Высокочастотный трубчатый озонатор

 

Использование для очистки промышленных и бытовых сточных вод, подготовки питьевой воды. Сущность изобретения: озонатор содержит размещенные в корпусе трубчатые разрядные элементы, внешние электроды которых по краевой части приварены к перегородкам корпуса, для чего на поверхности перегородок соосно сквозными отверстиями выполнены кольцевые выступы. В корпусе озонатора установлены две перфорированные диафрагмы. Внутренняя поверхность внешнего электрода имеет дистанцирующие выступы не менее чем в трех поперечных сечениях по длине электрода. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для получения озона и может быть использовано в установках по очистке промышленных и бытовых сточных вод, подготовке питьевой воды и воды плавательных бассейнов в коммунальном, сельском хозяйстве, пищевой, химической промышленности, медицине.

Известен озонатор, содержащий корпус, расположенные в корпусе разрядные элементы, каждый из которых состоит из коаксиально установленных трубчатых низковольтных и высоковольтных электродов, разделенных диэлектрическим барьером и воздушным кольцевым зазором, две поперечные перегородки и две поперечные перфорированные диафрагмы. Электроды закреплены в перегородках корпуса с помощью уплотнительных прокладок и гаек.

Недостаток известного устройства быстрое разрушение материала прокладок, контактирующих с озоном, являющимся сильнейшим окислителем. Разрушение прокладок приводит к разгерметизации камеры охлаждения, охлаждающая жидкость попадает в разрядный промежуток и происходит замыкание высоковольтного электрода и выход из строя разрядного элемента.

Цель изобретения создание трубчатого озонатора, у которого нежелательное нарушение герметичности камеры охлаждения сводится к минимуму, а также улучшается охлаждение внешних электродов за счет организации турбулентного характера течения охлаждающей жидкости.

Эта цель достигается тем, что в высоковольтном трубчатом озонаторе, содержащем корпус, укрепленные на корпусе патрубки входа и выхода газа, патрубки ввода и вывода охлаждающей жидкости, размещенные в корпусе разрядные элементы, каждый из которых состоит из внешнего низковольтного электрода, концентрически окруженного им внутреннего высоковольтного электрода и установленной между ними с образованием кольцевого зазора, диэлектрической трубки, две поперечные перегородки, установленные в корпусе, которые формируют камеру охлаждения, в перегородках выполнены сквозные отверстия, предназначенные для установки разрядных элементов, две поперечные перфорированные диафрагмы, а внешние низковольтные электроды выполнены из металлической трубки и по краевой части приварены к перегородкам. Диэлектрик выполнен в виде трубы. На поверхности перегородок, противоположной поверхности, обращенной к камере охлаждения, выполнены кольцевые выступы соосно сквозным отверстиям. Внешние низковольтные электроды установлены в отверстии перегородок заподлицо с краем выступа, толщина t которого определена соотношением t₁≅t≅2t₁, где t₁ толщина трубки внешнего низковольтного электрода. Высота над поверхностью перегородки выбрана с учетом теплопередачи материала перегородки и составляет не менее 3 t₁. Устройство дополнительно снабжено по меньшей мере двумя перфорированными диафрагмами, установленными в камере охлаждения перпендикулярно разрядным элементам. Диаметр отверстий перфорации диафрагмы определен соотношением d₂ (d₃ + nd₁)/n, где d₁ наружный диаметр внешнего низковольтного электрода; d₂ диаметр отверстий диафрагмы; d₃ диаметр патрубка ввода охлаждающей жидкости; n количество разрядных элементов.

Внешние низковольтные электроды на внутренней поверхности имеют выступы, расположенные не менее чем в трех поперечных сечениях по длине электрода. Количество выступов в каждом сечении не менее трех. Угол α между осями, проведенными через центры выступов и осью внешнего низковольтного электрода составляет не более 120^оС. Высота h выступов определяется соотношением h 1/2(d₁ d₄), где d₁ наружный диаметр внешнего низковольтного электрода; d₄ наружный диаметр диэлектрической трубки.

