СИСТЕМА ЭЛЕКТРОДОВ ГЕНЕРАТОРА ОЗОНА Российский патент 2008 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к химическому машиностроению и может быть использовано для изготовления устройств, с помощью которых получают озон, используемый для обеспечения сохранности пищевых продуктов, водоочистки, дезинфекции помещений и т.д.

Известна система электродов генератора озона, состоящая из плоских металлических электродов, между которыми размещены диэлектрические пластины (барьеры) и продольные рейки, создающие щелевые разрядные промежутки, через которые пропускается озонируемый газ [1].

Недостатком такой системы является низкий ресурс работы генератора озона. В случае пробоя одного из диэлектрических барьеров происходит короткое замыкание между электродами. Генератор озона необходимо срочно отключить от источника питания для его ремонта с последующей заменой вышедшего из строя диэлектрического барьера.

Можно отключить только электроды, между которыми произошло короткое замыкание, и продолжить эксплуатацию генератора озона на оставшихся элементах. Однако производительность озонатора уменьшится соответственно количеству отключаемых элементов.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является система электродов генератора озона, содержащая электродные пластины, разделенные диэлектрическими барьерами, подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения [2]. Для образования каждого разрядного промежутка используется два барьера. При пробое одного из них продолжает работать второй барьер и работоспособность этого газоразрядного промежутка и, соответственно, генератора озона, продлевается. Однако в случае пробоя второго диэлектрического барьера в непосредственной близости от зоны пробоя первого барьера произойдет короткое замыкание между электродами, которое также приведет либо к отключению генератора озона, либо к снижению его производительности. При этом можно отключать электроды, между которыми произошло короткое замыкание, и продолжить эксплуатацию генератора. Однако производительность озонатора уменьшится соответственно количеству отключаемых элементов.

Заявляемое изобретение решает задачу создания озонатора с повышенным сроком службы и надежного в работе при сохранении его производительности. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является повышение срока службы озонатора, увеличение ресурса работы.

Этот результат достигается тем, что в системе электродов генератора озона, содержащей подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения плоские электроды, разделенные диэлектрическими барьерами, по крайней мере, один из электродов выполнен в виде металлической пленки толщиной до 0,1 мкм, размещенной между двумя диэлектрическими пленками из полимера, обладающего способностью восстановления при электрическом пробое, и помещен в обойму, одна из стенок которой, расположенная со стороны другого электрода, является одним диэлектрическим барьером, а одна из двух диэлектрических пленок является другим диэлектрическим барьером. При использовании такого технического решения повышается ресурс работы каждого газоразрядного промежутка

На чертеже представлен вариант системы электродов в генераторе озона с одним газоразрядным элементом. Представляемый генератор озона относится к пластинчатым озонаторам. Очевидно, все преимущества будут справедливы и для трубчатого озонатора.

Генератор озона содержит источник 1 высоковольтного переменного напряжения, который подключен к сплошному электроду 2 и металлическому пленочному слою 3, который размещен между двумя диэлектрическими пленками 4 и 5. Эти пленки могут быть изготовлены, например, из целлюлозы, триацетатцеллюлозы, полиэтилентерефталата, то есть самовосстанавливающихся после электрических пробоев полимерных материалов. Электрод 3, размещенный между диэлектрическими пленками, может быть помещен в обойму 8, обеспечивающую геометрию разрядного зазора и прочность конструкции генератора озона, одна из стенок которой, расположенная со стороны электрода 2, является одним барьером, а полимерная пленка 4 - другим барьером. Кроме того, генератор озона содержит две рейки 7, изготовленные из диэлектрика, для формирования газоразрядного промежутка. Наиболее оптимальной является толщина металлической пленки до 0,1 мкм, так как при такой толщине время короткого замыкания минимально (см. табл.1), что позволяет свести к минимуму площадь разрушения электрода.

