ГЕНЕРАТОР ОЗОНА С РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ РАЗРЯДА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК C01B13/11 

Настоящее изобретение относится к генератору озона с признаками ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а также к озонатору, оснащенному таким генератором озона.

Озонаторы согласно родовому понятию включают множество генераторов озона, расположенных в зависимости от вида секционного трубчатого теплообменника параллельно друг другу между двумя трубными решетками. Внутри трубок образовано разрядное пространство в виде полых катодов. В этих разрядных пространствах установлены анодные стержни с диэлектриком, на которые в рабочем режиме подают высокое напряжение и которые вызывают тихий разряд между анодным стержнем и трубкой. Сквозь это промежуточное пространство пропускают кислородосодержащий газ или чистый кислород. Тихий разряд в кислородосодержащем газе создает из молекул кислорода молекулы озона. Обогащенный таким образом озоном газовый поток применяют затем, например, в целях дезинфекции.

Превалирующая часть электрической мощности, подаваемой на генератор озона, выделяется в качестве отходящего тепла. Это отходящее тепло отводят путем охлаждения, например посредством жидкостного охлаждения внешних электродов. При этом охлаждающая жидкость нагревается при прохождении через секцию трубок и ее охлаждают в контуре посредством теплообменника холодильного агрегата до температуры в несколько градусов Цельсия.

Механизмом, снижающим производительность генератора озона, является перепад температур, неизбежно образующийся вдоль трубок между входом и выходом охлаждающей жидкости. Производительность генератора озона в значительной степени зависит от температуры в разрядном пространстве. Образование озона происходит предпочтительно при низкой температуре, а усиленный распад озона происходит при повышении температуры. Это вызванное температурным режимом падение содержания озона снижает общую производительность генератора озона. Для повышения выхода озона необходимо целенаправленное воздействие на температуру эффективной реакции вдоль генератора озона.

Из публикации JP-H-0881205 известен генератор озона с коническим внешним электродом, соприкасающимся с диэлектриком и имеющим в первом варианте исполнения увеличивающуюся по длине генератора озона толщину и постоянную толщину во втором варианте исполнения. Общим для этих вариантов исполнения является непрерывное снижение в газовом зазоре мощности, подводимой по длине генератора озона. Это снижает повышение температуры по длине генератора озона, что обеспечивает возможность поддержания почти постоянной температуры эффективной реакции. Недостатком при этом является относительно трудоемкое и дорогое изготовление внешнего электрода и диэлектрика.

Задача настоящего изобретения состоит в создании генератора озона с повышенной производительностью за счет снижения электрической мощности, подаваемой в направлении газового потока на единицу поверхности электрода, причем генератор озона имеет максимально простую и экономичную конструкцию.

Эта задача решается посредством генератора озона с признаками пункта 1 формулы изобретения.

Согласно этому предложен генератор озона с высоковольтным электродом и, по меньшей мере, с одним контрэлектродом, ограничивающими промежуточное пространство, в котором установлен, по меньшей мере, один диэлектрик и сквозь которое проходит газ спрямленного потока, причем высоковольтный электрод и, по меньшей мере, один контрэлектрод имеют подключение электронапряжения для создания тихих разрядов, исходящих из поверхностных точек, а среднее расстояние между высоковольтным электродом и, по меньшей мере, одним контрэлектродом и средний пробивной промежуток постоянны, причем количество поверхностных точек, из которых исходят тихие разряды, снижается в направлении спрямленного потока. Такая вариативность поверхностных точек обеспечивает возможность регулирования подводимой электрической мощности и, тем самым, температуры эффективной реакции. Количество поверхностных точек снижается на единицу длины. Неизменность среднего расстояния между электродом высокого напряжения и, по меньшей мере, одним контрэлектродом и среднего пробивного промежутка обеспечивают простую и экономичную конструкцию генератора озона.

Предпочтительно количество поверхностных точек для электрических разрядов непрерывно снижается.

В одном из вариантов осуществления поверхностные точки образованы профилем высоковольтного электрода. Однако возможно профилирование диэлектрика и/или высоковольтного электрода. Аналогичный эффект обеспечивает также профилирование внутренней поверхности контрэлектрода.

Предпочтительно поверхностные точки образованы проволочной оплеткой. При этом сама проволочная оплетка является высоковольтным электродом или частью высоковольтного электрода.

Генератор озона включает предпочтительно один единственный контрэлектрод, а диэлектрик расположен с прилеганием к контрэлектроду. Таким образом, генератор озона выполнен в виде однозазорной системы. При этом под разрядным расстоянием понимают расстояние между диэлектриком и высоковольтным электродом.

