Высокочастотный озонатор

 

Использование: промышленное получение озона для использования в установках по очистке промышленных и бытовых сточных вод, подготовки питьевой воды. Сущность изобретения: высокочастотный озонатор, включающий низковольтный электрод, выполненный в виде металлического параллелепипеда с цилиндрической внутренней поверхностью, отделенной от активной зоны диэлектрическим барьером, и каналами для жидкостного охлаждения, высоковольтный электрод, выполненный из металлических трубок, оси которых параллельны оси активной зоны, расположенных под углами 60^o друг относительно друга и соединеных попарно друг с другом с одного торца активной зоны и с помощью диэлектрических трубок с теплообменником, находящимся вместе с насосом, прокачивающим через них хладагент, в холодильной камере, примыкающей к другому торцу активной зоны. Кроме того, предусмотрен озонатор, состоящий из нескольких элементов описанной выше конструкции и содержащей общую для них всех холодильную камеру. 1 з.п.ф-лы 7 ил.

Изобретение относится к промышленному получению озона с применением токов повышенной частоты, может быть использовано в установках по очистке промышленных и бытовых сточных вод, подготовки питьевой воды, в химической технологии для интенсификации процессов окисления, для дезинфекции и дезодорации помещений, а также овощехранилищ с целью предотвращения порчи сельскохозяйственной продукции и в ряде других отраслей народного хозяйства.

Известен озонатор [1] внешний электрод которого представляет собой металлический параллелепипед со сквозными отверстиями. Его конструкция требует установки диэлектрического барьера на внутреннем электроде, что вынуждает выполнять его в виде цилиндра или многогранной призмы.

Известно устройство [2] для получения озона из кислородсодержащего газа, внутренний электрод которого представляет собой многогранную призму, позволяющее осуществлять генерирование озона в условиях неравномерного электрического поля. Его конструкция обеспечивает генерирование озона только в части пространства, заключенного внутри цилиндра низковольтного электрода, а именно в промежутке между низковольтным и высоковольтным электродами.

Известно электрогазодинамическое устройство [3] предназначенное для генерирования, внешний электрод которого снабжен зубцами, осуществляющими резкую неравномерность электрического поля с целью повышения производительности озонатора. Конструкция этого устройства достаточно сложна и требует принятия дополнительных мер для охлаждения электродов.

Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в увеличении удельного съема озона с единицы внутренней поверхности низковольтного электрода, за счет использования в качестве активной зоны всего объема внутри этого цилиндра и интенсивного охлаждения низковольтного и высоковольтного электродов.

Для решения поставленной технической задачи предлагается использовать высокочастотный озонатор, имеющий цилиндрическую активную зону зону тлеющего разряда с диэлектрическим барьером и охлаждаемыми жидкими хладагентами низковольтным и высоковольтным электродами, выполненными следующим образом: узел низковольтного электрода представляет собой металлический параллелепипед, имеющий цилиндрическое отверстие, в которое вставлен диэлектрический цилиндр, и каналы для охлаждения; узел высоковольтных электродов состоит из шести металлических трубок, оси которых параллельны оси диэлектрического цилиндра и равномерно распределены в активной зоне; а также узел терморегуляции, состоящий из камеры для подачи предварительно охлажденного и осушенного воздуха, которая соединена с торцом внутренней полости диэлектрической трубки и внутри которой расположен теплообменник с насосом, соединенные с помощью диэлектрических трубок с внутренними полостями высоковольтных электродов.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Между цилиндрической внутренней полостью низковольтного электрода и шестью высоковольтными электродами образуется резко неравномерное электрическое поле, наибольшая напряженность которого сосредоточена вблизи высоковольтных электродов. Благодаря их расположению под действием этого поля возникает тлеющий разряд во всем объеме внутри диэлектрического цилиндра. Действие этого разряда на кислородосодержащий газ приводит к появлению атомарного кислорода и затем озона. Неравномерность поля вызывает наиболее интенсивные процессы озонообразования вблизи высоковольтных электродов. То обстоятельство, что в диэлектрическом барьере поле практически равномерное, предотвращает возникновение в активной зоне искрового и дугового пробоя. Благодаря хорошей теплопроводности материала низковольтного электрода охлаждающая его жидкость пространственно удалена от активной зоны, что предотвращает пробой вследствие аварийного попадания хладагента в зону высокой электрической напряженности.

Система терморегулирования высоковольтных электродов осуществляет их охлаждение вдоль всей оси движения газа, который сам интенсивно разогревается в активной зоне под действием тлеющего разряда.

На фиг. 1 изображено устройство активной зоны озонатора (зоны тлеющего разряда); на фиг. 2 разрез A-A фиг. 1; на фиг. 3 разрез B-B фиг. 1; на фиг. 4 представлена конструкция узла низковольтного электрода; на фиг. 5 изображена система охлаждения высоковольтного электрода озонатора; на фиг. 6 изображен вариант конструкции многоэлементного озонатора; на фиг. 7 изображено поперечное сечение участка электрического поля озонатора.

