Генератор озона и способ получения озона

Номер патента: 3473

Опубликовано: 26.06.2003

Автор: Боргстрём Ян

Есть еще 3 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Пластинчатый генератор озона, содержащий высоковольтный электрод (4), расположенный посередине между двумя одинаковыми камерами (1, 1') коронного разряда, в котором каждая камера с одной стороны отделена от высоковольтного электрода диэлектрическими пластинами (2, 2') и ограничена вторыми электродами (3, 3'), отличающийся тем, что каждый из указанных вторых электродов является заземленным электродом, представляющим собой металлический блок, который задает границу одной из указанных камер по отношению к противоположной ему диэлектрической пластине и в котором имеется впускной канал (5, 5') для газа и выпускной канал (6, 6') для газа, входящие в ограниченную камеру, а также выполненный в каждом металлическом блоке канал для охлаждающей жидкости, предназначенный для охлаждения заземленного электрода, и тем, что указанный высоковольтный электрод находится в непосредственном контакте с диэлектрическими пластинами, образуя, по существу, плоский модуль.

2. Генератор озона по п.1, в котором каждая герметичная камера (1, 1') ограничена, по меньшей мере, одним замкнутым уплотнительным элементом (7, 7'), проходящим между диэлектрической пластиной (2, 2') и заземленным электродом (3, 3').

3. Генератор озона по п.2, в котором указанный уплотнительный элемент состоит из кольца (7, 7') круглого поперечного сечения.

4. Генератор озона по п.2, в котором высоковольтный электрод и диэлектрические пластины выполнены, по существу, плоскими.

5. Генератор озона по п.4, в котором указанный модуль закреплен посредством заземленных электродов, оказывающих давление на указанные уплотнительные элементы.

6. Генератор озона по п.2, в котором в соответствующем заземленном электроде (3, 3' фиг. 3) имеется замкнутая выемка (13, 13' фиг. 3), проходящая внутри соответствующей камеры смежно с указанным уплотнительным элементом (7, 7' фиг. 3), при этом в выемку входят указанные впускные каналы (5, 5' фиг. 3).

7. Генератор озона по п.2, в котором снаружи от соответствующего уплотнительного элемента (7, 7' фиг. 3) расположено кольцо (10 фиг. 3) из электроизоляционного материала, предназначенное для защиты от искрового перекрытия снаружи соответствующей камеры (1, 1' фиг. 3).

8. Генератор озона по п.2, в котором уплотнительный элемент (7, 7' фиг. 3) проходит в виде кольца между соответствующей диэлектрической пластиной (2, 2' фиг. 3) и заземленным электродом (3, 3' фиг. 3), задавая границы указанной соответствующей камеры в виде круглых дисков.

9. Генератор озона по п.2, в котором впускной канал (5, 5' фиг.3) соответствующей камеры входит в периферическую часть камеры (1, 1' фиг. 3),

вблизи уплотнительного элемента (7, 7' фиг. 3), и в котором выпускной канал входит в центр камеры.

10. Генератор озона по п.9, в котором в заземленном электроде, в периферической части камеры, выполнена выемка (13, 13' фиг. 3), которая проходит концентрично в виде кольца с внутренней стороны уплотнительного элемента и в которую входит указанный впускной канал.

11. Генератор озона по п.1, в котором высоковольтный электрод (4) выполнен или расположен в виде металлического покрытия на одной или обеих диэлектрических пластинах (2, 2').

12. Генератор озона по п.1, в котором высоковольтный электрод состоит из металлической фольги или металлического листа.

13. Генератор озона по п.1, в котором соответствующая герметичная камера (1, 1' фиг. 2) частично образована профилированной выемкой (8 фиг. 2) в соответствующем заземленном электроде (3, 3' фиг. 2).

14. Генератор озона по п.1, в котором внутри соответствующей герметичной камеры (1, 1') выполнены каналы для регулирования течения кислорода или богатого кислородом газа и озона, выполненные с возможностью пропускания потока газа в заданных направлениях в указанной камере.

15. Генератор озона по п.1, содержащий средство (9 фиг. 2), расположенное или выполненное в соответствующей герметичной камере для улучшения формирования короны при разряде между высоковольтным электродом (4 фиг. 2) и заземленным электродом (3, 3' фиг. 2) через диэлектрическую пластину (2, 2' фиг. 2) в соответствующей камере (1, 1' фиг. 2).

16. Генератор озона по п.15, в котором указанное средство выполнено в основном в виде сетки (9 фиг. 2).

17. Генератор озона по п.15 или 16, в котором указанное средство (9 фиг. 2) состоит из пластины, расположенной в соответствующей герметичной камере (1, 1' фиг. 2).

18. Генератор озона по п.15 или 16, в котором указанное средство (9 фиг. 2) в соответствующей герметичной камере (1, 1' фиг. 2) представляет собой рисунок, выполненный в соответствующем заземленном электроде (3, 3' фиг. 2).

