CZ286541B6

CZ286541B6 - Zařízení ke generování ozonu

Info

Publication number: CZ286541B6
Application number: CZ19982282A
Authority: CZ
Inventors: Jiří Rndr. Csc. Dřímal
Original assignee: Jiří Rndr. Csc. Dřímal
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2000-05-17
Also published as: WO2000005170A1; CZ228298A3

Abstract

Zařízení ke generování ozonu povrchovým výbojem, tvořené alespoň jednou rovinnou nebo válcovou vrstvou dielektrika, na jejíž jedné straně, tvořící stěnu štěrbiny nebo kanálu pro průchod pracovního média (4), je umístěna elektricky vodivá výbojová elektroda, a jejíž druhá strana je opatřena protielektrodou, má vrstvu dielektrika, opatřenou výbojovou elektrodou, nanesenu na jedné straně samonosné kovové vrstvy, tvořící protielektrodu. Samonosná kovová vrstva je s výhodou provedena jako trubka (1), vrstva dielektrika jako vrstva smaltu (2) a výbojová elektroda např. jako pruhy (3) vodivého materiálu, upevněné na vrstvě smaltu (2).ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení ke generování ozonu povrchovým výbojem, tvořeného alespoň jednou rovinnou nebo válcovou vrstvou dielektrika, na jejíž jedné straně, tvořící stěnu štěrbiny nebo kanálu pro průchod pracovního média, je umístěna elektricky vodivá výbojová elektroda a jejíž druhá strana je opatřena protielektrodou.

Dosavadní stav techniky

Ozon je v současné době využíván v řadě průmyslových odvětví, např. při úpravě a dezinfekci pitné nebo odpadní vody, bělení celulózy a pod. Pro větší průmyslové aplikace se ozon generuje téměř výhradně interakcí elektrického výboje s plynem, obsahujícím kyslík.

Ve známých zařízeních ke generaci ozonu se zatím nejčastěji používá tzv. bariérový nebo též tichý výboj, který hoří mezi dvěma rovnoběžnými plošnými elektrodami, mezi nimiž proudí pracovní médium, tj. kyslík nebo vzduch, obsahující kyslík, určený k ionizaci. Alespoň jedna z elektrod je pokryta dielektrikem, nejčastěji sklovitou vrstvou. V elektrickém výboji dochází k rozštěpení molekul kyslíku na atomy, které následnou rekombinací s molekulami kyslíku mohou vytvářet molekuly ozonu. Ozonizátor uvedeného druhu je popsán např. ve spisu CH 676710 A5. Elektrody jsou zde provedeny jako souosé kovové trubky. Vnější stěna vnitřní trubky a vnitřní stěna vnější trubky je pokryta vrstvou emailu. Tichý elektrický výboj hoří mezi těmito stěnami, mezikružím mezi trubkami proudí pracovní médium, opačné strany kovových trubek jsou obtékány chladicím médiem. Obdobou je generátor ozonu podle japonského spisu 63085004 AA, ve kterém tichý výboj probíhá ve dvou štěrbinách mezi anodovou trubkou s dielektrikem, naneseným na vnitřním i vnějším povrchu, a vnitřní a vnější katodovou trubkou. Tichý výboj hoří rovněž v kanálech mezi trubkovitými anodami, opatřenými na vnějším povrchu vrstvou dielektrika, a deskovými katodami, obklopujícími řadu anod v provedení ozonového generátoru podle EP 357911.

Elektrický výboj je obecně spojen s uvolňováním tepla, které snižuje výtěžnost ozonizačního procesu. Při generaci ozonu tichým výbojem se teplo uvolňuje především v prostoru mezi elektrodami a přechází do pracovního média. Možnost chlazení výbojového prostoru je zde značně omezena a tím se snižuje efektivnost ozonizace.

U novějších známých zařízení ke generaci ozonu se využívá tzv. povrchový výboj, který probíhá na povrchu dielektrika, na jehož jedné straně je přiložena výbojová elektroda, která netvoří souvislou plochu, a na druhé straně přiléhá souvislá plošná protielektroda. Toto řešení je známo ze spisu EP 483938 Al. Dielektrikum je tvořeno samonosnou keramickou trubicí. Jedné stěny vnitřní nebo vnější - této trubice se dotýká výbojová elektroda ve tvaru šroubovice a na druhé stěně je nanesena vodivá vrstva protielektrody. Účinnost zařízení s povrchovým výbojem klesá se zvyšující se tloušťkou dielektrika. Proto je snaha tloušťku minimalizovat. U popsaného známého zařízení je tloušťka stěny keramické trubky limitována jednak možnostmi technologie její výroby, jednak zachováním její samonosnosti při požadované pracovní délce.

Ozonizátor, popsaný v IEEE Transactions on Indrustry Applications, Vol. 24. No. 2, 1988, řeší problém samonosnosti tak, že tenká vrstva keramického dielektrika, opatřená na jedné straně výbojovou elektrodou ve formě rovnoběžných proužků a na druhé straně vodivým filmem protielektrody, je uložena na další, nosné vrstvě z keramického materiálu. V praktickém provedení je tenkostěnná keramická trubka s oběma elektrodami na stěnách vložena do silnostěnné nosné keramické trubky.

