Разрядный элемент устройств для получения озона

 

Изобретение относится к устройствам для получения озона и может быть использовано в химической промышленности, биологии, медицине и т.д. Разрядный элемент устройств для получения озона содержит коаксиально расположенные и подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения электроды, один из которых выполнен спиральным, диэлектрический элемент, установленный между ними, рабочая поверхность которого обращена к спиральному электроду, узел создания воздушного зазора в разрядном промежутке, а спиральный электрод установлен с зазором относительно рабочей поверхности диэлектрического элемента. Причем узел создания воздушного зазора представляет собой не менее двух равномерно распределенных по окружности диэлектрического элемента ребер, направленных по образующей цилиндра его рабочей поверхности, или не менее двух равномерно расположенных по окружности каждого витка спирального электрода выступов, направленных к рабочей поверхности диэлектрического элемента. Использование данного изобретения позволяет повысить производительность работы разрядного элемента. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для получения озона и может быть использовано в качестве основного узла в озонаторах различного типа, применяемых в химической промышленности, биологии, медицине, сельском и других областях народного хозяйства, а также для бытового назначения.

Известны генераторы озона (пат. РФ N 427903, C 01 B 13/10 и N 2102312, C 01 B 13/1, 1998 г.), разрядный элемент которых содержит электроды и расположенный между ними диэлектрический элемент. Постоянство воздушного зазора в разрядном промежутке достигается за счет использования вкладышей между пластинчатыми элементами. В патенте FR N 2727956, C 01 B 13/11, 1998 г. "Узел создания воздушного зазора и узел выравнивания для генератора озона", задача решается введением в разрядный промежуток сетки.

Однако применение в воздушном зазоре сетчатой конструкции приводит к дополнительным энергозатратам на компенсацию диэлектрических потерь в случае, если она выполнена из диэлектрического материала, а также на преодоление созданного сопротивления потоку кислородсодержащего газа, подаваемого в озонатор. Использование вкладышей или пластин для создания воздушного зазора в озонаторах с коаксиально расположенными цилиндрическими элементами представляет технологическую сложность при изготовлении разрядного элемента и не дает оптимального распределения электрических и тепловых полей.

Известны генераторы озона (патенты JP N 2292764, C 01 B 13/11, 1989 г., N 2293302, C 01 B 13/11, 1990 г.), разрядный элемент которых содержит коаксиально расположенные электроды и диэлектрический элемент между ними, причем один из электродов выполнен спиральным.

Недостатком, общим для перечисленных озонаторов, является непостоянство и неравномерность воздушного зазора между диэлектрическим элементом и спиральным электродом по всему объему разрядного элемента, что не позволяет обеспечить оптимальные условия для синтеза озона.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является озонатор по патенту РФ N 2078027, C 01 B 13/11, 1997 г., в котором разрядный элемент содержит коаксиально расположенные электроды, один из которых выполнен спиральным, и диэлектрический элемент, установленный между ними, причем рабочая поверхность диэлектрического элемента обращена к спиральному электроду.

В одном из вариантов выполнения озонатора спиральный электрод расположен на диэлектрическом элементе прямоугольного сечения, вследствие чего образуется воздушный зазор между диэлектрическим элементом и спиральным электродом. Углы диэлектрического элемента в данном случае служат опорой спирального электрода. Образующийся в этом случае зазор постоянен по длине разрядного элемента, но имеет переменную величину по его периметру, так как он образован дугами окружностей витков спирали, ограниченными хордами - сторонами прямоугольного диэлектрического элемента.

Недостатком этой конструкции, как и предыдущих, является непостоянство и неравномерность воздушного зазора между диэлектрическим элементом и спиральным электродом по всему объему разрядного элемента. Эта конструкция не позволяет обеспечить равные условия для возникновения и протекания электрического разряда на каждом шаге между спиральным электродом и рабочей поверхностью диэлектрического элемента, и в точке касания всегда будет наблюдаться местный перегрев элементов конструкции, приводящий к эрозии материалов и разрушению образовавшегося озона. Это препятствует получению максимально возможной производительности по озону и уменьшает срок службы разрядного элемента в целом. Кроме того, это увеличивает энергетические затраты на тепловые потери.

Задачей настоящего изобретения является повышение производительности разрядного элемента при минимальных энергетических затратах за счет создания и поддержания постоянного равномерного по всему объему разрядного элемента воздушного зазора.

Поставленная задача решается тем, что в разрядном элементе, содержащем коаксиально расположенные электроды, один их которых выполнен спиральным, диэлектрический элемент, установленный между ними, рабочая поверхность которого обращена к спиральному электроду, узел создания воздушного зазора, а спиральный электрод установлен с зазором относительно рабочей поверхности диэлектрического элемента, согласно изобретению узел создания воздушного зазора представляет собой не менее двух равномерно распределенных по окружности диэлектрического элемента ребер, направленных по образующей цилиндра его рабочей поверхности, или не менее двух равномерно расположенных по окружности каждого витка спирального электрода выступов, направленных к рабочей поверхности диэлектрического элемента.

