BG61228B1

BG61228B1 - Device for ozone manufacture

Info

Publication number: BG61228B1
Application number: BG98018A
Authority: BG
Inventors: Manfred Rimpler
Original assignee: Rimpler
Priority date: 1991-12-12
Filing date: 1993-08-04
Publication date: 1997-03-31
Also published as: BG98018A; AU652501B2; US5366702A; ATE136007T1; DK0571592T3; CA2103890C; HU216043B; CZ157193A3; AU3086892A; NO932839L; RO112019B1; HUT69831A; EP0571592B1; FI933525A0; DE4141025A1; PL171291B1; DE4141025C2; CZ279802B6; EP0571592A1; RU2103225C1

Description

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТА

Изобретението се отнася до устройство за производство на озон с източник на високо напрежение и най-малко два, разположени на разстояние един от друг, плоски електрода с намиращ се между тях диелектрик, при което се създава най-малко един път на потока съгласно ограничителната част на претенция 1.

Озонът представлява триатомна разновидност на кислорода и възниква, под влиянието на електрическо поле. При така нареченото тихо изпразване кислородът (0₂) се превръща отчасти в озон. Електрическото разтоварване предизвиква частично разцепване на кислородната молекула в свободни атоми, които при сблъсъка с неразцепени молекули се обединяват с тях. При образуването на озон се изразходва електрическа енергия и затова топлинният еквивалент възлиза на 14,5 kcal за mol 0_г При нагряване озонът се разпада, при което се освобождава енергия и се образува кислород (0₂). Газът се разпада много бързо при температура над 100°С или, в присъствието на катализатори при стайна температура. Озонът е значително по-реактивен отколкото кислорода и с това представлява мощно окисляващо средство, използвано в петрохимията за превръщането на олефини в алдехиди, кетони или карбоксилна киселина. Освен това той се използва като избелващо средство за органични вещества и за стерилизиране на питейна вода и на работни помещения.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТА

В промишлеността озонът се произвежда, в общия случай, чрез тих разряд. През плосък или пръстеновиден процеп между два електрода и намиращ се между тях диелектрик се насочва кислород или съдържаща кислород газова смес. При различните познати устройства и методи за производство на озон е направен опит за повишаване на добива му, при който трябва да се избягва нагряване на озона.

Известно е устройство за производство на озон, DE-PS 31 08 563, при което са предвидени средства за управление на честотата и амплитудата на създаващото електрическо поле променливо напрежение, с цел подобряване добива на озон. В случая генераторите на високо напрежение се управляват при импулсна модулация или се увеличава честотата на променливия ток, тъй като и в двата случая се получава добив на озон. При това обаче нарастват и топлинните загуби, с което при производството на озон по принципа на тихия разряд се нагряват разрядните участъци, вследствие на което се намалява добивът на озон.

Работещите в режим на импулсна модулация устройства за производство на озон, наречени още озонатори, имат и този недостатък, че поради стръмността на страните разрядът между двата електрода се получава точкообразен или лещовиден, т.е. не по целия обхват на електрода. В резултат на това по електрода се образува отвор от прегряване, което намалява добива на озон и влошава безупречния режим на работа на устройството.

От нивото DE-OS 28 53 436 е известно повишаването на добива на озон, когато в разрядните участъци се създава турбулентно движение (поток) чрез разполагането на тела между тях. Това обаче води до известно увеличаване на каналите на потока, поради което се налага увеличаване силата на полето. Освен това при този метод ламинарните съставляващи на потока, оставащи в граничните му слоеве, са сравнително много.

От нивото DE-OS 26 44 978 е известно устройство за производство на озон въз основа на високопроменливо токово напрежение при изключването на диелектрик. За целта се използва технически добре позната конструкция от пластини, за да се поддържат на разстояние два плоски електрода, между които, несвързан с електрически ток, е разположен двуполюсен електрод.

