Генератор озона со съёмными монолитными коллекторами подачи-забора газа Российский патент 2021 года по МПК C01B13/11 

Изобретение относится к устройствам для производства озона с помощью барьерного электрического разряда.

В настоящее время известно большое количество устройств для производства озона, называемых генераторами озона. Генераторы озона востребованы во многих отраслях промышленности для очистки воздуха, воды, стоков и т.п.

Все генераторы озона с использованием барьерного электрического разряда состоят из разрядника, высоковольтного блока питания, устройства подачи-забора газа и системы охлаждения. Практика эксплуатации таких генераторов озона в производственных условиях с наличием повышенной влажности, газов и запыленности показала, что наиболее ненадежными местами являются:

- высоковольтный блок питания, на котором осаждаются вещества, присутствующие в охлаждающем воздухе;

- разрядник, перегрев которого приводит к снижению вырабатываемого озона или отказу генератора;

- герметизация устройства подачи-забора газа и разрядника от окружающего воздуха или охлаждающей среды.

Все это приводит к небольшому сроку службы и опасно для обслуживающего персонала.

Из уровня техники известен генератор озона, содержащий герметичный контейнер, заполненный диэлектрической охлаждающей жидкостью и соединенный с теплообменником холодильной установки посредством обводного канала с циркуляционной помпой, высоковольтный блок, разрядник, подключенный к указанному блоку и размещенный в указанном контейнере, и устройство подачи-забора газа (см. патент GB1444588, кл. C01B 13/11, опубл. 04.08.1976). Основным недостатком известного устройства является недостаточный теплосъем с рабочих элементов оборудования, большая трудоемкость и сложность герметизации между каналами газа и каналами охлаждения.

Из уровня техники известен генератор озона, содержащий герметичный контейнер, заполненный диэлектрической охлаждающей жидкостью, циркулирующей посредством помпы, высоковольтный блок, разрядник, подключенный к указанному блоку и размещенный в указанном контейнере, и устройство подачи-забора газа, высоковольтный блок размещен в диэлектрической охлаждающей жидкости внутри контейнера, который закреплен над охлаждающим вентилятором внутри направляющего цилиндрического кожуха. Генератор предпочтительно снабжен единым блоком управления, оснащенным термодатчиками, контролирующими температуру внутри контейнера. Между вентилятором и контейнером может быть установлен теплообменник, подключенный к холодильной установке. Контейнер предпочтительно снабжен внешними охлаждающими ребрами (см. изобретение RU2018128446, кл. C01B 13/11, опубл. 04.02.2020). Основными недостатками устройства являются:

- малая производительность и малая концентрация озона в связи с недостаточным охлаждением создаваемым вентилятором;

- высокий уровень шума в помещении, создаваемым вентилятором охлаждения вместе с кожухом;

- большая трудоемкость и сложность герметизации в устройстве подачи-забора газа и охлаждающей жидкости;

- сложность доступа к настройке и регулировке в связи с размещением блока управления в контейнере.

Из уровня техники известен наиболее близкий к изобретению (прототип) генератор озона, содержащий герметичный контейнер, заполненный диэлектрической охлаждающей жидкостью и соединенный с теплообменником холодильной установки посредством обводного канала с циркуляционной помпой, высоковольтный блок, разрядник, подключенный к указанному блоку и размещенный в указанном контейнере, и устройство подачи-забора газа, высоковольтный блок размещен в диэлектрической охлаждающей жидкости внутри контейнера, а разрядник образован парами соосных трубчатых электродов, омываемых охлаждающей жидкостью как с наружной стороны наружного электрода, так и с внутренней стороны внутреннего. Устройство подачи-забора газа предпочтительно содержит верхний и нижний коллекторы, между которыми закреплены пары электродов, причем в указанных коллекторах выполнены сквозные отверстия для прохода охлаждающей жидкости (см. изобретение RU2018128447, кл. C01B 13/11, опубл. 04.02.2020).

Основными недостатками устройства являются:

- недостаточное охлаждение внутренних электродов разрядника, связанное с трудностью протока жидкости при такой конструкции;

- большая трудоемкость и сложность герметизации между устройством подачи-забора газа и охлаждающей жидкостью, особенно из-за охлаждения внутреннего электрода;

- сложность доступа к настройке и регулировке в связи с размещением блока управления в контейнере.

