Устройство для получения озона

Устройство для получения озона

Реферат

 

Использование: промышленное и бытовое получение озона, может найти применение в энергетике, металлургии, водоочистке, пищевой промышленности, хранении сельхозпродуктов. Сущность изобретения: устройство для получения озона содержит корпус с укрепленными в нем озонирующими элементами, каждый из которых включает трубчатый низковольтный электрод и установленный в нем коаксиально трубчатый высоковольтный электрод. Диэлектрический барьер, выполненный в виде чередующихся слоев изоляционной полиэтиленовой пленки охватывает внешнюю поверхность высоковольтного электрода, его торцы и края внутренней поверхности на глубину не менее 1/ 10 длины высоковольтного электрода. В торцах корпуса расположены изоляторы со ступенчатыми цилиндрическими отверстиями для прохода охлаждающего воздуха во внутренней полости каждого высоковольтного электрода. Ступень большого диаметра является упором торца низковольтного электрода, ступень среднего диаметра образует кольцевой зазор разрядного промежутка, ступень меньшего диаметра является упором торца высоковольтного электрода. Клемма токопровода высокого напряжения установлена в полости каждого высоковольтного электрода и укреплена на нем за диэлектрическим барьером. Кабель к клемме проложен через ступенчатое цилиндрическое отверстие в одном из изоляторов. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение касается промышленного и бытового получения озона и может найти применение в энергетике, металлургии, водоочистке, пищевой промышленности, хранении сельхозпродуктов и т.д.

Известно устройство для получения озона в тихом (тлеющем) разряде. Оно состоит из заключенных в корпус высоковольтного и низковольтного электродов, по крайней мере одного разделяющего их диэлектрического барьера, выполненного в виде чередующихся слоев толщиной 20-120 мкм на основе эпоксидных смол, выполненных в виде пленки из высокодисперсных порошков неорганических материалов, системы охлаждения и токоподвода высокого напряжения (авт. св. СССР N 1495286, кл. С 01 В 13/11, 23.07.89).

Недостатком данного устройства является то, что оно имеет только один озонирующий элемент, заключенный в корпус, геометрические размеры которого ограничивают его производительность.

Нанесение диэлектрического барьера только на внешнюю поверхность высоковольтного электрода требует для надежной работы устройства наличия высоковольтного токоподвода снаружи устройства громоздкой изоляционной гирлянды, размеры и формы которой обусловлены обеспечением электрической прочности по поверхностному пробою, что существенно увеличивает габариты этого устройства.

Кроме того, для обеспечения надежной работы высоковольтный электрод выполняется в 3-4 раза длиннее низковольтного, что также увеличивает габариты и, соответственно, вес устройства.

Диэлектрический барьер из неорганических диэлектрических материалов на основе эпоксидной смолы имеет внутренние дефекты структуры при его формировании, и как цельный неорганический барьер в условиях эксплуатации устройства для получения озона подвержен необратимым деформациям под воздействием вынужденных колебаний трубчатых озонирующих элементов относительно жестко закрепленных концов, проявляющихся в характерном шуме, сопровождающем работу устройства. В этих условиях диэлектрический барьер известного устройства обладает недостаточной механической прочностью ввиду отсутствия пластичности, что повышает вероятность электрического пробоя и тем самым снижает электрическую прочность устройства для получения озона.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для получения озона, включающее несколько размещенных в общем цилиндрическом корпусе озонирующих элементов, каждый из которых установлен на паре изоляторов, расположенных в торцах корпуса, и содержит трубчатый низковольтный электрод с установленным в нем коаксиально трубчатым высоковольтным электродом, обращенные одна к другой поверхности которых покрыты слоем диэлектрика и образуют кольцевой зазор, являющийся разрядным промежутком, соединенный с коллекторами для подвода воздуха или кислорода и отвода озона через каналы в боковых стенках изоляторов, коллекторы для подвода жидкости, охлаждающей внешние поверхности низковольтных электродов. Изоляторы центрируют и изолируют электроды друг от друга. Каждый из низковольтных трубчатых электродов снабжен трубчатой охлаждающей рубашкой, а в корпусе установлены поперечные диафрагмы, герметично соединенные с внешними поверхностями охлаждающих рубашек низковольтных трубчатых электродов у их концов и с внутренней поверхностью корпуса, причем внутреннее пространство между диафрагмами у одного конца трубчатых низковольтных электродов образует коллектор для подвода охлаждающей жидкости в рубашки низковольтных электродов через соответствующие отверстия в рубашке, а пространство между диафрагмами у другого конца трубчатых низковольтных электродов образует коллектор для отвода охлаждающей жидкости из рубашки низковольтных электродов через соответствующие отверстия в рубашках.

