СИСТЕМА ЭЛЕКТРОДОВ ГЕНЕРАТОРА ОЗОНА Российский патент 2003 года по МПК C01B13/11 

Предлагаемое изобретение относится к озонаторному оборудованию и может быть использовано в качестве устройства при производстве озонаторов для обеззараживания питьевой воды, очистных сточных вод предприятий, городов, животноводческих ферм, а также в целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей и др. отраслях промышленности.

Известно, что конструкция электродов генераторов озона должна обеспечивать интенсивный отвод тепла от разрядного промежутка, в котором генерируется озон; возможность создания малого (менее 1 мм) равномерного по толщине промежутка между электродами; размещение диэлектрического барьера с двух сторон разрядного промежутка. В большинстве случаев заземленный электрод выполняется из металлической трубы, охлаждаемой с внешней стороны водой, а внутренний (высоковольтный) электрод - из стеклянной трубы с проводящим слоем на внутренней поверхности [1].

Недостатками таких электродов являются:
1. Охлаждение только заземленных металлических электродов.

2. Сложность создания малого равномерного по толщине разрядного промежутка при большой активной площади электродов.

3. Наличие диэлектрического барьера только на одном электроде.

4. Конструктивное отличие высоковольтного и заземленного электродов.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является электрод, примененный в озонаторе по патенту [2], выполненный из жестко соединенных между собой гофрированных мембран, образующих кольцевую полость. Он позволяет устранить недостатки по п.п.1...3 и осуществить эффективную генерацию озона в разрядном промежутке. В то же время этот электрод имеет два недостатка:
1. Высоковольтный и заземленный электроды имеют разную геометрию.

2. При повышении давления газа выше давления охлаждающей воды электрод деформируется (cхлопывается) и диэлектрический барьер (стеклоэмаль, керамика и др.) разрушается. Повышение же давления газа или снижение давления воды в условиях эксплуатации возможно даже при высоком уровне автоматизации озонаторной установки. Т. е. электрод по патенту [2] имеет малую надежность при работе.

Увеличение толщины гофрированных мембран приведет к ухудшению отвода тепла от разрядного промежутка, к увеличению материалоемкости и исключает возможность изготовления мембран штамповкой.

Задачей изобретения является унификация высоковольтных и заземленных электродов, повышение надежности работы электродов, снижение материалоемкости и улучшение условий отвода тепла от разрядного промежутка. Это достигается тем, что система электродов генератора озона содержит по меньшей мере два электрода, каждый из которых выполнен из двух гофрированных мембран, жестко соединенных между собой и образующих внутреннюю кольцевую полость, имеющую штуцеры входа и выхода охлаждающей воды. Новым является то, что высоковольтный и заземленный электроды имеют одинаковую конфигурацию в пределах активной зоны. Соответствующие вершины и впадины верхних и нижних мембран каждого электрода находятся на одинаковом расстоянии друг от друга, а во внутренней кольцевой полости между мембранами в пределах активной зоны размещена дистанцирующая вставка, имеющая высоту h, равную расстоянию между мембранами, которое, в свою очередь, равно от 10 до 30 значений разрядного расстояния l_g.

На фиг. 1 изображена система электродов генератора озона, каждый из которых состоит из двух гофрированных мембран - верхней мембраны 1 и нижней мембраны 2, штуцеров 3 входа и выхода воды, дистанцирующей вставки 4, диэлектрического покрытия 5. Электроды образуют между собой разрядный промежуток 6.

На фиг.2, 3, 4 изображены варианты конфигурации дистанцирующей вставки, размещенной внутри электрода генератора озона.

На один из электродов подается высокое переменное напряжение, второй электрод заземляется. В разрядном промежутке 6 между электродами возникает электрический разряд. Диэлектрическое покрытие 5 на мембранах 1 и 2 обеспечивает равномерное горение разряда в разрядном промежутке и стабилизирует разрядный ток. При пропускании через разрядный промежуток, в котором горит разряд газа, содержащего кислород, происходит образование озона.

При горении разряда выделяется большое количество тепла, снижающего выход озона. Для интенсификации теплоотвода через кольцевую полость каждого электрода прокачивается охлаждающая вода. Если давление рабочего газа превысит давление охлаждающей воды, то возникнет сила, сжимающая электроды. Сжатию электродов препятствует дистанцирующая вставка 4. Высота h дистанцирующей вставки выбирается равной от 10 до 30 значений длин l_g разрядного промежутка 6. Экспериментально установлено, что при меньших значениях происходит перекрытие изоляции между соседними электродами. Увеличение h более 30 значений l_g нецелесообразно из-за роста материалоемкости. Дистанцирующая вставка должна выполняться из тонкого металла и иметь ячеистую структуру. Форма ячейки может быть различной (см., например, фиг.2, 3, 4), а характерный размер ее d должен быть близок к шагу волны мембраны а. Дистанцирующая вставка исключает возможность схпопывания мембран, допускает возможность изготовления мембран из тонкой стали (менее 1 мм) и улучшает гидродинамику потока охлаждающей воды за счет его турбулизации.

Каждый электрод является универсальным и может применяться как в качестве высоковольтного, так и в качестве заземленного.

Источники информации
1. Филиппов Ю.В., Вобликова В.А., Пантелеев В.И. Электросинтез озона, М. , Изд. Моск. университета, 1987, 237 с.

2. Патент РФ 2046753, МКИ С 01 В 13/11, опубл. 27.10.95 г. (прототип).

Устройство относится к озонаторному оборудованию и может быть использовано в производстве озонаторов. Система электродов генератора озона содержит, по меньшей мере, два электрода. Каждый электрод выполнен их двух гофрированных мембран, жестко соединенных между собой и образующих внутреннюю кольцевую полость, имеющую штуцеры входа и выхода охлаждающей воды. Высоковольтный и заземленный электроды имеют одинаковую конфигурацию в пределах активной зоны. Соответствующие вершины и впадины верхних и нижних мембран каждого электрода находятся на одинаковом расстоянии друг от друга. Во внутренней кольцевой полости между мембранами в пределах активной зоны размещена дистанцирующая вставка, имеющая высоту, равную расстоянию между мембранами, которое равно 10 - 30 значениям разрядного расстояния. Данное устройство отличается надежностью работы электродов, снижением материалоемкости и улучшением условий отвода тепла от разрядного промежутка. 4 ил.

Система электродов генератора озона, содержащая по меньшей мере два электрода, каждый из которых выполнен из двух гофрированных мембран, жестко соединенных между собой и образующих внутреннюю кольцевую полость, имеющую штуцеры входа и выхода охлаждающей воды, отличающаяся тем, что высоковольтный и заземленный электроды имеют одинаковую конфигурацию в пределах активной зоны, соответствующие вершины и впадины верхних и нижних мембран каждого электрода находятся на одинаковом расстоянии друг от друга, а во внутренней кольцевой полости между мембранами в пределах активной зоны размещена дистанцирующая вставка, имеющая высоту, равную расстоянию между мембранами, которое, в свою очередь, равно 10 - 30 значениям разрядного расстояния.