Устройство для получения озона в электрическом разряде

Изобретение относится к конструкциям электроразрядных камер озонаторов, предназначенных для получения озона. Устройство содержит диэлектрический барьер, индуцирующий электрод и разрядные электроды, электрически соединенные между собой. Индуцирующий электрод и диэлектрический барьер представляют собой отрезки цилиндрического кабеля, электрически соединенные между собой. Разрядные электроды выполнены в виде неизолированных цилиндрических проводников, диаметр которых равен диаметру цилиндрического кабеля. Отрезки кабеля и разрядные электроды расположены вплотную друг к другу в шахматном порядке. Предложенное изобретение обеспечивает упрощение изготовления устройства, уменьшение его линейного габарита и повышение надежности работы. 2 ил.

 

Изобретение относится к области создания генераторов озона, а именно к конструкции электроразрядных камер озонаторов, предназначенных для получения озона из кислорода или смеси, содержащей кислород.

Широко известны озонаторы, в которых озон получается за счет обработки кислородсодержащих газов электрическим разрядом в камере, оборудованной электропроводными поверхностями - электродами, расположенными параллельно через небольшой промежуток друг от друга, к которым подводится переменное высокое напряжение; к внутренней поверхности электродов прикрепляется диэлектрический материал (диэлектрический барьер) [1]. Синтез озона в таких устройствах осуществляется за счет объемно-барьерного разряда в газовом промежутке.

Основным недостатком указанных устройств является выход из строя диэлектрического барьера, наиболее уязвимого элемента озонаторной камеры. Кроме воздействия озона барьер испытывает разрушения, обусловленные как микроразрядами барьерного разряда, так и непосредственно электрическим полем. Совместное воздействие этих факторов приводит к выходу диэлектрического барьера, в итоге к короткому замыканию между электродами. Начальное разрушение барьера обусловлено высокотемпературным воздействием каналов микроразрядов. Особенно такой процесс интенсифицируется при локализации барьерного разряда. Основной причиной локализации в барьерном разряде является образование на поверхности барьера пятен с повышенной проводимостью. Такие пятна возникают как за счет влажности, загрязненности обрабатываемого газа, так и за счет продуктов сопровождающих синтез озона. Указанные пятна обладают повышенной емкостью с электродом, который расположен по другую сторону барьера. В итоге с другого электрода на пятно происходит разряд. Чем больше площадь пятна и соответственно выше его емкость, тем интенсивней разряд. Место разряда локализуется расположением пятна на барьере. За счет локализации и повышенной интенсивности разряд через пятно быстро разрушает диэлектрический барьер.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство, содержащее диэлектрический барьер, по одну сторону которого расположен один индуцирующий электрод, а на другой комплект равномерно расположенных разрядных электродов, выполненных в виде металлических полосок [2]. При этом электрический разряд возникает на поверхности барьера и поддерживается за счет тока смещения, протекающего через барьер между разрядными электродами и индуцирующим электродом. Согласно [3], поверхностный барьерный разряд обладает некоторыми характеристиками, то есть присущими только ему физическими свойствами, отличающими его от объемно-барьерного разряда: например, спектральным диапазоном излучения, приходящимся на область ближнего ультрафиолета, и меньшей степенью контрагированности каналов микроразрядов. Первое отличие способствует повышению эффективности озонирования. А второе отличие - к уменьшению вероятности локализации разрядных процессов и в итоге к увеличению срока службы озонаторной камеры.

Однако в прототипе [1], как и в аналогах [2], большую сложность при создании генераторов озона представляет изготовление диэлектрического барьера. Это жесткие допуски на равномерность барьера, отсутствие воздушных включений между электродами и барьером, что технологически трудно выполнимо. Это относится как к пластинчатому, так и к трубчатому исполнению озонаторов. При пластинчатом типе озонаторов большое влияние на надежность и габариты оказывают краевые эффекты. При трубчатом исполнении один из линейных габаритов сокращается более чем в "π" раз с учетом заокраин для пластинчатого исполнения.

Ввиду этого при изготовлении электроразрядных элементов встречаются серьезные конструктивные и технологические трудности, приводящие к дефектам, и в итоге к уменьшению ресурса и надежности работы генераторов озона.

Техническим результатом изобретения является упрощение изготовления устройства, уменьшение его линейного габарита и повышение надежности работы.

Этот технический результат достигается тем, что в устройстве для получения озона, содержащем диэлектрический барьер, индуцирующий электрод и разрядные электроды, электрически соединенные между собой, индуцирующий электрод и диэлектрический барьер представляют собой отрезки цилиндрического кабеля, электрически соединенные между собой, а разрядные электроды выполнены в виде неизолированных цилиндрических проводников, диаметр которых равен диаметру цилиндрического кабеля, причем отрезки кабеля и разрядные электроды расположены вплотную друг к другу в шахматном порядке.

Использование кабеля в качестве диэлектрического барьера и индуцирующего электрода позволяет значительно упростить технологию изготовления генераторов озона. Автоматизированность изготовления и контроля кабелей гарантирует высокую надежность при использовании их в качестве электроразрядных элементов. А большое разнообразие кабельной продукции позволяет в каждом конкретном случае достигать необходимых показателей и параметров для генераторов озона. Кроме этого, появляется возможность иметь различную геометрию поперечного сечения озонаторной камеры за счет регулируемого расположения в пространстве отрезков кабеля и неизолированных проводников. Это позволяет сократить линейный габарит генератора озона.

