CZ294645B6 - Ozonový generátor - Google Patents

Abstract

Ozonový generátor obsahuje vysokonapěťovou elektrodu (4), umístěnou uprostřed mezi dvěma stejnými koronovými komorami (1, 1'), kdy každá koronová komora (1, 1') je na jedné straně oddělena od vysokonapěťové elektrody (4) dielektrikem (2, 2') a na opačné straně každého dielektrika (2, 2') je jedna druhá elektroda, přičemž každá z uvedených druhých elektrod je zemnicí elektrodou (3, 3') tvořenou kovovým blokem, samostatně ohraničující každou z uvedených koronových komor (1, 1') na straně protilehlé k dielektriku (2, 2'). V každém kovovém bloku zemnicí elektrody (3, 3') je vytvořen vstupní kanál (5, 5') a výstupní kanál (6, 6') pro vstup a výstup plynu do a z koronové komory (1, 1'), a kanál pro chladicí tekutinu pro chlazení zemnicí elektrody (3, 3').ŕ

Description

Vynález se týká ozonového generátoru pro generování ozonu vystavením kyslíku vysokofrekvenčnímu střídavému proudu o vysokém napětí přes dielektrikum.

Dosavadní stav techniky

Ozon má silně oxydační charakter a je používán, přednostně rozředěný, pro sterilizaci vody. Například může být ošetřena odpadní voda, s cílem rozložit nebo odstranit látky nebezpečné pro životní prostředí nebo zdraví, stejně jako nepříjemné zápachy z vody. Pitná voda může být předběžně upravena s cílem zlepšení její kvality. Ostatní oblasti použití jsou např. použití jako bělicí prostředek v papírenském průmyslu, pro účely čištění vzduchu a pro provádění určitých oxidačních reakcí v organické chemii.

Ozon smíchaný s kyslíkem je vyráběn průchodem plynného kyslíku nebo plynu bohatého na kyslík elektrickým výbojem. Kyslík nebo plyn bohatý na kyslík je proháněn komorou ozonového generátoru nebo ozonizátoru, která je ohraničena buď dvěma trubkami se společnou osou, nebo deskami v řadě, mezi kterými nastává výboj. V tomto popisu jsou výrazy prostor a komora použity ve stejném významu, tj. představují místo v ozonovém generátoru, kde je plynný kyslík nebo plyn bohatý na kyslík přeměňován na ozon.

První zmiňovaný typ ozonového generátoru je pro průmyslové použití velmi velký a náročný na prostor a také výroba ozonu a údržba jsou obtížné a nákladné. Druhý typ ozonového generátoru je ekonomičtější a méně náročný na prostor, ale má stále ještě určité těsnicí a pevnostní problémy a nepracuje optimálně.

Problém týkající se ozonových generátorů je spojen s tím, že komora, ve které je kyslík, ve formě čistého kyslíku nebo plynu bohatého na kyslík, přeměňován na ozon má alespoň jeden ohraničující povrch vytvořený z dielektrického materiálu, dielektrika. Toto dielektrikum je využíváno pro vytváření korony při výboji mezi vysokonapěťovou elektrodou a zemí a je obecně tvořeno keramickým nebo skleněným materiálem. Vysoké tlaky plynu a stejně tak tlakové změny v plynu dodávaném do komory, například způsobené tlakovými šoky v systému kdy dodávka plynu je připojována nebo odpojována, vytváří vysoká mechanická napětí v keramice s následným rizikem popraskání keramiky.

Další problém je spojen s těsněním, potřebným mezi uvedeným dielektrikem a protilehlým ohraničujícím povrchem komory, který obecně tvoří elektrickou zem. Toto těsnění je vystaveno vlivu vysokého tlaku plynu a tlakovým šokům. Navíc s těsněním je spojen problém efektivní životnosti a spolehlivosti ozonového generátoru, protože ozon je zvláště reaktivní, takže pryžové těsnicí kroužky mají sklon k degradaci a důsledkem úniku plynu.

Konkrétní příkladná provedení ozonových generátorů byla popsána v různých zveřejněných dokumentech, např. v následujících. V US 5 354 541 je tak popsán válcový ozonový generátor, obsahující šroubovou pružinovou elektrodu, trubku z dielektického materiálu, obklopující elektrodu a také trubkovou, uzemněnou a chlazenou druhou elektrodu. Mezi druhou elektrodou a trubkou je vymezena prstencová komora pro generování ozonu. Dodávky kyslíku do jediné prstencové komory pro generování ozonu jsou z jedné strany, přičemž na začátku také tlakové působení je jednostranné. Během činnosti je tlakové působení průběžně přítomné z vnějšku proti trubce a toto tlakové působení se mžikově mění tlakovými šoky, které mohou nastat během činnosti. Společně to působí hlavní namáhání konstrukce a hlavní riziko poškození a úniků.

-1 CZ 294645 B6

V US 4 960 570 je popsán složitý a materiálově náročný ozonový generátor s trubkami z dielektrického materiálu, alternativně mají trubky vnější povlak z dielektrického materiálu. Trubky mají vnitřní kovový film, tvořící jednu elektrodu, alternativně je umístěna oddělená elektroda uvnitř trubek. Trubky jsou umístěny mezi dvěma plochými vnějšími elektrodami, které jsou chlazené. Prostory nebo komory a pro generování ozonu se nacházejí mezi trubkami a plochými elektrodami přičemž mohou být zřejmě také v trubkách mezi vnitřkem trubek a elektrodou. Ze zveřejněného dokumentu není zřejmé, jak jsou prostory, mezi prvky z dielektrického materiálu a chlazenými elektrodami, zásobovány kyslíkem pro generování ozonu a v důsledku toho ani jak na tyto prvky působí tlak dodávaného kyslíku nebo tlakové šoky, vznikající během činnosti.

Z WO, Al 9701507 je znám ozonový generátor, který obsahuje dvě desky z dielektrického materiálu, přičemž mezi nimi je umístěna z vláken nebo sítě vytvořená elektroda, na kterou je připojen vysokofrekvenční proud o vysokém napětí a vně desek jsou umístěny uzemněné a chlazené elektrody. Prostor pro generování ozonu je vymezen mezi deskami a rámem. Ozonový generátor je zevnitř prostoru pro generování ozonu vystaven tlakovým vlivům, přičemž desky mají sklon se oddělit. V okamžicích tlakových šoků může tento tlakový vliv narůstat. Existují značná rizika poškození ozonového generátoru a jeho problémů s těsněním. Vně desek není prostor pro generování ozonu.

