HU216043B

HU216043B - Berendezés ózon előállítására

Info

Publication number: HU216043B
Application number: HUP9302255A
Authority: HU
Inventors: Manfred Rimpler
Original assignee: Manfred Rimpler
Priority date: 1991-12-12
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 1999-04-28
Also published as: HUT69831A; NO932839L; US5366702A; CA2103890C; HU9302255D0; CA2103890A1; MD1004G2; DE4141025A1; FI933525A0; ATE136007T1; AU3086892A; NO932839D0; JPH06502381A; PL171291B1; ES2085052T3; BG98018A; RU2103225C1; DE4141025C2; WO1993012035A1; CZ157193A3

Abstract

A találmány tárgya berendezés ózőn előállítására, amelyneknagyfeszültségű tápfőrrása és legalább két, egymástól meghatárőzőtttávőlságban elrendezett lemez alakú elektródja van, amelyek köz llegalább az egyik rezgőképes elektród, és az elektródők közöttdielektrikűm van elrendezve, ahől a találmány szerint a dielektrikűm (6) és az elektródők (5) között legalább egyáramlási út van kialakítva, a lemez alakú elektród (5) villamősan vezető anyagú két rétegből(3, 4) áll, amelyek közül legalább az egyik réteg (3, 4) rezgőképes, a két réteg (3, 4) között rűgózáscsillapítóan ható anyag (2) vanelrendezve és a két réteg (3, 4) az elektród (5) rezgéseit lehetővé tevően vanrögzítve. ŕ

Description

A találmány tárgya berendezés ózon előállítására, amelynek nagyfeszültségű tápforrása és legalább két, egymástól meghatározott távolságban elrendezett lemez alakú elektródja van, amelyek közül legalább az egyik rezgőképes elektród, és az elektródok között dielektrikum van elrendezve.

Az ózon az oxigénnek egy háromatomos módosulata és például villamos erőtérben állítható elő. Az úgynevezett csendes elektromos kisülés (koronakisülés) hatására az oxigén (O₂) részben ózonná alakul át. Az elektromos kisülés során az O₂-molekulák részben szabad atomokká bomlanak fel, amelyek a fel nem bomlott molekulákkal való találkozáskor azokkal összekapcsolódnak. Az ózon képzéséhez villamos energia szükséges, az erre vonatkozó hőegyenérték 34,5 kcal/O₃ Mól. Felmelegedés során az ózon bomlásnak indul, aminek során energia szabadul fel és O₂ keletkezik. A gáz 100 °C hőmérséklet fölött vagy katalizátorok jelenlétében szobahőmérsékleten gyorsan bomlik fel.

Az ózon az oxigénnel összehasonlítva lényegesen nagyobb reakcióképességgel jellemezhető, és erős oxidálószer, amelyet a petrolkémiában olefinok aldehidekké, ketonokká vagy karboxilsawá való átalakítására használnak. Ezenkívül szerves anyagok számára fehérítőszerként, valamint ivóvíz és helyiségek sterilizálására alkalmazzák.

Iparilag az ózont általában csendes elektromos kisüléssel állítják elő. Ennek során az oxigént vagy oxigént tartalmazó gázkeveréket két elektród közötti sík vagy gyűrű alakú hézagon és ezek között elrendezett dielektrikumon keresztülvezetik. Az ózon előállítására szolgáló különböző ismert berendezések és eljárások esetén arra törekednek, hogy az ózonhozamot növeljék és eközben az ózon felmelegedését megakadályozzák.

A DE PS 3108 563 lajstromszámú szabadalmi leírásból ismert olyan, ózon előállítására szolgáló berendezés, amely olyan eszközökkel van ellátva, amelyek az ózonhozam növelése érdekében az elektromos erőteret előállító váltakozó feszültség frekvenciáját és amplitúdóját vezérlik. Ennek során a nagyfeszültségű generátorokat impulzusüzemmódban vezérlik, vagy a váltakozó áram frekvenciáját növelik. Mindkét esetben növekszik az ózonhozam. Sajnos ezzel egyidejűleg a hőveszteségek is növekednek, aminek hatására a csendes kisülés elvén történő ózon-előállítás során a kisülési szakaszok felmelegednek, ami végeredményben az ózonhozam csökkenéséhez vezet.