- 1 CZ 286541 B6

Jakákoliv je v obou předchozích případech zvolen keramický materiál o relativně velké tepelné vodivosti, je chlazení funkčního povrchu dielektrika problematické. Další nevýhodou jsou poměrně vysoké výrobní náklady na tenkostěnnou a rozměrově přesnou keramiku a rovněž skutečnost, že u keramiky nelze dosáhnout zcela hladkého povrchu, což negativně ovlivňuje kvalitu povrchového výboje.

Vynález si klade za úkol vytvořit ozonizátor, který by výrazně omezil uvedené nevýhody popsaných známých zařízení.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší zařízení ke generování ozonu povrchovým výbojem, tvořené alespoň jednou rovinnou nebo válcovou vrstvou dielektrika, na jejíž jedné straně, tvořící stěnu štěrbiny nebo kanálu pro průchod pracovního média, je umístěna elektricky vodivá výbojová elektroda a jejíž druhá strana je opatřena protielektrodou, jehož podstata spočívá v tom, že vrstva dielektrika, opatřená výbojovou elektrodou, je nanesena na jedné straně samonosné kovové vrstvy, tvořící protielektrodu. Tím se dosáhne toho, že teplo, předávané povrchovým výbojem především povrchu kovové vrstvy, je účinně odváděno kovovou vrstvou do chladicího média, kterým je s výhodou obtékána druhá strana samonosné kovové vrstvy.

Výbojová elektroda může být tvořena pruhy vodivého materiálu, upevněnými na vrstvě dielektrika, drátem nebo trubkou, dotýkající se vrstvy dielektrika, anebo vlnitým plechem, dotýkajícím se vrstvy dielektrika. S výhodou mohou dvě vrstvy dielektrika, uložené na dvou samonosných kovových vrstvách a opatřené výbojovými elektrodami, tvořit protilehlé stěny štěrbiny pro průchod pracovního média. V tom případě mohou mít obě vrstvy dielektrika společnou výbojovou elektrodu, dotýkající se obou vrstev.

Ve výhodném konstrukčním provedení má samonosná kovová vrstva tvar trubky, na jejíž vnitřní straně je nanesena vrstva dielektrika, opatřená na své vnitřní straně výbojovou elektrodou, přičemž vnější strana válcové nosné vrstvy je obtékána chladicím médiem. V jiném provedení má samonosná kovová vrstva tvar trubky, na jejíž vnější straně je nanesena vrstva dielektrika, opatřená na své vnější straně výbojovou elektrodou, přičemž vnitřní prostor nosné vrstvy je protékán chladicím médiem. V dalším provedení vynálezu jsou dvě samonosné kovové vrstvy s vrstvami dielektrika, opatřenými výbojovými elektrodami, umístěny souose tak, že mezi vrstvami dielektrika je vytvořena válcová štěrbina pro průchod pracovního média.

V zařízeních podle vynálezu, určených ke generování ozonu ve velkém množství, jsou alespoň dvě samonosné kovové vrstvy ve tvaru trubek uloženy rovnoběžně v nádobě, opatřené společným vstupem a výstupem pracovního média a společným vstupem a výstupem chladicího média.

U výhodných provedení vynálezu je vrstva dielektrika tvořena alespoň jednou vrstvou smaltu. Smalt na samonosné kovové vrstvě vytvoří velmi tenkou a velmi hladkou vrstvu dielektrika.

Obrázky na výkrese

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresu, na kterém je na obr. 1 v axonometrickém řezu provedení ozonizátoru podle vynálezu se samonosnou kovovou vrstvou ve tvaru trubky, na jejíž vnitřní straně je nanesena vrstva dielektrika s výbojovou elektrodou ve tvaru pruhů. Na obr. 2 je obdobné provedení, u něhož je vrstva dielektrika s výbojovou elektrodou na vnější straně trubky. Provedení podle obr. 3 je kombinací obou předchozích, na obr. 4 jsou v provedení, obdobném provedení dle obr. 3, výbojové elektrody tvořeny dráty, přiléhajícími k dielektrikům nosných kovových trubek, a na obr. 5 mají obě dielektrické vrstvy společnou elektrodu z vlnitého plechu.

-2CZ 286541 B6

Obr. 6 je velké ozonizační zařízení, tvořené množinou paralelních ozonizátorů podle vynálezu, a to v podélném částečném řezu. Obr. 7 až 9 představují v řezu provedení ozonizátorů, odpovídající trubkovitým provedením podle obr. 1 resp. 2 a 3 a 4, rozvinutým do roviny.

Příklady provedení vynálezu

Příklady podle obr. 1 až 6 vesměs představují zařízení ke generování ozonu povrchovým výbojem ve válcových provedeních. V provedení podle obr. 1 je na vnitřní straně samonosné kovové vrstvy v podobě kovové trubky 1 nanesena vrstva dielektrika jakožto vrstva smaltu 2 a na ní se nacházejí pruhy 3 výbojové elektrody, připojené na zdroj vysokého střídavého napětí. Kovová trubka 1 je uzemněna. Kovovou trubkou 1 prochází pracovní médium 4 - vzduch nebo kyslík, vnější stěna kovové trubky 1 je obtékána chladicím médiem 5 - kapalným nebo plynným. Vnitřní trubka 6 slouží pouze k vymezení průtočného profilu pracovního média 4 a vnější trubka 7 vede chladicí médium 5.

