Патент на изобретение №2255897

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ОЗОНА

(57) Реферат:

Изобретение может быть использовано в медицине, в промышленном производстве, в сельском хозяйстве и других отраслях. Устройство содержит расположенные в герметичном корпусе высоковольтные и заземленные пластинчатые электроды, имеющие центральные отверстия, источник питания, выводы которого подключены к электродам, штуцера для подвода рабочего кислородосодержащего газа и теплоносителя и штуцера для отвода теплоносителя и газоозоновой смеси. Электроды выполнены с возможностью охлаждения теплоносителем и покрыты снаружи диэлектриком. Кроме того, электроды выполнены из герметично соединенных между собой параллельных пластин, образующих внутреннюю полость, в которой расположены перемычки, жестко связывающие пластины между собой. Пластины электродов выполнены с выступающими за пределы активной зоны электродов частями. Штуцера для подвода теплоносителя к электродам и отвода теплоносителя от них соединены с полостью электродов через инжекторы и коллекторы, выполненные в виде труб с отверстиями, расположенными у противоположных кромок электродов. Дистанцирующие диэлектрические вставки между электродами вынесены из зоны разряда и установлены по окружности между выступающими частями пластин соседних электродов. Предложенное изобретение позволяет выровнять электрическое поле между электродами, получить более однородное распределение разряда между ними, увеличить объем, занимаемый разрядом, и обеспечивает возможность работы на повышенных напряжениях, постоянство оптимальной длины разрядного промежутка и исключение разрушения диэлектрика. 4 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к устройствам для генерирования озона и может быть использовано для обеззараживания питьевой воды, очистки сточных вод, воздуха в помещениях, а также в медицине, в промышленном производстве, в сельском хозяйстве и других отраслях.

Известен озонатор пластинчатого типа, выполненный из нескольких разрядных элементов, каждый из которых состоит из двух диэлектрических пластин, охлаждаемых заземленных и высоковольтных электродов, имеющих центральные отверстия и размещенных в герметичном корпусе, имеющем форму параллелепипеда. Между диэлектрическими пластинами в зоне разряда проложены диэлектрические прокладки определенной высоты, создающие щелевые разрядные промежутки, через которые пропускается озонируемый воздух. Размер щелевого разрядного промежутка определяется высотой диэлектрических прокладок квадратной либо круглой формы [1].

Недостатком данного озонатора является размещение дистанцирующих прокладок из изоляционного материала в зоне разряда, приводящее к уменьшению активной площади электродов, искажению поля, невозможности осуществления равномерного однородного распределения разряда между поверхностями соседних электродов, постепенному разрушению диэлектрика, снижению производительности озонатора и сокращению его срока службы. В качестве дистанцирующих прокладок применяют короностойкий и озоностойкий фторопласт, который при длительных механических нагрузках подвержен пластической деформации, приводящей к изменению величины зазора разрядного промежутка, т.е. ухудшению рабочих параметров озонатора. Отсутствие экранирования (выравнивания электрического поля) устройства для генерирования озона снижает надежность его работы за счет возможных электрических пробоев и исключает наиболее производительный режим работы на повышенных напряжениях.

Известна система электродов генератора озона, содержащая, по меньшей мере, два электрода, каждый из которых выполнен из двух гофрированных мембран, жестко соединенных между собой и образующих внутреннюю кольцевую полость, имеющую штуцеры входа и выхода охлаждающей воды, высоковольтный и заземленный электроды имеют одинаковую конфигурацию в пределах активной зоны, соответствующие вершины и впадины верхних и нижних мембран каждого электрода находятся на одинаковом расстоянии друг от друга, а во внутренней кольцевой полости между мембранами в пределах активной зоны размещена дистанцирующая вставка, имеющая высоту, равную расстоянию между мембранами, которое в свою очередь равно 10-30 значениям разрядного расстояния. Для обеспечения постоянства оптимальной длины разрядного промежутка между электродами должна находиться дистанцирующая вставка из диэлектрического материала [2].

