутках и отсутствие на выходе устройства газа, не обработанного разрядом.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена электроразрядная камера для получения озона, на фиг. 2 - вид на электрод со стороны барьера.

Электроразрядная камера для получения озона содержит электроды 1 и 2, диэлектрический барьер 3, установленный между ними. Между каждым электродом 1 и 2 и диэлектрическим барьером 3 расположены ограничители 4. Электроды 1 и 2 выполнены в виде плоских дисков с входными 5 и выходными 6 отверстиями в центральной части, поджимаются пружиной 7 к диэлектрическому барьеру 3. В центре электродов 1 и 2 расположены коронирующие элементы 8 и 9 в виде дополнительных электродов, прижимаемые к диэлектрическому барьеру с помощью пружин 10.

Устройство работает следующим образом.

Поток исходного кислородосодержащего газа поступает через входные отверстия 5 в один из разрядных промежутков, радиально растекается к периферии, проходит во второй разрядный промежуток и далее к выходным отверстиям 6. При подаче импульсно- периодического напряжения на электроды 1 и 2, один из которых может быть заземлен, с острых кромок коронирующих элементов 8 и 9 зажигается разряд, играющий роль инициатора пробоя всего разрядного промежутка, и между рабочими плоскими поверхностями электродов формируется барьерный ("тихий") разряд. При этом осуществляется наработка озона. Процесс происходит в однородном электрическом поле.

Ограничители 4, расположенные у краев электродов 1 и 2, обеспечивают величину и постоянство зазоров между электродами 1 и 2 и диэлектрическим барьером 3, способствуют стабильной работе устройства. Величины рабочих зазоров устройства, в которых происходит объемный электроразряд и вырабатывается озон, определяются только размером ограничителей 4 и не зависят от точности изготовления и разброса размеров корпуса устройства, электродов 1 и 2 и диэлектрического барьера 3.

Предлагаемая электроразрядная камера для получения озона реализована в конструкции, представляющей собой корпус, состоящий из двух пластмассовых частей, в котором установлены штуцеры, на них помещают электроды, один из которых подпружинен к другому через диэлектрический барьер. Между поверхностями электродов и диэлектрического барьера имеется зазор, величина которого определяется размером ограничителей, находящихся в этом зазоре. Электроды выполнены одинаковыми по форме из нержавеющей стали и имеют форму плоских дисков, в центре которых выполнены отверстия для установки коронирующих элементов, вокруг которых размещены несколько отверстий для прохода газа. Коронирующие элементы имеют цилиндрическую форму, выполнены из нержавеющей стали и прижимаются спиральными цилиндрическими пружинами к поверхности диэлектрического барьера. Ограничители конструктивно выполнены в виде проволочных скоб, вставляемых в специальные отверстия в электродах и закрепленные гибкой от выпадания в процессе сборки. Диаметр проволоки скоб определяет величину рабочего зазора. Скобы установлены по три штуки с каждой стороны электродов через 120.

По сравнению с прототипом предлагаемая электроразрядная камера для получения озона обеспечивает стабильную работу, высокую технологичность и повторяемость параметров устройства за счет стабильности величины зазора, отсутствия деталей с высокой точностью изготовления и простоты сборки и разборки устройства, что очень важно при изготовлении и ремонте.

Изобретение относится к устройствам для получения озона в электрическом разряде, которое может быть использовано для электрофизических методов обработки газов в различных отраслях промышленности и в медицине. Электроразрядная камера для получения озона содержит выполненные в виде плоских дисков электроды с несколькими отверстиями в центральной части для прохода кислорода, диэлектрический барьер, размещенный с зазором между электродами. Для обеспечения постоянства оптимальной величины зазоров между электродами и диэлектрическим барьером в зазорах установлены ограничители, размер которых определяет величину зазора, электроды прижимаются пружиной к поверхностям диэлектрического барьера, причем в центре электродов установлены коронирующие элементы в виде дополнительных электродов, прижимаемых пружинами к поверхности диэлектрического барьера. Использование данного изобретения позволяет повысить стабильность работы и технологичность. 2 ил.

Электрозарядная камера для получения озона, содержащая выполненные в виде плоских дисков электроды с несколькими отверстиями в центральной части для прохода кислорода, диэлектрический барьер, размещенный с зазором между электродами, отличающаяся тем, что для обеспечения постоянства оптимальной величины зазоров между электродами и диэлектрическим барьером в зазорах установлены ограничители, размер которых определяет величину зазора, электроды прижимаются пружиной к поверхностям диэлектрического барьера, причем в центре электродов установлены коронирующие элементы в виде дополнительных электродов, прижимаемых пружинами к поверхности диэлектрического барьера.