Електродна система для генерації озону

1. Електродна система для генерації озону з кисню, з повітря атмосфери та із інших кисневмісних газових сумішей, що включає в себе перший і другий електроди, діелектричний бар'єр і провідники для приєднання першого і другого електродів до виходів джерела живлення, яка відрізняється тим, що додатково має діелектричний каркас, а перший і другий електроди виконано у вигляді жил першого і другого одножильного ізольованого діелектриком дроту, при цьому перший і другий одножильні дроти намотані одночасно і паралельно на зовнішню поверхню діелектричного каркасу в один шар намотування виток до витку чи на відстані не більше діаметра дроту зі збереженням порядку і кроку намотування від початку і до кінця намотування, при цьому початок першого і другого дроту і кінець першого і другого дроту зафіксовані на діелектричному каркасі діаметрально один проти одного відповідно, а жила першого дроту приєднана до першого виходу джерела живлення озонатора, а жила другого дроту приєднана до другого виходу джерела живлення озонатора. 2. Електродна система для генерації озону за п. 1, яка відрізняється тим, що діелектричний каркас C2 2 (11) 1 3 для інтенсифікації таких технологічних процесів як водопідготовка питної води, води для басейнів, знезаражування каналізаційних вод, відбілювання целюлози, переробка відпрацьованих гумотехнічних виробів, озоноліз нафти, обробка насіння в сільськогосподарському виробництві, збільшення термінів зберігання сільськогосподарської продукції. Електродна система таких генераторів озону має в своєму складі два металеві різнополярні електроди, наприклад пластинчасті [2], коаксіальні [3-5], чи в вигляді гофрованих мембран [6], один чи більше діелектричних бар'єри з зазорами між ними, в яких власне при приєднанні електродів до джерела високої перемінної напруги і відбувається незавершений електричний розряд, що отримав назву бар'єрного. В об'ємі цього розряду при наявності кисню здійснюється синтез озону. При збільшенні частоти підведеної напруги в генераторах озону бар'єрного розряду вдалося значно збільшити продуктивність генераторів в порівнянні з генераторами коронного розряду. Недоліком електродної системи таких генераторів озону є недостатня для інтенсифікації багатьох технологічних процесів продуктивність, складність конструкції і її не технологічність, складність виготовлення і експлуатації, висока вартість та великі габарити. Все це знижує техніко-економічні показники генераторів озону та збільшує вартість озону, що в них виробляється. В основу винаходу покладено завдання створення електродної системи генератора озону, яка не має вказаних недоліків. Поставлене завдання вирішується тим, що в електродну систему генератора озону, яка включає в себе перший і другий електроди, діелектричний бар'єр і провідники для приєднання першого і другого електродів до виходів джерела живлення озонатора, додаткового введено діелектричний каркас, а перший і другий електроди виповнено у вигляді жил першого і другого одножильного ізольованого діелектриком дроту (Фіг.1), при цьому перший і другий одножильні дроти намотані одночасно і паралельно на зовнішню поверхню діелектричного каркасу в один шар намотування виток до витку чи на відстані не більше діаметра дроту зі збереженням порядку і кроку намотування від початку і до кінця намотування. При цьому початок першого і другого дроту і, відповідно, кінець першого і другого дроту зафіксовані на діелектричному каркасі діаметрально один проти одного, а жила першого дроту приєднана до першого виходу джерела живлення озонатора, а жила другого дроту приєднана до другого виходу джерела живлення озонатора. Для розширення сфер застосування, збільшення продуктивності та технологічності електродної системи генератора озону діелектричний каркас виповнено у вигляді діелектричної циліндричної труби, як показано на Фіг.2. Як варіант виконання конструкції електродної системи генератора озону що забезпечує більшу надійність його роботи, та для виключення контакту озону з металом електродів в зоні реакції, початок і кінець жили першого дроту з'єднано між со 86521 4 бою поза зоною реакції і приєднано до першого виходу джерела живлення озонатора, а початок і кінець жили другого дроту також з'єднано між собою поза зоною реакції і приєднано до другого виходу джерела живлення озонатора, що показано на Фіг.2. В деяких практичних застосуваннях більш прийнятний варіант електродної системи генератора озону, коли необхідно весь озон що утворюється збирати і направляти в певний пристрій чи на певний технологічний процес одночасно забезпечуючи високу продуктивність озонатора. Для забезпечення таких можливостей електродна система додатково має зовнішній діелектричний і герметичний кожух, що охоплює електродну систему, і додатково введені одну або кілька пар штуцерів для продувки електродної системи киснем чи газовими сумішами з киснем, при цьому штуцери розміщені в діелектричному кожусі в осьовій площині перпендикулярно та попарно