При подаче высоковольтного напряжения от источника 1 на электроды системы 2 и 3 в разрядном зазоре возникает объемно-барьерный электрический разряд и при подаче в разрядный зазор кислородосодержащего газа синтезируется озон.

В случае электрического пробоя диэлектрического барьера 6 одновременно пробивается и пленочный диэлектрический слой 4. К месту пробоя устремляется ток короткого замыкания. Плотность тока в месте короткого замыкания достигает таких значений, при которых плавится металлический пленочный слой. Возникающая дуга испаряет металл в месте короткого замыкания, но по мере его испарения обрывается и гаснет. Место короткого замыкания оказывается изолированным. Этот процесс восстановления электрической прочности барьера протекает очень быстро, а при толщине 0,1 мкм, как показали эксперименты, достигает 10^-4-10^-5 с (таблица).

№ п/пТолщина металлической пленки, мкмВремя короткого замыкания, с10,110^-420,0810^-530,0710^-5

Могут происходить многие тысячи пробоев и, таким образом, ресурс работы генераторов озона практически неограниченно увеличивается. Выбор материала полимерных диэлектрических пленок 4 и 5 обусловлен тем, что молекула вещества, из которого он изготовлен, должна содержать значительное количество атомов кислорода. В этом случае углерод, выделяющийся из него при образовании дуги короткого замыкания, который может образовывать проводящие мостики на месте испарившегося металла, связывается выделяющимся кислородом и выделяется в атмосферу в виде газообразной окиси углерода. В этом случае материал является самовосстанавливающимся. Оптимальным является использование полимерных диэлектрических пленок, молекулы которых имеют содержание кислорода относительно углерода не менее 0/С=0,4: - целлюлоза (С₆Н₁₀О₅)_n, полиэтилентерефталат (C₁₀H₈O₃)_n, поликарбонат (С₁₆Н₁₄О₃)п.Если подобные материалы короностойкие, то пленочный слой 4 и барьер 6 могут быть выполнены как одно целое. Аналогично, если материал пленочного слоя достаточно жесткий, то слой 5 и обойма 8 также могут представлять единую конструкцию.

Для дальнейшего увеличения ресурса сплошной электрод 2 можно также заменить на пленочный металлический электрод, размещенный между диэлектрическими полимерными пленками. Для повышения производительности генераторов озона можно использовать комплект таких пленок, поочередно подключенных к клеммам источника высоковольтного переменного напряжения.

Источники информации

1. Патент США №3801791, кл. 250-532, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР №941278, МПК С01B 13/11.

3. В.Т.Ренне. Пленочные конденсаторы с органическим диэлектриком. Ленинград: «Энергия», 1971, с.9-23.

Изобретение относится к химическому машиностроению и может быть использовано для изготовления устройств, с помощью которых получают озон. Система электродов генератора озона содержит плоские электроды 2 и 3, разделенные диэлектрическими барьерами. По крайней мере, один из электродов выполнен в виде металлической пленки толщиной до 0,1 мкм, размещенной между двумя диэлектрическими пленками 4 и 5 из полимера, обладающего способностью восстановления при электрическом пробое, и помещен в обойму 8. Одна из стенок обоймы, расположенная со стороны другого электрода, является одним диэлектрическим барьером, а одна из двух диэлектрических пленок является другим диэлектрическим барьером. Предложенное изобретение обеспечивает повышение срока службы озонатора, увеличение надежности работы при сохранении его производительности. 1 ил., 1 табл.

Система электродов генератора озона, содержащая подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения плоские электроды, разделенные диэлектрическими барьерами, по крайней мере, один из электродов выполнен в виде металлической пленки толщиной до 0,1 мкм, размещенной между двумя диэлектрическими пленками из полимера, обладающего способностью восстановления при электрическом пробое, и помещен в обойму, одна из стенок которой, расположенная со стороны другого электрода, является одним диэлектрическим барьером, а одна из двух диэлектрических пленок является другим диэлектрическим барьером.