Система электродов генератора озона

Изобретение относится к озонаторному оборудованию и может быть использовано в генераторах озона. Система электродов содержит, по меньшей мере, высоковольтный и заземленный электроды, снаружи покрытые диэлектриком. Каждый из электродов выполнен из двух мембран, жестко соединенных между собой и образующих внутреннюю полость, имеющую штуцеры для входа и выхода хладагента. Смежные поверхности электродов расположены с постоянным зазором между собой в пределах их активных зон, а во внутренней полости каждого электрода размещена дистанцирующая вставка высотой, равной расстоянию между мембранами. Дистанцирующая вставка имеет форму, обеспечивающую направленное движение хладагента, в местах касания жестко закреплена на внутренней поверхности мембран электрода в пределах активных зон с образованием теплового контакта. Расстояние между местами жесткого закрепления дистанцирующей вставки выбирают таким образом, чтобы деформация активных зон смежных поверхностей электродов под действием давления хладагента не превышала половины величины зазора между ними. Активные зоны мембран электродов могут быть плоскими. Предложенное изобретение позволяет повысить качество, надежность и эффективность охлаждения электродов генератора озона, а также снизить трудоемкость их изготовления и материалоемкость. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к озонаторному оборудованию и, в частности, может быть использовано в генераторах озона.

Известен генератора озона, который выполнен в виде пакета металлических пластин-электродов, размещенных внутри диэлектрических прокладок (а.с. СССР №941278, опубл. 07.07.82 г., бюл. №25).

Недостатком этого устройства является то, что оно имеет низкую удельную производительность и высокий уровень энергозатрат, которые обусловлены высокой степенью нагрева электродов в зоне активных разрядных промежутков и отсутствием эффективной системы отвода выделяемой при этом теплоты.

Известен озонатор, высоковольтные и низковольтные электроды которого выполнены плоскими из толстого металлического листа, внутри которых для обеспечения циркуляции хладагента предусмотрена система продольных полостей, соединенных между собой поперечными каналами (пат. РФ №2061651, опубл. 10.06.96 г., бюл. №16).

Недостатком этого устройства является то, что применяемые электроды имеют большую материалоемкость и трудоемкость в изготовлении. Это обусловлено сложностью конструкции и, прежде всего, решениями по организации потоков газа и хладагента в электродах.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является система электродов генератора озона, содержащая по меньшей мере высоковольтный и заземленный электроды, каждый из которых выполнен из двух гофрированных мембран, жестко соединенных между собой и образующих внутреннюю кольцевую полость. Внутри полости между мембранами в пределах активных зон размещена дистанцирующая вставка, имеющая высоту, равную расстоянию между мембранами (пат. РФ №2199487, опубл. 27.02.03, бюл. №6).

Недостатками этого устройства являются:

- сложность обеспечения постоянства величины разрядных промежутков между гофрированными поверхностями смежных электродов, что обусловлено искажением их формы остаточными деформациями, возникающими в процессе формообразования мембран и сборки-сварки электродов;

- отсутствие средств защиты от разрушения диэлектрического покрытия на поверхности электродов при возрастании давления хладагента выше давления газа в разрядных промежутках между электродами;

- недостаточная эффективность охлаждения электродов, что обусловлено отсутствием в них системы организованного движения воды;

- высокая материалоемкость и трудоемкость изготовления гофрированных мембран электродов круглой формы, имеющих различную геометрию.

Решаемая задача - повышение качества, надежности и эффективности охлаждения электродов генератора озона, снижение трудоемкости их изготовления и материалоемкости.

Для решения поставленной задачи в системе электродов генератора озона, содержащей, по меньшей мере, два электрода - высоковольтный и заземленный, каждый из которых выполнен из двух мембран, жестко соединенных между собой и образующих внутреннюю полость, имеющую штуцеры для входа и выхода хладагента, при этом смежные поверхности электродов расположены с постоянным зазором между собой в пределах их активных зон, а во внутренней полости каждого электрода размещена дистанцирующая вставка высотой, равной расстоянию между мембранами, активные зоны мембран электродов выполнены, например, плоскими, дистанцирующая вставка имеет форму, обеспечивающую направленное движение хладагента, в местах касания жестко закреплена на внутренней поверхности мембран электрода в пределах активных зон с образованием теплового контакта, при этом расстояние между местами жесткого закрепления дистанцирующей вставки выбирают таким образом, чтобы деформация активных зон смежных поверхностей электродов под действием давления хладагента не превышала половины величины зазора между ними, а электроды снаружи покрыты диэлектриком.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а следовательно, оно соответствует критерию «новизна».

На фиг.1 представлена система электродов генератора озона, каждый из которых состоит из одинаковых мембран 1, штуцеров 2 для входа и выхода хладагента, диэлектрического покрытия 3, дистанцирующей вставки 4, при сборке в систему электроды через проставку 5 образуют между собой разрядный промежуток.

