ГЕНЕРАТОР ОЗОНА Российский патент 2000 года по МПК C01B13/10 C01B13/11 A61L9/15 

Изобретение относится к средствам получения озона с помощью электрического разряда.

Известная конструкция генератора озона (1), в которой используется электрод, выполненный в виде металлического стержня с рифленой поверхностью, вставленный в диэлектрическую трубку с нанесенным на ее внешней поверхности проводящим покрытием (фиг. 1).

Недостатками этой конструкции являются:
высокая плотность тока и, следовательно, нагрев газа в зонах металлического электрода, наиболее близких к диэлектрику, который приводит к деструкции озона и снижению его производства;
недостаточная продувка углубленных зон рифленого электрода, наиболее удаленных от поверхности диэлектрической трубки, также приводит к перегреву газа и снижению производства озона.

Известен генератор озона (2), выбранный в качестве прототипа, который содержит помещенный в корпусе пакет чередующихся, повернутых друг относительно друга на 180 град. и заключенных в диэлектрическую прокладку электродов с высоким и нулевым электрическим потенциалом (см. фиг. 2).

Однако в этой конструкции предложено расположить керамические трубки с большим расстоянием друг от друга. При работе такой конструкции эффект постоянного роста величины заряженной емкости с ростом напряжения практически не реализуется - наблюдается короткий импульс тока (заряд емкости диэлектрика по всей окружности происходит при напряжении, немного превышающем напряжение пробоя). В этой конструкции не предусмотрено принудительное охлаждение объема разрядной зоны, что исключает осуществление высоких удельных энерговкладов.

Большое расстояние между электродами и малая величина приведенной на объем разрядной камеры площади охлаждаемой поверхности приводит к снижению производительности озонатора.

Техническим результатом предложенного изобретения является повышение производительности генератора при снижении его размеров и веса, а также возможность автоматизировать технологию его изготовления.

Этот результат достигается усовершенствованием известного генератора озона, содержащего размещенную в корпусе систему подключенных к источнику высоковольтного высокочастотного напряжения трубчатых диэлектрических электродов, каждый из которых состоит из диэлектрической трубки, внутри которой размещен проводник, при этом между соседними диэлектрическими трубками имеется разрядный промежуток, соединенный с устройством подачи кислородсодержащего газа.

Усовершенствование заключается в том, что величина разрядного промежутка между трубчатыми диэлектрическими электродами и их диаметр выбраны такими, чтобы напряжение пробоя этого промежутка было как минимум в пять раз ниже напряжения, необходимого для заряда всей поверхности диэлектрического электрода.

Внутренняя полость диэлектрической трубки соединена с источником хладагента. В качестве хладагента может быть глицерин, если проводящим элементом электрода является металлический стержень, размещенный в трубке, и фреон, масло или газ, если проводящим элементом электрода является проводящее покрытие, нанесенное на внутреннюю поверхность трубки. Диэлектрическая трубка может быть выполнена из стекла, керамики или кварца.

Существо изобретения поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез разрядной камеры генератора, на фиг. 2 - поперечный разрез, а на фиг. 3 - иллюстрация принципа возбуждения газа между электродами.

Генератор озона содержит помещенный в корпус 1 пакет расположенных в шахматном порядке трубчатых диэлектрических электродов, каждый из которых содержит диэлектрическую трубку 2, в которую вставлен металлический стержень 3. Электроды подключены так, чтобы как минимум две соседние трубки были под разным потенциалом. Металлические стержни выполнены из провода диаметром меньше внутреннего диаметра диэлектрической трубки, чтобы не препятствовать потоку охлаждающей жидкости. В качестве проводящего элемента электрода может быть применено электропроводное покрытие на внутренней поверхности диэлектрической трубки. Между соседними диэлектрическими трубками имеется разрядный промежуток 4, соединенный с источником прокачиваемой кислородсодержащей среды, например воздуха или кислорода. Разрядные промежутки 4 (т.е. полость разрядной камеры) отделены от полости 5, в которой осуществляется прокачка хладагента 6, прокладками 7. Подключение электродов к источнику напряжения 8 с одним потенциалом осуществлено с одной стороны корпуса, а с другим потенциалом - с противоположной ей стороны. Диэлектрическая трубка может быть выполнена из стекла, кварца, керамики.

Охлаждение объема, заполненного трубками со вставленными в них токопроводящими стержнями - тонкими проводниками -, технологично осуществить во внутренней полости трубки 2 путем прокачки диэлектрической жидкости 6 с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости (например, глицерин) - для получения максимальной емкости диэлектрика.

Охлаждать разрядную камеру можно фреоном холодильной установки, и после соответствующей конструктивной доработки, позволяющей независимо охлаждать разнополярные трубчатые диэлектрические электроды - солевым рассолом. В этом случае производительность генератора и концентрация озона значительно увеличатся. В случае, когда в качестве проводника электрода используется электропроводное покрытие, охлаждение целесообразно производить газом, фреоном или трансформаторным маслом.

