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, к изделию плоской формы с признаками ограничительной части пункта 8 формулы изобретения и к электродной компоновке с признаками ограничительной части пункта 13 формулы изобретения.

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 газоразрядное пространство в виде полых катодов. В этих газоразрядных 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 зазоре. 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 генератора озона с максимально простой и экономичной конструкцией, а также в создании изделия плоской формы и компоновки электродов дли применения в газовом потоке генератора озона, у которых производительность генератора озона увеличена путем снижения электрической мощности, подаваемой на единицу поверхности электрода в направлении спрямленного газового потока.

Понятие «изделие плоской формы» известно из текстильной технологии (англ.: woven or non-woven fabric). Текстильным изделием плоской формы обозначают любое плоское образование, изготовленное из текстильного сырья по текстильной технологии. В рамках данной патентной заявки под изделием плоской формы следует понимать любое ровное, изогнутое или выгнутое изделие плоской формы, изготовленное по текстильной технологии. К этой группе относятся нетканые материалы из нитей, например ткань, вязаный материал, плетенка и сетка, а также нетканые плетеные материалы, например нетканый материал из прочеса и ватный материал.

Эта задача решается посредством генератора озона с признаками пункта 1 формулы изобретения, плетеного образования с признаками пункта 8 и компоновки электродов с признаками пункта 13 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, а в газовом потоке расположено проволочное изделие плоской формы, плотность которого снижается в направлении спрямленного потока. Снижение плотности изделия плоской формы обеспечивает варьирование поверхностных точек, из которых исходят тихие разряды, вдоль генератора озона, что снижает питающую электрическую мощность в направлении спрямленного газового потока. Это положительно сказывается на регулировании роста температуры в направлении потока, что повышает производительность озонатора. Выбор максимально простой геометрии генератора озона и повышение производительности только за счет плетеного проволочного образования обеспечивает возможность простого и экономичного изготовления генератора озона.

При этом предпочтительно увеличение свободной площади поперечного сечения изделия плоской формы в направлении спрямленного потока. В зонах свободной площади поперечного сечения при подаче определенного напряжения разряды не происходят, так как напряжения не хватает для разряда в разрядном пространстве, что снижает количество разрядов на единицу длины при увеличении доли свободной площади поперечного сечения.

В одном из вариантов осуществления изделие плоской формы является плетенкой, размер ячеек которой увеличивается в направлении спрямленного потока, предпочтительно плавно. Плетенки просты в изготовлении и поэтому предпочтительны.

Предпочтительно высоковольтный электрод, по меньшей мере, частично образован изделием плоской формы. При этом возможен вариант, когда высоковольтный электрод полностью состоит из изделия плоской формы.

В двух предпочтительных вариантах осуществления, по меньшей мере, один контрэлектрод и высоковольтный электрод образуют пластинчатый или трубчатый генератор озона, в котором, по меньшей мере, один контрэлектрод и высоковольтный электрод ориентированы относительно друг друга трубообразно и концентрически, а изделие плоской формы является полым шнуром круглого сечения. При этом пластинчатый генератор озона применяют предпочтительно в небольших озонаторах, главным образом с воздушным охлаждением. Трубчатые генераторы озона применяют предпочтительно в больших озонаторах с несколькими генераторами озона, главным образом с жидкостным охлаждением.

Предпочтительно создают однозазорную систему с одним единственным контрэлектродом, в которой высоковольтный электрод образован изделием плоской формы, а диэлектрик установлен с прилеганием к контрэлектроду.

Для применения в газовом потоке генератора озона установлено также проволочное изделие плоской формы, плотность которого в газовом потоке снижается в направлении спрямленного потока, заданном газовым потоком.

При этом предпочтительно непрерывное или частичное увеличение свободной площади поперечного сечения изделия плоской формы в направлении спрямленного потока. В предпочтительном варианте осуществления изделие плоской формы является плетенкой, размер ячеек которой растет в направлении спрямленного потока.

В одном из вариантов осуществления изделие плоской формы выполнено многосоставным из нескольких участков, причем отдельные участки изделия плоской формы выполнены с разной плотностью. При этом предпочтителен неизменный размер ячеек соответственно отдельных участков, причем размер ячеек растет в направлении спрямленного потока от участка к участку.

Проволочное изделие плоской формы выполняет функцию электрода с местом подключения электропитания.

Далее предложена компоновка электродов с центральным неэлектропроводящим стержнем, с охватывающим стержень изделием плоской формы и с охватывающей изделие плоской формы диэлектрической трубкой с возможностью подачи в нее через изделие плоской формы газового потока, причем плотность изделия плоской формы в потоке газа снижается в заданном последним направлении спрямленного потока. Изделие плоской формы имеет вышеуказанные характеристики.