Для обеспечения минимальной площади контакта спирального электрода с рабочей поверхностью диэлектрического элемента ребра и выступы в сечении могут иметь форму, например, остроугольного треугольника.

Для надежной фиксации шага витков спирального электрода на ребрах диэлектрического элемента могут быть выполнены фиксирующие пазы с шагом, равным шагу витков спирального электрода.

Для создания турбулентного потока обрабатываемого газа в разрядном промежутке ребра диэлектрического элемента могут быть расположены по винтовой линии.

Для увеличения производительности по озону с единицы объема разрядного элемента, а также с целью лучшего использования спирального электрода разрядный элемент может дополнительно содержать диэлектрический элемент и электрод, расположенный на диэлектрическом элементе, установленные коаксиально основному разрядному элементу с зазором.

На фиг. 1 изображен общий вид разрядного элемента. На фиг. 2 - спиральный электрод с выступами, обращенными в сторону рабочей поверхности диэлектрического элемента. На фиг. 3 и 4- разрядный элемент с двумя воздушными зазорами.

Разрядный элемент (фиг. 1) содержит коаксиально расположенные электроды 1 и 2 и цилиндрический диэлектрический элемент 3, установленный между ними и выполненный с центральным отверстием. Электрод 1 может быть выполнен в виде стержня или слоя токопроводящего материала, нанесенного на поверхность диэлектрического элемента 3. Электрод 2 выполнен спиральным и установлен коаксиально диэлектрическому элементу 3 с воздушным зазором относительно его рабочей поверхности. Узел создания воздушного зазора может быть выполнен в виде не менее двух равномерно распределенных по окружности диэлектрического элемента 3 ребер 4, направленных по образующей цилиндра (фиг. 1), или не менее двух равномерно распределенных на окружности каждого витка спирального электрода выступов 5, обращенных к рабочей поверхности диэлектрического элемента (фиг. 2).

Ребра 4 диэлектрического элемента 3 и выступы 5 спирального электрода 2 для обеспечения минимального контакта могут иметь в сечении форму, например, остроугольного треугольника, вершиной направленного как к центру витка спирального электрода, так и от него по радиусу (фиг. 3 и 4).

На ребрах 4 диэлектрического элемента 3 могут быть выполнены фиксирующие пазы с шагом, равным шагу витков спирального электрода.

При необходимости создания турбулентного потока обрабатываемого газа в разрядном промежутке продольные ребра 4 диэлектрического элемента 3 могут быть выполнены по винтовой линии.

Разрядный элемент может быть выполнен не с одним воздушным зазором, а, например, с двумя (фиг. 3 и 4) и содержать дополнительно цилиндрический диэлектрический элемент 6 и электрод 7, например, нанесенный в виде металлического слоя на поверхность диэлектрического элемента 6, установленные коаксиально разрядному элементу с зазором.

Разрядный элемент работает следующим образом.

При подаче высокого напряжения на электроды 1 и 2 возникает "тихий" электрический разряд в разрядном промежутке с образованием озона. Наличие равномерного постоянного воздушного зазора, ширина которого определяется высотой ребер 4 на рабочей поверхности диэлектрического элемента 3, или выступов 5 на витках спирального электрода 2 позволяет получить более равномерное распределение электрического и теплового полей как на каждом витке спирального электрода, так и по всей длине разрядного элемента и создать оптимальные условия для синтеза озона.

Использование предлагаемого изобретения дает возможность значительно повысить производительность работы разрядного элемента за счет рационального распределения электрических и тепловых полей, а также увеличить срок службы конструктивных элементов разрядного элемента.

Формула изобретения

1. Разрядный элемент устройств для получения озона, содержащий коаксиально расположенные и подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения электроды, один из которых выполнен спиральным, диэлектрический элемент, установленный между ними, рабочая поверхность которого обращена к спиральному электроду, узел создания воздушного зазора в разрядном промежутке, а спиральный электрод установлен с зазором относительно рабочей поверхности диэлектрического элемента, отличающийся тем, что узел создания воздушного зазора представляет собой не менее двух равномерно распределенных по окружности диэлектрического элемента ребер, направленных по образующей цилиндра его рабочей поверхности, или не менее двух равномерно расположенных по окружности каждого витка спирального электрода выступов, направленных к рабочей поверхности диэлектрического элемента.

2. Разрядный элемент по п. 1, отличающийся тем, что ребра и выступы в сечении могут иметь форму остроугольного треугольника.

3. Разрядный элемент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на ребрах диэлектрического элемента выполнены фиксирующие пазы с шагом, равным шагу витков спирального электрода.

4. Разрядный элемент по любому из пп. 1 - 3, отличающийся тем, что ребра диэлектрического элемента могут располагаться по винтовой линии.

5. Разрядный элемент по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит диэлектрический элемент и электрод, расположенный на диэлектрическом элементе, установленные коаксиально основному разрядному элементу с зазором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4