V US 5 435 978 je konečně také popsán plochý ozonový generátor s dvěma elektrodami, které mezi sebou vytváří prostor pro generování ozonu. Na příslušné elektrodě je nanesena vrstva dielektrického materiálu. Pro kompenzaci tlaku ve vnitřním prostoru pro generování ozonu je na ozonový generátor použit vnější tlak jeho umístěním v tlakové nádobě, do které je dodáván tlakový plyn. Je však těžké zvládnout okamžité tlakové rozdíly v důsledku tlakových šoků, které nastávají během činnosti ozonového generátoru. V těchto případech jsou rizika poškození značná.

Konstrukce dalšího ozonového generátoru je uvedena v dokumentu,, Generování ozonu o vysoké hustotě ve velmi úzké štěrbině tichým výbojem autorů M. Kuzumoto. Y. Tabata a S. Yagi. Mitsubishi Electric Corporation. Navrhovaná konstrukce popisuje tenkou kruhovou jednostrannou výbojovou komoru mezi keramickou deskou a zemnicí elektrodou. Vstupy plynu do komory jsou uspořádány na obvodu komory, zatímco výstup je proveden ve středu komory otvorem v zemnicí elektrodě. Keramická deska spočívá, na opačné straně komory, na desce neznámého druhu, tlumící napětí, která na druhé straně sousedí s kovovou deskou. Směrem k desce tlumící napětí je keramická deska povlečena kovovou vrstvou, která tvoří vysokonapěťovou elektrodu. Hloubka komory je vymezena kovovou distanční vložkou umístěnou uvnitř a obsahující radiálně vystupující nosný prvek.

U uvedených ozonových generátorů existují značná rizika poškození a vznikají potíže s těsněním.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje ozonový generátor podle předloženého vynálezu který obsahuje vysokonapěťovou elektrodu, umístěnou uprostřed mezi dvěma stejnými koronovými komorami. Každá koronová komora je na jedné straně oddělena od vysokonapěťové elektrody dielektrikem, přičemž na opačné straně každého dielektrika je jedna druhá elektroda. Podstata vynálezu spočívá v tom že každá z uvedených druhých elektrod je zemnicí elektrodou, tvořenou kovovým blokem, samostatně ohraničující každou z uvedených koronových komor na straně protilehlé k dielektriku, přičemž v každém kovovém bloku je vytvořen vstupní kanál a výstupní kanál pro vstup a výstup plynu do a z ohraničené koronové komory a kanál pro chladicí tekutinu pro

-2CZ 294645 B6 chlazení zemnicí elektrody. Výhodou takto vytvořeného ozonového generátoru je, že se vyznačuje jednoduchou, kompaktní a méně nákladnou konstrukcí při zvýšení výkonu a zlepšení účinnosti přeměny ve srovnání se známými ozonovými generátory a mimo to zvýšenou odolností proti poškození nebo zhoršení účinnosti v důsledku přetlaku dodávaného plynu a v důsledku tlakových šoků vznikajících během činnosti přístroje. Tímto uspořádáním je citlivý dielektrický prvek vystaven stejnému tlaku plynu a stejným tlakovým změnám z opačných stran čímž se tlak vyrovnává.

Je výhodné, že každá koronová komora je ohraničena a utěsněna alespoň jedním spojitým, mezi dielektrikem a zemnicí elektrodou umístěným těsněním. Tím konstrukce poskytuje rovnoměrné rozdělení tlaku po ohraničujících plochách koronové komory.

S výhodou je jako těsnění použit nenákladný O kroužek.

Jedna z výhodných variant se vyznačuje tím, že vysokonapěťová elektroda a dielektrika jsou tvořeny v podstatě plochými tělesy.

Jiným výhodným řešením je, že vysokonapěťová elektroda je v přímém dotyku s dielektriky, čímž s mimi tvoří v podstatě plochý, kompaktní blok, kteiý je držen ve své poloze zemnícími elektrodami přitlačovanými na těsnicí díly.

Ozonový generátor je s výhodou vytvořen tak, že v zemnicí elektrodě je vytvořeno vybrání, spojitě probíhající uvnitř koronové komoiy, k němuž přiléhá těsnění, přičemž ve vybrání jsou vyvedeny vstupní kanály. Konstrukce je tak přizpůsobena k ochraně těsnění, umístěného mezi dielektrikem a protilehlým ohraničujícím povrchem, před opotřebením jako důsledku reaktivního působení ozonu.

Podle výhodného provedení vynálezu ozonový generátor obsahuje tlakovou kompenzační vstupní jednotku, která je spojena s alespoň dvěma deskami z dielektrického materiálu a s vysokonapěťovou elektrodou umístěnou mezi uvedenými deskami, na kterou je přiváděn vysokofrekvenční střídavý proud o vysokém napětí a dvěma utěsněnými prostory pro generování ozonu na opačných stranách uvedené jednotky, přičemž příslušný utěsněný prostor na straně protilehlé desce z dielektrického materiálu je ohraničen uzemněnou a chlazenou zemnicí elektrodou, přes kterou je dodáván do prostoru plynný kyslík nebo plyn bohatý na kyslík a ozon je z něho odváděn.

Tímto uspořádáním je dosažena kompaktní konstrukce s minimálními prostorovými požadavky, přesto s vysokou účinností a bez potíží s poškozováním těsnění. Např. na jednotce obsahující desky z dielektrického materiálu a vysokonapěťovou elektrodou, protože na tuto jednotku působí přetlak a tlakové šoky současně z dvou opačných stran a svým tvarem jednotka navíc nutí tento přetlak a tlakové šoky aby se navzájem kompenzovaly, tj. vyrovnávaly. Kompenzace uvedeného přetlaku a tlakových šoků, které mohou vznikat během činnosti zařízení poskytuje přístroji stabilitu a tím zvýšenou účinnost přeměny.