В DE-PS 299 248 е описано устройство с фиксирани електроди, при което разстоянието между тях трябва да се спази с много голяма точност, за да се избягват т.н. изпразвания от острие. По тази причина фиксиращият диелектрик е шприцован с метално покритие, за да се постигне винаги постоянно разстояние между електродите.

f

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Задача на настоящото изобретение е да създаде устройство за получаване на озон от посочения вид, при което в каналите на потока да се образува по прост начин турбулентен поток при едновременно постигане на по-голяма равномерност в разпределението на повърхнините на разрядните канали, с цел повишаване на ефективността.

Съгласно изобретението задачата се решава с това, че най-малко един от плоските електроди се състои от два слоя електропроводящ материал, от които най-малкото един слой е виброеластичен, а между двата слоя е поставен федериращо-демпфериращ материал. Освен това двата слоя са разположени по такъв начин на федериращо-демпфериращия материал, че най-малко единият от плоските електроди е виброеластичен.

С това устройство е възможно чрез прилагането на нискочестотно променливо напрежение и/или на подходяща скорост на потока на работната среда електродите да се приведат в трептене и в диелектрика да се създаде турбулентен поток. По-специално, чрез трептящите електроди се отделя граничният слой, в който иначе потокът е ламинарен.

Ширината на пътя на потока и неговата скорост са определени така, че се осъществява турбулентен поток.

Както е известно, видът на потока (ламинарен или турбулентен) се определя от величината на числото на Рейнолд

w.d.p w.d _Re = ----- -----μ ν където w е средна скорост на потока в m/s; d е диаметър на тръбата в ш; μ е динамичен вискозитет в kg/ms; р е гъстотата на течността в kg/ms и v е кинематичен вискозитет в m/s.

При некръгло сечение на потока в израза за Re се замества еквивалентният диаметър, който представлява неколкократния хидравличен радиус.

Хидравличният радиус г представлява отношението между площта на напречното сечение на потока и обтечния (омокрения) обхват U:

За тръба с кръгло напречно сечение, което се изтича изцяло, ще имаме _г =Δ=_ϋ_ 4d 4

Следователно, при поток с некръгло напречно сечение вместо диаметъра може да се използва еквивалентният диаметър

4f ^dd = ^4гь-4

Общо взето, при турбулентен поток числото на Рейнолд е над 2 300, като при Re 10 000 е налице абсолютно турбулентен поток.

Вследствие посоченото съгласно изобретението оформление на пътищата на потока и постигнатия вследствие на това турбулентен поток се получава равномерно разпределено поле на искровите разряди и за единица време в близост до повърхността на електродите се довеждат значително повече газови частици. В случая е от особено значение фактът, че се получават множество малки разряди, които предизвикват значително помалко топлоотделяне, което обикновено възпрепятства ефективния добив на озон, така че в качеството на охлаждаща среда в случая въздухът на околната среда се явява напълно достатъчен.

Някои удачни изпълнения на изобретението произтичат от подпретенциите.

Например, съгласно едно от преимуществените изпълнения на изобретението двата слоя са виброеластични, като по този начин се повишава възможността да се получи турбулентен поток.

Съгласно друго преимуществено изпълнение на изобретението съответните краища на двата слоя могат да бъдат събрани и свързани в един ръб, благодарение на което се получава опростено лагеруване на плоския електрод.

Съгласно друго преимуществено изпълнение на изобретението, се предвиждат повече от два електрода с поставени между всеки два от тях диелектрици, обединени в обща секция, като електродите са свързани пара4 лелно, така че от всеки два електрода единият е заземен, а другият е свързан към източник на високо напрежение. Възможно е няколко секции да бъдат свързани в агрегат, който съгласно друго преимуществено изпълнение на изобретението се захранва от общ газоразпределителен възел.

Друго възможно изпълнение на изобретението предвижда слоевете да се състоят от целесъобразно предварително обработено фолио или от ламарина.

Уместно е слоевете да се състоят от платина, титан, поцинковано желязо или алуминий. Тези метали гарантират добро оформление на електрическото поле. В този случай пластовете от тези материали могат да бъдат положени във вид на предварително обработено фолио, ламарина или телена мрежа.