Технической проблемой является создание генератора озона способного надежно работать в тяжелых условиях окружающей среды на реальных объектах промышленности, удобным и простым при сборке и обслуживании. Технический результат заключается эффективном охлаждении компонентов генератора, надежности и простоты применимости элементов конструкции. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что генератор озона, состоит из герметичного контейнера, заполненного диэлектрической охлаждающей жидкостью и соединенного с теплообменником холодильной установки посредством обводного канала с циркуляционной помпой. Циркуляционная помпа может размещаться как внутри герметичного контейнера генератора озона (на чертежах не показана), так и принадлежать холодильной установке. Низковольтный блок управления генератором помещен в герметичный корпус, прикрепленный к контейнеру снаружи. Внутри герметичного контейнера размещены высоковольтный блок питания и разрядник, образованный парами соосных трубчатых электродов с соосной трубкой диэлектрического барьера между ними, омываемых охлаждающей жидкостью с наружной стороны наружных электродов и подключенный к указанному блоку. Устройство подачи-забора газа, предпочтительно содержащее верхний и нижний съемные монолитные коллекторы из диэлектрика, например, из винипласта, причем каждый коллектор выполнен в виде монолитной детали путем фрезерования как внешней стороны, так и внутренних каналов для подачи-сбора газа, а также канавок для резиновых колец герметизации. Коллекторы имеют проходы для охлаждающей жидкости, не мешающие процессу подачи-забора газа. Трубчатые электроды разрядника разделены на две равные группы с возможностью прохождения газа по одной из них от верхнего съемного монолитного коллектора к нижнему съемному коллектору и его возвращения от нижнего к верхнему монолитному съемному коллектору по другой группе.

На фиг. 1 показан внешний вид генератора (герметичный контейнер с прикрепленным блоком управления в герметичном корпусе).

На фиг. 2 представлена схема размещения основных компонентов предлагаемого генератора.

На фиг. 3 представлен внешний вид верхнего съемного монолитного коллектора без входных-выходных штуцеров.

На фиг. 4 представлен чертеж верхнего съемного монолитного коллектора без входных-выходных штуцеров.

На фиг. 5 представлен узел герметизации и фиксации наружного трубчатого электрода и трубки диэлектрического барьера.

На фиг. 6 представлен узел, соединяющий между собой внутренние объемы газовых камер группы трубок.

На фиг. 7 представлен узел, соединяющий входной либо выходной штуцер с группой трубок.

На фиг. 8 представлен внешний вид нижнего съемного монолитного коллектора.

На фиг. 9 представлен чертеж нижнего съемного монолитного коллектора.

На фиг. 10 представлен узел, соединяющий группы входных трубок с группой выходных трубок в нижнем съемном монолитном коллекторе.

Предлагаемый генератор озона со съемными монолитными коллекторами (фиг. 1, 2) состоит из герметичного контейнера 1, наполненного диэлектрической жидкостью с хорошей теплопроводностью 6, внутри контейнера расположены высоковольтный блок питания(ВБП) 4, подключенный к нему разрядник 5, съемный коллектор верхний 2, съемный коллектор нижний 3. Контейнер 1 соединен через входной-выходной патрубки с теплообменником холодильной установки посредством обводного канала с циркуляционной помпой (на чертежах не показана). Нагретая жидкость откачивается под нижним коллектором, а холодная жидкость закачивается в верхнюю часть контейнера и циркулирует вдоль нагревающихся разрядника и ВБП.

По сигналу блока управления, ВБП подает на электроды разрядника требуемое питающее напряжение, формирующие разряд.

Разрядник образован парами соосных трубчатых электродов: наружного низковольтного (заземленного) электрода, кварцевой трубки диэлектрического барьера с высоковольтным внутренним электродом на внутренней поверхности (на чертежах не показан). Торцы кварцевых трубок герметизируют диэлектриком, через который выводят высоковольтный проводник высоковольтного электрода. Через один из штуцеров верхнего коллектора в разрядник подается воздух либо кислород, а из другого забирается полученный озон. Трубки разрядника разделены на две группы: по одной группе газ проходит от верхнего коллектора до нижнего, а по другой возвращается на выход через верхний коллектор. Такое решение позволяет уменьшить габариты генератора, упростить конструкцию, при сохранении производительности генератора.

Функционально верхний съемный монолитный коллектор (фиг. 3, 4) можно разделить на три части:

- узел герметизации и фиксации наружного трубчатого электрода 1 и трубки диэлектрического барьера 2 (фиг. 5). Герметизация с одновременной фиксацией и взаимным позиционированием указанных трубок осуществляется резиновыми озоностойкими кольцами 3. Кольца заранее размещаются в соответствующих канавках монолитного коллектора. В газовые камеры 4 газ попадает из торцов трубчатых электродов 1, упирающихся в основание с проходами для газа. Протекание газа в межтрубочном пространстве показано стрелками на фиг. 5.

