ГЕНЕРАТОР ОЗОНА Российский патент 2008 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к озонаторному оборудованию и может быть использовано в производстве озонаторов.

Принципиально типовой генератор озона (далее - ГО) представляет собой конструкцию, состоящую из по меньшей мере двух металлических (трубчатых или плоских) - высоковольтного и заземленного электродов с диэлектрическими барьерами (далее - ДБ), в разрядном промежутке между которыми в электрическом разряде осуществляется синтез озона. При этом технико-экономическая эффективность ГО во многом определяется параметрами ДБ, качеством изготовления электродов и наличием или отсутствием системы их охлаждения. (Филиппов Ю.В., Вобликова В.А., Пантелеев В.И. Электросинтез озона, М., МГУ, 1987 г., стр.46-53) [1].

Известен ГО с трубчатыми металлическими электродами, охлаждаемыми водой, в котором функцию ДБ выполняет эмалевое покрытие. (Филиппов Ю.В., Вобликова В.А., Пантелеев В.И. Электросинтез озона, М., МГУ, 1987 г., стр.51) [2].

Эта конструкция имеет следующие недостатки:

- большая металлоемкость электродов;

- большая трудоемкость изготовления эмалевого покрытия;

- высокая чувствительность показателей качества покрытия (коэффициент термического расширения, равномерность, пористость и др.) к отклонениям по химсоставу и параметрам процесса эмалирования, что, как правило, приводит к производственному браку. Известен ГО, выполненный в виде пакета чередующихся высоковольтных и заземленных электродов, имеющих систему циркуляции хладагента, к поверхности которых с двух сторон припаян диэлектрический барьер. (Патент РФ 2061651 С01В 13/11, опубл. 10.06.96, бюл. №16) [3].

Недостатками этого устройства являются:

- высокая трудоемкость процесса изготовления электродов, что обусловлено необходимостью выполнения большого объема механической обработки при их формообразовании, предварительного нанесения электропроводного слоя металла на электроды и ДБ и последующей их совместной пайки;

- большая материалоемкость и теплоемкость электродов, что ведет к непроизводительным потерям энергии;

- недолговечность электродов под действием охлаждающей воды при изготовлении их из алюминиевых сплавов.

Наиболее близким к настоящему техническим решением является ГО, который состоит из чередующихся высоковольтных и заземленных электродов, охлаждаемых водой, выполненных из жестко соединенных между собой мембран, образующих полость со штуцерами для входа и выхода охлаждающей воды, и покрытые снаружи диэлектриком. (Патент РФ №2046753 С01В 13/11, опубл. 27.10.95 г., бюл. №30) [4].

Предложенные в этом патенте решения частично устраняют выше отмеченные недостатки, одновременно привносят собственные, обусловленные особенностями конструкции и технологии их изготовления: как электродов, так и ГО в целом.

К недостаткам этого ГО следует отнести:

- горизонтальное расположение электродов, при котором в процессе охлаждения водой на их внутренней поверхности могут скапливаться воздушные пузыри; это приводит к образованию локальных зон перегрева и также к снижению эффективности работы ГО;

- использование технической воды, имеющей низкое омическое сопротивление, что усложняет систему охлаждения высоковольтных электродов и ведет к увеличению габаритов и металлоемкости ГО;

- сложность монтажа-демонтажа электродов внутри корпуса ГО.

Решаемая задача - повышение качества, надежности и экономичности генератора озона в производстве и эксплуатации. Это достигается тем, что генератор озона, состоящий из корпуса со штуцерами для входа рабочего газа и выхода озоногазовой смеси и штуцерами для входа и выхода хладагента, в котором размещены чередующиеся с разрядным промежутком, разделенные диэлектрическими барьерами и дистанцирующими прокладками высоковольтные и заземленные электроды, выполненные из мембран в виде герметичной полой конструкции со штуцерами для входа и выхода хладагента, который подается к высоковольтным и заземленным электродам через шланги из диэлектрика, при этом он снабжен коллекторами для подвода и отвода хладагента от электродов, одна из стенок корпуса выполнена съемной, на ее внутренней поверхности закреплены коллекторы и электроды, последние из которых размещены вертикально таким образом, что штуцеры, подводящие хладагент расположены в их нижней части, а отводящие - в их верхней части, при этом шланги из диэлектрика, обеспечивающие охлаждение высоковольтных электродов, одинаковы по длине со шлангами для заземленных электродов, мембраны выполнены из металла или сплава с вентильными свойствами, поверхности мембран образованы оксидным слоем из этого же металла или сплава, при этом оксидный слой на поверхности мембран, обращенной к разрядному промежутку, выполняет функцию диэлектрического барьера, а со стороны охлаждаемой поверхности - функцию антикоррозионного покрытия, и в качестве хладагента используется деионизованная вода.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а следовательно, оно соответствует критерию «новизна».

На фиг.1, 2, схематично представлен вариант конструкции генератора озона и электрода; на фиг.3 показан фрагмент поперечного сечения мембраны с оксидными слоями на ее поверхности; на фиг.4 - узел соединения электродов и коллекторов шлангами из диэлектрика.