Коллекторы для подвода и отвода жидкости, охлаждающей высоковольтные трубчатые электроды, выполнены в виде металлических барабанов, контактирующих через кольцевые прокладки из электроизоляционного материала с торцами корпуса устройства, причем стенки барабанов, непосредственно контактирующие с кольцевой прокладкой из электроизоляционного материала, имеют отверстия, в которых установлены высоковольтные электроды.

Изоляторы выполнены в виде стаканов из электроизоляционного материала, дно каждого из них упирается в стенку барабана коллектора жидкости, охлаждающей высоковольтный электрод, и имеет отверстие, на котором закреплен трубчатый высоковольтный электрод, причем на краях стакана закреплен трубчатый низковольтный электрод.

Токоподвод высокого напряжения включает клемму с подключенным к ней кабелем высокого напряжения, расположенную на одном из водяных электродов. Ток высокого напряжения подводится к высоковольтным электродам через водяной электрод.

Наличие нескольких озонирующих элементов расширяет возможности повышения производительности устройства для получения озона.

Выполнение концов трубчатого высоковольтного электрода меньшим диаметром, чем вся труба частично снижает вероятность возникновения электрического разряда на концах электрода в сравнении с аналогом.

Но для обеспечения надежной работы этого устройства, ввиду нанесения диэлектрического барьера только на внешнюю поверхность электродов, требуется осуществлять токоподвод высокого напряжения внешним электродом с громоздкой изоляционной гирляндой, что существенно увеличивает габариты устройства.

Кроме того, для обеспечения электрической прочности по поверхностному пробою длина высоковольтного электрода в 3-4 раза превышает длину низковольтного электрода, что также увеличивает габариты устройства и его вес.

Расположение клеммы токоподвода на одном из двух оголенных водяных электродов и подключение напряжения на водяной поток создает опасность для обслуживающего персонала и исключает возможность использования устройства для бытовых целей.

Диэлектрический барьер из слоя силикатной эмали в условиях эксплуатации подвергается необратимым деформациям под воздействием вынужденных колебаний трубчатых озонирующих элементов относительно жестко закрепленных концов, проявляющихся в характерном шуме, сопровождающем работу устройства, что повышает вероятность электрического пробоя.

Таким образом, обеспечение надежной работы известного устройства для получения озона предопределяет наряду со сложной и громоздкой системой водоохлаждения его большие габаритные размеры.

При работе устройства не гарантируется безопасность эксплуатации и достаточная механическая и электрическая прочность.

Цель изобретения снижение массогабаритных размеров и повышение безопасности при надежной эксплуатации.

Цель достигается тем, что в устройстве для получения озона, содержащем несколько размещенных в общем корпусе озонирующих элементов, каждый из которых включает трубчатый низковольтный электрод и установленный в нем коаксиально трубчатый высоковольтный электрод с разделяющим их диэлектрическим барьером, нанесенным на внешнюю поверхность высоковольтного электрода и токоподвод высокого напряжения, включающий клемму и соединенный с ней кабель, электроды сцентрованы и установлены на изоляторах, изолирующих их друг от друга и расположенных в торцах корпуса, обращенные одна к другой поверхности электродов образуют кольцевой зазор, являющийся разрядным промежутком, соединенный с системой подвода воздуха или кислорода и отвода озона, включающей каналы в каждом изоляторе для прохода газового потока в разрядные промежутки озонирующих элементов, устройство для подвода охлаждающего агента к внутренней поверхности каждого высоковольтного электрода на одном его конце и отвода на другом, устройство для подвода охлаждающего агента к внешней поверхности каждого низковольтного электрода на одном его конце и отвода на другом, диэлектрический барьер охватывает внешнюю поверхность высоковольтного электрода, его торцы и края внутренней поверхности на глубину не менее 1/10 его длины, клемма токоподвода, высокого напряжения установлена в полости каждого высоковольтного электрода и укреплена на нем за диэлектрическим барьером, система подачи воздуха или кислорода и отвода озона выполнена в виде двух штуцеров, каждый из которых установлен на изоляторе, соединен с разрядным промежутком каждого озонирующего элемента через каналы в соответствующем изоляторе и укреплен на последнем в месте соединения каналов, устройство для подвода охлаждающего воздуха к внутренней поверхности каждого высоковольтного электрода выполнено в виде ступенчатого цилиндрического отверстия в одном изоляторе и его отвода в другом, при этом кабель к клемме токоподвода проложен через отверстие в одном из изоляторов, а число отверстий в каждом изоляторе равно количеству озонирующих элементов, ступень большего диаметра каждого отверстия является упором торца низковольтного электрода, ступень среднего диаметра образует кольцевой зазор разрядного промежутка, а ступень меньшего диаметра является упором высоковольтного электрода.

Устройство для подвода охлаждающего воздуха к внешней поверхности каждого низковольтного электрода и его отвода выполнено в виде отверстий в каждом изоляторе для прохода воздуха в полости между охлаждаемой поверхностью и корпусом.