Генератор озона может быть выполнен в виде трубчатого или пластинчатого генератора озона. В пластинчатом генераторе озона высоковольтный электрод и, по меньшей мере, один контрэлектрод выполнены в виде пластин.

По описанным техническим причинам предпочтительно изготовление и применение озонатора для дезинфекции воды или для отбеливания древесины, целлюлозы или пульпы для производства бумаги озонатора, по меньшей мере, с одним генератором озона, с одним из вышеописанных признаков.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения раскрыт далее на примере чертежей, на которых изображено:

Фиг. 1: аксонометрия компоновки электродов согласно уровню техники, а также

Фиг. 2: схема проволочной оплетки согласно настоящему изобретению.

На Фиг. 1 показана компоновка электродов генератора озона, известного из DE 102011008947 AI. Такие генераторы озона сгруппировано применяют в озонаторах. При этом генераторы озона устанавливают по типу трубчатого секционного теплообменника параллельно друг другу между двумя трубными решетками с параллельным электроподключением.

Показанный генератор озона имеет трубчатый внешний электрод 1, диэлектрик 2 также трубчатого типа и расположенный внутри стержень 3, причем отдельные компоненты изображены укороченными и растянутыми в осевом направлении. Компоновка вращательно-симметрична. Внешний электрод 1, диэлектрик 2 и стержень 3 ориентированы относительно друг друга концентрично. Между внешним электродом 1 и диэлектриком 2 расположено проволочное плетение 4, заполняющее промежуток. Соответственно между диэлектриком 2 и стержнем 3 установлено проволочное плетение 5, также заполняющее данный промежуток. Внешний электрод 1 выполнен в виде трубки из нержавеющей стали. Возникающее при производстве озона отходящее тепло охлаждают охлаждающей жидкостью, подаваемой снаружи вдоль внешнего электрода между трубными решетками. Диэлектрик 2 выполнен в виде стеклянной трубки. Проволочные плетения 4 и 5 выполнены в виде т.н. пустотелого шнура круглого сечения также из нержавеющей стали. Расположенный в центре электродной компоновки стержень 3 является изолятором, выполненным, например, из стекла или из другого совместимого с кислородом и озоном материала. Стержень 3 может быть выполнен монолитным. В рабочем режиме на электродную компоновку подают кислородосодержащий рабочий газ, проходящий сквозь проволочные плетения 4 и 5 в направлении стрелок 6. Схематично показано электропитание 7, подключенное, с одной стороны, к внешнему электроду 1 и, с другой стороны, к плетению 5. Обеспечиваемое электропитанием 7 рабочее напряжение вызывает в промежутке между электродами 1, 5 и диэлектриком 2 тихий электрический разряд, генерирующий озон из кислорода, проходящего по стрелкам 6 сквозь плетения 4 и 5.

В показанной конструкции внутренний электрод образован только плетением 5, а стержень 3 имеет вспомогательное предназначение в качестве изолятора, обеспечивающего равномерное заполнение проволочным плетением 5 внутреннего пространства диэлектрика 2. Ширина зазора или разрядное расстояние d - это расстояние между электродом и диэлектриком. Электропитание 10 обеспечивает питание генератора озона синусоидальным напряжением. Форма электродов обеспечивает наложение объемного и поверхностного зарядов.

В отличие от генераторов озона с заданной шириной зазора профилирование высоковольтного электрода 5 обеспечивает специфические поверхностные точки, из которых исходят тихие разряды.

Температура в газовом зазоре зависит наряду с прочим и от температуры стенок (температуры хладагента) и от питающей электрической мощности. Питающая электрическая мощность зависит, в свою очередь, от разрядного расстояния и от количества разрядов.

Согласно изобретению разрядные поверхностные точки варьируются вдоль генератора озона, за счет чего питающая электрическая мощность снижается в направлении спрямленного газового потока. Центральный пробивной промежуток остается при этом главным образом неизменным, а количество разрядов на единицу длины снижается. Вариативность поверхностных точек при этом как плавная, так и дискретная.

Количество разрядов на единицу длины регулируют вдоль озонатора путем изменения распределения поверхностных точек, из которых исходят разряды. Расстояние между внешним и внутренним электродами, а также пробивной промежуток по центру остаются при этом неизменными.

В первом варианте осуществления распределение поверхностных точек обеспечено профилированием одного из электродов. Профилирование электрода вызывает распределение специфических поверхностных точек, из которых исходят разряды. Остальная поверхность электрода не предназначена для производства разрядов.