Недостатком данного озонатора является размещение дистанцирующих прокладок из изоляционного материала в зоне разряда, приводящее к уменьшению активной площади электродов, искажению поля, невозможности осуществления равномерного однородного распределения разряда между поверхностями соседних электродов, постепенному разрушению диэлектрика, снижению производительности озонатора и сокращению его срока службы. В качестве дистанцирующих прокладок применяют короностойкий и озоностойкий фторопласт, который при длительных механических нагрузках подвержен пластической деформации, приводящей к изменению величины зазора разрядного промежутка, т.е. ухудшению рабочих параметров озонатора. Отсутствие экранирования (выравнивания электрического поля) устройства для генерирования озона снижает надежность его работы за счет возможных электрических пробоев и исключает наиболее производительный режим работы на повышенных напряжениях.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является озонатор, в котором электроды выполнены в виде полых элементов (например, полого диска с отверстием в центре), полученных соединением гофрированных кольцевых мембран с отношением радиуса кривизны гофр к длине разрядного промежутка, равным 5-25, причем гофры разнополярных элементов эквидистантны в пределах разрядного промежутка. Гофры придают пластинам жесткость и позволяют нанести диэлектрическое покрытие без нарушения плоскостности за счет компенсации гофрами температурных деформаций. Между мембранами установлены дистанцирующие прокладки из изоляционного материала, не препятствующие проходу газа [3].

Недостатком данного озонатора является размещение дистанцирующих прокладок из изоляционного материала в зоне разряда, приводящее к уменьшению активной площади электродов, искажению поля, невозможности осуществления равномерного однородного распределения разряда между поверхностями соседних электродов, постепенному разрушению диэлектрика, снижению производительности озонатора и сокращению его срока службы. В качестве дистанцирующих прокладок применяют короностойкий и озоностойкий фторопласт, который при длительных механических нагрузках подвержен пластической деформации, приводящей к изменению величины зазора разрядного промежутка, т.е. ухудшению рабочих параметров озонатора. Отсутствие экранирования (выравнивания электрического поля) устройства для генерирования озона снижает надежность его работы за счет возможных электрических пробоев и исключает наиболее производительный режим работы на повышенных напряжениях.

Задачей изобретения является повышение производительности, надежности и срока службы устройства для генерирования озона.

Техническим результатом является выравнивание электрического поля между электродами, однородное распределение разряда между ними, увеличение объема, занимаемого разрядом, обеспечение возможности работы на повышенных напряжениях, постоянства оптимальной длины разрядного промежутка и исключение разрушения диэлектрика.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для генерирования озона, содержащем расположенные в герметичном корпусе высоковольтные и заземленные пластинчатые электроды, имеющие центральные отверстия и выполненные с возможностью охлаждения теплоносителем, покрытые снаружи диэлектриком и чередующиеся через один, источник питания, выводы которого подключены к электродам, штуцера для подвода рабочего кислородосодержащего газа и теплоносителя и штуцера для отвода теплоносителя и газоозоновой смеси, причем электроды выполнены из герметично соединенных между собой параллельных пластин, образующих внутреннюю полость, в которой расположены установленные перпендикулярно к внутренним поверхностям пластин электродов перемычки, жестко связывающие пластины между собой, а штуцера для подвода теплоносителя к электродам и отвода теплоносителя от них соединены с полостью электродов через инжекторы и коллекторы, выполненные в виде труб с отверстиями, расположенными у противоположных кромок электродов, дистанцирующие диэлектрические вставки между электродами, пластины электродов выполнены с выступающими за пределы активной зоны электродов частями, а дистанцирующие диэлектрические вставки между электродами вынесены из зоны разряда и установлены по окружности между выступающими частями пластин соседних электродов.

Одна из пластин электродов может быть выполнена с выступающей за пределы активной зоны электродов частью, заканчивающейся цилиндрическим закруглением с возможностью исполнения функций экрана.

Обе пластины электродов могут быть выполнены с выступающими за пределы активной зоны электродов частями, заканчивающимися полуцилиндрическим закруглением с возможностью исполнения функций экрана.

Дистанцирующие диэлектрические вставки могут быть выполнены в виде цилиндрических колец с отверстиями.

Дистанцирующие диэлектрические вставки могут быть выполнены в виде опорных стержней.

Вынесение дистанцирующих диэлектрических вставок из зоны разряда позволяет повысить производительность устройства для генерирования озона, надежность его работы и срок службы. Выравнивание электрического поля между электродами, получение более однородного распределения разряда между ними, увеличение объема, занимаемого разрядом, и обеспечение возможности работы на повышенных напряжениях приводят к повышению производительности устройства. Повышение надежности осуществляется путем обеспечения постоянства оптимального расстояния между электродами за счет использования для дистанцирующих вставок других изоляционных материалов – менее озоностойких и короностойких, но более жестких с более высокими и стабильными изоляционными свойствами. Исключение механического разрушения диэлектрика на поверхности электродов при получении более однородного распределения разряда между ними приводит к увеличению срока службы устройства.

На фиг.1 изображено устройство для генерирования озона.