Наличие кольцевых выступов, расположенных соосно отверстиям перегородок, позволяет обеспечить равный температурный прогрев свариваемых частей, т.е. повысить качество сварного соединения краевых частей внешнего низковольтного электрода с перегородками корпуса.

Наличие диафрагм в корпусе озонатора препятствует прогибу и перекосу трубок внешнего низковольтного электрода при сварке с перегородками и при работе озонатора. Рассчитав величину кольцевого зазора между отверстиями перфорации диафрагм и внешними низковольтными электродами, можно добиться турбулентного характера движения охлаждающей жидкости, создаются наилучшие условия для охлаждения внешних низковольтных электродов, следовательно, повысится продуктивность действия озонатора.

Выполнение внешнего низковольтного электрода с выступами на внутренней поверхности для дистанциpования его от диэлектрической трубки обеспечивает центрирование внешнего и внутреннего электродов относительно друг друга и сохранение величины кольцевого зазора равной по сечению при работе озонатора, препятствующее потерям озона из-за неравномерности объемного расхода озонируемого газа и обеспечивающее простоту замены вышедшей из строя диэлектрической трубки.

На фиг. 1 изображена схема высокочастотного трубчатого озонатора, разрез; на фиг. 2 и 3 разрядный элемент озонатора, разрез.

Устройство содержит корпус 1 с патрубками входа 2 и выхода 3 газа и патрубками ввода 4 и вывода 5 охлаждающей жидкости, например воды. В корпусе 1 размещены разрядные элементы 6, каждый из которых содержит внешний низковольтный электрод 7, выполненный из металлической трубки, преимущественно из нержавеющей стали, и имеющий внутренние выступы 8, концентрически окруженный им внутренний высоковольтный электрод 9, диэлектрическую трубку 10, преимущественно кварцевую. Внешние низковольтные электроды 7 укреплены обоими концами в отверстиях 11 поперечных перегородок 12, 13 корпуса 1, формирующих камеру 14 охлаждения. Отверстия 11 перегородок 12 и 13 имеют кольцевые выступы 15, толщину t выступов определяют из соотношения t₁≅t≅2t₁,устанавливающего связь между толщиной трубки t₁внешнего низковольтного электрода 7 и толщиной выступа t. Высоту Н выступа 15 выбирают не менее 3 t₁, чтобы получить равный температурный прогрев свариваемых частей: краевой части электрода 7 и кольцевого выступа 15.

В камере 14 охлаждения внешних низковольтных электродов 7 установлены по меньшей мере две перфорированные диафрагмы 16 и 17. Диаметр отверстий 18 перфорации диафрагм 16 и 17 определяют из соотношения d₂ (d₃ + nd₁)/n, устанавливающего зависимость между диаметром d₂ отверстий 18 диафрагм 16 и 17, наружным диаметром d₁внешнего низковольтного электрода 7, количеством n озонирующих разрядных элементов 6 и диаметром d₃ патрубка ввода 4 охлаждающей воды. Это позволяет получить зазор между отверстием 18 диафрагм 16 и 17 и внешним низковольтным электродом, обеспечивающий создание туpбулентного режима движения охлаждающей жидкости.

На фиг. 2 изображено расположение внутренних выступов 8 внешнего низковольтного электрода 7. Угол α между осями 19 и 20, проходящими через центры выступов 8, и осью внешнего низковольтного электрода 7 выбирают не более 120^о. Высоту выступов h определяют из соотношения h 1/2(d₁ d₄), устанавливающего зависимость высоты h выступов 8 от разности диаметров d₁ внешнего низковольтного электрода 7 и диэлектрической трубки 10.

Озонатор работает следующим образом.

При приложении к внутреннему высоковольтному электроду 9 высокого напряжения в зазоре между высоковольтным электродом 9 и низковольтным электродом 7 создается электрический разряд. Под действием электрического разряда часть кислорода кислородсодержащей газовой смеси, подаваемой через патрубок входа 2 в разрядные зоны, превращается в озон, после чего отводится через патрубок выхода 3. При действии электрического разряда образуется значительное количество тепла, которое передается через внешние низковольтные электроды 7 в охлаждающую жидкость. Жидкость для охлаждения внешних низковольтных электродов 7 поступает через патрубок ввода 4 в камеру 14 охлаждения, проходит через кольцевые зазоры между отверстиями 18 диафрагм 16 и 17 и наружным диаметром низковольтного электрода 7, омывает поверхности этих электродов и выводится через патрубок вывода 6.