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

1 Область применения изобретения Данное изобретение относится к генератору озона и способу получения озона путм воздействия на кислород через диэлектрик высокочастотным переменным током высокого напряжения. Предпосылки изобретения Озон обладает сильными окислительными свойствами и используется, предпочтительно в растворенном виде, для стерилизации воды. Например, им могут обрабатывать сточные воды для разложения или устранения веществ, опасных для окружающей среды или здоровья, а также неприятных запахов от воды, а питьевая вода может подвергаться предварительной обработке для улучшения е качества. Другими областями применения озона являются, например, использование его в качестве отбеливающего средства в бумажной промышленности,для очистки воздуха и для проведения некоторых окислительных реакций в органической химии. Озон в смеси с кислородом получают путм пропускания газообразного кислорода или богатого кислородом газа через электрический разряд. В связи с этим, кислород или богатый кислородом газ пропускают через камеру в генераторе озона или озонаторе, которая ограничена либо двумя трубками, имеющими одну и ту же ось, либо последовательно расположенными пластинами, между которыми возникает электрический разряд. В данном описании выражения "полость" и "камера" используются для обозначения одного и того же понятия, т.е. пространства в генераторе озона, где имеющийся кислород или богатый кислородом газ превращается в озон. Генераторы озона первого упоминаемого типа являются для промышленных целей очень большими и требуют много места, кроме того,их сложно и дорого производить и обслуживать. Генераторы озона второго типа являются более экономичными и требуют меньше места, но все же имеют некоторые проблемы, связанные с герметизацией и прочностью, и работают не оптимальным образом. Проблема, относящаяся к генераторам озона, связана с тем, что камера, в которой кислород в виде газообразного кислорода или богатого кислородом газа превращается в озон,имеет, по меньшей мере, одну ограничивающую поверхность, состоящую из диэлектрического материала. Этот диэлектрик используют для создания короны при разряде между высоковольтным электродом и землй, обычно он состоит из керамики или стекла. Высокое давление газа и немалые изменения давления подаваемого в камеру газа, например, вызванные скачками давления в системе, когда источник газа включается или выключается, создают высокие напряжения в керамике, в результате чего возникает опасность ее разрушения. 2 Другая проблема связана с требуемой герметизацией между диэлектриком и противоположной ограничивающей поверхностью камеры,которая обычно электрически заземлена. Эта герметизация подвержена воздействию высокого давления газа и скачков давления. Кроме того, герметизация представляет собой проблему,связанную со сроком службы и надежностью генератора озона, поскольку озон чрезвычайно химически активен, из-за чего обычные резиновые прокладки имеют тенденцию к разрушению и возникновению утечки. Конкретные примеры конструктивного выполнения генераторов озона описаны в ряде публикаций, например, в следующих. В документе US A1 5354541 описан трубчатый генератор озона, содержащий винтовой пружинный электрод 12, трубку 14 из диэлектрического материала, окружающую электрод 12, а также трубчатый заземленный и охлаждаемый второй электрод 15. Между вторым электродом 15 и трубкой 14 заключена кольцевая камера 16 для получения озона. Поступление кислорода в единственную кольцевую камеру 16 для получения озона происходит с одной стороны, вследствие чего воздействие давления поначалу также является односторонним. Во время работы на трубку 14 постоянно воздействует давление с внешней стороны, и это воздействие давления изменяется мгновенно,вследствие скачков давления, которые могут возникать во время работы. В целом это вызывает большие напряжения в конструкции и большой риск повреждений и утечки. В документе US A1 4960570 описан сложный и материалоемкий генератор озона с трубками 3, 8 из диэлектрического материала или, в альтернативном случае, с трубками, имеющими наружное покрытие из диэлектрического материала. Трубки 3, 8 имеют внутри металлическую плнку 4, образующую один электрод, как возможный вариант, внутри трубок 3 показан отдельный электрод 10. Трубки 3 расположены между двумя плоскими внешними электродами 1, 2, которые охлаждены. Полости или камеры 6 и 11 для получения озона находятся соответственно между трубками 3 и плоскими электродами 1, 2 и возможно также в трубках 3 между внутренней стороной трубок и электродом 10,находящимся там. Из публикации непонятно,каким образом кислород для получения озона поступает в полости 6, образованные между конструктивными элементами 3, 8 из диэлектрического материала и охлаждаемыми электродами 1, 2, ни, следовательно, каким образом давление подаваемого кислорода или скачки давления, возникающие во время работы, воздействуют на эти элементы. Из документа WO A1 9701507 известен генератор озона, который содержит две пластины 2 из диэлектрического материала, между которыми расположен электрод 3 в форме нити или 3 сетки, через который податся высокочастотный переменный ток высокого напряжения, а с внешней стороны пластин 2 расположены заземленные и охлаждаемые электроды 4. Полость для получения озона ограничена пластинами 2 и корпусом 3'. Генератор озона испытывает давление изнутри полости для получения озона, вследствие чего пластины 2 стремятся разойтись в стороны. При скачках давления влияние давления может возрасти мгновенно. Данному генератору озона сопутствует существенная опасность разрушения, а также проблемы с герметизацией. Вне пластин 2 полостей для получения озона нет. Наконец, в документе US A 5435978 также описан плоский генератор озона с двумя электродами 1, которые образуют между собой полость 2 для получения озона. На соответствующий электрод 1 нанесн слой из диэлектрического материала. Чтобы компенсировать давление во внутренней полости 2 для получения озона, к генератору озона приложено внешнее давление, посредством помещения его в сосуд высокого давления, в который подан газ под давлением. Однако мгновенные изменения давления, которые возникают вследствие скачков давления, появляющихся при работе генератора озона, трудно регулировать. В этих случаях риск разрушения существенен. Ещ одно конструктивное исполнение генератора озона показано в "High Density OzoneYagi (Mitsubishi Electric Corporation, from the 12th World Ozone Congress, 15-18 May 1995, Lille,France, Vol. 2, pages 51 - 58). Предложенная конструкция представляет собой тонкую круглую одностороннюю разрядную камеру между керамической пластиной и заземленным электродом. Отверстия для впуска газа в камеру расположены по краям камеры, а выпуск газа осуществляется в центре камеры через отверстие в заземленном электроде. Керамическая пластина на