Кроме того, для обеспечения механической и электрической прочности диэлектрический барьер толщиной 2-2,5 мм выполнен в виде чередующихся слоев изоляционной полиэтиленовой пленки толщиной 0,05-0,2 мм.

Выполнение диэлектрического барьера охватывающим не только внешнюю часть высоковольтного электрода, но также его торцы и часть внутренней поверхности позволяет установить клемму токоподвода высокого напряжения во внутренней полости высоковольтного электрода. Такое выполнение токоподвода обеспечивает надежную работу устройства при отказе от использования наружного токоподвода с громоздкой изоляционной гирляндой и уменьшении длины высоковольтного электрода, что существенно снижает габариты и вес устройства для получения озона. Указанное выполнение диэлектрического барьера и, соответственно, токоподвода надежно предохраняет устройство от поверхностного пробоя, обеспечивая тем самым надежную работу при снижении габаритов и обеспечивает в сравнении с известным устройством безопасность эксплуатации, так как место сопряжения клеммы и кабеля скрыто внутри высоковольтного электрода.

Охват диэлектрическим барьером краев внутренней поверхности высоковольтного электрода на глубину не менее 1/10 его длины с каждой стороны выбран из условия превышения длины поверхностного пробоя в 50 раз по отношению к толщине диэлектрического барьера, что обеспечивает электрическую прочность по поверхностному пробою и, следовательно, надежную эксплуатацию при снижении габаритов. Выполнение устройств для подвода и отвода охлаждающего воздуха к внутренним поверхностям высоковольтных электродов и к наружным поверхностям низковольтных электродов в виде отверстий в изоляторах упрощает охлаждение устройства за счет сквозной вентиляции и также снижает массогабаритные размеры.

Выполнение диэлектрического барьера толщиной 2-2,5 мм в виде чередующихся слоев изоляционной полиэтиленовой пленки толщиной 0,05-0,2 мм повышает механическую и электрическую прочность барьера и устройства в целом. В процессе нанесения слоев пленки на высоковольтный электрод требуется предельное натяжение, что ориентирует молекулы полиэтилена, приближая их к волокнистой структуре, что также повышает послойно и в целом механическую и электрическую прочность диэлектрического барьера. Такое выполнение в совокупности с охватом диэлектрическим барьером не только внешней поверхности высоковольтного электрода, но также его торцов и краев внутренней поверхности на глубину не менее 1/10 его длины с каждой стороны повышает электрическую проч- ность диэлектрического барьера. Барьер такой конструкции пластичен, не боится промышленных вибраций, перестает быть хрупким. В нем допускаются отдельные послойные дефекты пленки, так как вероятность их положения друг на друга исключительно мала.

При толщине диэлектрического барьера менее 2 мм не обеспечивается перекрытие отдельных послойных дефектов.

При толщине диэлектрического барьера более 2,5 мм затруднено покрытие внутренней поверхности высоковольтного электрода таким барьером.

При толщине пленки менее 0,05 мм возможны ее разрывы при намотке на высоковольтный электрод.

При толщине пленки более 0,2 мм в процессе ее намотки образуются складки, что снижает электрическую прочность диэлектрического барьера.

На фиг. 1 представлено устройство для получения озона, вид сверху; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Устройство для получения озона состоит из корпуса 1, содержащего укрепленные на нем озонирующие элементы, каждый из которых включает трубчатый низковольтный электрод 2 и установленной в нем коаксиально трубчатый высоковольтный электрод 3. Диэлектрический барьер 4, охватывающий внешнюю поверхность высоковольтного электрода 3, его торцы и края внутренней поверхности, выполнен в виде чередующихся слоев изоляционной полиэтиленовой пленки толщиной 0,125 мм, шириной 1224 мм (при длине высоковольтного электрода 1020 мм), края которой заправлены во внутреннюю полость высоковольтного электрода 3 на глубину 0,1 его длины. Общая толщина диэлектрического барьера 4 равна 2,25 мм.

В торцах корпуса 1 расположены изоляторы 5 и 6 со ступенчатыми цилиндрическими отверстиями 7 для прохода охлажденного воздуха во внутренней полости высоковольтного электрода 3. Число отверстий 7 равно количеству озонирующих элементов. Ступень 8 большого диаметра ступенчатого отверстия 7 является упором торца низковольтного электрода 2. Ступень 9 среднего диаметра образует кольцевой зазор 10 разрядного промежутка, а ступень 11 меньшего диаметра является упором торца высоковольтного электрода 3. В толщине каждого изолятора 5 и 6 выполнены каналы 12, соединяющие кольцевой зазор 10 разрядного промежутка каждого озонирующего элемента со штуцером 13, укрепленным на изоляторе 5 и 6 в месте соединения каналов 12. Клемма 14 токоподвода высокого напряжения с вентиляционными отверстиями 15 расположена в полости каждого высоковольтного электрода 3 и укреплена на нем за диэлектрическим барьером на глубине 10,2 мм. Кабель 16 к клемме 14 проложен через отверстие 7 в изоляторе 5. Кабель 16 подсоединен к источнику высокого напряжения (не показан).