осі діелектричного каркасу так, що підвідний і відвідний штуцери розміщені на діелектричному кожусі діаметрально на одному перпендикулярі до осі каркасу намотування (Фіг.3). Для зменшення температури в зоні синтезу озону та для її підтримання в оптимальних межах, діелектричний герметичний кожух електродної системи генератора озону виповнено в вигляді діелектричної труби і двох торцевих фланців, при цьому фланці герметично стикуються з діелектричним каркасом так, що внутрішній об'єм каркасу і фланці утворюють об'єм охолодження електродної системи. При цьому для прокачування охолоджуючої рідини чи газу додатково введені підвідний і відвідний штуцери розміщені компланарно осі діелектричного каркасу на торцевих фланцях кожуху (Фіг.3). Суть винаходу пояснюється малюнком на фігурі 1-3. Електродна система генератора озону (Фіг.1) містить в собі: 1 - перший електрод у вигляді жили першого дроту, 2 - другий електрод у вигляді жили другого дроту, 3 - перший діелектричний бар'єр у вигляді ізоляції першого дроту, 4 - другий діелектричний бар'єр у вигляді ізоляції другого дроту, 5 діелектричний каркас для намотування першого і другого дроту (на Фіг.1 у вигляді хрестовини з діелектричних пластин). На Фіг.2 (у відповідності до п. 2 формули), діелектричний каркас для намотування першого і другого дроту виповнено у вигляді діелектричної циліндричної труби 6. При цьому на Фіг.2 також показано варіант виконання електродної системи генератора озону відповідно з п. 3 формули, в якому початок і кінець жили першого дроту з'єднано між собою поза зоною реакції і приєднано до першого виходу джерела живлення озонатора, а початок і кінець жили другого дроту з'єднано між собою поза зоною реакції і приєднано до другого виходу джерела живлення озонатора (провідники для приєднання жил на Фіг.2 не показано). На фігурі 3 (що відповідає пп. 4-5 формули) запропоновано варіант відокремлення електродної системи генератора озону від навколишнього середовища та варіант подачі до зони реакції синте 5 зу озону кисню і варіант системи охолодження зони реакції. Для цього електродна система додатково має зовнішній діелектричний і герметичний кожух, що охоплює електродну систему і виконаний відповідно п. 5 формули у вигляді діелектричної труби 7 і двох торцевих фланців 8 та 9. В електродну систему також додатково введені одна або кілька пар штуцерів, наприклад, 10 - підвідні, а 11 відвідні штуцери (трубопроводи для продувки електродної системи киснем чи газовими сумішами з киснем на Фіг.3 не показані). Відповідно п. 5 формули внутрішній об'єм каркасу намотування 6 і фланці 8 та 9 утворюють об'єм охолодження електродної системи, при цьому для прокачування охолоджуючої рідини чи газу додатково введені підвідний 12 і відвідний 13 штуцери, які розміщені компланарно осі діелектричного каркасу 6 на торцевих фланцях 8 та 9 кожуху. Електродна система генератора озону працює таким чином. При поданні перемінної високої напруги від джерела живлення генератора озону (на малюнках не показано) на жили 1 і 2 першого та другого дротів, напруга в проміжку перший бар'єр 3 - газовий проміжок - другий бар'єр 4 розподіляється обернено пропорційно електричним ємностям відповідних елементів проміжку, тому основне значення напруги буде припадати на газовий проміжок. При одночасному і паралельному намотуванні першого 1 і другого 2 дротів на зовнішню поверхню діелектричного каркасу 5 в один шар намотування виток до витку, чи на відстані не більше діаметра дроту зі збереженням порядку і кроку намотування від початку і до кінця намотування, між дротами на всій їхній довжині створюється умови для виникнення різко неоднорідних електричних полів високої напруженості. При високих рівнях напруги джерела та внаслідок різкої нерівномірності електричного поля в газовому проміжку досягаються значення напруженості електричного поля, що перевищують значення пробивної напруженості. Це приводить до загорання електричного розряду в газовому проміжку між діелектричними бар'єрами 3 і 4, але внаслідок наявності діелектричних бар'єрів 3 і 4 та перемінного характеру прикладеної високої напруги, такий розряд є незавершеним і не приводить до повного пробиття проміжку між електродами 1 і 2 . В зоні такого розряду (він одержав назву бар'єрного), як свідчить теорія і практика, створюються умови для синтезу озону із кисню. Оскільки довжина дроту намотаного на каркасі 5 в запропонованій електродній системі може складати від кількох одиниць до кількох десятків метрів, то зона реакції синтезу озону може мати значні об'єми і, при відповідній потужності джерела живлення та створенні оптимальних температурних умов, забезпечить високу продуктивність та економічність синтезу озону, що є однією із цілей винаходу. При цьому фіксація початку першого і другого дроту і кінця першого і другого дроту на діелектричному каркасі 5 діаметрально один проти одного, відповідно, забезпечує найбільшу відстань між цими кінцями та надійну електричну ізоляцію один від одного (Фіг.1-2), що є важливою умовою роботоздатності електродної системи. 