Přehled obrázků na výkresech

Další výhody a charakteristické znaky ozonového generátoru podle vynálezu jsou podrobně popsány níže s odkazy na připojené výkresy, na kterých obr. 1 znázorňuje schematický perspektivní pohled na první výhodné provedení ozonového generátoru podle vynálezu, obr. 2 znázorňuje schematický podélný řez ozonovým generátorem podle obr. 1,

-3CZ 294645 B6 obr. 3 znázorňuje schematický příčný řez druhým výhodným provedením ozonového generátoru podle vynálezu, obr. 4 schematicky znázorňuje část ozonového generátoru podle obr. 3 v pohledu zevnitř jeho komory.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 a 2 je schematicky znázorněn přístroj na generování ozonu, plochý deskový ozonový generátor nebo ozonizér v prvním výhodném provedení.

Jak je zřejmé zejména z obr. 2 utěsněný prostor nebo první koronová komora 1 pro generování ozonu v uvedeném přístroji na generování ozonu je na jedné straně ohraničena dielektrikem 2, přednostně z keramiky, skla nebo podobně, a na opačné straně uzemněnou a chlazenou zemnicí elektrodou 3, např. z hliníku, nerezové oceli nebo podobně, přednostně z hliníku vzhledem k jeho dobré tepelné vodivosti. Vysokonapěťová elektroda 4, např. z hliníku, mědi nebo jiného elektricky vodivého materiálu, na kterou může být připojen vysokofrekvenční střídavý proud o vysokém napětí je umístěna na opačné straně dielektrika 2 než je uvedená utěsněná první koronová komora 1. Dielektrikum 2 a odpovídající elektrody 3, 4 mají všechny vhodnou velikost a tvar pro uvedený účel. Uvedené součásti předloženého provedení mají, např. tvar čtyřstranných téměř čtvercových desek, ale mohou být obdélníkové, kruhové, trojstranné, pětistranné, šestistranné atd.

U konstrukce ozonového generátoru, v souladu s vynálezem, je na opačné straně vysokonapěťové elektrody 4, na kterou se připojuje vysokofrekvenční střídavý proud o vysokém napětí, umístěno druhé dielektrikum 2'. Vysokonapěťová elektroda 4, výhodně v podobě fólie nebo kovového plechu, je vhodně upnuta mezi dielektrika 2, 2', nebo např. natisknuta síťovým tiskem na jedné nebo obou dielektrikách 2, 2' a tvoří na nich povlak, ale může být použita jiná vhodná konstrukce, například ve tvaru desky jako na výkresech na obr. 1 a 2. Potřebné spojky pro připojení na zdroj střídavého proudu nejsou znázorněny. Bez ohledu na provedení vysokonapěťové elektrody 4 je podle vynálezu vytvořena kompaktní jednotka vyžadující malý prostor, tvořící blok, složená z vysokonapěťové elektrody 4 a dvou dielektrik 2, 2' ve tvaru desek, schopná odolat vnějším tlakům působícím na ni z obou stran proti sobě a donutit tyto tlaky aby se navzájem kompenzovaly, vyrovnaly. Druhé dielektrikum 2' ohraničuje, společně s druhou uzemněnou a chlazenou zemnicí elektrodou 3', umístěnou proti uvedenému druhému dielektriku 2', druhou utěsněnou koronovou komoru Γ pro generování ozonu.

Každá uzemněná a chlazená zemnicí elektroda 3, 3' je tvořena uzemněným blokem, přednostně z jednoho z výše uvedených kovů a obsahuje chladicí prostředek nebo kanálky (neznázoměné) pro chladicí prostředek pro dosažení potřebného chlazení během činnosti. V každé uzemněné a chlazené zemnicí elektrodě 3, 3', tj. v uvedeném kovovém bloku jsou dále vytvořeny vstupní a výstupní prostředky, s výhodou vstupní kanály 5, 5' pro dodávku plynného kyslíku nebo plynu bohatého na kyslík do příslušných utěsněných koronových komor 1, Γ a odpovídající výstupní kanály 6 a 6' pro vedení ozonu z odpovídajících koronových komor 1_ a Γ. Tyto kanály 5, 5' a 6, 6' pro plynný kyslík nebo plyn bohatý na kyslík a ozon jsou vytvořeny v uvedeném kovovém bloku 3, 3' takovým způsobem, aby při sestavování kovových bloků s ostatními součástmi do ozonového generátoru, vstupní kanály 5 a 5' probíhaly v podstatě navzájem proti sobě a výstupní kanály 6 a 6' proti sobě, tj. probíhaly navzájem zrcadlově převráceně, čímž plynný kyslík nebo plyn bohatý na kyslík proudí do utěsněných koronových komor J, Γ ozonového generátoru v podstatě ve stejném místě odpovídajícího prostoru a stejně z příslušného prostoru v podstatě ve stejném místě vystupuje.

-4CZ 294645 B6

V některých ze známých provedení ozonových generátorů, ve kterých plynný kyslík nebo plyn bohatý na kyslík je veden do utěsněného prostoru umístěného ve středu ozonového generátoru, viz výše zmíněný dokument WO, AI 9701507, má keramický materiál, často použitý jako dielektrický materiál, sklon například praskat v důsledku přetlaku vytvářeného mezi deskami z keramického materiálu vytlačováním desek směrem ven proti zemněným a chlazeným elektrodám, resp. kovovým blokům, nebo se porušuje těsnění utěsněného prostoru, linky tmelu povolují atd.