Возможно следующее выполнение разрядных элементов. Диаметр внешнего низковольтного электрода равен 6 мм при толщине трубки, из которой выполнен электрод, равной 0,6 мм. Диаметр внутpеннего высоковольтного электрода равен 1,2 мм, наружный диаметр диэлектрической трубки равен 3 мм. Толщина t кольцевого выступа перегородки выбрана из соотношения 0,6 мм≅t≅1,2 мм и равна 1 мм. Высота Н выступа над поверхностью перегородки составляет не менее 1,8 мм. Диаметр отверстий перфорации диафрагм равен 6,03 мм при диаметре патрубка ввода охлаждающейжидкости 25 мм. Внешний низковольтный электрод выполнен с выступами на внутренней поверхности, которые расположены в трех поперечных сечениях по длине электрода равной 500 мм. В сечении выполнены четыре выступа. Угол между осями, проведенными через центры соседних выступов и осью низковольтного электрода равен 90^о. Высота выступов равна 1,5 мм. Один электроразрядный элемент, выполненный таким образом, производит озон 1,25-1,35 г/ч, следовательно, для озонатора, рассчитанного на получение 1 кг озона в час, требуется 800 разрядных элементов.

Предложенная конструкция позволяет изготовить малогабаритный высокочастотный трубчатый озонатор с повышенной надежностью по сравнению с известными конструкциями. Максимальное количество электроразрядных элементов достигает 800 шт. что позволяет с объема озонатора 0,12 м³получать более 1 кг озона в час.

Формула изобретения

1. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ТРУБЧАТЫЙ ОЗОНАТОР, содержащий корпус, укрепленные на корпусе патрубки входа и выхода газа, патрубки ввода и вывода охлаждающей жидкости, размещенные в корпусе разрядные элементы, каждый из которых состоит из коаксиальных внешнего низковольтного электрода и внутреннего высоковольтного электрода с диэлектриком между ними, и две поперечные перегородки, установленные в корпусе, образующие камеру охлаждения и выполненные со сквозными отверстиями для установки разрядных элементов, две поперечные перфорированные диафрагмы, а внешние низковольтные электроды выполнены из металлической трубы и по краевой части приварены к перегородкам, отличающийся тем, что диэлектрик выполнен в виде трубы, установленной с зазором между электродами, на поверхности перегородок, противоположной поверхности, обращенной к камере охлаждения, выполнены кольцевые выступы соосно со сквозными отверстиями, при этом внешние низковольтные электроды установлены в отверстиях перегородок заподлицо с краем выступа, толщина t которого определена соотношением t₁ ≅ t ≅ 2t₁, где t₁ - толщина трубки низковольтного электрода, а высота выступа над поверхностью перегородки выбрана с учетом теплопередачи материала перегородки и составляет не менее 3 t₁.

2. Озонатор по п.1, отличающийся тем, что диаметр отверстий перфорации диафрагмы определен соотношением где d₁ - наружный диаметр внешнего низковольтного электрода; d₂ - диаметр отверстий диафрагмы; d₃ - диаметр патрубка ввода охлаждающей жидкости;
n - количество разрядных элементов.

3. Озонатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что внешний низковольтный электрод на внутренней поверхности имеет выступы, расположенные не менее чем в трех поперечных сечениях по длине электрода, при этом количество выступов в каждом сечении не менее трех и угол α между осями, проведенными через центры выступов и осью внешнего низковольтного электрода, составляет не более 120^o, а высота выступов h определена соотношением
h = 1/2 (d₁ - d₄),
где d₁ - наружный диаметр внешнего низковольтного электрода;
d₄ - наружный диаметр диэлектрической трубки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3