V provedení podle obr. 2 je vrstva smaltu 2 nanesena na vnější straně kovové trubky 1, pracovní médium 4 proudí vně kovové trubky 1 a chladicí médium 5 uvnitř. Provedení podle obr. 3 kombinuje obě předchozí provedení. Dvě souosé kovové trubky 1 vytvářejí štěrbinu pro průtok pracovního média 4, na které působí povrchové výboje na obou stěnách štěrbiny. Rovněž v provedeních podle obr. 2 a 3 mají výbojové elektrody tvar pruhů 3.

Provedení podle obr. 4 a 5 jsou obdobou provedení podle obr. 3 s tím, že v provedení podle obr. 4 jsou výbojové elektrody tvořeny dráty 8, vinutými do spirály a přiléhajícími k vrstvě smaltu 2, nanesené na vnitřní i vnější kovové trubce 1. V provedení podle obr. 5 je mezi vrstvy smaltu 2 vložen vlnitý plech 9, který se obou vrstev smaltu 2 dotýká.

Ozonizační zařízení podle obr. 6 má podobu tepelného výměníku. Pracovní médium - vzduch vstupuje do vstupní komory 10 a odtud proudí ozonizačními zařízeními, popsanými výše, která jsou uspořádána rovnoběžně mezi čely 11. Pracovní médium obohacené ozonem se odvádí z výstupní komory 12 se vstupem 13 chladicího média a výstupem 14.

I když ve všech uváděných příkladech mají samonosná kovová vrstva i vrstva dielektrika tvar válce, lze si představit zařízení podle vynálezu s vrstvami rovinnými, jakož i s rovinnými štěrbinami pro průchod pracovního i chladicího média. Tato provedení jsou dokumentována na obr. 7 až 9. Na nich jsou zobrazeny rovinné samonosné kovové vrstvy 15, stěna 61 k vymezení průtočného prostoru pracovního média a stěny 71 k vymezení průtoku chladicího média 5.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení ke generování ozonu povrchovým výbojem, tvořené alespoň jednou rovinnou nebo válcovou vrstvou dielektrika, na jejíž jedné straně, tvořící stěnu štěrbiny nebo kanálu pro průchod pracovního média, je umístěna elektricky vodivá výbojová elektroda a jejíž druhá strana je opatřena protielektrodou, vyznačující se tím, že vrstva dielektrika, opatřená výbojovou elektrodou, je nanesena na jedné straně samonosné kovové vrstvy, tvořící protielektrodu.
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že druhá strana samonosné kovové vrstvy je obtékána chladicím médiem (5).
3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že výbojová elektroda je tvořena pruhy (3) vodivého materiálu, upevněnými na vrstvě dielektrika.
4. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že výbojová elektroda je tvořena drátem (8) nebo trubkou, dotýkající se vrstvy dielektrika.
5. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že výbojová elektroda je tvořena vlnitým plechem (9), dotýkajícím se vrstvy dielektrika.
6. Zařízení podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že obsahuje dvě vrstvy dielektrika, které jsou uložené na dvou samonosných kovových vrstvách a opatřené výbojovými elektrodami a tvoří protilehlé stěny štěrbiny pro průchod pracovního média (4).
7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že dvě vrstvy dielektrika mají společnou výbojovou elektrodu, dotýkající se obou vrstev dielektrika.
8. Zařízení podle nároků laž5, vyznačující se tím, že samonosná kovová vrstva má tvar trubky (1), na jejíž vnitřní straně je nanesena vrstva dielektrika, opatřená na své vnitřní straně výbojovou elektrodou, přičemž vnější strana trubky (1) je obtékána chladicím médiem (5).
9. Zařízení podle nároků laž5, vyznačující se tím, že samonosná kovová vrstva má tvar trubky (1), na jejíž vnější straně je nanesena vrstva dielektrika, opatřená na své vnější straně výbojovou elektrodou, přičemž vnitřní prostor trubky (1) je protékán chladicím médiem (5)·
10. Zařízení podle nároků 8a 9, vyznačující se tím, že dvě samonosné kovové vrstvy s vrstvami dielektrika, opatřenými výbojovými elektrodami, jsou umístěny souose tak, že mezi vrstvami dielektrika je vytvořena válcová štěrbina pro průchod pracovního média (4).
11. Zařízení podle některého z nároků 8 až 10, vyznačující se tím, že obsahuje samonosné kovové vrstvy ve tvaru trubek (1) s vrstvou dielektrika a s výbojovými elektrodami, které jsou uloženy rovnoběžně v nádobě, opatřené společným vstupem a výstupem pracovního média a společným vstupem (13) a výstupem (14) chladicího média.
12. Zařízení podle některého z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že vrstva dielektrika je tvořena alespoň jednou vrstvou smaltu (2).