Provedení přístroje pro generování ozonu podle vynálezu se zdvojenými utěsněnými prostory, resp. koronovými komorami 1, Γ, které jsou napájeny plynným kyslíkem nebo plynem bohatým na kyslík z různých směrů, odstraňuje riziko poškození dielektrik 2,2' ve tvaru desek, v důsledku tlakových rozdílů vyvolaných stlačeným plynným kyslíkem nebo plynem bohatým na kyslík a tlakovými šoky. To je dosaženo přiváděním tlaku na dielektrika 2, 2' ze dvou směrů současně a tím, že desky dielektrik 2, 2' spolu s mezilehlou vysokonapěťovou elektrodou 4 jsou vytvořeny jako tlakově kompenzační, takže tlak přivedený z uvedených různých směrů se vzájemně kompenzuje a vyrovnává, dokonce i během tlakových šoků. Dielektrika 2, 2' a mezilehlá vysokonapěťová elektroda 4 by měly zároveň být opatřeny potřebnou podporou například tím, že tlakovou kompenzaci umožňující jednotka dále zahrnuje součást, která spolupůsobí s uvedenou tlakovou kompenzací. Dielektrika 2, 2' a mezilehlá vysokonapěťová elektroda 4 si mohou také navzájem poskytnout nezbytnou oporu, např. spojením podle výše uvedeného popisu do jednotky umožňující tlakovou kompenzaci, která nemá mezi uvedenými součástmi žádné mezilehlé prostory a kde vysokonapěťová elektroda 4, která má tvar desky, může být vytvořená jako tuhá, jako na obr. 1 a 2, nebo alternativně jako např. více nebo méně perforovaná deska. Když je plynný kyslík nebo plyn bohatý na kyslík dodáván do koronových komor 1, Γ, jsou desky dielektrik 2, 2' stlačovány k sobě navzájem. Uvedené provedení přístroje pro generování ozonu dovoluje dodávání plynného kyslíku nebo plynu bohatého na kyslík při přetlaku 15 barů, výsledkem čehož je zvýšená účinnost a vyšší výtěžnost. Jednotka umožňující tlakovou kompenzaci také přispívá k získání stabilnější činnosti přístroje se zlepšenou účinností přeměny.

Příslušná utěsněná koronová komora 1, Γ, ohraničená příslušným dielektrikem 2, 2' a příslušnou uzemněnou a chlazenou zemnicí elektrodou 3, 3', je také ohraničena alespoň jedním nekonečným těsněním 7 -probíhajícím mezi příslušným dielektrikem 2, 2' a příslušnou uzemněnou a chlazenou zemnicí elektrodou 3, 3', jak ukazuje obr. 2. Pro dosažení optimálního těsnicího účinku je těsnění 7 přednostně tvořeno O kroužkem z pružného materiálu přiměřeně odolného proti ozonu, např. silikonové pryže. Dielektrika 2, 2' a uzemněné a chlazené zemnicí elektrody 3 a 3' jsou s těsněním jen v tlakovém styku a jsou v jistém rozsahu vzájemně pohyblivé ve svém podélném směru. Vhodná uspořádání jsou pravděpodobně známá a nejsou tedy zde podrobně popisována ani vyobrazena. Alternativně může být těsnění 7 vytvořeno nebo uspořádáno v kterémkoliv místě odpovídajícím utěsněné koronové komoře 1, Γ a ohraničovat příslušná dielektrika a uzemněné a chlazené zemnicí elektrody 2, 3 a 2', 3'. Vně příslušného těsnění 7 je vhodně umístěn alespoň jeden kroužek 10 z elektricky nevodivého materiálu, přednostně z teflonu nebo teflonu podobného materiálu pro ochranu těsnění před pohybem směrem ven vlivem tlaku v utěsněných koronových komorách 1, Γ a pro zabránění přeskoku jiskry směřujícímu mezi uzemněnými a chlazenými zemnícími elektrodami 3 a 3' a vysokonapěťovou elektrodou 4 podél jejich okrajových částí.

Jak je zřejmé z výše uvedeného popisu, dielektrika 2, 2' jsou vytvořena ve tvaru desek. Když je vysokonapěťová elektroda 4 připojena ke zdroji střídavého proudu a uzemněné a chlazené zemnicí elektrody 3, 3' k zemi, nastává elektrický výboj přes dielektrika 2, 2'. Vhodné napětí střídavého proudu je s výhodou v rozmezí 6000 až 30 000 V, přičemž frekvence střídavého proudu je přednostně v rozmezí 2 až 100 kHz. Výsledkem výboje je, že část kyslíku v utěsněných koronových komorách 1, Γ se přeměnění na ozon. Výtěžnost může dosáhnout kolem 20 procent objemových plynu proudícího výstupními kanály 6, 6' z ozonového generátoru.

-5CZ 294645 B6

Plynný kyslík nebo plyn bohatý na kyslík, který je veden do utěsněných koronových komor 1, Γ ozonového generátoru při vysokém tlaku vstupními kanály 5, 5', může utěsněnými koronovými komorami 1, Γ proudit směrem k výstupním kanálům 6, 6' pro ozon náhodně, viz znázorněné čárkované šipky na obr. 1, nebo může být směrován do vinutých drah. Pro tento účel mohou být kanály (neznázoměné) pro plynný kyslík nebo plyn bohatý na kyslík a ozon v příslušném utěsněné koronové komoře 1, V tvarovány a mohou dostat tvar nutný pro optimální generování ozonu. V provedení znázorněném na obr. 1 a 2 se dvěma utěsněnými koronovými komorami 1, Γ jsou tyto kanály výhodně uspořádány tak, aby probíhaly hlavně navzájem proti sobě, tj. zrcadlově převráceně. Tlak na dielektrika 2, 2' od přítoku plynného kyslíku nebo plynu bohatého na kyslík je tedy rozdělen analogicky v obou utěsněných koronových komorách 1, Γ a působí sám proti sobě.

Vhodná pracovní teplota pro dielektrika 2, 2' je kolem 20 °C, ačkoliv jsou přípustné i vyšší teploty. Kolem 80 % dodávané elektrické energie se přeměňuje na teplo, které však musí být odvedeno, což s výhodou probíhá přes uzemněné a chlazené zemnicí elektrody 3, 3', tj. kovové bloky s chladicím prostředkem nebo s průchody s chladicím prostředkem.