Az ózon előállítására szolgáló impulzusos üzemmódban üzemeltetett berendezések, amelyeket ozonizátoroknak is neveznek, azzal a hátránnyal rendelkeznek, hogy a két elektród közötti kisülés az oldalmeredekség miatt pont alakúan vagy lencse alakúan, azaz nem az elektród teljes felületén valósul meg. Ez ahhoz vezet, hogy az elektródokon beégési lyukak keletkeznek, ami az ózonhozam csökkenését vonja maga után, és a berendezés kifogástalan működésére is hátrányosan hat.

A DE OS 28 53 436 lajstromszámú közzétételi iratból ismert olyan megoldás, amely szerint az ózonhozam növelése érdekében a kisülési szakaszokban testek behelyezésével turbulens áramlást hoznak létre. Ez viszont az áramlási csatornák bizonyos megnagyobbodásához vezet, emiatt a villamos térerősséget növelni kell. Ezenkívül ennél az eljárásnál az áramlás határrétegeiben még előforduló lamináris áramlási összetevők viszonylag nagyok.

A DE OS 2644978 lajstromszámú közzétételi iratból ismert olyan berendezés, amelynek alkalmazása segítségével az ózont váltakozó áramú nagyfeszültséggel és dielektrikum kizárásával állítják elő. Ehhez műszakilag lényegében ismert lemezkialakítás szükséges, hogy két lemez alakú elektródot megfelelő távolságra rendezzenek el, amelyek között az áramkörbe nem csatlakoztatott legalább egy bipoláris elektród van elrendezve.

A DE PS 299 248 lajstromszámú szabadalmi leírás olyan berendezést ismertet, amely rögzített elektródokkal van ellátva, ahol az elektródok közötti távolságot nagy pontossággal állandóra kell megválasztani, hogy az úgynevezett csúcskisüléseket elkerüljék. Ebből kifolyólag a rögzített, villamosán nem vezető elemet fémbevonattal szórták be, hogy az elektródok között azonosan maradó távolságot biztosítsanak.

A JP 1-242405 közzétételi számú kivonat olyan ozonizátort ismertet, amely rezgőképes lemez alakú elektródokkal van ellátva, amelyek dielektrikum két oldalán fekszenek fel. Az elektródok egymástól függetlenül nem tudnak rezegni.

A találmány révén megoldandó feladat az, hogy a bevezetőben ismertetett berendezés továbbfejlesztésével olyan, ózon előállítására szolgáló berendezést hozzunk létre, amelynél az áramlási csatornákban egyszerű módon turbulens áramlást hozunk létre, és ezzel egyidejűleg a kisülési csatornák felületeloszlását egyenletessé tesszük a hatékonyság növelése érdekében.

A feladat megoldására olyan, ózon előállítására szolgáló berendezést hoztunk létre, amelynél a találmány szerint

- dielektrikum és az elektródok között legalább egy áramlási út van kialakítva,

- a lemez alakú elektród villamosán vezető anyagú két rétegből áll, amelyek közül legalább az egyik réteg rezgőképes,

- a két réteg között rugózáscsillapítóan ható anyag van elrendezve és

- a két réteg az elektród rezgéseit lehetővé tévőén van rögzítve.

Az így kialakított berendezés lehetővé teszi, hogy kisfrekvenciájú váltakozó feszültség rákapcsolásával és/vagy a kezelendő közeg alkalmasan megválasztott áramlási sebességével az elektródokat rezgésbe hozzuk, aminek köszönhetően az elektródok és a dielektrikum közötti áramlási útszakaszokon, illetve csatornákban turbulens áramlás alakul ki. Különösen előnyös, hogy a rezgő elektródoknak köszönhetően a határréteg leválik, amelyben szokásosan lamináris áramlás valósul meg.