- узел, соединяющий между собой внутренние объемы газовых камер группы трубок (фиг. 6). Объединение группы трубок возможно благодаря частичному пересечению газовых камер соседних пар трубок при фрезеровании коллектора. На сечении монолитного коллектора фиг. 6 видно, как сообщаются между собой газовые камеры 4 соседних трубок.

- узел, соединяющий входной либо выходной штуцер с группой трубок (фиг. 7). Входной и выходной штуцеры имеют свои газовые камеры штуцеров 5, соединяющиеся с соседними газовыми камерами трубок 4 за счет взаимного пересечения при фрезеровании коллектора. На сечении монолитного коллектора фиг. 7 видно, как сообщаются между собой газовые камеры 4 соседних трубок и газовые камеры штуцеров 5. Места для установки штуцеров 6 указаны стрелками.

Функционально нижний монолитный коллектор (фиг. 8,9) можно разделить на три части:

- узел герметизации и фиксации наружного трубчатого электрода 1 и трубки диэлектрического барьера 2 (фиг. 5), такой же, как и у верхнего монолитного коллектора.

- узел, соединяющий между собой внутренние объемы газовых камер группы трубок (фиг. 6), такой же, как и у верхнего монолитного коллектора.

- узел, соединяющий группы входных трубок с группой выходных трубок (фиг. 10). Соединение, показанное на сечении монолитного коллектора фиг. 10, происходит в соединяющей камере 7, полученной боковым сверлением. После сверления входные отверстия 8 герметизируются.

Описанные конструктивные особенности предлагаемого изобретения позволяют создать надежный генератор озона, имеющий разрядник простой в изготовлении, сборке и обслуживании.

Изобретение относится к устройствам для производства озона с помощью барьерного электрического разряда. Генератор озона содержит герметичный контейнер, заполненный диэлектрической охлаждающей жидкостью и соединенный с теплообменником холодильной установки посредством обводного канала с циркуляционной помпой, высоковольтный блок питания, разрядник, подключенный к указанному блоку и размещенный в указанном контейнере, и устройство подачи-забора газа. Высоковольтный блок питания размещен в диэлектрической охлаждающей жидкости внутри контейнера. Блок управления в герметичном корпусе прикреплен снаружи контейнера. Разрядник образован парами соосных трубчатых электродов с соосной трубкой диэлектрического барьера между ними, омываемых охлаждающей жидкостью с наружной стороны наружных электродов. Устройство подачи-забора газа содержит верхний и нижний съемные монолитные коллекторы с проходами для охлаждающей жидкости. Трубчатые электроды разрядника разделены на две равные группы с возможностью прохождения газа по одной из них от верхнего съемного монолитного коллектора к нижнему съемному коллектору и его возвращения от нижнего к верхнему монолитному съемному коллектору по другой группе. Изобретение позволяет уменьшить габариты генератора, имеющего простой в изготовлении, сборке и обслуживании разрядник, упростить конструкцию при сохранении производительности генератора. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Генератор озона со съемными монолитными коллекторами подачи-забора газа, содержащий герметичный контейнер, заполненный диэлектрической охлаждающей жидкостью и соединенный с теплообменником холодильной установки посредством обводного канала с циркуляционной помпой, высоковольтный блок питания, разрядник, подключенный к указанному блоку и размещенный в указанном контейнере, и устройство подачи-забора газа, отличающийся тем, что высоковольтный блок питания размещен в диэлектрической охлаждающей жидкости внутри контейнера, а блок управления в герметичном корпусе прикреплен снаружи контейнера, разрядник образован парами соосных трубчатых электродов с соосной трубкой диэлектрического барьера между ними, омываемых охлаждающей жидкостью с наружной стороны наружных электродов, устройство подачи-забора газа содержит верхний и нижний съемные монолитные коллекторы с проходами для охлаждающей жидкости, трубчатые электроды разрядника разделены на две равные группы с возможностью прохождения газа по одной из них от верхнего съемного монолитного коллектора к нижнему съемному коллектору и его возвращения от нижнего к верхнему монолитному съемному коллектору по другой группе.

2. Генератор озона по п. 1, отличающийся тем, что циркуляционная помпа размещена в герметичном контейнере генератора озона.