Tloušťka uvedených prostorů s výše popsanými utěsněnými koronovými komorami 1, Γ pro generování ozonu, ohraničenými dielektriky 2, 2', uzemněnými a chlazenými zemnícími elektrodami 3, 3' s hladkými povrchy a také alespoň jedním spojitým těsněním 7, může být závislá na tloušťce těsnění 7 kolem prostorů. Jestliže z nějakého důvodu je nutný větší objem uvedených utěsněných koronových komor 1, Γ, může to být snadno dosaženo např. opatřením příslušných uzemněných a chlazených zemnicích elektrod 3, 3' vybráním 8 na jejich straně, která ohraničuje takovou utěsněnou koronovou komoru 1, Γ. Na obr. 1 a 2 je znázorněno výhodné provedení přístroje generujícího ozon podle vynálezu, jehož odpovídající utěsněná koronová komora J, Γ je opatřena uvedeným vybráním 8, a její velikost je uvedeným vybráním 8 nastavena v takovém rozsahu, že hlavní část prostoru je ohraničena vybráním a převážná část velikosti tloušťky prostoru je dána hloubkou vybrání.

Pro optimalizaci generování ozonu je nutné, aby tzv. koronový efekt, který je dosažen při elektrickém výboji mezi elektrodami, byl tak rovnoměrný jak je možné, tj. rovnoměrně rozdělen po celém povrchu, kde může nastat výboj přes dielektrikum v přítomnosti kyslíku. Proto je na druhé straně požadována pravidelná vzdálenost mezi uvedeným dielektrikem a zemnicí elektrodou.

Pro dosažení optimálního generování ozonu, ale také pro zlepšení chlazení, je jedno provedení vynálezu opatřeno strukturou 9 podporující koronový efekt, určenou k podpoře výboje mezi uzemněnými a chlazenými zemnícími elektrodami 3, 3' a vysokonapěťovou elektrodou 4, umístěnou nebo vytvořenou jak je uvedeno na obr. 1 a 2 v obou utěsněných koronových komorách 1, V. V jednom provedení je uvedená struktura 9 vytvořena jako síť. Pro dosažení požadované pravidelné vzdálenosti sítě, která je s výhodou zhotovena z nerezové oceli, je tvořena oddělenou částí, umístěnou v příslušné utěsněné koronové komoře 1, Γ a přilehlá k uzemněné a chlazené zemnicí elektrodě 3, 3', tj. ve znázorněném provedení, ve vybrání 8. Alternativně může být síť vytvořena přímo na povrchu (např. ve spodku vybrání 8) příslušné uzemněné a chlazené zemnicí elektrody 3, 3', který je obrácen do příslušné utěsněné koronové komory 1, Γ a ohraničuje ji. Struktura 9 může být vytvořena např. lisováním, vroubkováním, leptáním nebo řezáním pomocí laseru v uvedeném povrchu. Provedení, ve kterém je struktura 9 vytvořena na povrchu uzemněné a chlazené zemnicí elektrody 3, 3', znamená jednoduší konstrukci s méně součástmi v ozonovém generátoru ve srovnání s provedením s oddělenou strukturou 9.

Výše popsaný přístroj pro generování ozonu může být, jestliže je to potřebné, pro dále zvýšenou produkci ozonu připojen k jednomu nebo více dalším přístrojům stejného druhu a tvořit mnohonásobné stohy takových přístrojů. Pro umožnění takového spojení, ale také pro umožnění alternativního provedení podle vynálezu, je s určitými modifikacemi provedení znázorněného na

-6CZ 294645 B6 obr. 1 a 2 možné např. vytvořit jednu nebo více uzemněných a chlazených zemnicích elektrod 3, 3' s vybráními na jejich obou protilehlých stranách a s odpovídajícím uspořádáním jako u výše popsaných dielektrik 2, 2' a také vysokonapěťových elektrod 4 pro připojení na zdroj střídavého proudu na obou stranách uvedených uzemněných a chlazených zemnicích elektrod 3, 3'. Když je třeba, může být tedy další dielektrikum 2, 2' ve tvaru desky umístěno na straně uzemněné a chlazené zemnicí elektrody 3, nebo v provedení znázorněném na obr. 1 a 2 na její druhé straně, nebo na druhé straně uzemněných a chlazených zemnicích elektrod 3, 3' protilehlých straně, nebo stranám, která nebo které ohraničují utěsněné koronové komory 1, Γ, takže další utěsněná koronová komora 1, Γ ohraničená mezi příslušným další dielektrikem 2, 2' a uzemněnou a chlazenou zemnicí elektrodou 3, nebo uzemněnými a chlazenými elektrodami 3, 3', a rovněž vysokonapěťová elektroda 4, na kterou je připojován vysokofrekvenční střídavý proud o vysokém napětí, může být uspořádána na opačné straně příslušného dalšího dielektrika 2, 2'jako uvedený další utěsněný prostor nebo prostory.

Jestliže další rozšíření není provedeno, může být pro dielektrikum 2 a pro vysokonapěťovou elektrodu 4 nutné použít opory.

Je třeba poznamenat, že posledně uvedené další provedení plochého deskového generátoru pro generování ozonu podle vynálezu je také možné i bez uvedeného vybrání na obou stranách jedné nebo více uzemněných a chlazených zemnicích elektrod 3, 3'.

Na obr. 3 a 4 je znázorněno druhé výhodné provedení vynálezu, které v mnoha ohledech připomíná první provedení znázorněné na obr. 1 a 2. Proto jsou vztahové značky použité na obr. 3 a 4 stejné jako ty, které jsou použity na obr. 1 a 2, kde jsou označeny stejné nebo odpovídající části.