противоположной стороне камеры опирается на демпфирующую напряжения пластину неизвестного типа, которая, в свою очередь, примыкает к металлической пластине. Со стороны пластины, демпфирующей напряжения,керамическая пластина покрыта металлическим слоем, который образует высоковольтный электрод. Глубина камеры определяется металлической распоркой, расположенной внутри и содержащей проходящий в радиальном направлении опорный элемент. Цель изобретения Цель данного изобретения состоит в том,чтобы создать генератор озона и способ получения озона, которые преодолевают проблемы,сопутствующие известному уровню техники. Одним из аспектов изобретения является использование простой, компактной и менее дорогой конструкции для того, чтобы повысить про 003473 4 изводительность и улучшить коэффициент преобразования по сравнению с известными генераторами озона, и кроме того, не допустить повреждения элементов устройства или ухудшения его эффективности вследствие избыточного давления подаваемого газа и вследствие скачков давления, возникающих во время работы устройства. Другой аспект изобретения заключается в создании такой конструкции, которая дает равномерное распределение давления по ограничивающим поверхностям газовой камеры. Еще один аспект изобретения заключается в создании конструкции, которая выполнена с возможностью предохранения герметизации,предусмотренной между диэлектриком и противоположной ограничивающей поверхностью, от износа вследствие реактивного воздействия озона. Сущность изобретения Согласно первому аспекту данного изобретения, рассматривается генератор озона, содержащий блок, в котором высоковольтный электрод соединен с электрически изолирующим элементом, предпочтительно диэлектрическим элементом, и камеру, которая ограничена указанным диэлектрическим элементом и заземленным электродом. Согласно первому аспекту,изобретение характеризуется тем, что генератор озона выполнен с возможностью функционирования при равновесии давлений, вследствие чего изменение давления в камере оказывает равное усилие на противоположные стороны блока. Согласно второму аспекту изобретения рассматривается генератор озона, содержащий высоковольтный электрод, а также первый и второй диэлектрические элементы, выполненные на противоположных сторонах высоковольтного электрода. Эти диэлектрические элементы на противоположных сторонах высоковольтного электрода через уплотнения соединены соответственно с первым и вторым заземленными электродами, вследствие чего заземленные электроды ограничивают соответственно первую и вторую герметичные камеры по отношению к первому и второму диэлектрическим элементам соответственно. Более конкретно, согласно третьему аспекту изобретения рассматривается генератор озона, в котором высоковольтный электрод помещен в центре между двумя одинаковыми герметичными камерами, и в котором каждая из камер с одной стороны отделена от высоковольтного электрода диэлектриком, а с другой стороны ограничена заземленным электродом. При такой конструкции генераторов озона чувствительный диэлектрический элемент подвергается действию одинакового давления газа и одинаковых изменений давления газа с противоположных сторон, благодаря чему указанное давление является уравновешенным. 5 Согласно четвртому аспекту, рассматривается генератор озона, содержащий высоковольтный электрод и диэлектрик, который ограничивает герметичную камеру до противоположной стенки при помощи промежуточного замкнутого уплотнения. Согласно четвртому аспекту, изобретение характеризуется замкнутой выемкой, выполненной в отдаленной от центра части камеры и примыкающей к уплотнению, в которую входит впускное отверстие камеры, вследствие чего камера имеет в выемке большую глубину, чем в е центральной части. Предпочтительней, если выход из камеры,предназначенный для выпуска озона, выполнен с отверстием в центральной части камеры. В такой конструкции подводимый кислород или богатый кислородом газ должен сначала заполнить выемку, которая обладает наименьшим сопротивлением для распространения газа, и затем газ распространяется в направлении центральных частей камеры. При равномерном течении газа, которое, вследствие соответствующего расположения впускного и выпускного отверстий направлено от периферии камеры к е центру, кислород, который сначала заполняет камеру вблизи уплотнения, впоследствии защищает это уплотнение от озона, образующегося в камере. Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения, генератор озона содержит компенсирующий давление принимающий блок, который объединен, по меньшей мере, с двумя пластинами из диэлектрического материала и находящимся между пластинами электродом, к которому может быть приложен высокочастотный переменный ток высокого напряжения, а также содержит две герметичные полости для образования озона, расположенные с противоположных сторон упомянутого блока,при этом соответствующая герметичная полость со стороны, противоположной пластине из диэлектрического материала, ограничена заземленным и охлаждаемым электродом, через который к указанной полости подводится кислород или богатый кислородом газ, а озон отводится от нее. При таком техническом решении получается компактная конструкция с минимальными требованиями к занимаемому пространству,обладающая высокой эффективностью и не испытывающая проблем, связанных с герметизацией или разрушением, что обеспечивается,например, блоком, содержащим пластины из диэлектрического материала и электрод, к которому может быть приложен высокочастотный переменный ток высокого напряжения, поскольку этот блок находится в одно и то же время под воздействием избыточного давления и скачков давления с двух противоположных сторон, и благодаря своей конструкции побуждает эти избыточные давления и скачки давления, компенсировать, т.е. уравновешивать, друг 6 друга. Компенсация избыточного давления и скачков давления, которые могут возникать во время работы устройства, обеспечивает устройству стабильность функционирования и вследствие этого повышенную эффективность преобразования. Данное изобретение также относится, согласно пятому аспекту, к способу получения озона, содержащему этапы подачи кислорода или богатого кислородом газа в первую камеру и приложения высокочастотного переменного тока высокого напряжения к высоковольтному электроду с целью получения в первой камере разряда через диэлектрик на заземленный электрод. Способ характеризуется тем, что изменения давления в подводимом газе компенсируются вследствие того, что давление газа вынуждают воздействовать с одинаковой степенью на противоположные стороны компактного блока,содержащего указанный диэлектрик. Под компактностью здесь понимается то, что включнные в блок компоненты находятся между собой в механической связи без каких либо промежуточных полостей между ними, вследствие чего блок, по существу, представляет собой несжимаемое тело. Согласно шестому аспекту данного изобретения более