86521 6 Виконання електричного каркасу у вигляді діелектричної циліндричної труби 6 (Фіг.2), як вказано в п. 2 формули винаходу, забезпечує високу технологічність, малі габарити, простоту виготовлення, збільшення продуктивності та розширення сфер застосування запропонованої електродної системи. Високу надійність роботи електродної системи генератора озону та виключення контакту озону з металом електродів в зоні реакції (що важливо для унеможливлення корозії електродів та ряду практичних застосувань озону, наприклад, в медицині), забезпечує варіант виконання конструкції електродної системи згідно п. 3 формули, за яким початок і кінець жили 1 першого дроту з'єднано між собою поза зоною реакції та приєднано до першого виходу джерела живлення озонатора (Фіг.2), а початок і кінець жили 2 другого дроту також з'єднано між собою поза зоною реакції і приєднано до другого виходу джерела живлення озонатора. Для забезпечення збору і направлення синтезованого озону в заданий пристрій чи процес, електродна система генератора озону, відповідно п. 4 формули винаходу, додатково має зовнішній діелектричний і герметичний кожух, що охоплює електродну систему, додатково введені одну або кілька пар штуцерів для продувки електродної системи киснем чи газовими сумішами з киснем. Розміщення штуцерів в діелектричному кожусі в осьовій площині попарно та перпендикулярно осі діелектричного каркасу так, що підвідний і відвідний штуцери розміщені на діелектричному кожусі діаметрально на одному перпендикулярі до осі каркасу намотування (Фіг.3), дозволяє найбільш ефективно і рівномірно вдувати кисень до зони реакції синтезу озону та ефективно відводити озон від зони реакції, не допускаючи його перегріву і розпаду. Таке розміщення підвідних і відвідних штуцерів дозволяє використовувати запропоновану електродну систему в генераторах озону високої потужності та продуктивності. Для ефективного використання вказаної системи в потужних генераторах озону, діелектричний герметичний кожух електродної системи генератора озону виповнено в вигляді діелектричної труби і двох торцевих фланців, що герметично стикуються з діелектричним каркасом для намотування дротів так, що внутрішній об'єм каркасу і фланці утворюють об'єм охолодження електродної системи. Для прокачування охолоджуючої рідини чи газу через об'єм охолодження додатково введені підвідний і відвідний штуцери розміщені компланарно осі діелектричного каркасу на торцевих фланцях кожуху (Фіг.3). Вказані відмінні ознаки винаходу дозволяють примусово зменшувати температуру в зоні синтезу озону та підтримувати її в оптимальних межах, що дозволяє використовувати електродну систему в потужних і високопродуктивних генераторах озону з контрольованим процесом синтезу озону. Таким чином, в запропонованому пристрої позитивний ефект досягається за рахунок того, що забезпечується висока продуктивність, простота конструкції і її технологічність, простота виготов 7 86521 лення і експлуатації, низька вартість та невеликі габарити, що є дуже актуальним для цілого ряду практичних застосувань генераторів озону. Крім того запропонована конструкція системи продувки та охолодження електродної системи, значно підвищує надійність, термін служби і ефективність та керованість роботою генератора озону. Проведена перевірка запропонованої електродної системи генератора озону на діючому макеті показала її ефективність та підтвердила всі позитивні якості перераховані вище. Простота і технологічність запропонованої конструкції електродної системи, зменшує габарити, масу і технологічну та експлуатаційну складність генераторів озону. При цьому спрощення конструкції веде до зростання надійності і зниження загальної вартості генераторів озону. Джерела інформації. 1. Коробцев С.В., Медведев Д.Д. Ширяевский В.Л. Получение озона в коронном разряде на неосушенном воздухе. Стр.31-35. В книге «Озон и другие экологически чистые окислители. Наука и технологии» Материалы 25-го Всероссийского Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 8 семинара. Под ред. В.В. Лунина, В.Г. Самойловича и С.Н. Ткаченко. - М.: Изд-во «Университет и школа», 2003 - 182.с. 2. Данилин В.В., Кокуркин М.П., Остапенко Е.И., Пашин М.М., Смородин А.И., Фомченков А.Т. Отечественные генераторы озона большой производительности с пластинчатыми электродами при работе на воздухе и кислороде (результаты испытаний). Стр.23-30. В книге «Озон и другие экологически чистые окислители. Наука и технологии» Материалы 25-го Всероссийского семинара. Под ред. ВВ. Лунина, В.Г. Самойловича и С.Н. Ткаченко. - М.: Изд-во «Университет и школа», 2003 182с. 3. Патент России №94042390. Генератор озона с электродом в форме цилиндрических спиралей, способ генерации озона и способ изготовления генератора. 4. Патент России №2118939. Малогабаритный генератор озона. 5. Патент України №5147. Генератор озону. 6. Патент России №2199487. Система электродов генератора озона. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601