Озонатор

 

Изобретение относится к производству озона. Озонатор содержит пакет чередующихся плоских высоковольтных и низковольтных электродов, разделенных диэлектрическими барьерами и дистанционными прокладками, при этом каждый электрод имеет внутреннюю систему охлаждения, выполненную в виде системы продольных полостей, соединенных поперечными каналами, позволяющую повысить эффективность охлаждения за счет турбулентного характера движения хладагента, а в каждом газоподающем электроде выполнены поперечные сквозные прорези, на поверхности дистанционных прокладок, выполнены проточки для равномерного распределения газа по всему объему зазора между электродами. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к производству озона и может быть использовано на предприятиях химической промышленности, в медицине, а также в озонирующих установках по очистке сточных и питьевых вод.

Известен озонатор, содержащий плоские металлически электроды прямоугольной формы, разделенные диэлектрическими пластинами и продольными рейками, создающими щелевые разрядные промежутки / I /.

Недостатком этого озонатора является отсутствие системы отвода тепла, выделяющегося в аппарате. При этом во время действия электрического разряда из всей энергии, которая подводится к электродам, примерно 95% расходуется на образование тепла, в результате чего в разрядном промежутке происходит сильный нагрев, что приводит к преждевременному износу диэлектрика и деталей озонатора и в конечном итоге к выходу из строя всего аппарата.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является озонатор, содержащий пакет чередующихся низковольтных и высоковольтных электродов, разделенных диэлектрическими барьерами и дистанционными прокладками, которые формируют зазор для тихого электрического разряда. Внутреннее пространство плоских полых электродов используется для циркуляции хладагента / 2 /.

Одним из недостатков известного устройства является низкая механическая прочность, так как электрод представляет собой тонкостенную полую конструкцию, через которую прокачивается охлаждающая вода под давлением, что приводит к короблению или прогибу стенок электрода, возникновению участков, на которых элементы озонатора располагаются слишком близко друг к другу или даже соприкасаются, что во время действия электрического разряда приводит к локальному перегреву и пробою высокого напряжения. Данное обстоятельство не позволяет использовать известное устройство в системах, где требуется подавать газовую смесь, обогащенную озоном под давлением выше 5 атм, так как давление охлаждающей воды в такой конструкции должно соответствовать давлению озонируемого газа.

Кроме того, в известной конструкции осуществляется прямое ламинарное течение хладагента через внутреннюю полость, что снижает эффект охлаждения.

Другим недостатком является то, что для герметизации соединений выходов внутренней системы охлаждения смежных электродов используются уплотняющее прокладки, контактирующие с озоном, являющимся сильнейшим окислителем, разрушающим материал уплотняющей прокладки, что приводит к разгерметизации системы охлаждения, проникновению хладагента в рязрядный промежуток, в результате чего происходит короткое замыкание и разрушение озонатора.

В основу изобретения положена задача создать озонатор с плоскими электродами, работающий под высоким, до 10 атм, давлением газовой смеси, снабженный эффективной системой охлаждения, у которого нежелательное нарушение герметичности системы охлаждения сводится к минимуму.

Эта задача решается тем, что в озонаторе, содержащем соединенные в пакет чередующиеся низковольтные и высоковольтные плоские электроды, разделенные диэлектрическими барьерами и дистанционными прокладками, каждый электрод имеет патрубок ввода, патрубок вывода и внутреннюю систему циркуляции потока хладагента, согласно изобретению в каждом электроде выполнена система продольных полостей, соединенных между собой поперечными каналами в шахматном порядке, при этом газоподающие электроды имеют две сквозные прорези, одна из которых сообщена с каналом входа газа, другая с каналом выхода газа и образуют совместно с дистанционными прокладками газовые камеры, а в каждой дистанционной прокладке выполнено окно для образования зазора между электродами, сообщенное с газовыми камерами посредством проточек, выполненных на поверхности прокладки, обращенной к газовой камере.

Целесообразно, чтобы в плоских поверхностях каждого электрода были выполнены углубления, в которых заподлицо с основной поверхностью были размещены диэлектрические барьеры, при этом поверхность углубления и поверхность диэлектрического барьера, обращенная к поверхности углубления имели бы слои электропроводного металла, а между этими слоями должен быть расположен слой припоя.

Также целесообразно, чтобы заданное количество электродов располагалось так, что с одной стороны пакета располагались бы патрубки ввода и вывода хладагента низковольтных электродов, а с противоположной стороны патрубки ввода и вывода хладагента высоковольтных электродов.

Площадь поперечных сечений проточек, расположенных с одной стороны дистанционной прокладки должна быть равна площади поперечного сечения канала соответственно входа или выхода газа.

Выполнение внутренней системы циркуляции хладагента в каждом электроде в виде системы продольных полостей, соединенных поперечными каналами позволяет повысить эффективность охлаждения, так как обеспечивается многократный поворот потока хладагента и характер движения потока становится турбулентным. Кроме того, такая конструкция является механически прочной и может выдерживать достаточно высокое, до 10 атм, давление озонируемого газа.

Наличие проточек на поверхности дистанционной прокладки позволяет равномерно распределять газ по всему зазору в зоне электрического разряда, что повышает эффективность выработки озона.

Установка диэлектрического барьера в углублений на поверхности электрода повышает ремонтопригодность устройства, так как для замены вышедшего из строя диэлектрического барьера достаточно нагреть электрод до температуры плавления слоя припоя, находящегося между диэлектрическим барьером и поверхностью электрода.