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 Фигуре 1 показана компоновка электродов генератора озона, известного из DE 10 2011 008 947 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 промежуточное пространство. Соответственно между диэлектриком 2 и стержнем 3 установлено проволочное плетение 5, также заполняющее данное промежуточное пространство. Внешний электрод 1 выполнен в виде трубки из нержавеющей стали. Возникающее при создании 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 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 промежуточном пространстве 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 наряду с прочим зависит 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. Центральное разрядное расстояние 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 разрядное расстояние 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. Высоковольтный электрод может быть выполнен в виде проволочной оплетки или плетения, тканого материала, а также в виде проволочной обмотки.

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.

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 разрядном пространстве и возможность повышения производительности генератора озона. Особенно простая геометрия электродной компоновки обеспечивает возможность простого и экономичного изготовления генератора озона.

Группа изобретений относится к генератору озона с высоковольтным электродом (5) и по меньшей мере одним контрэлектродом (1), проволочному изделию плоской формы и компоновке высоковольтного электрода. Генератор озона с высоковольтным электродом (5) и по меньшей мере одним контрэлектродом (1), ограничиващими пространство между ними, в котором установлен по меньшей мере 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. В газовом потоке установлено проволочное изделие плоской формы, плотность которого снижается в направлении спрямленного потока. Технический результат, достигаемый при использовании группы изобретений, заключается в создании генератора озона с повышенной производительностью за счет снижения электрической мощности, подаваемой в направлении газового потока на единицу поверхности электрода. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Генератор озона с высоковольтным электродом (5) и по меньшей мере 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 создания тихих разрядов, отличающийся тем, что в потоке газа установлено проволочное изделие плоской формы, причем плотность изделия плоской формы снижается в направлении спрямленного потока.

2. Генератор озона по п. 1, отличающийся тем, что свободная площадь поперечного сечения изделия плоской формы увеличивается в направлении спрямленного потока.

3. Генератор озона по пп. 1 или 2, отличающийся тем, что изделие плоской формы является плетенкой, у которой размер ячеек плавно растет в направлении спрямленного потока.

4. Генератор озона по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что высоковольтный электрод (5), по меньшей мере, частично образован изделием плоской формы.

5. Генератор озона по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что по меньшей мере один контрэлектрод (1) и высоковольтный электрод выполнены в виде пластин и образуют пластинчатый озонатор.

6. Генератор озона по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что высоковольтный электрод (5) и по меньшей мере один контрэлектрод (1) ориентированы относительно друг друга трубообразно и концентрически, а изделие плоской формы выполнено в виде полого шнура круглого сечения.

7. Генератор озона по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что установлен один единственный контрэлектрод, а высоковольтный электрод (5) образован изделием плоской формы (5), причем диэлектрик (2) установлен с прилеганием к контрэлектроду (1).

8. Проволочное изделие плоской формы для применения в потоке газа генератора озона, отличающееся тем, что плотность изделия плоской формы в потоке газа снижается в заданном газовым потоком направлении спрямленного потока.

9. Изделие плоской формы по п. 8, отличающееся тем, что свободная площадь поперечного сечения изделия плоской формы увеличивается в направлении спрямленного потока плавно или на отдельных участках.

10. Изделие плоской формы по пп. 8 или 9, отличающееся тем, что оно выполнено в виде плетенки, размер ячеек которой растет в направлении спрямленного потока.

11. Изделие плоской формы по п. 8, отличающееся тем, что оно выполнено в виде проволочного плетения, составленного из нескольких отдельных участков, причем с разной плотностью изделия плоской формы на отдельных участках.

12. Изделие плоской формы по п. 11, отличающееся тем, что отдельные участки выполнены соответственно с постоянным размером ячеек, причем размер ячеек в направлении спрямленного потока растет от участка к участку.

13. Компоновка высоковольтного электрода и по меньшей мере одного контрэлектрода для генератора озона, содержащая центральный неэлектропроводящий стержень, с охватывающим стержень изделием плоской формы и с охватывающей изделие плоской формы диэлектрической трубкой с возможностью подачи в нее через изделие плоской формы газового потока, отличающаяся тем, что плотность изделия плоской формы в потоке газа снижается в заданном последним направлении спрямленного потока.

14. Компоновка электродов по п. 13, отличающаяся тем, что свободная площадь поперечного сечения изделия плоской формы растет в направлении спрямленного потока плавно или на отдельных участках.

15. Компоновка электродов по п. 13, отличающаяся тем, что изделие плоской формы выполнено в виде плетенки, размер ячеек которой растет в направлении спрямленного потока.