ГЕНЕРАТОР ОЗОНА Российский патент 2002 года по МПК C01B13/11 

Предлагаемое изобретение относится к озонаторному оборудованию и может быть использовано в качестве устройства для получения озона при обеззараживании питьевой воды, очистке сточных вод предприятий, городов и животноводческих ферм, в медицине и др.

Известны генераторы озона, в которых между двумя металлическими электродами, на которые подается высокое переменное напряжение, имеется газовый зазор и слой твердого диэлектрика (барьер), стабилизирующий разрядный ток и придающий разряду в газовом зазоре равномерный характер. Через разрядный промежуток продувается воздух, обогащенный кислородом воздух или чистый кислород, являющийся исходным газом для получения озона [1].

Чтобы достигнуть максимальных технико-экономических показателей, конструкция генератора озона должна удовлетворять оптимальным условиям электросинтеза озона, а именно:
1) обеспечить интенсивный отвод тепла от разрядного промежутка путем двухстороннего охлаждения - охлаждения проточной водой обоих металлических электродов (предотвращает разложение озона из-за нагрева, снижает металлоемкость генератора озона);
2) разместить диэлектрический барьер, имеющий высокие электрическую прочность и теплопроводность, с обеих сторон разрядного промежутка (увеличивает выход озона с единицы поверхности электродов и повышает надежность работы барьера);
3) снизить длину разрядного промежутка до 0,3...0,5 мм при условии сохранения постоянства этого расстояния во всей зоне разряда (уменьшает энергозатраты и повышает надежность работы барьера).

Наиболее близким к данному изобретению техническим решением является генератор озона, описанный в [2], содержащий покрытые керамическим диэлектриком и охлаждаемые жидкостью (например, водой) заземленный и высоковольтный электроды, корпус со штуцерами для ввода и вывода охлаждающей воды и рабочего газа, диэлектрическими вставками между высоковольтным и заземленным электродами.

Недостатками данной конструкции являются:
- относительно большая величина разрядного промежутка (более одного миллиметра) и, как следствие, повышенные энергозатраты на производство озона из-за недостаточного охлаждения разрядного промежутка охлаждающей жидкостью (например, проточной водой). Это связано с тем, что с увеличением разрядного промежутка возрастает перегрев в его средней части, где происходит интенсивное разложение уже наработанного озона;
- наличие в разрядном промежутке дистанцирующих вставок из полимерного материала, сокращающих эффективную площадь электродов и являющихся источником существенного снижения надежности высоковольтной изоляции генератора озона. В газовом зазоре между внутренним электродом и дистанцирующей вставкой, необходимом для прохода рабочего газа в разрядный промежуток, неизбежно возникнет разряд из-за больших, чем в рабочем промежутке, значений напряженности электрического поля; полимерный материал, находящийся в зоне прямого воздействия электрического разряда, особенно при повышенной частоте напряжения, будет интенсивно разрушаться вплоть до пробоя или перекрытия изоляции;
- необходимость создания громоздкой изолирующей развязки между высоковольтным электродом и водопроводом при охлаждении обычной водопроводной водой высоковольтного электрода при напряжении до 15 кВ, что ведет к увеличению массо-габаритных характеристик оборудования.

Задачей изобретения является создание конструкции, легко реализуемой с помощью существующих технологий, рассчитанных на серийное производство, и удовлетворяющей перечисленным выше трем основным требованиям, что позволило бы обеспечить максимальный выход озона с единицы активной поверхности электрода с минимальными энергозатратами, снизить металлоемкость генератора озона и повысить надежность его работы.

Это достигается тем, что на каждый из электродов, образующих разрядный промежуток, нанесена методом электростатического напыления стеклоэмаль толщиной 0,3...0,5 мм, обеспечивая одинаковые условия выделения энергии у поверхности твердого диэлектрика, а газовый зазор между электродами равен толщине стеклоэмали. Отношение длины активной зоны к диаметру высоковольтного электрода составляет 3...10. Охлаждение интенсифицируется путем отбора тепла проточной водой от обоих электродов, а трубки, изолирующие высоковольтный электрод, расположены внутри высоковольтного электрода. Устройство, дистанцирующее электроды друг от друга, расположено вне зоны разряда, а центровка электродов осуществляется этим устройством по минимальному значению емкости разрядного промежутка.