Расположение патрубков ввода и вывода хладагента низковольтных электродов с одной стороны пакета, а патрубков ввода и вывода хладагента высоковольтных электродов с другой стороны пакета позволяет создать разные контуры циркуляции хладагента, повышает надежность и электробезопасность конструкции электрода и всего озонатора.

Для создания равной пропускной способности площадь поперечных сечений проточек, расположенных с одной стороны дистанционной прокладки, должна быть равна площади поперечного сечения канала соответственно входа или выхода газа. На фиг.1 изображена схема озонатора; на фиг. 2 вид сверху на фиг. 1, на фиг. 3 разрез В-В на фиг.1; на фиг.4- разрез А-А на фиг.1 газоподающего плоского электрода для показа внутренней системы циркуляции хладагента и прорезей для подвода и отвода газа; на фиг.5 разрез Г-Г на фиг.2 дистанционной изолирующей прокладки, показывающий проточки, выполненные на поверхности прокладки.

Устройство выполнено в виде пакета, состоящего из плоских чередующихся низковольтных электродов 1 и высоковольтных электродов 2. Пакет собран между двух зажимных пластин 3, стянутых болтами 4. Между электродами размещены дистанционные прокладки 5. Каждый электрод 1, 2 имеет систему продольных полостей 5 (фиг.4), соединенных поперечными каналами 7 между собой и с патрубками 8 ввода и патрубками 9 вывода хладагента. В углублениях на поверхности электродов размещены диэлектрические барьеры 10. Низковольтные электроды имеют поперечные прорези 11,12, соединенные соответственно с патрубками 13 входа фaзa и патрубками 14 выхода фa- за и на поверхности прокладки 5, обращенной к прорезям 11, 12 выполнены проточки 15, 16 для распределения фasa. Для создания разрядного зазора 17 между высоковольтными и низковольтными электродами в дистанционной прокладке 5 выполнено окно 18.

Устройство работает следующим образом.

При подаче электрического напряжения на электроды через токоподводы между электродами 1, 2 возникает электрический разряд, который распределяется по обе стороны каждой электродной пластины, кроме первой и последней, являющихся односторонними электродами. Газ вводится через патрубки 13 входа в прорези 11 электродов 2, распределяется через проточки 15 в дистанционных прокладках 5 и поступает в разрядный зазор, образованный окном 17 в дистанционных прокладках 5 и диэлектрическими барьерами 10, где озонируется под действием электрического поля. Затем через проточки 13, расположенные с другого конца дистанционных прокладок 5, через прорези 12 и патрубки 14 выхода выводится озоновоздушная смесь. Тепло, выделяющееся в аппарате отводится с помощью хладагента, циркулирующего через патрубки 8 ввода, систему внутренних полостей 6 и поперечных каналов 7 электродных пластин и патрубки 9 вывода хладагента. Конструкция позволяет осуществлять течение хладагента в обратном направлении.

В качестве материала для изготовления электродов может быть предложен алюминий и eгo сплавы. Дистанционная прокладка может быть выполнена из фторопласта, размер прокладки выбирается из условия сохранения электропрочности для заданного рабочего напряжения, и должен быть больше размера электрода.

Возможно следующее выполнение плоского разрядного элемента: длина 320 мм, ширина 100 мм и толщина 18 мм. При этом размер дистанционной прокладки выбирается из условия электропрочности для заданного рабочего напряжения, толщина прокладки может быть равна 2 мм, глубина проточек 1 мм. Пакет, состоящий из одностороннего высоковольтного электрода, чередующихся двух двусторонних газоподающих низковольтных электродов и двустороннего высоковольтного электрода, затем одностороннего высоковольтного электрода, при приведенных размерах имеет производительность 1 кг озона в час.

Подбором заданного числа электродов обеспечивается возможность изготовления озонатора с любой требуемой производительностью.

Последовательность сборки заявляемого зонатора включает попеременное наложение низковольтных и высоковольтных электродов через дистанционные прокладки. Предложенная конструкция обеспечивает точность установки и равномерный зазор по всей длине разрядной зоны и при большом количестве электродов. В то время как в известном устройстве при сборке большого количества электродов технологически трудно обеспечить соосность отверстий в электродах.

Формула изобретения

1. Озонатор, содержащий соединенные в пакет чередующиеся низковольтные и высоковольтные плоские электроды, разделенные диэлектрическими барьерами и дистанционными прокладками, каждый электрод имеет патрубок ввода, вывода и внутреннюю систему циркуляции потока хладагента, отличающийся тем, что в каждом электроде выполнена система продольных полостей, соединенных между собой поперечными каналами в шахматном порядке, при этом низковольтные электроды имеют две сквозные поперечные прорези, одна из которых сообщена с патрубком входа газа, другая с патрубком выхода газа, а в каждой дистанционной прокладке выполнено окно для образования зазора между электродами, сообщенное с прорезями в электродах посредством проточек, выполненных на поверхности дистанционной прокладки, обращенной к прорези.

2. Озонатор по п. 1, отличающийся тем, что в электродах выполнены углубления, в которых заподлицо с основной поверхностью размещены диэлектрические барьеры, при этом поверхность углубления и поверхность диэлектрического барьера, обращенная к углублению имеют слой электропроводного металла, а между этими слоями расположен слой припоя.

3. Озонатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что с одной стороны пакета расположены патрубки ввода и вывода хладагента низковольтных электродов, а с другой стороны патрубки ввода и вывода хладагента высоковольтных электродов.

4. Озонатор по пп. 1-3, отличающийся тем, что площадь поперечных сечений проточек, расположенных с одной стороны дистанционной прокладки, равна площади поперечного сечения канала соответственно входа или выхода газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5