В изоляторах 5 и 6 имеются отверстия 17 для подвода охлаждающего воздуха к внешней поверхности низковольтного электрода 2 и его отвода через полость 18 между охлаждаемой поверхностью электрода 2 и корпусом.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально охлаждающий воздух подается через отверстия 17 на внешние поверхности каждого электрода 2 и через отверстие 7 во внутреннюю полость каждого электрода 3. После этого включается источник высокого напряжения и на высоковольтный электрод 3 по кабелю 16 через клемму 14 подается высокое напряжение (10 кВ) относительно низковольтного электрода 2, который заземлен. В разрядном промежутке, образованном кольцевым зазором 10, загорается тихий тлеющий разряд. В устройстве для получения озона через штуцер 13, укрепленный на изоляторе 6, через каналы 12 подается озонируемый газ (кислород, воздух), который проходит через кольцевой зазор 10, т.е. через разряд, тлеющий в разрядном промежутке. Содержащий озон газ отводится через каналы 12 и штуцер 13, укрепленный на изоляторе 5.

Выполнение предлагаемого устройства для получения озона с диэлектрическим барьером, охватывающим не только внешнюю поверхность высоковольтного электрода, но также его торцы и края внутренней поверхности на глубину не менее 1/10 его длины с каждой стороны, позволило выполнить токопровод высокого напряжения во внутренней полости высоковольтного электрода и тем самым снизить массогабаритные размеры устройства и повысить безопасность эксплуатации при обеспечении надежной работы устройства. Конструкция диэлектрического барьера в виде чередующихся слоев изоляционной полиэтиленовой пленки в совокупности с указанным выполнением диэлектрического барьера обеспечила повышение механической и электрической прочности устройства, что также повысило надежность его работы.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОЗОНА, содержащее несколько разъемных в общем корпусе озонирующих элементов, каждый из которых включает трубчатый низковольтный электрод и установленный в нем коаксиально трубчатый высоковольтный электрод с разделяющим их диэлектрическим барьером, нанесенным на внешнюю поверхность высоковольтного электрода, и токопровод высокого напряжения, включающий клемму и соединенный с ней кабель, электроды сцентрированы и установлены на изоляторах, изолирующих их друг от друга и расположенных в торцах корпуса, обращенные одна к другой поверхности электродов образуют кольцевой зазор, являющийся разрядным промежутком, соединенный с системой подвода воздуха или кислорода и отвода озона, включающей каналы в каждом изоляторе для прохода газового потока в разрядные промежутки озонирующих электродов, устройство для подвода охлажденного агента к внутренней поверхности каждого высоковольтного электрода на одном его конце и отвода на другом, устройство для подвода охлажденного агента к внешней поверхности каждого низковольтного электрода на одном его конце и отвода на другом, отличающееся тем, что, с целью снижения массогабаритных размеров и повышения безопасности при надежной эксплуатации, диэлектрический барьер охватывает внешнюю поверхность высоковольтного электрода, его торцы и края внутренней поверхности на глубину не менее 1/10 его длины, клемма токоподвода высокого напряжения установлена в полости каждого высоковольтного электрода и укреплена на нем за диэлектрическим барьером, система подачи воздуха или кислорода и отвода озона выполнена в виде двух штуцеров, каждый из которых установлен на изоляторе, соединен с разрядным промежутком каждого озонирующего элемента через каналы в соответствующем изоляторе и укреплен на последнем в месте соединения каналов, устройство для подвода охлаждающего воздуха к внутренней поверхности каждого высоковольтного электрода выполнено в виде ступенчатого цилиндрического отверстия в одном изоляторе и его отвода в другом, при этом кабель к клемме токоподвода расположен в отверстии в одном из изоляторов, а число отверстий в каждом изоляторе равно количеству озонирующих элементов, ступень большего диаметра каждого отверстия выполнена в виде упора торца низковольтного электрода, ступень среднего диаметра образует кольцевой зазор разрядного промежутка, а ступень меньшего диаметра выполнена в виде упора торца высоковольтного электрода.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство для подвода охлаждающего воздуха к внешней поверхности каждого низковольтного электрода и его отвода выполнено в виде отверстий в каждом изоляторе для прохода воздуха в полости между охлаждаемой поверхностью и корпусом.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что, с целью повышения механической и электрической прочности, диэлектрический барьер толщиной 2,0 - 2,5 мм выполнен в виде чередующихся слоев изоляционной полиэтиленовой пленки толщиной 0,05 0,2 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2