Съгласно друго преимуществено изпълнение на изобретението се предвижда електродите да имат проходни, преминаващи перпендикулярно към пътищата на потока, отвори. По такъв начин се гарантира не само отделянето на граничния слой и оттук постигането на напълно турбулентен поток, но и това, че тези отвори позволяват, когато са съчетани няколко секции, да се постигне газообмен между отделните пътища на потока, с което се увеличава допълнително турбулентността на потока.

За да се избегне нежелателно висока амплитуда на трептене на електродите, е възможно в устройството за получаване на озон да се направят подходящи направляващи жлебове, които да поемат получените от събирането и свързването на съответните краища на двата слоя ръбове. Събирането на покритията в краищата на електродите и съответно вмъкването на получените в резултат на това ръбове в направляващите жлебове гарантира безпрепятствено изпълнение на нискочестотното трептене на електродите, направляване на потока и една затворена в себе си система пружиниране-демпфериране-маса.

За по-нататъшното повишаване на ефективността е възможно също така електродите да бъдат снабдени с повече от по два виброеластични слоя от електропроводящ материал, надлъжно и/или напречно на посоката на потока, които могат например чрез изместване по фази на протичащия ток да изпълняват регулирани съотносителни движения.

Освен това е мислимо и последователно включване на електроди с определена дължина по посока на потока.

Целесъобразно е федериращото демпфериране на електродите да може да се регулира, като необходимите за преминаване ширини на пътищата на потока между електродите и диелектрика също могат да се регулират по избор.

По-нататъшно благоприятно въздействие върху трептенето на електродите се постига с това, че може да се регулира разпределението на областите на прекъсване.

Въпреки че като среда между слоевете може да се използва всеки токопроводящ или токонепроводящ, действащ федериращо-демпфериращо, материал, стъклените влакна са особено подходящи за тази цел.

Описание на приложените фигури и примери за изпълнение на изобретението

Примери с изпълнения на изобретението са показани на приложените фигури, от които: фигура 1 представлява принципна схема на устройството в разрез;

фигура 2 - схематично разположение на няколко електрода съгласно фиг. 1;

фигура 3 - принципно разположение на срещуположно полюсирани електроди, образуващи една секция.

фигура 4 - съчетаване на няколко секции в един агрегат.

На фиг. 1 е показано схематично първо изпълнение на устройството за получаване на озон, като двата електрода 5 са свързани с вторичната намотка 1 на трансформатор за високо напрежение. Високото напрежение в зависимост от нуждата е между 5 и 30 kV. Трансформаторът за високо напрежение е оразмерен за честота 50 Hz. Между двата електрода 5 е поставен диелектрик 6 за получаване на примерно два пътя на потока 11.

Електродите 5 се състоят съответно от някакъв федериращо-демпфериращ материал 2 с два поставени на федериращо-демпфериращия материал 2 виброеластични слоя 3,4 от някакъв електропроводящ материал. Електродите 5 имат проходни отвори 12, преминаващи вертикално спрямо пътищата на движение 11. Виброеластичните слоеве 3,4 се състоят за предпочитане от платина, титан, поцинковано желязо или алуминий. Те могат да бъдат оформени като фолио, ламарина или телена мрежа. Възможно е също така матери5 алът 2 или слоевете 3,4 да бъдат покрити вакуумно с някакъв електропроводящ материал. Федериращо-демпфериращият материал 2 се състои за предпочитане от стъклени влакна.

След като към това устройство се включи високо напрежение за образуването на електрическо поле, електродите 5 започват да извършват нискочестотни трептения. В резултат на това протичащият в пътищата на потока 11 между електродите 5 и диелектрика 6 газ също започва да вибрира, вследствие на което се подпомага възникването на турбулентен поток.

По този начин става възможно, за единица време в близост до повърхността на електрода да достигнат значително по-голямо количество газови частици и да се получи равномерно разпределено поле на искровия разряд.

При първично мрежово напрежение 220 V при изпълнението, показано на фиг. 1, откъм вторичната страна на трансформатора за високо напрежение ще има около 10 kV. В сравнение с досегашните озонизатори устройството съгласно изобретението ще даде с около 25 % по-висок добив на озон от въздуха.