точно рассматривается способ получения озона, включающий в себя этапы подачи кислорода или богатого кислородом газа под давлением из общего источника в две одинаковые герметичные камеры, которые отграничены друг от друга блоком, который содержит два диэлектрических элемента и между ними высоковольтный электрод, к которому приложен высокочастотный ток высокого напряжения, в результате чего имеющийся в камерах кислород превращается в озон посредством электрических разрядов между высоковольтным электродом и отдельными заземленными электродами, при этом каждый заземленный электрод ограничивает одну камеру на противоположной стороне соответствующего диэлектрического элемента. Краткое описание чертежей Дополнительные преимущества и отличительные признаки устройства для получения озона по данному изобретению подробно описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых фиг. 1 изображает схематический вид в аксонометрии первого предпочтительного варианта генератора озона по данному изобретению; фиг. 2 изображает схематический вид продольного разреза генератора озона, изображенного на фиг. 1; фиг. 3 изображает схематический вид поперечного разреза второго предпочтительного варианта генератора озона по данному изобретению; 7 фиг. 4 схематически изображает часть показанного на фиг. 3 генератора озона при рассмотрении изнутри камеры. Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения На фиг. 1 и 2 схематично показан первый предпочтительный вариант устройства для получения озона - генератора озона или озонатора. Как, в частности, видно из фиг. 2, герметичная полость или камера 1 для получения озона с одной стороны ограничена пластиной 2 из диэлектрического материала, предпочтительно керамики, стекла или подобных материалов,а с противоположной стороны - заземленным и охлаждаемым электродом 3, выполненным, например, из алюминия, нержавеющей стали или подобных материалов, но предпочтительно из алюминия вследствие его хорошей теплопроводности. С противоположной стороны пластины 2 из диэлектрического материала, ограничивающей герметичную полость/камеру 1, расположен электрод 4 из алюминия, меди или другого электрически проводящего материала, к которому может быть приложен высокочастотный переменный ток высокого напряжения. Пластина 2 из диэлектрического материала и соответствующие электроды 3, 4 имеют подходящий размер и форму для поставленной цели. Указанные элементы представленного варианта выполнения изобретения имеют, например, форму четырехсторонних, почти квадратных пластин,однако такие пластины или подобные им, могут также быть прямоугольными, круглыми, треугольными, пятиугольными, шестиугольными и т.п. Для того чтобы согласно данному изобретению простым и экономичным образом выполнить генератор озона, обладающий двойным действием, с противоположной стороны электрода 4, к которому может быть приложен высокочастотный переменный ток высокого напряжения, расположена вторая пластина 2' из диэлектрического материала, аналогичная первой пластине 2. Электрод 4 предпочтительно в виде фольги или металлического листа надлежащим образом закреплен между пластинами 2,2' из диэлектрического материала, или он может быть выполнен в виде сетки, отпечатанной на одной или обеих пластинах 2, 2' и образующей на них некоторый слой, кроме того, электрод может иметь другое подходящее конструктивное исполнение, например, в форме пластины,как показано на фиг. 1 и 2. Соединительные средства, необходимые для подключения к источнику переменного тока, на чертежах не показаны. Независимо от варианта выполнения электрода 4, в соответствии с данным изобретением предложен компактный блок, "модуль",требующий мало места, включающий в себя электрод 4 и две пластины 2, 2' из диэлектрического материала и обладающий способностью выдерживать и амортизировать два внешних 8 давления, действующих на него в противоположных направлениях, и побуждать эти давления уравнивать и компенсировать друг друга. Вторая пластина 2' из диэлектрического материала вместе со вторым, расположенным напротив нее заземленным и охлаждаемым электродом 3', ограничивает вторую герметичную полость 1' для образования озона. Каждый заземленный и охлаждаемый электрод 3, 3' образован заземленным блоком,предпочтительно выполненным из одного из вышеупомянутых металлов, и включает охлаждающую среду или каналы (не показаны) для охлаждающей среды, чтобы достичь требуемого охлаждения электрода во время работы. В каждом заземленном и охлаждаемом электроде 3, 3',т.е. в металлическом блоке, также выполнены впускные и выпускные средства, предпочтительно впускные каналы 5, 5' для подачи в соответствующие полости 1, 1' газообразного кислорода или богатого кислородом газа, и выпускные каналы 6, 6', для выпуска озона из соответствующих полостей 1 и 1'. Эти каналы 5, 5' и 6,6', предназначенные соответственно для кислорода или богатого кислородом газа и озона, выполнены в металлических блоках 3, 3' таким образом, что когда металлические блоки вместе с остальными конструктивными элементами представляют собой собранный генератор озона, каналы 5 и 5' проходят, по существу, друг напротив друга, а каналы 6 и 6' - друг напротив друга, т.е. являются зеркальными отображениями друг друга, вследствие чего кислород или богатый кислородом газ втекает в герметичную полость 1,1' генератора озона преимущественно в том же месте, что и в соответствующую ей полость, а также и вытекает из соответствующих полостей преимущественно в одном и том же месте. В некоторых известных вариантах генераторов озона, в которых кислород или богатый кислородом газ подается в герметичную полость, расположенную в центре генератора озона (см., например, вышеуказанный документWO, A19701507), керамический материал, часто используемый как диэлектрик, имеет тенденцию к растрескиванию вследствие избыточного давления, возникающего между пластинами из керамического материала и отжимающего пластины наружу к заземленным и охлаждаемым электродам (металлическим блокам), или же сминаются уплотнения герметичных полостей, разрушаются линии склейки и т.