Tak na obr. 3 je znázorněn ozonový generátor s vysokonapěťovou elektrodou 4, na kterou se připojuje vysokofrekvenční střídavý proud o vysokém napětí. Tato vysokonapěťová elektroda 4 je umístěna mezi prvním a druhým dielektrickým prvkem, tvořenými dielektriky 2, 2', které jsou výhodně upevněny přímo na uvedené vysokonapěťové elektrodě 4 na jejích opačných stranách. Na obr. 3 odpovídající dielektrikum 2, 2' ve tvaru desek je znázorněno v odstupu od vysokonapěťové elektrody 4 pouze pro účely jasného znázornění umístění vysokonapěťové elektrody 4. První dielektrikum 2, ve tvaru desky, ohraničuje, na své opačné straně k vysokonapěťové elektrodě 4, první koronovou komoru 1 přizpůsobenou pro generování ozonu z plynného kyslíku nebo plynu bohatého na kyslík. První uzemněná zemnicí elektroda 3 ohraničuje první koronovou komoru 1 na opačné straně první koronové komory 1 od prvního dielektrika 2. Odpovídajícím způsobem druhé dielektrikum 2' ohraničuje, na své opačné straně k vysokonapěťové elektrodě 4, druhou koronovou komoru Γ, která je stejná jako první koronová komora 1. Druhá uzemněná zemnicí elektroda 3' ohraničuje uvedenou druhou koronovou komoru Γ na opačné straně druhé koronové komory Γ od uvedeného druhého dielektrika 2'. V uzemněných zemnicích elektrodách 3 a 3' jsou uspořádány vstupní kanály 5 a 5’, přizpůsobené pro připojení ke společnému zdroji plynného kyslíku nebo plynu bohatého na kyslík. Dále jsou v uzemněných zemnicích elektrodách 3 a 3' příslušně uspořádány výstupní průchody 6 a 6', které jsou přizpůsobeny pro výstup ozonu. Každá koronová komora 1 a Γ je umístěna mezi svým příslušným dielektrikem2, 2' a uzemněnou zemnicí elektrodou 3 a 3', oddělenými spojitým těsněním 7 a 7'. Pro každé těsnění 7, 7' je v uzemněné zemnicí elektrodě 3 a 3' příslušně uspořádáno těsnicí vybrání 11 a 1Γ. Dále je mezi uvedenými uzemněnými zemnícími elektrodami 3, 3', vně uvedeného těsnění 7, 7' uspořádán nosný kroužek 10, pro který je příslušná uzemněná zemnicí elektroda 3, 3' opatřena vnějším vybráním 12 a 12'.

Uvedené druhé provedení, znázorněné na obr. 3 a 4, se liší od prvního provedení, znázorněného na obr. 1 a 2, ve dvou aspektech. Například, druhé provedení je charakterizováno tím, že vnitřní vybrání 13 a 13' jsou uspořádána v příslušné uzemněné zemnicí elektrodě 3, 3' přímo v příslušném těsnicím vybrání 11, 1Γ. Tato vnitřní vybrání 13 a 13' jsou tedy umístěna uvnitř

-7CZ 294645 B6 příslušné koronové komory 1, Γ a vymezují v příslušné koronové komoře 1, Γ obvodovou část s větší hloubkou než je hloubka odpovídající středové části komory 1, P.

Jak je jasně zřejmé z obr. 3 a 4, uvedené vstupní kanály 5 a 5' ústí v příslušné koronové komoře

1, Γ v příslušných vnitřních vybráních 13 a 13’. Při tomto uspořádání plyn, přednostně plynný kyslík, který je dodáván do koronových komor 1, Γ je přiváděn tak, aby nejprve naplnil uvedená vnitřní vybrání 13 a 13', protože odpor proti proudění je menší v poměrně hlubších vybráních 13 a 13' než ve směrem dovnitř poměrně mělčí středové části odpovídající koronové komory 1, Γ. Vzhledem k tomu, že plyn bude až potom proudit dovnitř k příslušnému výstupnímu kanálu 6, 6', uspořádanému ve středu odpovídající koronové komoiy 1, Γ více nebo méně z celého obvodu koronové komory 1, Γ, je dosaženo rovnoměrného rozdělení tlaku v koronové komoře 1, Γ. Navíc čerstvý plyn bude plynule dodáván do odpovídajících vnitřních vybrání 13, 13' a tedy tvoří bariéru mezi odpovídajícím těsněním 7, 7' a ozonem generovaným v odpovídající koronové komoře 1, Γ, jehož proud směřuje k odpovídajícímu výstupnímu kanálu 6, 6' koronové komory 1, Γ. Tento bariérový efekt je zvláště výhodný, protože vysoce reaktivní vlastnosti ozonu znamenají nebezpečí poruchy těsnění 7, 7'. Uspořádání s vnitřním vybráním, sousedícím s těsněním, s vstupním kanálem 5, 5' ústícím v uvedeném vybrání a výstupním kanálem 6, 6', ústícím ve středu koronové komory 1, i', zaručuje zvýšenou odolnost a životnost výrobku.

Další znak charakterizující provedení znázorněné na obr. 3 a 4 je kruhový tvar, který je znázorněn na obr. 4. Na tomto obrázku je znázorněna uzemněná zemnicí elektroda 3 ze strany koronové komory 1. Je jasně zřejmé, kde vycházejí vstupní kanál 5 a výstupní kanál 6, a že různá vybrání 11, 12. 13 uzemněné zemnicí elektrody 3 tvoří mnohonásobné soustředné kruhy na obvodu uzemněné elektrody 3. Kruhový tvar je výhodný, protože dodávaný plyn, který nejprve vyplní vnitřní vybrání 13, má pak stejně velkou vzdálenost pro proudění do výstupního kanálu 6, důsledkem čehož je stejnoměrné rozdělení tlaku v koronové komoře 1. Nepřítomnost rohů, vyplývající z použití kruhového tvaruje také výhodná při vysokém tlaku plynů.

Vnitřní vybrání 13, 13'. která jsou uzpůsobena k ochraně těsnění 7, 7' proti ozonu, mohou být ovšem realizována v ozonových generátorech i jiných tvarů než je kruhový, např. v takovém jako je znázorněn na obr. 1.

V souladu s provedením znázorněným na obr. 1 a 2 mohou být uzemněné zemnící elektrody 3, 3' uspořádány se strukturami podporujícími koronový jev, např. síťovými prvky uspořádanými na povrchových plochách uzemněných zemnicích elektrod 3, 3', obrácených do odpovídající koronové komory i, 1'. V druhém provedení jsou ovšem také použitelné další dříve probírané znaky prvního provedení. To platí, například, pro konstrukci vysokonapěťové elektrody 4 a dielektrik 2, 2', chlazení uzemněných zemnicích elektrod 3, 3' a také pro provedení s oboustrannými uzemněnými zemnícími elektrodami 3, 3', které jsou uspořádány pro ohraničení dalších plynových komor.