На фиг. 2 е показано съчетание на няколко електрода 5 съгласно фиг. 1, като съответните краища на виброеластичните слоеве 3,4 са събрани и свързани заедно в ръб 7. Този ръб 7 влиза в подходящи за целта направляващи жлебове в корпуса, така че формирането на трептенията на отделните електроди 5 да не се възпрепятства, а само да се ограничава. Освен това в електродите 5 са направени проходни отвори 12, преминаващи перпендикулярно на пътищата на потока 11. През тези отвори 12 се осъществява газообмен между отделните пътища на потока 11, в резултат на което се подобрява равномерното разпределение, т.е. възникването на турбулентен поток.

На фиг. 3 е показано изпълнение, състоящо се от няколко електрода 5 и намиращи се между тях диелектрици 6. При тази секция 8 електродите 5 са включени паралелно така, че от всеки два електрода 5 единият от тях е заземен, а другият показва потенциал на високо напрежение. Образуваната по този начин секция 8 е поставена в корпус, затворен газонепроницаемо, така че да може да се обтича от газа.

На фиг. 4 е показано друго изпълнение, състоящо се от няколко секции 8 съгласно фиг. 3, обединени в агрегат 9, захранван от общ газоразпределителен възел 10. По такъв начин с настоящото изобретение е възможно устройството да се оразмерява без трудности в зависимост от нуждата.

Claims

Патентни претенции

1. Устройство за получаване на озон, състоящо се от източник на високо напрежение (1), най-малко два, разположени на разстояние един от друг, плоски електроди (5) и диелектрик (6) поставен между споменатите плоски електроди (5) така, че между единия плосък електрод (5) и диелектрика (6) да се оформи поне един път на потока (11) за преминаване на газ, характеризиращо се с това, че поне един от плоските електроди (5) се състои от два слоя (3, 4) от електропроводящ материал, от които най-малко единият слой (3,4) е виброеластичен, а между споменатите два слоя (3,4) е поставен федериращо-демпфериращ материал (2), в резултат на което поне единият от плоските електроди (5) е виброеластичен.
2. Устройство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че двата слоя (3,4) са виброеластични.
3. Устройство съгласно претенция 1 и 2, характеризиращо се с това, че съответните краища на двата слоя (3,4) са събрани и свързани един с друг в ръба (7).
4. Устройство съгласно претенция 1 или 2, характеризиращо се с това, че съдържа повече от два електрода (5) с разположени между всеки два електрода (5) диелектрици (6), съчетани в секция (8), като електродите (5) са включени паралелно така, че от всеки два, разположени един след друг, електрода единият е заземен, а другият - свързан към източника на високо напрежение (1).
5. Устройство съгласно претенция 4, характеризиращо се с това, че няколко секции (8) са обединени в агрегат (9).
6. Устройство съгласно претенция 5, характеризиращо се с това, че агрегатът (9) е свързан към общ газоразпределителен възел (10).
7. Устройство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че слоевете (3,4) се състоят от електропроводимо фолио.
8. Устройство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че слоевете се състоят от ламарина.
9. Устройство съгласно претенция 7 или

8, характеризиращо се с това, че слоевете се състоят от платина, титан, поцинковано желязо или алуминий.
10. Устройство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че в електродите (5) са оформени проходни отвори (12), перпендикулярни на пътищата на потока (11).
11. Устройство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че слоевете (3,4) се състоят от телена мрежа.
12. Устройство съгласно претенция 3, характеризиращо се с това, че включва направляващи жлебове, в които са поместени ръбовете (7), образувани от захващането на слоевете (3,4) един с друг.
13. Устройство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че федериращото демпфериране на електродите (5) е регулируемо.
14. Устройство съгласно претенция 13, характеризиращо се с това, че електродите (5) са монтирани с възможност за преместване спрямо диелектрика (6) така, че ширините на

5 пътищата на потока (11) за преминаване на газ между електродите (5) и диелектрика (6) са регулируеми.
15. Устройство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че разпределението на областите на прекъсване на слоевете (3,4) е регулируемо.
16. Устройство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че федериращо-демпфериращия материал (2) се състои от стъклени влакна.