Генератор озону

1. Генератор озону, що містить поділені бар'єром із діелектрику два електрода і зазор, до якого подають повітря чи кисень. який відрізняється тим, що між електродами і ізоляційним бар'єром розташовують проміжний електрод, виконаний із матеріалу, неоднорідного в ортогональних напрямках, причому його електричний питомий опір в напрямку, паралельному електродам, більш за 1012 Ом×м, а у перпендикулярному напрямку менше чим 102 Ом×м. 29854 соких (до 25000 Гц) частотах джерел змінної напруги, на яких різко збільшується продуктивність озонаторів і значно знижується їх питоме споживання. Так, наприклад, додаткове охолодження високопотенціального електроду, виконаного із вкритої скляною емаллю товщиною 0,8 мм (бар'єр) металевої трубки, дало змогу збільшити питому продуктивність по озону майже у 100 разів і довести її до 13000 г озону з 1 кв. метра площини електродів при зниженні споживання до 46 Вт×ч за 1 г озону Однак таке рішення не знайшло практичного втілення завдяки дуже низькій тривалості роботи емалевої ізоляції - від 50 до максимум 600 годин. Усі спроби знайти кращу емаль не привели до мети і всі роботи в цьому напрямку зупинені [3] і, наскільки відомо авторам, більше не відновлюються. В основу винаходу поставлено задачу у генераторі озону, що містить поділені бар'єром із діелектрику два електроди і зазор, до якого подають повітря чи кисень шляхом і способом утворення надійної бар'єрної ізоляції з рідкого охолодженого діелектрика (наприклад, з трансформаторної олії чи фреону) і ефективної роботи при підвищених частотах живлильної напруги за рахунок того, що між електродами і рідким діелектриком розташовують проміжний електрод, виконаний із матеріалу, неоднорідного у ортогональних напрямках, причому його питомий електричний опір у напрямку, паралельному електродам, дуже великий, більше за 1012 Ом×м, а у перпендикулярному напрямі - дуже малий - менший ніж 102 Ом×м, забезпечити збільшення продуктивності і економічності і високу надійність в експлуатації. Креслення, які пояснюють суть винаходу, наведено на фіг. 1, 2, 3 та 4. Фіг. 1 - схема пристрою і конструкція елементу, що генерує озон. Фіг. 2 - схема варіантів виконання проміжних електродів. Фіг. 3 - конструкції проміжних електродів з додатковим магнітним полем. Фіг. 4 - загальна структурна схема генератору озону з джерелами живлення, системами охолодження і підготовки повітря (кисню). На фіг. 1 наведено приклад реалізації винаходу на елементі циліндричного типу (очевидно, що для плоскопаралельної конструкції принципові рішення не змінюються). Тут на осі Z розташований металевий електрод 1, до якого приєднано високопотенціальний вихід джерела змінної напруги. Совісно із ним, з зазором d1, заповненим рідкім діелектриком, установлений нейтральний електрод 2. У зазор d1 через вхід С подається рідкий діелектрик. Електрод 2, товщиною d2, є одним із основних нових елементів генератору і відрізняється тим, що його структура неоднорідна і виконана так, що електричний опір його уздовж осі Z дуже великий і він, практично, є ізолятором, а в радіальному напрямі - дуже малий і сумірний із опором електричних провідників. Другий електрод 3, що має потенціал землі, розташований совісно з електродами 1 і 2 із зазором d3, має порожнину 4, заповнену водою, що охолоджує, яка надходить через вхід А У зазор 5 між електродами 2 і 3 знаходиться осушене повітря чи кисень, яке подається через вхід В. Новий засіб генерування озону в описаній конструкції реалізується таким чином. На стадії підготовки до роботи на входи А, В і С подаються: А - вода, що охолоджує, С - охолоджений до заданої температури рідкий діелектрик (наприклад, трансформаторне масло), В - осушене повітря або кисень. Після цього на електрод 1 подають високу напругу з частотою f (Гц). При цьому в діелектричному шарі d1, матеріалі нейтрального електроду 2 і газовому зазорі 5 виникає змінне електричне поле, яке збуджує розряд, що тліє, в зазорі d3. Завдяки особливостям запропонованої конструкції, основне падіння потенціалу буде тільки в зазорах d1 і d3, бо падінням потенціалу на довжині d2 можна зневажити. Оскільки електрична тривкість рідких діелектриків майже в 2-3 рази перевищує тривкість скла, фарфору, кераміки, пластмас і інших матеріалів, зазор d1 може бути обраний дуже малим без небезпеки його пробою високою