Активная зона озонатора (фиг.1) состоит из низковольтного электрода 1, представляющего собой металлический параллелепипед с аксиальным цилиндрическим отверстием, в который вставлены шесть металлических трубок 2, попарно соединенных между собой, представляющих высоковольтный электрод и диэлектрический барьер 3 в виде трубы толщиной, необходимой для обеспечения электрической прочности. В качестве диэлектрика может быть использована керамика с высокой теплопроводностью (порядка 10-20 Вт/м²к электрической прочностью (E_p ≥ кВ/мм). Трубки 2 высоковольтного электрода расположены во внутренней полости диэлектрического барьера 3 так, что их оси параллельны оси его симметрии. При виде с торца A оси этих трубок расположены в вершинах правильного шестигранника. При виде с торца B эти вершины попарно соединены трубками таким образом, чтобы хладагент (охлаждающая жидкость), втекая в одну из них, вытекала из другой. В качестве хладагента применяется обладающая высокой электрической прочностью и холодостойкостью вещество (например, фреон).

Низковольтный электрод 1 (фиг. 4) помимо цилиндрического отверстия с диэлектрическим барьером 2 имеет каналы для охлаждения 4. Он выполняется в виде литой конструкции из алюминия, в форме, в которой до заливки установлены диэлектрическая трубка и трубки для охлаждения (например, нержавеющей стали).

Система охлаждения высоковольтного электрода показана на фиг. 5. На этой фигуре обозначено: низковольтный электрод 1; одна пара трубок 2 высоковольтного электрода; диэлектрический барьер 3; трубки из гибкого диэлектрика (например, фторопласта) 4 для соединения высоковольтного электрода 2 с теплообменником теплообменник 5; корпус холодильной камеры из диэлектрического материала 6; насос для прокачивания хладагента 7; отверстие для впуска осушенного и охлажденного воздуха 8.

Стрелками показан путь движения кислородсодержащего газа внутри холодильной камеры и озонатор.

Предлагаемый озонатор выполняется и в виде блочной конструкции (фиг. 6) из нескольких конструкций, изображенных на фиг. 1 и 4. В этом случае холодильная камера выполняется общей для всех элементов блочной конструкции.

Озонатор работает следующим образом.

При подаче высокого переменного напряжения повышенной частоты между низковольтным 1 и высоковольтным 2 электродами озонатора (фиг. 1) образуется неравномерное электрическое поле (фиг. 7). Наибольшая концентрация силовых линий и, следовательно, наибольшая напряженность находится у высковольтного электрода 2. Здесь и возникает тлеющий разряд. Неравномерность электрического поля позволяет получить максимальную напряженность поля, практически равную пределу электрической прочности, не опасаясь при этом пробоя всего промежутка.

Напряженность поля в произвольной точке активной зоны где τ линейная плотность заряда высоковольтного электрода, l_k расстояние (в поперечном сечении) между к-тым электродом и данной точкой.

Расчет по этой формуле позволяет установить такие соотношения между диаметром высоковольтной трубы, расстоянием ее оси от оси озонатора и диаметром диэлектрического барьера, при которых производительность озонатора максимальная.

Система охлаждения низковольтного электрода отводит тепло, выделяемое в озоновоздушной смеси под действием тлеющего разряда. Осуществляется этот отвод благодаря высокой теплопроводности материала диэлектрического барьера 3 и низковольтного электрода 2 (фиг. 1,4,5).

Система терморегуляции высоковольтного электрода служит для выравнивания градиента температуры кислородсодержащей смеси вдоль оси озонатор. Нагретый под воздействием тлеющего разряда газ передает часть своего тепла хладагенту, протекающему во внутренний полости высоковольтного электрода 2 (фиг. 5). В свою очередь хладагент отдает это тепло охлажденному газу в холодильной камере. В результате температура газа вдоль оси оказывается равномерно распределенной, что обеспечивает его более интенсивное охлаждение через низковольтный электрод.

Формула изобретения

1. Высокочастотный озонатор, содержащий низковольтный электрод с цилиндрической внутренней поверхностью, покрытой диэлектрическим барьером, и высоковольтный электрод, расположенный внутри цилиндра, отличающийся тем, что он снабжен узлом терморегуляции, состоящим из холодильной камеры с теплообменником и насосом и соединенным с торцом полости низковольтного электрода и с помощью диэлектрических трубок с высоковольтным электродом, низковольтный электрод выполнен в виде металлического параллелепипеда с цилиндрическим отверстием и каналами для охлаждения, а высоковольтный электрод выполнен в виде нескольких пар металлических трубок, оси которых параллельны оси цилиндрического отверстия и расположены в поперечном сечении под одинаковыми углами друг относительно друга.

2. Озонатор по п. 1, отличающийся тем, что узел терморегуляции соединен с дополнительными несколькими низковольтными и высоковольтными электродами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7