Provedení na obr. 3 podle vynálezu je, jako to na obr. 2, konstruováno pro snížení mechanických napětí v dielektrikách 2, 2’, která jsou primárně důsledkem změn tlaku plynu v přívodním systému plynu, který je připojen k ozonovému generátoru pro dodávání plynného kyslíku nebo plynu bohatého na kyslík do vstupních kanálů 5, 5'. Řešení je založeno na jednom ze základních principů fyziky, zejména na tom, že takové mechanické napětí může být sníženo nebo odstraněno konstrukcí umožňující tlakovou kompenzaci. Podle provedení znázorněných na obrázcích je tato tlaková kompenzace uskutečněna opatřením, aby plynný kyslík nebo plyn bohatý na kyslík pod tlakem byl veden ze společného zdroje do dvou stejných utěsněných koronových komor 1, Γ a aby tyto koronové komory 1, Γ byly mezi sebou odděleny jednotkou obsahující dvě dielektrika

2, 2' ve tvaru desek a mezi nimi vysokonapěťovou elektrodu 4. Tlakové změny mající původ v dodávacím systému plynu budou tak vyvíjet stejné tlakové změny ve dvou protilehlých koronových komorách 1, Γ, přičemž nevzniká žádná výsledná síla působící na jednotku umístěnou mezi

- 8 CZ 294645 B6 koronovými komorami 1, Γ.

V důsledku toho, že protilehlé koronové komory 1, Γ jsou uspořádány svými odpovídajícími vstupními kanály 5, 5' a výstupními kanály 6, 6' v odpovídajících si polohách na opačných stranách uvedené jednotky, je tak vytvořen ozonový generátor, který je poměrně necitlivý na vysoký dodávaný tlak.

Pro vhodné připojení ozonového generátoru na napájecí systém plynu jsou vstupní kanály 5, 5' s výhodou uspořádány na stejné straně, jak je znázorněno na obr. 3. Větší systém ozonového generátoru může být snadno vybudován ze stohu ozonových generátorů podle druhého provedení, uspořádaných do sloupce, protože oba vstupní kanály 5, 5' a výstupní kanály 6, 6' jsou přístupné ze stran uzemněné zemnicí elektrody 3, 3'.

V alternativním provedení, neznázoměném na obrázcích, ozonový generátor obsahuje jednotku s první a druhou stranou, která je alespoň částečně perforována tedy prostupná pro plyn z uvedené první strany na uvedenou druhou stranu. Jednotka obsahuje vysokonapěťovou elektrodu, která je potažena dielektrickým materiálem. S výhodou jednotka obsahuje síťovou strukturu zahrnující vysokonapěťovou elektrodu potaženou dielektrickým materiálem. V ozonovém generátoru je jednotka uspořádána v komoře, která je alespoň Částečně ohraničena zemnicí elektrodou. Dielektrický materiál odděluje vysokonapěťovou elektrodu od koronové komory, ale v důsledku propustnosti jednotky pro plyn, změny tlaku plynu, vznikající v uvedené koronové komoře, mohou postupovat do obou stran uvedené jednotky, přičemž nevzniká žádná výsledná síla působící na strany jednotky. Koronová komora může být uspořádána se dvěma protilehlými uzemněnými elektrodami s jednotkou umístěnou v koronové komoře mezi uvedenými uzemněnými elektrodami. Koronová komora je uspořádána se vstupním kanálem pro plyn, přednostně plynný kyslík nebo plyn bohatý na kyslík, a výstupním kanálem pro plyn obsahující ozon.

V provedení mohou být uspořádány dva vstupní kanály do koronové komory, po jednom na každé straně uvedené jednotky.

V dalším provedení vynálezu, obsahujícím koronovou komoru pro přeměnu plynného kyslíku nebo plynu bohatého na kyslík na ozon, ohraničující povrchy koronové komory jsou, místo dielektrik ve tvaru desek, tvořeny soustřednými trubkami se společnou osou, přičemž koronová komora je také trubková. Vnitřní trubkový ohraničující povrch koronové komory obsahuje první trubkový dielektrický materiál podle předchozího stavu techniky. Vysokonapěťová elektroda je uspořádána v sousedství prvního dielektrického prvku na opačné straně uvedené komory, tj. je uspořádána ve vnitřku dielektrické trubky.

V první variantě tohoto provedení vysokonapěťová elektroda zapadá na opačné straně první dielektrické trubky do druhého trubkového dielektrického prvku. Tento druhý dielektrický prvek naopak ve svém vnitřku ohraničuje druhou komoru. Příslušná komora je na opačné straně k příslušné ohraničující dielektrické trubce ohraničena uzemněnou kovovou trubkou. Dále je ozonový generátor opatřen vždy po jednom vstupním průchodu do každé příslušné komory, přičemž vstupní průchody jsou uspořádány pro připojení k společnému napájecímu systému plynu pro dodávání plynného kyslíku nebo plynu bohatého na kyslík do příslušné komory. Ozonový generátor tak obsahuje řadu soustředných trubek, kde dva dielektrické prvky a elektroda umístěna mezi nimi tvoří jednotku. V popsaném uspořádání tlakové změny, mající původ v napájecím systému plynu připojenému k ozonovému generátoru, ovlivní uvedenou jednotku z jejího vnitřku a vnějšku.

V druhé variantě trubkového provedení je trubková jednotka představována vysokonapěťovou elektrodou prostupnou pro plyn, která je potažena dielektrickým materiálem, přičemž jednotka přednostně tvoří trubkovou síťovou strukturu s vnitřkem a vnějškem. Jednotka je uspořádána v trubkové komoře a propustné vlastnosti síťové struktury způsobují, že vytvořená tlaková změna na jedné straně jednotky vytváří odpovídající tlakovou změnu na její opačné straně.

-9CZ 294645 B6

V trubkovém provedení je uvedená jednotka, na každém konci ozonového generátoru, přednostně utěsněna ve směru k uzemněným kovovým trubkám vloženými O kroužky. V každém konci příslušné uzemněné kovové trubky je přednostně vytvořeno vybrání, probíhající v koronové komoře v sousedství O kroužku, určeného k utěsnění koronové komory proti protilehlému dielektrickému trubkovému prvku. V tomto vybrání, které tvoří prohloubenou část koronové komory, s výhodou ústí uvedený vstupní kanál, zatímco uvedený výstupní kanál s výhodou ústí centrálně na uzemněné kovové trubce. Toto uspořádání působí, že dodávaný plynný kyslík nebo plyn bohatý na kyslík nejprve vyplní uvedené vybrání, čímž chrání sousedící O kroužek proti ozonu generovanému v komoře.