На фиг.2 изображена электродная система устройства для генерирования озона с плоскими электродами с выполнением одной из пластин электродов с выступающей за пределы активной зоны электродов частью.

На фиг.3 изображено сечение А-А на фиг.2.

На фиг.4 изображен вид Б на фиг.2.

На фиг.5 изображен вид В на фиг.2.

На фиг.6 изображен вид Г на фиг.3.

На фиг.7 изображен вид Г на фиг.3 с выполнением дистанцирующих диэлектрических вставок в виде опорных стержней.

На фиг.8 изображен электрод устройства для генерирования озона с плоскими электродами с выполнением обеих пластин электродов с выступающими за пределы активной зоны электродов частями.

На фиг.9 изображено сечение А-А на фиг.8.

На фиг.10 изображено сечение Б-Б на фиг.8.

На фиг.11 изображен электрод устройства для генерирования озона с гофрированными электродами.

На фиг.12 изображено сечение А-А на фиг.11.

На фиг.13 изображен электрод устройства для генерирования озона с радиальным расположением инжектора.

Устройство для генерирования озона содержит расположенные в герметичном корпусе 1 высоковольтные 2 и заземленные электроды 3, имеющие центральные отверстия и изготовленные из нержавеющей стали (фиг.1). Электроды охлаждаются теплоносителем и равномерно покрыты снаружи изоляцией из короностойкого диэлектрика 4 (фиг.3). Электроды чередуются через один (фиг.1). Выводы высоковольтного источника питания 5 через проходной изолятор 6 подключены к электродам 2, 3. Устройство для генерирования озона снабжено штуцерами для подвода рабочего кислородосодержащего газа 7 и теплоносителя 8 и штуцерами для отвода теплоносителя 9 и газоозоновой смеси 10, а также штуцерами для подвода 11 и отвода 12 теплоносителя от электродов (фиг.1, 2). Электроды 2, 3 выполнены из герметично соединенных между собой пластин 13, 14, образующих внутреннюю полость 15 (фиг.3). Для крепления электродов имеются стяжные шпильки 16 (фиг.1). Пластины электродов 13, 14 установлены параллельно друг другу и жестко связаны между собой перемычками 17 (фиг.2, 3). Перемычки выполнены в виде пластин одинаковой ширины, размещены в полости 15, образованной пластинами электродов, и установлены перпендикулярно к внутренним поверхностям пластин электродов 13, 14. Перемычки 17 изготовлены из нержавеющей стали и прикреплены к внутренним поверхностям электродов 2, 3, например, с помощью пайки.

Штуцера для подвода теплоносителя к электродам 11 и отвода теплоносителя от них 12 (фиг.2) соединены с полостью электродов 15 (фиг.3) через инжекторы и коллекторы, выполненные в виде труб 18, 19 (фиг.2) с отверстиями 20 (фиг.4), 21 (фиг.5), расположенными у противоположных кромок электродов 22, 23 (фиг.3). Высоковольтные электроды 2 соединены со штуцерами для подвода теплоносителя 8 через шланг 24 из изоляционного материала, длина и диаметр которого выбираются из условия обеспечения высокого омического сопротивления (фиг.1). Перемычки 17 расположены либо перпендикулярно кромкам электродов 22, 23 (фиг.3) при выполнении электродов плоскими или гофрированными с радиальным расположением гофров, либо соосно при выполнении электродов плоскими или гофрированными с кольцевым расположением гофров (фиг.11, 12). Пластины электродов выполнены с выступающими за пределы активной зоны электродов частями: либо одна из пластин 13 каждого электрода выполнена с выступающей за пределы активной зоны частью 25, заканчивающейся цилиндрическим закруглением 26 с возможностью исполнения функций экрана (фиг.3), либо обе пластины электродов 13, 14 выполнены с выступающими за пределы активной зоны электродов частями 25, заканчивающимися полуцилиндрическим закруглением 27 с возможностью исполнения функций экрана (фиг.9). При этом либо нижняя пластина 14 жестко соединена с верхней пластиной 13 (фиг.3), либо выступающие части пластин электродов 25 жестко соединены между собой (фиг.9). Дистанцирующие диэлектрические вставки между электродами 28 вынесены из зоны разряда и установлены по периметру электродов между выступающими частями пластин соседних электродов (фиг.3).

Дистанцирующие диэлектрические вставки 28 могут быть выполнены в виде цилиндрических колец с отверстиями 29 (фиг.6).

Дистанцирующие вставки могут быть выполнены в виде опорных стержней произвольного сечения 30, обеспечивающих жесткость и прочность конструкции (фиг.7).