д. Вариант выполнения устройства для получения озона, согласно данному изобретению,имеющий двойные герметичные полости или камеры 1, 1', которые снабжаются кислородом или богатым кислородом газом с разных направлений, устраняет риск повреждения пластин 2, 2' из диэлектрического материала из-за разностей давлений, создаваемых сжатым кислородом или богатым кислородом газом и 9 скачками давления. Это достигается приложением давления к пластинам 2, 2' одновременно с двух направлений и тем, что пластины вместе с промежуточным электродом 4 выполнены с возможностью компенсации давления, так что приложенные с разных направлений давления компенсируют, уравновешивают друг друга,даже если они изменяются, например, вследствие скачков давления. В связи с этим, пластины 2, 2' из диэлектрического материала и промежуточный электрод 4 должны иметь надлежащую опору со стороны, например, некоторого элемента, дополнительно включенного в компенсирующий давление принимающий блок, причем указанный элемент способствует такой компенсации давления. Пластины 2, 2' и промежуточный электрод 4 могут также создавать необходимую опору друг другу, например, будучи присоединены, согласно вышеописанному,к компенсирующему давление принимающему блоку, не имеющему промежутков между указанными элементами, и в котором электрод 4,если он имеет форму пластины, может быть выполнен сплошным, как на фиг. 1 и 2, или, в альтернативном случае, в виде пластины, перфорированной в большей или меньшей степени. Когда кислород, или богатый кислородом газ податся в полости 1, 1', пластины 2, 2' сдавливаются в направлении друг к другу. Описываемый вариант выполнения устройства для получения озона допускает подачу кислорода или богатого кислородом газа при избыточном давлении,близком к 15 бар, результатом чего является повышенная эффективность и большая производительность. Компенсирующий давление принимающий блок также способствует достижению более стабильной работы устройства с улучшенной эффективностью преобразования. Соответствующие герметичные полости 1,1', огражденные соответственно пластинами 2 и 2' из диэлектрического материала и заземленными и охлаждаемыми электродами 3 и 3', также ограничены, по меньшей мере, одним замкнутым уплотнением 7, проходящим между пластинами 2 и 2' и соответственно электродами 3 и 3' (см. фиг. 2). Чтобы получить оптимальный герметизирующий эффект, уплотнение предпочтительно содержит кольцо 7 круглого сечения из упругого материала, обладающего соответствующей устойчивостью к озону, например,силиконового каучука. Пластины 2 и 2' из диэлектрического материала и заземленные электроды 3 и 3' находятся в контакте с уплотнением только под действием давления и могут смещаться по отношению друг к другу в продольном направлении до определнных пределов. Подходящие для этого приспособления возможно известны, поэтому они не описываются и не показываются здесь более подробно. В альтернативном случае уплотнение 7 может быть отформовано в любой из соответствующих герметичных полостей 1, 1' (или выполнено на 10 ней), ограниченных соответственно элементами 2, 3 и 2', 3'. Внешней частью соответствующего уплотнения 7 может являться, по меньшей мере,одно кольцо 10 из электрически непроводящего материала, предпочтительно тефлона или подобного тефлону материала, предназначенное для того, чтобы предотвратить смещение уплотнения наружу вследствие давления в герметичных полостях 1, 1' и предотвратить искровое перекрытие между электродом 4 и электродами 3 и 3', вдоль их краевых частей. Как следует из вышесказанного, пластины 2, 2' действуют как диэлектрик. Если электрод 4 присоединн к источнику переменного тока, а электроды 3, 3' - к земле, то через пластины 2,2' происходит электрический разряд. Соответствующее напряжение переменного тока предпочтительно составляет 6000-30000 В, а частота переменного тока предпочтительно находится в пределах 2-100 кГц. В результате разряда часть кислорода в герметичных полостях 1, 1' превращается в озон. Выход может достигать 20% объма газа, вытекающего через каналы 6 из генератора озона. Кислород, или богатый кислородом газ,который вводится в герметичные полости 1, 1' генератора озона под высоким давлением через каналы 5, 5', можно принудить протекать через указанные полости по направлению к выходному каналу 6 для озона случайным образом (см. штрихпунктирные стрелки на фиг. 1), или направлять через полости по извилистым траекториям. Для этой цели, в соответствующей герметичной полости 1, 1' могут быть образованы каналы (не показаны) для кислорода или богатого кислородом газа и озона, и каждому каналу может быть придана нужная форма для оптимального вырабатывания озона. В варианте выполнения изобретения, показанном на фиг. 1 и 2 с двумя герметичными полостями 1, 1', эти каналы предпочтительно выполнены так, что проходят друг напротив друга, т.е. зеркально перевернуты. Благодаря этому, давление на пластины 2, 2' из диэлектрического материала вследствие впуска кислорода или богатого кислородом газа распределяется в обеих герметичных полостях 1, 1' одинаковым образом и само себя уравновешивает. Подходящая рабочая температура для пластин 2, 2' из диэлектрического материала составляет около 20 С, хотя допустимы более высокие температуры. Однако около 80% подводимой электрической энергии, которая превращается в тепло, необходимо поглощать, что в предпочтительном случае осуществляют с помощью заземленных и охлаждаемых электродов 3, 3', т.е. металлического блока с охлаждающей средой или с каналами с охлаждающей средой. Толщина вышеописанных герметичных полостей 1, 1' для получения озона, ограниченных пластинами 2, 2' из диэлектрического материала, заземленными и охлаждаемыми электро 11 дами 3, 3', которые имеют гладкие поверхности,а также, по меньшей мере, одним замкнутым уплотнением 7, может главным образом зависеть от толщины уплотнения вокруг них. Если по какой-то причине требуется больший объм герметичных полостей 1, 1', то это можно легко обеспечить, например, выполнив соответствующие заземленные и охлаждаемые электроды 3, 3' с выемкой 8 с той их стороны, которая ограничивает герметичную полость. Так, на фиг. 1 и 2 показан предпочтительный вариант устройства для получения озона по данному изобретению, в котором соответствующие герметичные полости 1, 1 образованы преимущественно выемкой 8, и их размер определен этой выемкой таким образом, что выемка ограничивает основную часть полости, и основная часть размера(толщины) полости определяется глубиной этой выемки. Чтобы оптимизировать получение озона,необходимо, чтобы так называемое коронирование, которое достигается при электрическом разряде между электродами, было настолько равномерным, насколько это возможно, т.е. равномерно распределено по всей поверхности, где может происходить разряд через диэлектрик в присутствии кислорода. Для этого, в свою очередь, требуется равномерное расстояние между диэлектриком и заземленным электродом. Поэтому, чтобы обеспечить оптимальное получение озона, но также и улучшить охлаждение, один из вариантов выполнения данного изобретения снабжн улучшающей коронирование структурой 9, разработанной для содействия разряду между электродами 3, 3' и 4 соответственно и установленной в обеих герметичных полостях 1, 1' или сформированной в них, как это показано на изображенном на фиг. 1 и 2 варианте осуществления изобретения (предпочтительней рассматривать на фиг. 2). В одном из вариантов выполнения изобретения эта структура выполнена в основном в виде сетки 9. Для достижения необходимой равномерности расстояния, сетка 9, которая в предпочтительном случае выполнена из нержавеющей стали,состоит из отдельной детали, размещенной в соответствующей герметичной полости 1, 1',примыкающего к заземленному и охлаждаемому электроду 3, 3', т.