ГО состоит из корпуса 1 со штуцерами 2, 3, соответственно, для входа рабочего газа, например, воздуха и выхода газоозоновой смеси, внутри которого через прокладки 4 на съемной стенке 5 размещены электроды 6 и коллекторы 7 со штуцерами 8, 9 для входа и выхода охлаждающей воды. Электроды собраны с зазором через проставки 10, и к ним подведено высокое напряжение 11 и заземление 12. Каждый электрод 6 представляет собой герметичную полую конструкцию, имеющую на внешней и внутренних полостях оксидные слои 13,14, штуцеров 15 для входа и выхода охлаждающей воды. При этом оксидный слой 13 снаружи выполняет функцию ДБ, а слой 14 с внутренней стороны - функцию антикоррозионого покрытия, а электроды соединяются с коллекторами шлангами 16.

При работе генератора озона рабочий газ (воздух, кислород) поступает в корпус 1 через штуцер 2 и проходит между электродами через разрядный промежуток, в котором в электрическом разряде осуществляется синтез озона. Далее озоносодержащий газ выводится через штуцер 3. Выделяющаяся в процессе синтеза теплота отводится деионизованной водой.

Применение съемной стенки создает удобства и снижает трудоемкость при монтаже-демонтаже электродов и сопутствующих комплектующих в корпусе ГО. Вертикальное расположение электродов и одновременная подача охлаждающей воды снизу вверх обеспечивает удаление воздушных пузырей и, таким образом, стабильную и эффективную работу ГО. Использование для охлаждения электродов деионизованной воды, имеющей высокое омическое сопротивление, вместо технической, создает условия для замены длинных спиральных трубопроводов, подводящих воду к высоковольтным электродам на короткие шланги, аналогичные применяемым для заземленных электродов, и создает условия для уменьшения габаритов и снижению металлоемкости ГО. Применение металлов с вентильными свойствами позволяет: во-первых, заменить дорогостоящую нержавеющую сталь на более экономичный металл, например алюминий; во-вторых, создавать на поверхности электродов тонкий оксидный слой (до 0,2 мм) высокого качества на основе этого же металла, который выполняет функцию ДБ и антикоррозионного покрытия, в-третьих, использование металла с вентильными свойствами позволяет заменить трудоемкое высокотемпературное эмалирование на малооперационный процесс формирования оксидного слоя при нормальных температурах; одновременно на охлаждаемых поверхностях электродов образуется антикоррозионое покрытие. Таким образом, обеспечивается возможность получения высококачественных, надежных и долговечных тонкостенных электродов (без коробления, с равномерным прочным покрытием), что позволяет уменьшить величину разрядных промежутков между электродами и тем самым снизить потребление энергии при эксплуатации ГО.

Сравнение существенных признаков предложенного и известных решений дает основание считать, что предложенное техническое решение отвечает критериям "изобретательский уровень" и "промышленная применяемость".

Изобретение относится к озонаторному оборудованию и может быть использовано в производстве озонаторов. Одна из стенок корпуса генератора озона выполнена съемной, на ее внутренней поверхности закреплены электроды и коллекторы для подвода и отвода деионизованной воды от электродов. Электроды размещены вертикально таким образом, что штуцеры, подводящие деионизованную воду, расположены в их нижней части, а отводящие - в их верхней части. Электроды выполнены из мембран в виде герметичной полой конструкции со штуцерами для входа и выхода деионизованной воды. Мембраны выполнены из металла или сплава с вентильными свойствами. Поверхности мембран образованы оксидным слоем из этого же металла или сплава. Оксидный слой на поверхности мембран, обращенной к разрядному промежутку, выполняет функцию диэлектрического барьера, а со стороны охлаждаемой поверхности - функцию антикоррозионного покрытия. Предложенное изобретение обеспечивает высокие показатели качества, надежности и экономичности генератора озона в производстве и эксплуатации. 4 ил.

Генератор озона, состоящий из корпуса со штуцерами для входа рабочего газа и выхода озоногазовой смеси и штуцерами для входа и выхода хладагента, в котором размещены чередующиеся с разрядным промежутком, разделенные диэлектрическими барьерами и дистанцирующими прокладками высоковольтные и заземленные электроды, выполненные из мембран в виде герметичной полой конструкции со штуцерами для входа и выхода хладагента, который подается к высоковольтным и заземленным электродам через шланги из диэлектрика, отличающийся тем, что он снабжен коллекторами для подвода и отвода хладагента от электродов, одна из стенок корпуса выполнена съемной, на ее внутренней поверхности закреплены коллекторы и электроды, последние из которых размещены вертикально таким образом, что штуцеры, подводящие хладагент, расположены в их нижней части, а отводящие - в их верхней части, при этом шланги из диэлектрика, обеспечивающие охлаждение высоковольтных электродов, одинаковы по длине со шлангами для заземленных электродов, мембраны выполнены из металла или сплава с вентильными свойствами, поверхности мембран образованы оксидным слоем из этого же металла или сплава, при этом оксидный слой на поверхности мембран, обращенной к разрядному промежутку, выполняет функцию диэлектрического барьера, а со стороны охлаждаемой поверхности - функцию антикоррозионного покрытия, и в качестве хладагента используется деионизованная вода.