Odborníkovi v oboru je z výše uvedeného zřejmé, že ozonový generátor podle vynálezu může být modifikován a měněn v rámci následujících patentových nároků bez vybočení ze základní myšlenky a smyslu vynálezu. Tak provedení různých podrobností obsažených v přístroji může být odlišné od těch, které byly znázorněny na výkresech a výše popsány. Výběr materiálu může být také odlišný od výše navrhovaného. Zmíněné provozní parametry se mohou také měnit v závislosti na použití a požadovaném účinku.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (19)

1. Ozonový generátor, obsahující vysokonapěťovou elektrodu (4), umístěnou uprostřed mezi dvěma stejnými koronovými komorami (1, Γ), kdy každá koronová komora (1, Γ) je na jedné straně oddělena od vysokonapěťové elektrody (4) dielektrikem (2, 2'), a na opačné straně každého dielektrika (2, 2') je jedna druhá elektroda, vyznačující se tím, že každá z uvedených druhých elektrod je zemnicí elektrodou (3, 3') tvořenou kovovým blokem, samostatně ohraničující každou z uvedených koronových komor (1, Γ) na straně protilehlé k dielektriku (2, 2'), přičemž v každém kovovém bloku zemnicí elektrody (3, 3') je vytvořen vstupní kanál (5, 5') a výstupní kanál (6, 6') pro vstup a výstup plynu do a z koronové komory (1, 1'), a kanál pro chladicí tekutinu pro chlazení zemnicí elektrody (3, 3').

2. Ozonový generátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že každá koronová komora (1, Γ) je ohraničena a utěsněna alespoň jedním spojitým, mezi dielektrikem (2, 2') a zemnicí elektrodou (3, 3') umístěným, těsněním (7, 7').

3. Ozonový generátor podle nároku 2, vyznačující se tím, že těsněním (7, 7') je O kroužek.

4. Ozonový generátor podle nároku 2, vyznačující se t í m , že vysokonapěťová elektroda (4) a dielektrikum (2, 2') jsou tvořeny v podstatě plochými tělesy.

5. Ozonový generátor podle nároku 4, vyznačující se tím, že vysokonapěťová elektroda (4) je v přímém dotyku s dielektriky (2, 2'), čímž s nimi tvoří v podstatě plochý blok, který je držen ve své poloze zemnícími elektrodami (3, 3') přitlačovanými na těsnění (7, 7').

6. Ozonový generátor podle nároku 2, vyznačující se tím, že v zemnicí elektrodě (3, 3') je vytvořeno vybrání (13, 13') spojitě probíhající uvnitř koronové komory (1, Γ) k němuž přiléhá těsnění (7, 7'), přičemž ve vybrání (13, 13') jsou vyvedeny vstupní kanály (5, 5').

- 10CZ 294645 B6

7. Ozonový generátor podle nároku 2, vyznačující se tím, že vně těsnění (7, 7') je uspořádán kroužek (10) z elektricky izolačního materiálu pro ochranu před přeskokem jiskry ven z koronové komory (1, Γ).

8. Ozonový generátor podle nároku 2, vyznačující se tím, že těsnění (7, 7'), vedené mezi dielektrickými prvky (2, 2') a zemnicí elektrodou (3, 3') má prstencový tvar, přičemž ohraničuje koronovou komoru (1, Γ) do tvaru kruhového disku.

9. Ozonový generátor podle nároku 2, vyznačující se tím, že vstupní kanál (5, 5') ústí v obvodové části koronové komory (1, Γ) v oblasti těsnění (7, 7'), přičemž výstupní kanál (6, 6') ústí ve středu koronové komory (1, 1').

10. Ozonový generátor podle nároku 9, vyznačující se tím, že v zemnicí elektrodě (3, 3'), v obvodové části koronové komory (1, Γ) je vytvořeno vybrání (13, 13') probíhající v kruhu, soustředně uvnitř těsnění (7, 7'), ve kterém ústí uvedený vstupní kanál (5, 5').

11. Ozonový generátor podle nároku 1, vyznačující se t í m , že vysokonapěťová elektroda (4) je vytvořena nebo uspořádána jako kovový povlak na jednom nebo obou z dielektrik (2, 2').

12. Plochý deskový ozonový generátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že vysokonapěťová elektroda (4) je vytvořena z kovové fólie nebo plechu.

13. Ozonový generátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že utěsněná koronová komora (1, Γ), je částečně tvořena tvarovým vybráním (8) v zemnicí elektrodě (3, 3').

14. Ozonový generátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvnitř utěsněné koronové komory (1, Γ) jsou vytvořeny kanály pro řízení toku plynného kyslíku nebo plynu bohatého na kyslík, přizpůsobené k vedení toku plynu v předem stanovených směrech koronovou komorou (1, Γ).

15. Ozonový generátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje strukturu (9), uspořádanou nebo vytvořenou v utěsněné koronové komoře (1, Γ), pro podporu vytváření koronového efektu při výboji mezi vysokonapěťovou elektrodou (4) přes dielektrikum (2, 2') k zemnicí elektrodě (3, 3') v koronové komoře (1, Γ).

16. Ozonový generátor podle nároku 15, vyznačující se tím, že uvedená struktura (9) je vytvořena s výhodou jako síť.

17. Ozonový generátor podle nároku 15 nebo 16, vyznačující se tím, že struktura (9) je tvořena samostatnou částí, uspořádanou v příslušné utěsněné koronové komoře (1, Γ).

18. Ozonový generátor podle nároku 15 nebo 16, vyznačující se tím, že strukturou (9) v utěsněné koronové komoře (1, 1') je vzor, vytvořený v povrchu zemnicí elektrody (3, 3').

19. Ozonový generátor podle některého z nároků 6 až 18, vyznačující se tím, že koronové komory (1, Γ) mají větší hloubku v uvedeném vybrání (13, 13') než ve své středové části.