е. в его выемке 8 для показанного варианта выполнения изобретения. Однако в альтернативном варианте сетка может быть образована прямо на поверхности (т.е. дне выемки 8) на соответствующих заземленных и охлаждаемых электродах 3, 3', которые обращены к герметичным полостям 1, 1' соответственно и ограничивают их. Сеточная структура может быть получена, например, штамповкой,фрезерованием, травлением или резанием на данной поверхности посредством лазера. Вариант выполнения изобретения, в котором указанная структура получена на поверхности заземленного электрода, представляет более простую 12 конструкцию с меньшим числом составных элементов генератора озона, по сравнению с вариантом изобретения с отдельной структурой 9. Если требуется дополнительно увеличить выработку озона, то вышеописанное устройство для получения озона может быть соединено, по меньшей мере, с одним другим подобным устройством через магистраль, соединяющую ряд таких устройств. Для того чтобы упростить такое подсоединение, но при этом также получить альтернативный вариант данного изобретения,можно, с некоторыми модификациями варианта изобретения, показанного на фиг. 1 и 2, выполнить один или большее число заземленных и охлаждаемых электродов 3, 3' с выемками 8 на двух противоположных сторонах и с соответствующим расположением, как описано выше,пластин 2, 2' из диэлектрического материала, а также электродов 4 для соединения с источником переменного тока на обеих сторонах заземленных и охлаждаемых электродов. При необходимости или по желанию, со стороны заземленного и охлаждаемого электрода 3 или, в варианте конструкции, показанной на фиг. 1 и 2,на другой его стороне или сторонах заземленных и охлаждаемых электродов 3, 3', противоположная сторона которого ограничивает (противоположные стороны которых ограничивают) герметичную полость 1, 1', может быть размещена дополнительная пластина из диэлектрического материала так, что между соответствующей дополнительной пластиной и заземленным и охлаждаемым электродом (электродами) ограничивается дополнительная герметичная полость, а также на противоположной стороне соответствующей дополнительной пластины из диэлектрического материала, находящейся в дополнительной полости или полостях, может быть размещен второй электрод, к которому может быть приложен высокочастотный переменный ток высокого напряжения. Если дополнительное расширение не производится, то для пластины 2 из диэлектрического материала и электрода 4 могут потребоваться опоры. Кроме того, следует также заметить, что последний упомянутый дополнительный вариант устройства для получения озона по данному изобретению также возможен даже и без выемок на обеих сторонах одного или более заземленных и охлаждаемых электродов. На фиг. 3 и 4 показан второй предпочтительный вариант выполнения изобретения, который по многим аспектам похож на первый вариант, показанный на фиг. 1 и 2. К тому же,номера позиций, использованные на фиг. 3 и 4,являются теми же, что и номера позиций, использованные на фиг.1 и 2, если они обозначают одни и те же элементы или подобные элементы. На фиг. 3 показан генератор озона, имеющий высоковольтный электрод 4, на который может подаваться высокочастотный перемен 13 ный ток высокого напряжения. Этот высоковольтный электрод расположен между первым и вторым диэлектрическими элементами 2 и 2',которые в предпочтительном случае установлены непосредственно на высоковольтном электроде 4, на его противоположных сторонах. На фиг. 3 диэлектрические элементы 2 и 2' изображены на некотором расстоянии от высоковольтного электрода 4 исключительно ради более понятной иллюстрации положения высоковольтного электрода 4. Первый диэлектрический элемент 2 со своей стороны, противоположной высоковольтному электроду 4, ограничивает камеру 1, предназначенную для получения озона из кислорода или богатого кислородом газа. Первую камеру 1 с ее стороны, противоположной первому диэлектрическому элементу 2, ограничивает первый заземленный электрод 3. Соответственно второй диэлектрический элемент 2' со стороны, противоположной высоковольтному электроду 4, ограничивает вторую камеру 1', которая аналогична первой камере 1. Вторую камеру 1' со стороны, противоположной диэлектрическому элементу 2', ограничивает второй заземленный электрод 3'. В заземленных электродах 3 и 3' выполнены впускные каналы - соответственно 5 и 5', предназначенные для присоединения общего источника кислорода или богатого кислородом газа. Кроме того, в заземленных электродах 3 и 3' расположены выпускные каналысоответственно 6 и 6', предназначенные для выпуска озона. Каждая камера 1 и 1' находится между ограничивающим диэлектрическим элементом соответственно 2 и 2' и заземленным электродом соответственно 3 и 3' и герметизирована соответствующим замкнутым уплотнением 7 и 7'. Для каждого уплотнения 7, 7' в заземленном электроде 3, 3' сделана выемка для герметизации - соответственно 11 и 11'. Кроме того, между заземленными электродами 3, 3' снаружи уплотнений 7, 7' расположено опорное кольцо 10, для которого заземленный электрод 3, 3' выполнен с соответствующий внешней выемкой 12 и 12'. Второй вариант изобретения, показанный на фиг. 3 и 4, отличается от первого варианта изобретения, показанного на фиг. 1 и 2, двумя аспектами. Например, второй вариант выполнения изобретения отличается тем, что в заземленных электродах 3, 3' выполнены соответствующие внутренние замкнутые выемки 13 и 13',проходящие непосредственно внутри соответствующих выемок для герметизации 11, 11'. Таким образом, эти внутренние выемки 13 и 13' находятся внутри соответствующих камер 1, 1,ограничивая в соответствующей камере периферическую часть, имеющую большую глубину,чем соответствующая центральная часть камеры. Как ясно видно из фиг. 3 и 4, впускные каналы 5 и 5' входят в соответствующие камеры 1, 003473 14 1' в месте этих внутренних выемок соответственно 13 и 13'. При такой конструкции газ, предпочтительно кислород, который податся в камеру 1, 1', должен сначала заполнить внутренние выемки - соответственно 13 и 13',так как в относительно более глубоких выемках 13, 13' сопротивление потоку меньше, чем внутри относительно менее глубокой центральной части соответствующей камеры 1, 1'. Поскольку газ не сразу течт внутрь к выпускным каналам 6, 6', расположенным в центре соответствующей камеры 1, 1' и отстоящим от ее периферии на некоторое расстояние, то достигается равномерное распределение давления по этой камере. Кроме того, свежий газ непрерывно поступает в соответствующие выемки 13, 13' и благодаря этому создает преграду между уплотнением 7, 7' и озоном, создаваемым в соответствующей камере 1,1', который стремится течь по направлению к соответствующим выпускным каналам 6,6' камеры. Этот эффект преграды особенно важен, поскольку высоко реактивные свойства озона создают риск разрушения уплотнений 7,7'. Устройство, которое содержит внутреннюю выемку, примыкающую