напругою. Великою перевагою запропонованого засобу і конструкції є те, що навіть внаслідок випадкового пробою зазору d1 він повністю самовідновлюється після відключення напруги на інтервал часу 0,1-2 с, достатній для самовстановлення ізоляційноїякості бар'єру і такий, що практично не пошкоджує роботи озонаторів без необхідності розбирання і ремонту генератору. Крім того, запропонована конструкція дозволяє ефективно охолоджувати другий, високовольтний електрод, а також нейтральний електрод і, отже, забезпечити оптимальну температуру повітря чи кисню у всій зоні розряду, що тліє, в тому числі при підвищених частотах живильної напруги. Ця обставина дозволяє істотно збільшити продуктивність генератору озону за рахунок зниження числа реакцій зворотного перетворення озону в кисень. Реалізація неоднорідності структури електроду 2 може бути здійснена багатьма засобами - від орієнтованих радіально графітових ниток, розміщених в полімерних пластмасах, до металевих, радіально упресованих деталей типу 6 і 7, геометрія яких визначається, виходячи з вимог до процесів в зазорі d3. На фіг. 2 наведені варіанти виконання проміжних електродів, що можуть знайти застосування, а на фіг. 3 - схема розміщення магнітів, утворюючих в газовому розряді додаткове квазірівномірне магнітне поле з інтенсивністю 0,15 Ерстед у напрямку, перпендикулярному площині електродів. На фіг. 2 наведені варіанти виконання проміжних електродів, що відрізняються різноманітними конфігураціями своїх кінців, повернутих до зазору d1 і в розрядний проміжок. Електроди 8 і 9 мають напівсферичні або гострі кінці з радіусом, що дорівнює приблизно 1/2 d4. Електроди 10 і 11 мають вістря типу щіток, 12 і 13 - голчаті вістря. Діаметри d4 і d5 обираються із міркувань гранично допустимого струму в розряді, що тліє, і залежать від величини і форми змінної напруги і частоти джерела змінного струму. На фіг. 3 наведені варіанти розміщення постійних магнітів, утворюючих в розрядній зоні додаткове магнітне поле. Застосування цього нового засобу дозволяє, при інших рівних умовах, збільшити продуктивність генерування озону від 3 до 11%. Це відбувається завдяки збільшенню еквівалентного радіусу розсіяння електронів (Ларморов 2 29854 ського радіусу) на шляху від електроду до електроду і, отже, збільшенню числа зіткнень електронів з атомами кисню і їх іонізації. Магніти в позиції 14 створюють нормальне магнітне поле в зазорі, а в позиції 15 - сферичне. Можливі і проміжні варіанти, що забезпечують максимальне збільшення продуктивності генератора, в тому числі розміщення магнітів між електродами по фіг. 2, на вході і виході зазору В. На фіг. 4 наведена загальна схема генератора озону промислового призначення з великою продуктивністю озону (0, 2... 15 кг озону в годину). Генератор озону (позиція 16 на фіг. 4) містить N елементів, виконаних по фіг. 1, фіг. 2 та фіг. 3. Через входи А, В і С до генератору подають заздалегідь очищені і охолоджені вода, повітря (або кисень) і рідкий діелектрик (позиції 17, 18, 19, відповідно). Виходи струмів А' і С' замкнуті ланцюжками m—m' і n—n' із входами 17 і 19 компресорівохолоджувачів, утворюючи замкнуту систему. Вихід В', що містить озон, з'єднано із споживачем озону. На вхід D подають високу напругу і, в разі застосування підвищеної частоти (вищої, ніж час тота промислової мережі), живлення здійснюється від перетворювача, що містить випрямляч 20, інвертор 21 і трансформатор 22, що підвищує, з наднизькою власною індуктивністю - меншою, ніж 20 мікроГенрі. Випрямляч 20 та інвертор 21 мають входи 23 і 24, зв'язані з системою керування (не показана), що дозволяє регулювати величину і частоту змінної напруги на вході D і, отже, стабілізувати або регулювати продуктивність генератора озону по виходу В', а також здійснювати аварійні від'єднання по сигналу датчиків захисту (пробою рідкого діелектрика - на схемі не показано). Джерела інформації: 1. Technologie applikations deferences equipments. Проспект фірми "TRAILIGAZ", 95145 GARGESLES-GONESE Cedex (France) 1996. 2. Кожинов В.Ф., Кожинов И.В. Озонирование воды. – Москва: Стройиздат, 1974. 3. Лейбовский М.Г. Новьіе разработки в области озонаторных установок. Экспресс-информация. Серия ХМ-1, № 3. - ЦИНТИхимнефтемаш, 1983. Фіг. 1 3 29854 Фіг. 2 Фіг. 3 4 29854 Фіг. 4 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5