Электрод 2, расположенный первым от штуцера для подвода рабочего кислородосодержащего газа 7, выполнен сплошным (без центрального отверстия) (фиг.1).

При работе устройства для генерирования озона рабочий кислородосодержащий газ (например, воздух или кислород) очищают в устройстве для очистки рабочего кислородосодержащего газа 31 (фиг.1) и отделяют влагу в устройстве для отделения влаги из рабочего кислородосодержащего газа 32. Рабочий кислородосодержащий газ подают в корпус 1 через штуцер 7, направляют в пространство между электродами 2, 3 от периферии к центру. К электродам 2, 3 прикладывают высокочастотное переменное напряжение необходимой величины от источника питания устройства для генерирования озона 5. Между электродами возникает электрический барьерный разряд, который воздействует на кислородосодержащий газ. Образующиеся свободные электроны, обладающие значительной энергией, приводят к разрушению молекул кислорода и образованию в разрядном промежутке между электродами молекул озона (О₃), который отводится через штуцер 10. Тепло, выделяющееся в электродах при разряде, отводится созданным потоком теплоносителя. Поток теплоносителя предварительно охлаждают в устройстве охлаждения 33. Теплоноситель подают в полость 17 электродов 2, 3 (фиг.3) либо через инжекторы, выполненные в виде труб 18 с отверстиями 20 (фиг.2, 4), размещенными у внутренней кромки электродов, либо через инжекторы, расположенные радиально и выполненные с отверстием 34 (фиг.13) на конце трубы, размещенным у внутренней кромки электродов 22, и отводят из полости 17 электродов 2, 3 через отверстия 21 коллекторов 19 (фиг.2, 5), расположенных по внешней кромке электродов 23 (фиг.3). В результате выполнения первого электрода сплошным поток газа создается направленным от периферии – к центру (фиг.1). А поток теплоносителя, осуществляющий отвод тепла от электродов, создается направленным от центра к периферии, т.е. поток теплоносителя направляют навстречу потоку рабочего кислородосодержащего газа.

Вынесение диэлектрических дистанцирующих вставок из зоны разряда и установка их по периметру электродов между выступающими частями пластин соседних электродов позволяет выровнять электрическое поле между электродами, получить более однородное распределение разряда между ними, увеличить объем, занимаемый разрядом. Экранирование (выравнивание электрического поля) на внешних кромках устройства для генерирования озона повышает надежность его работы и позволяет использовать наиболее производительный режим работы на повышенных напряжениях.

Источники информации

1. Патент РФ №2147010, С 01 В 13/11, 2000.

2. Патент РФ №2199487, C 01 B 13/11, 2003.

3. Патент РФ №2046753, C 01 B 13/11, 1995.

Формула изобретения

1. Устройство для генерирования озона, содержащее расположенные в герметичном корпусе высоковольтные и заземленные пластинчатые электроды, имеющие центральные отверстия и выполненные с возможностью охлаждения теплоносителем, покрытые снаружи диэлектриком и чередующиеся через один, источник питания, выводы которого подключены к электродам, штуцера для подвода рабочего кислородосодержащего газа и теплоносителя и штуцера для отвода теплоносителя и газоозоновой смеси, причем электроды выполнены из герметично соединенных между собой параллельных пластин, образующих внутреннюю полость, в которой расположены установленные перпендикулярно внутренним поверхностям пластин электродов перемычки, жестко связывающие пластины между собой, а штуцера для подвода теплоносителя к электродам и отвода теплоносителя от них соединены с полостью электродов через инжекторы и коллекторы, выполненные в виде труб с отверстиями, расположенными у противоположных кромок электродов, дистанцирующие диэлектрические вставки между электродами, отличающееся тем, что пластины электродов выполнены с выступающими за пределы активной зоны электродов частями, а дистанцирующие диэлектрические вставки между электродами вынесены из зоны разряда и установлены по окружности между выступающими частями пластин соседних электродов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что одна из пластин электродов выполнена с выступающей за пределы активной зоны электродов частью, заканчивающейся цилиндрическим закруглением с возможностью исполнения функций экрана.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что обе пластины электродов выполнены с выступающими за пределы активной зоны электродов частями, заканчивающимися полуцилиндрическим закруглением с возможностью исполнения функций экрана.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дистанцирующие диэлектрические вставки выполнены в виде цилиндрических колец с отверстиями.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дистанцирующие диэлектрические вставки выполнены в виде опорных стержней.

РИСУНКИ