к уплотнению, впускной канал, проходящий в эту выемку, и выпускной канал, входящий в центр камеры, обеспечивает повышенную стойкость и срок службы этого изделия. Другой отличительной чертой варианта изобретения, показанного на фиг. 3 и 4, является круглая форма, которая показана на фиг. 4. На этой фигуре заземленный электрод 3 показан со стороны, обращенной к камере 1. Из чертежа ясно видно, куда проходят впускной канал 5 и выпускной канал 6, также видно, что различные выемки 11, 12, 13 заземленного электрода 3 образуют магистраль из концентрических окружностей на периферии заземленного электрода. Круглая форма является достоинством данного устройства, так как поступающий газ, который сначала заполняет внутреннюю выемку 13, затем везде должен пройти одинаковое расстояние до выпускного канала 6, результатом чего является равномерное распределение давления по камере 1. Отсутствие углов, сопутствующее круглой форме, также является преимуществом при высоком давлении газа. Конечно, выемки 13, 13', которые предназначены для предохранения уплотнений 7, 7' от действия озона, могут быть выполнены в генераторах озона другой формы, нежели круглая,например такой, какая показана на фиг. 1. В соответствии с вариантом изобретения,показанным на фиг. 1 и 2, заземленные электроды 3, 3' могут быть выполнены со структурами,улучшающими коронирование, например, сетчатыми рисунками, расположенными на поверхностях заземленных электродов 3, 3', обращнных к соответствующей камере 1, 1'. Конечно, и другие, ранее рассмотренные особенности первого варианта изобретения, применимы для 15 второго варианта изобретения. Это относится,например, к конструктивному исполнению высоковольтного электрода 4 и диэлектрических элементов 2, 2', охлаждению заземленных электродов 3, 3', а также к варианту выполнения изобретения с двусторонними заземленными электродами 3, 3', которые предназначены для ограничения дополнительных газовых камер. Вариант изобретения, показанный на фиг. 3, также как и вариант, показанный на фиг. 2,сконструирован так, чтобы уменьшить механические напряжения на диэлектрических элементах 2, напряжения, которые, главным образом,вызваны изменениями давления газа в системе подачи газа, которая присоединена к генератору озона для подачи кислорода или богатого кислородом газа во впускные каналы 5, 5'. Решение основано на физических принципах, а именно на том, что такие напряжения могут быть уменьшены или устранены в конструкции,которая обеспечивает компенсацию давления. Согласно вариантам изобретения, показанным на чертежах, эта компенсация давления обеспечивается тем, что находящемуся под давлением кислороду или богатому кислородом газу дают возможность направляться от общего источника в две одинаковые герметичные камеры 1, 1', и тем, что эти камеры разграничены между собой блоком, содержащим два диэлектрических элемента 2, 2', между которыми находится высоковольтный электрод 4. Изменения давления, возникающие в системе подачи газа, вызывают равные изменения давления в двух противоположных камерах 1, 1', благодаря чему не возникает результирующая сила, которая действует на блок, расположенный между камерами. Вследствие того, что противоположные камеры со своими впускными каналами 5, 5' и выпускными каналами 6, 6' расположены в соответствующих местах на противоположных сторонах блока, также получают генератор озона, который относительно нечувствителен к высокому подаваемому давлению. Для удобного соединения генератора озона с системой подачи газа впускные каналы 5, 5' в предпочтительном случае расположены на одной стороне, как показано на фиг. 3. Систему выработки озона с большей производительностью можно легко создать из ряда генераторов озона, соответствующих второму варианту выполнения изобретения, которые соединены в штабель, поскольку и входные каналы и выходные каналы доступны с соответствующих сторон заземленных электродов 3, 3'. В альтернативном варианте выполнения изобретения, не показанном на чертежах, генератор озона содержит блок с первой и второй стенками, который, по меньшей мере, частично перфорирован и поэтому может пропускать газ от первой стенки ко второй. Блок содержит высоковольтный электрод, который покрыт диэлектрическим материалом. В предпочтитель 003473 16 ном случае блок содержит сетчатую структуру,включающую в себя высоковольтный электрод,покрытый диэлектрическим материалом. В генераторе озона данный блок расположен в камере, которая, по меньшей мере, частично ограничена заземленным электродом. Диэлектрический материал разграничивает высоковольтный электрод и камеру, но благодаря способности блока пропускать газ, возникающие в камере изменения давления газа способны распространяться к обеим стенкам блока, вследствие чего не возникает результирующая сила, которая действует на стенки блока. Камера может быть выполнена с двумя противоположными заземленными электродами, с блоком, размещнным между ними в камере. Камера выполнена с впускным каналом для газа, предпочтительно кислорода, или богатого кислородом газа, и выпускным каналом, предпочтительно для газа, содержащего озон. В одном варианте изобретения могут быть выполнены два впускных канала в камеру, по одному на каждой стороне блока, а так же и два выпускных канала на каждой стороне блока. В ещ одном варианте изобретения, содержащем камеру для преобразования кислорода илибогатого кислородом газа в озон, ограничивающие поверхности камеры состоят не из пластин, а из концентрических трубок с общей осью, вследствие чего камера также является трубчатой. Согласно известным решениям из уровня техники, внутренняя трубчатая ограничивающая поверхность камеры содержит первый трубчатый диэлектрический материал. Высоковольтный электрод расположен смежно с первым диэлектрическим элементом с противоположной стороны камеры, т.е. расположен внутри диэлектрической трубки. В первом случае этого варианта выполнения устройства высоковольтный электрод входит во взаимодействие, с противоположной стороны первой диэлектрической трубки, со вторым трубчатым диэлектрическим элементом. Этот второй трубчатый диэлектрический элемент ограничивает, в свою очередь, со своей внутренней стороны вторую камеру. Соответствующая камера со стороны, противоположной соответствующей ограничивающей диэлектрической трубке, ограничена заземленной металлической трубкой. Кроме того, генератор озона имеет один впускной канал в каждую камеру,причем впускные каналы выполнены так, что они могут быть присоединены к общей системе подачи газа, для подачи в соответствующую камеру кислорода или богатого кислородом газа. Генератор озона, таким образом, содержит ряд концентрических трубок, в котором два диэлектрических элемента и электрод, помещнный между ними, образуют блок. Для описанного устройства изменения давления, возникающие в системе подачи газа, присоединнной к 17 генератору озона, будут воздействовать на блок как изнутри, так и