Расстояние между трубками, их диаметр и расположение трубок выбираются расчетным путем из условия, что напряжение, необходимое для заряда всей по окружности поверхности диэлектрической трубки, технически ограниченное напряжением пробоя ее стенок, больше чем в пять раз напряжения пробоя U_пор этого расстояния 4.

Проходное сечение между соседними диэлектрическими трубками может меняться в зависимости от длины и расстояния между ними. В реализованной конструкции расстояние между трубками не более 0.5 мм для эффективного диффузионного отвода выделяемой в объеме энергии. Такое условие требует применения трубок диаметром не более 4 мм при давлении рабочего газа 1 атм.

Работает устройство следующим образом.

Генерацию барьерных поверхностных разрядов между разнополярными, расположенными рядом диэлектрическими электродами, проводят путем подачи переменного высоковольтного напряжения.

Поток кислорода или воздуха продувают через разрядную зону, где при росте и снижении напряжения источника питания 8 выше или ниже пробойного в сильно неоднородном поле в зазоре между электродами, а затем и по всей поверхности диэлектрической трубки 2 возникает условие для ее заряда по поверхности - между дальней заряженной и ближней разряженной зонами (см. фиг. 3). В результате того, что между трубками 2 есть эффективно продуваемый зазор, величина которого соответствует выше указанным условиям, за счет емкостного разряда, вся площадь диэлектрической трубки и будет заряжаться или разряжаться в процессе изменения напряжения.

V/A характеристика такого разряда значительно ниже, чем в прототипе, и, начиная с некоторого значения U_пор, подобна характеристике заряда емкости.

Низкая величина тока заряда и разряда позволяет отказаться от дросселей в схеме частотного генератора, уменьшить размеры трансформатора, активные потери в проводах и, следовательно, повысить производительность и снизить стоимость производства озона. Унифицированность элементов конструкции позволяет автоматизировать сборку предлагаемого генератора.

Использованные источники информации:
1. Обзорная информация. Химическое и нефтеперерабатывающее машиностроение, серия ХМ-1, Современные конструкции озонаторов. Изд-во ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1984 г., стр. 30.

2. Патент РФ N 2064890, МКИ: C 01 В 13/11.

Генератор озона содержит размещенную в корпусе систему подключенных к источнику высоковольтного высокочастотного источника напряжения трубчатых диэлектрических электродов, каждый из которых состоит из диэлектрической трубки, внутри которой размещен проводник, при этом между соседними диэлектрическими трубками имеется разрядный промежуток, продуваемый кислородом или кислородсодержащей средой, причем величина разрядного промежутка между трубчатыми диэлектрическими электродами и их диаметр связаны соотношением, при котором напряжение пробоя этого промежутка как минимум в пять раз ниже напряжения, необходимого для заряда всей поверхности диэлектрического электрода. Между проводником и диэлектрической трубкой имеется зазор, который соединен с источником жидкого диэлектрического хладагента. В качестве хладагента может быть применен глицерин. Диэлектрическая трубка может быть выполнена из стекла, кварца или керамики. Изобретение позволяет повысить производительность генератора озона, уменьшить размеры, вес и снизить его стоимость. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Генератор озона, содержащий размещенную в корпусе систему подключенных к источнику высоковольтного высокочастотного напряжения трубчатых диэлектрических электродов, каждый из которых состоит из диэлектрической трубки, внутри которой размещен проводник, при этом между соседними трубками имеется разрядный промежуток, соединенный с устройством подачи кислородсодержащего газа, отличающийся тем, что величина разрядного промежутка между трубчатыми диэлектрическими электродами и их диаметр выбраны такими, чтобы напряжение пробоя этого промежутка было как минимум в пять раз ниже напряжения, необходимого для заряда всей поверхности диэлектрического электрода. 2. Генератор озона по п.1, отличающийся тем, что проводником является проводящий слой покрытия, нанесенного на внутренней поверхности диэлектрической трубки. 3. Генератор озона по п.1, отличающийся тем, что в качестве проводника использован электропроводный стержень, размещенный соосно с диэлектрической трубкой. 4. Генератор озона по пп.1 - 3, отличающийся тем, что полость диэлектрической трубки соединена с источником хладагента. 5. Генератор озона по пп.1, 2, 4, отличающийся тем, что в качестве хладагента использован газ. 6. Генератор озона по пп.1, 2, 4, отличающийся тем, что в качестве хладагента использовано трансформаторное масло. 7. Генератор озона по пп.1 - 4, отличающийся тем, что в качестве хладагента применен глицерин. 8. Генератор озона по пп.1 - 4, отличающийся тем, что в качестве хладагента использован фреон. 9. Генератор озона по пп.1 - 8, отличающийся тем, что диэлектрическая трубка выполнена из стекла. 10. Генератор озона по пп.1 - 8, отличающийся тем, что диэлектрическая трубка выполнена из кварца. 11. Генератор озона по пп.1 - 8, отличающийся тем, что диэлектрическая трубка выполнена из керамики.