Варьирование профилирования или поверхностных точек в направлении спрямленного газового потока снижает количество разрядов на единицу длины. Возможность варьирования обеспечена регулированием размеров ячеек W, W' у электрода 5 из проволочного плетения, как показано на Фиг. 2. При этом размер ячеек W, W' увеличивается в направлении S спрямленного потока, за счет чего уменьшается количество разрядов на единицу длины в направлении S спрямленного потока.

Высоковольтный электрод выполнен из электропроводящего материала, предпочтительно из нержавеющей стали с профилированной поверхностью. Высоковольтный электрод может быть выполнен в виде проволочной оплетки или плетения, тканого материала, а также в виде проволочной обмотки или гранул, нанесенных на поверхность. Возможно выполнение в виде плиточной облицовки или технического сукна в качестве структур, нанесенных на электрод путем механической обработки или наслоения. При этом профилирование распределено предпочтительно произвольно или упорядочено как в продольном направлении, так и в окружном направлении электрода. В одном из вариантов осуществления этот высоковольтный электрод проходит до диэлектрика, т.е. существуют точки, в которых плетение, тканый материал или т.п. прилегает к диэлектрику.

Однако возможен вариант, когда вместо электрода профилируют диэлектрик с обеспечением аналогичного результата. Генератор озона согласно данному изобретению не ограничен трубчатой компоновкой электродов. Его можно применять как в трубчатых, так и в пластинчатых озонаторах. При этом возможно применение как однозазорных, так и многозазорных систем. Электропроводящий материал электрода помещают в разрядное пространство с или без подложки.

Вариативность согласно изобретению поверхностных точек, из которых исходят разряды, обеспечивает возможность снижения питающей электрической мощности на единицу поверхности электрода в направлении спрямленного газового потока и, тем самым, возможность регулирования температуры газа в пробивном промежутке и возможность повышения производительности генератора озона. Особенно простая геометрия электродной компоновки обеспечивает возможность простого и экономичного изготовления генератора озона.

Изобретение относится к генератору озона и может быть использовано для дезинфекции воды или для отбеливания древесины, целлюлозы или пульпы для производства бумаги. Генератор озона содержит высоковольтный электрод (5) и по меньшей мере один контрэлектрод (1), ограничивающие промежуточное пространство, в котором установлен по меньшей мере один диэлектрик (2) и сквозь которое проходит газ в направлении спрямленного потока. Высоковольтный электрод (5) и по меньшей мере один контрэлектрод (1) имеют подключение электропитания (7) для производства тихих разрядов, исходящих из поверхностных точек. Центральное расстояние между высоковольтным электродом (5) и по меньшей мере одним контрэлектродом (1) и центральное разрядное расстояние неизменны. Количество поверхностных точек, из которых исходят тихие разряды, снижается в направлении спрямленного потока. Технический результат: повышение производительности за счет снижения электрической мощности, подаваемой в направлении газового потока на единицу поверхности электрода, причем генератор озона имеет максимально простую и экономичную конструкцию. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Генератор озона с высоковольтным электродом (5) и по меньшей мере с одним контрэлектродом (1), ограничивающими промежуточное пространство, в котором установлен по меньшей мере один диэлектрик (2) и сквозь которое проходит газ в направлении спрямленного потока, причем высоковольтный электрод (5) и по меньшей мере один контрэлектрод (1) имеют подключение электропитания (7) для производства тихих разрядов, исходящих из поверхностных точек, и причем центральное расстояние между высоковольтным электродом (5) и по меньшей мере одним контрэлектродом (1) и центральное разрядное расстояние неизменны, отличающийся тем, что количество поверхностных точек, из которых исходят тихие разряды, снижается в направлении спрямленного потока.

2. Генератор озона по п. 1, отличающийся тем, что количество поверхностных точек, из которых исходят тихие разряды, плавно снижается в направлении спрямленного потока.

3. Генератор озона по п. 1 или 2, отличающийся тем, что поверхностные точки расположены на высоковольтном электроде (5).

4. Генератор озона по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что поверхностные точки образованы проволочным плетением (5).

5. Генератор озона по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что генератор озона включает один единственный контрэлектрод (1), а диэлектрик (2) установлен с прилеганием к контрэлектроду (1).

6. Генератор озона по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что высоковольтный электрод (5) и по меньшей мере один контрэлектрод (1) выполнены в виде пластин и образуют пластинчатый озонатор.

7. Озонатор для дезинфекции воды по меньшей мере с одним генератором озона по любому из пп. 1-6.

8. Озонатор для отбеливания древесины, целлюлозы или пульпы по меньшей мере с одним генератором озона по любому из пп. 1-6.