снаружи. Во втором случае этого трубчатого варианта трубчатый блок содержит газопроницаемый высоковольтный электрод, который покрыт диэлектрическим материалом, вследствие чего блок предпочтительно образует трубчатую сетчатую структуру с внешней и внутренней частями. Блок расположен в трубчатой камере, и свойства проницаемости сетчатой структуры являются причиной того, что возникшее изменение давления с одной стороны блока вызывает соответствующее изменение давления на его противоположной стороне. В трубчатом варианте выполнения изобретения блок на каждом конце генератора озона в предпочтительном случае герметизирован относительно заземленных металлических трубок вставленными кольцами круглого поперечного сечения. В предпочтительной конструкции на каждом конце соответствующей заземленной металлической трубки выполнена выемка, проходящая в камере смежно с кольцом круглого поперечного сечения, предназначенного для герметизации камеры около противоположного диэлектрического трубчатого элемента. В эту выемку, которая образует углубленную часть камеры, предпочтительно входит впускной канал, а выпускной канал в предпочтительной конструкции входит в центр заземленной металлической трубки. Такое конструктивное исполнение побуждает кислород или богатый кислородом газ сначала заполнить выемку, защищая, таким образом, смежное кольцо круглого поперечного сечения от озона, вырабатываемого в камере. Для специалистов данной области из вышеизложенного очевидно, что устройство по данному изобретению может быть модифицировано и изменено в объеме правовой охраны приведнной далее формулы изобретения без отклонения от сущности и цели изобретения. Таким образом, варианты выполнения различных конструктивных элементов, содержащихся в устройстве, могут отличаться от элементов,показанных на чертежах и описанных выше. Выбор материала также может отличаться от того, который предложен выше. Кроме того, в зависимости от применения и требуемого результата могут изменяться упомянутые рабочие параметры. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Пластинчатый генератор озона, содержащий высоковольтный электрод (4), расположенный посередине между двумя одинаковыми камерами(1, 1') коронного разряда, в котором каждая камера с одной стороны отделена от высоковольтного электрода диэлектрическими пластинами (2, 2') и ограничена вторыми электродами (3, 3'), отличающийся тем, что каждый из указанных вторых элек 003473 18 тродов является заземленным электродом, представляющим собой металлический блок, который задает границу одной из указанных камер по отношению к противоположной ему диэлектрической пластине и в котором имеется впускной канал (5, 5') для газа и выпускной канал (6, 6') для газа, входящие в ограниченную камеру, а также выполненный в каждом металлическом блоке канал для охлаждающей жидкости, предназначенный для охлаждения заземленного электрода, и тем, что указанный высоковольтный электрод находится в непосредственном контакте с диэлектрическими пластинами,образуя, по существу, плоский модуль. 2. Генератор озона по п.1, в котором каждая герметичная камера (1, 1') ограничена, по меньшей мере, одним замкнутым уплотнительным элементом (7, 7'), проходящим между диэлектрической пластиной (2, 2') и заземленным электродом (3, 3'). 3. Генератор озона по п.2, в котором указанный уплотнительный элемент состоит из кольца (7, 7') круглого поперечного сечения. 4. Генератор озона по п.2, в котором высоковольтный электрод и диэлектрические пластины выполнены, по существу, плоскими. 5. Генератор озона по п.4, в котором указанный модуль закреплен посредством заземленных электродов, оказывающих давление на указанные уплотнительные элементы. 6. Генератор озона по п.2, в котором в соответствующем заземленном электроде (3, 3' фиг. 3) имеется замкнутая выемка (13, 13' фиг. 3), проходящая внутри соответствующей камеры смежно с указанным уплотнительным элементом (7, 7' фиг. 3), при этом в выемку входят указанные впускные каналы (5, 5' фиг. 3). 7. Генератор озона по п.2, в котором снаружи от соответствующего уплотнительного элемента (7,7' фиг. 3) расположено кольцо (10 фиг. 3) из электроизоляционного материала, предназначенное для защиты от искрового перекрытия снаружи соответствующей камеры (1, 1' фиг. 3). 8. Генератор озона по п.2, в котором уплотнительный элемент (7, 7' фиг. 3) проходит в виде кольца между соответствующей диэлектрической пластиной (2, 2' фиг. 3) и заземленным электродом (3, 3' фиг. 3), задавая границы указанной соответствующей камеры в виде круглых дисков. 9. Генератор озона по п.2, в котором впускной канал (5, 5' фиг.3) соответствующей камеры входит в периферическую часть камеры(7, 7' фиг. 3), и в котором выпускной канал входит в центр камеры. 10. Генератор озона по п.9, в котором в заземленном электроде, в периферической части камеры, выполнена выемка (13, 13' фиг. 3), которая проходит концентрично в виде кольца с внутренней стороны уплотнительного элемента и в которую входит указанный впускной канал. 11. Генератор озона по п.1, в котором высоковольтный электрод (4) выполнен или рас 19 положен в виде металлического покрытия на одной или обеих диэлектрических пластинах (2,2'). 12. Генератор озона по п.1, в котором высоковольтный электрод состоит из металлической фольги или металлического листа. 13. Генератор озона по п.1, в котором соответствующая герметичная камера (1, 1' фиг. 2) частично образована профилированной выемкой (8 фиг. 2) в соответствующем заземленном электроде (3, 3' фиг. 2). 14. Генератор озона по п.1, в котором внутри соответствующей герметичной камеры(1, 1') выполнены каналы для регулирования течения кислорода или богатого кислородом газа и озона, выполненные с возможностью пропускания потока газа в заданных направлениях в указанной камере. 15. Генератор озона по п.1, содержащий средство (9 фиг. 2), расположенное или выпол 20 ненное в соответствующей герметичной камере для улучшения формирования короны при разряде между высоковольтным электродом (4 фиг. 2) и заземленным электродом (3, 3' фиг. 2) через диэлектрическую пластину (2, 2' фиг. 2) в соответствующей камере (1, 1' фиг. 2). 16. Генератор озона по п.15, в котором указанное средство выполнено в основном в виде сетки (9 фиг. 2). 17. Генератор озона по п.15 или 16, в котором указанное средство (9 фиг. 2) состоит из пластины, расположенной в соответствующей герметичной камере (1, 1' фиг. 2). 18. Генератор озона по п.15 или 16, в котором указанное средство (9 фиг. 2) в соответствующей герметичной камере (1, 1' фиг. 2) представляет собой рисунок, выполненный в соответствующем заземленном электроде (3, 3' фиг. 2).

МПК / Метки

МПК: C01B 13/11

Метки: способ, получения, генератор, озона

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/11-3473-generator-ozona-i-sposob-polucheniya-ozona.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Генератор озона и способ получения озона</a>

Похожие патенты