На фиг.2 и 3 представлены некоторые варианты конструкции электродов с дистанцирующими вставками различной формы.

В предлагаемой системе каждый из электродов изготавливается, например, из двух одинаковых плоских штампованных стальных мембран 1, которые при сборке образуют между собой внутреннюю полость. На стыке мембран размещаются штуцеры 2, а внутри полости в пределах активных зон, например, в виде гофрированного листа - дистанцирующая вставка 4, имеющая высоту, равную расстоянию между мембранами; одновременно вставка имеет форму, обеспечивающую направленное движение хладагента в электроде. После сборки все комплектующие жестко соединяются между собой с образованием теплового контакта между мембранами и вставкой. Также предполагается мембраны изготавливать из биметалла, например, системы «нержавеющая сталь - медь» таким образом, чтобы медь, как металл с высокой теплопроводностью, образовывала внутреннюю поверхность электрода; вставка тоже может быть медной и при этом быть составной, и иметь отверстия. Возможен вариант, когда внутри электрода в пределах активных зон жестко с образованием теплового контакта закрепляются пластины из металла с высокой теплопроводностью, в этом случае дистанцирующая вставка крепится к пластинам. После изготовления электроды покрывают диэлектриком 3, например эмалью, и собирают с зазором в систему, используя проставки 5.

Система электродов работает следующим образом. Высокое переменное напряжение подается на один из электродов, второй электрод заземляется. Между электродами в разрядном промежутке возникает электрический разряд; диэлектрическое покрытие 3 обеспечивает стабилизацию разрядного тока и равномерное горение разряда. При пропускании в этих условиях через разрядный промежуток кислородосодержащего газа происходит образование озона. Выделяемая при этом теплота отводится хладагентом, который прокачивают через электроды.

Жесткое закрепление дистанцирующей вставки с образованием теплового контакта, во-первых, надежно фиксирует расчетное пространственное положение активных зон мембран и тем самым обеспечивает с заданной точностью величину разрядных промежутков между электродами, как одного из основных параметров эффективного процесса получения озона. При этом, чем меньше расстояние между местами жесткого закрепления, тем надежнее сохранение расчетного положения активных зон в более широком диапазоне изменения давления хладагента в электроде; одновременно решается задача защиты диэлектрического покрытия от разрушения. Во-вторых, тепловой контакт дистанцирующей вставки с мембранами и организация с ее помощью направленного движения хладагента повышает эффективность охлаждения электродов, что позволяет снизить энергозатраты при получении озона. Наконец, это решение дает возможность создавать экономичные плоские тонкостенные электроды различной конфигурации; так, например, прямоугольные плоские электроды при изготовлении позволяют сэкономить по сравнению с круглыми гофрированными электродами до 20% металла и снизить трудоемкость на 30%.

Сравнение существенных признаков предложенного и известных решений дает основание считать, что предложенное техническое решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».

1. Система электродов генератора озона (СЭГО), содержащая, по меньшей мере, два электрода - высоковольтный и заземленный, каждый из которых выполнен из двух мембран, жестко соединенных между собой и образующих внутреннюю полость, имеющую штуцеры для входа и выхода хладагента, при этом смежные поверхности электродов расположены с постоянным зазором между собой в пределах их активных зон, а во внутренней полости каждого электрода размещена дистанцирующая вставка высотою, равной расстоянию между мембранами, отличающаяся тем, что активные зоны мембран электродов выполнены, например, плоскими, дистанцирующая вставка имеет форму, обеспечивающую направленное движение хладагента, в местах касания жестко закреплена на внутренней поверхности мембран электрода в пределах активных зон с образованием теплового контакта, при этом расстояние между местами жесткого закрепления дистанцирующей вставки выбирают таким образом, чтобы деформация активных зон смежных поверхностей электродов под действием давления хладагента не превышала половины величины зазора между ними, а электроды снаружи покрыты диэлектриком.

2. СЭГО по п.1, отличающаяся тем, что электроды имеют форму круглого диска с центральным сквозным отверстием.

3. СЭГО по п.1, отличающаяся тем, что электроды выполнены из биметалла, включающего озоностойкий металл, например нержавеющую сталь, образующий наружную поверхность электродов, и металл с высокой теплопроводностью, например медь, образующий их внутреннюю поверхность.

4. СЭГО по п.1, отличающаяся тем, что внутри электродов на мембранах в пределах их активных зон жестко закреплены пластины из металла с высокой теплопроводностью с образованием теплового контакта, при этом дистанцирующие вставки крепятся к этим пластинам.

5. СЭГО по п.1, отличающаяся тем, что дистанцирующая вставка выполнена из материала с высокой теплопроводностью.

6. СЭГО по п.1, отличающаяся тем, что дистанцирующая вставка выполнена составной.

7. СЭГО по п.1, отличающаяся тем, что на дистанцирующей вставке выполнены конструктивные элементы, например отверстия.