На чертеже изображена конструкция генератора озона, удовлетворяющая трем основным требованиям, указанным выше. Высоковольтный электрод 1 и заземленный электрод 2 выполнены из нержавеющих труб, на поверхности которых электростатическим методом нанесена стеклоэмаль 3, служащая диэлектрическим барьером. Электростатический метод позволяет наносить стеклоэмаль с более высокими электрическими характеристиками, чем шликерный метод нанесения, причем не только на внешнюю, но и на внутреннюю поверхность труб. Толщина стеклоэмали равна 0,3...0,5 мм. При такой толщине обеспечивается достаточно высокая электрическая прочность барьера и его хорошая теплопроводность.

Трубы монтируются коаксиально, образуя систему электродов, покрытых слоем твердого диэлектрика. Длина газового зазора (разрядного промежутка 4), так же как и толщина стеклоэмали, составляет 0,3...0,5 мм. При меньшей длине разрядного промежутка трудно обеспечить достаточную его равномерность, вследствие чего возникают области локального перегрева газа и снижается производительность генератора озона. При увеличении разрядного промежутка более 0,5 мм растут удельные энергозатраты на производство озона.

Внутри высоковольтного электрода 1 размещены две диэлектрические трубки 5, служащие для изолирования от земли высоковольтного электрода. Высокое напряжение подается на высоковольтный вывод 6, расположенный внутри проходного изолятора 7. Исходный кислородсодержащий газ подводится к штуцеру 8, проходит через разрядный промежуток 4, где синтезируется озон, и отводится через штуцер 9. Охлаждающая вода подается через штуцер 10 и отводится через штуцер 11.

Центровка электродов осуществляется устройством, включающим в себя винты 12, торцы которых упираются в специальные посадочные места на заземленной арматуре проходных изоляторов. Критерием при центровке является минимальное значение емкости разрядного промежутка.

Для герметизации рабочего объема предусмотрены уплотняющие прокладки из озоностойкой резины 13, которые прижимаются кольцами 14.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Филиппов Ю.В., Вобликова В.А., Пантелеев В.И. Электросинтез озона. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987. - 238 с.

2. Патент США 4774062 "Генератор озона", приоритет от 13.01.87.

Изобретение используется для получения озона при обеззараживании питьевой воды, очистке сточных вод предприятий, городов и др. Генератор озона содержит охлаждаемые водой высоковольтный и заземленный трубчатые электроды, трубки из диэлектрического материала, изолирующие высоковольтный электрод, изоляторы, штуцера подвода и выхода рабочего газа и охлаждающей воды и устройство, дистанцирующее электроды. На каждый электрод нанесена методом электростатического напыления стеклоэмаль толщиной 0,3-0,5 мм. Газовый зазор между электродами равен толщине стеклоэмали. Данный генератор озона отличается повышенным выходом озона с единицы активной поверхности электрода с минимальными энергозатратами. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Генератор озона, содержащий охлаждаемые водой высоковольтный и заземленный трубчатые электроды, трубки из диэлектрического материала, изолирующие высоковольтный электрод, изоляторы, штуцера подвода и выхода рабочего газа и охлаждающей воды, отличающийся тем, что содержит устройство, дистанцирующее электроды, на каждый электрод нанесена методом электростатического напыления стеклоэмаль толщиной 0,3-0,5 мм, а газовый зазор между электродами равен толщине стеклоэмали. 2. Генератор озона по п. 1, отличающийся тем, что отношение длины активной зоны к диаметру высоковольтного электрода составляет 3-10. 3. Генератор озона по п. 1, отличающийся тем, что трубки, изолирующие высоковольтный электрод, расположены внутри высоковольтного электрода. 4. Генератор озона по п. 1, отличающийся тем, что устройство, дистанцирующее электроды друг от друга, расположено вне зоны разряда, а центровка электродов осуществляется этим устройством по минимальному значению емкости разрядного промежутка.