На фиг.1 схематически изображен генератор озона; на фиг.2 разрез А-А фиг.1 Представлен случай, когда сечение озонаторной камеры квадратное, т.е. число столбцов равно числу рядов (в нашем случае фиг.1 и 2 в каждом столбце и ряду по три отрезка изолированного кабеля и три отрезка неизолированного проводника).

Озонатор состоит из отрезков изолированного кабеля круглого сечения 1 и отрезков неизолированного круглого проводника 2. Диаметры кабеля 1 и проводника 2 одинаковы и расположены с чередованием относительно друг друга в шахматном порядке.

Форма сечения озонаторной камеры может быть разнообразной. Наиболее технологичной и легко реализуемой является прямоугольная форма. Придание необходимой формы сечению камеры и ее сохранение обеспечивается с помощью корпуса 3, выполненного из диэлектрического материала. Для обеспечения вывода концов отрезков 1 и 2, с целью их подключения к источнику переменного высоковольтного напряжения (на фиг.1 не представлен) используются две крышки 4, которые одновременно обеспечивают герметизацию озонаторной камеры. Для подачи и вывода озонируемого газа используются два штуцера 5 и 6. На фиг.1 представлена активная зона озонаторной камеры, а на фиг.2 - ее сечение. В этой зоне отрезки 1 и 2 располагаются вплотную друг к другу. Далее перед выводом из камеры отрезки расходятся относительно друг друга с целью уменьшения влияния краевых эффектов. Очевидно возможны и другие варианты исполнения выводов отрезков 1 и 2.

Генератор озона работает следующим образом. Заданный поток озонируемого газа поступает через штуцер 5 в озонаторную камеру. Далее он проходит в разрядные зазоры, образованные поверхностями отрезков кабелей 1 и проводников 2 (это зазоры между поверхностями цилиндров при расположении их вплотную друг к другу). При подаче высокого переменного напряжения на клеммы генератора озона к одной из которых подключены все отрезки изолированных кабелей 1, а к другой - все отрезки неизолированных проводов 2, в активной зоне по цилиндрической поверхности отрезков кабелей возникают скользящие разряды и осуществляется синтез озона. Затем озоногазовая смесь выходит из разрядных зазоров активной зоны камеры и через штуцер 6 подается на объект обработки озоном. Количество разрядных зон на каждом отрезке кабеля определяется числом линий соприкосновения с отрезками неизолированного проводника. Вследствие шахматного чередования фиг.2, для отрезков кабелей, расположенных внутри сечения озонаторной камеры, количество таких линий равно четырем, а для крайних отрезков равно трем и для угловых - двум.

Общее количество разрядных зон определяется по формуле

,

здесь а - число рядов, b - число столбцов. Наибольшее количество разрядных зон для одного и того же количества отрезков будет для квадратного сечения и равно

,

где n=a=b - число радов или столбцов сечения разрядной камеры.

Такой же вывод справедлив и для обеспечения минимального линейного размера. На фиг.2 представлено сечение озонаторной камеры квадратной формы, соответствующей оптимальному варианту.

Выполнение в генераторе озона самого ответственного элемента диэлектрического барьера из отрезков кабелей позволяет увеличить ресурс работы предлагаемого устройства. Такие кабели широко выпускаются промышленностью, их производство и контроль качества автоматизированы, что является гарантией их высокой надежности.

В лабораторных условиях был создан ряд озонаторных камер на основе кабеля марки ППИ-У. Изоляция жилы такого кабеля выполнена из полиимидно-фторопластовой пленки марки ПМФ-С-352 и толщиной 0,23 мм. Генераторы озона с такими камерами работали при различной частоте с напряжением до 4 кВ с удельной производительностью по озону 200 г/кВт. Ни одна из камер не вышла из строя и длительность непрерывной работы генераторов озона составила не менее 4000 ч.

Источники информации

1. В.В.Лунин, М.П.Попович, С.Н.Ткаченко. Физическая химия озона. - М: Изд-во МГУ, 1998, с.63-67.

2. Masuda S. Industrual Applications of Electrostatics // Journal of Electrostatics. 1981. V/Ю. P.1-14.

3. Калинин А.В., Козлов М.В., Панюшкин В.В. Экспериментальное исследование характеристик высокочастотного поверхностного разряда // Изв. АН СССР. Энергетика. 1993. Т.4, с.44-51.

Устройство для получения озона, содержащее диэлектрический барьер, индуцирующий электрод и разрядные электроды, электрически соединенные между собой, отличающееся тем, что индуцирующий электрод и диэлектрический барьер представляют собой отрезки цилиндрического кабеля, электрически соединенные между собой, а разрядные электроды выполнены в виде неизолированных цилиндрических проводников, диаметр которых равен диаметру цилиндрического кабеля, причем отрезки кабеля и разрядные электроды расположены вплотную друг к другу в шахматном порядке.