Az áramlási utak szélessége és az áramlási sebesség úgy van méretezve, hogy turbulens áramlás alakuljon ki.

HU 216 043 Β

Ismert, hogy az áramlás jellegét (lamináris vagy turbulens) a Reynolds-szám értéke határozza meg μ v ahol w=a közepes áramlási sebesség m/s-ban; d=a csőátmérő, méterben; p=a dinamikus viszkozitás, kg/m s-ban; p=a folyadék sűrűsége, kg/m³-ben; v=a kinematikai viszkozitás, m/s-ban.

Amennyiben az áramlási keresztmetszet nem kör alakú, az Re kiszámításához alkalmazott egyenletben az ekvivalens átmérőt alkalmazzuk, amely a többszörös hidraulikai sugárnak felel meg. A hidraulikai sugár (r_h) az áramlási keresztmetszet felületének az áramlással körülöblített (nedvesített) kerülethez (U) képesti viszonyt fejezi ki.

_ f ^rh y

Kör keresztmetszetű, teljes mértékben átáramoltatott cső esetén az alábbi egyenlet érvényes:

₌ d^₌d ^rh_4d“4

A fentiekből következik, hogy nem kör alakú áramlási keresztmetszet esetén az átmérőt az ekvivalens átmérővel helyettesíthetjük.

Turbulens áramlás esetén általában a Reynoldsszám 2300 fölött van, ahol Re>10000 esetén abszolút turbulens áramlás valósul meg.

Az áramlási utak ismertetett találmány szerinti kialakításának és az ezáltal kikényszerített turbulens áramlásnak köszönhetően a szikrakisülés vonatkozásában egyenletesen elosztott mezőt biztosítunk, és időegység alatt lényegesen több gázrészecskét juttatunk az elektródfelület közelébe. Különösen előnyös, hogy nagyszámú kisebb mértékű kisülés valósul meg, amelyek lényegesen kisebb hő fejlődéshez vezetnek, amely hő szokásos módon az effektív ózonhozam létrehozását megakadályozza, úgyhogy hűtőközegként teljes mértékben kielégítő a környezeti levegő alkalmazása.

A találmány szerinti berendezés egy előnyös kiviteli alakja esetén mindkét réteg rezgőképesen van kialakítva, ezáltal a turbulens áramlás létrehozásának lehetőségét javítjuk.

A találmány szerinti berendezésnek egy további előnyös kiviteli alakja úgy van kiképezve, hogy a rezgőképes rétegek végükön össze vannak kapcsolva, aminek köszönhetően a lemez alakú elektród elrendezése (ágyazása) leegyszerűsödik.

A találmány szerinti berendezésnek egy további előnyös kiviteli alakja esetén több elektród és mindenkor két-két elektród között elhelyezkedő dielektrikum egy egységet képezően van elrendezve, ahol az elektródok oly módon vannak párhuzamosan kapcsolva, hogy az egyik elektródcsoport földpotenciálra, míg a másik elektródcsoport nagyfeszültségre van kapcsolva. Több ilyen jellegű egység egy aggregáttá fogható össze.

Egy további előnyös kiviteli alak úgy van kiképezve, hogy az aggregáthoz közös gázelosztó egység van társítva. A rezgőképes rétegek villamosán vezető - kezelt, például horganyzott - fóliákból állhatnak.

A találmány szerinti berendezés úgy is kialakítható, hogy a rezgőképes rétegek villamosán vezető lemezekből állnak.

A rezgőképes rétegek célszerűen platinából, titánból, horganyzott vasból vagy alumíniumból állnak. Ezen fémek biztosítják a villamos erőtér megfelelő kialakítását. A platinából, titánból, horganyzott vasból vagy alumíniumból való rétegek (bevonatok) fóliaként, lemezként vagy drótfonatként lehetnek kialakítva.

A találmány szerinti berendezés egy további előnyös kiviteli alakja esetén a rezgőképes rétegek lyukakkal vannak ellátva, ezáltal nemcsak a határréteg leválása és ezáltal teljes mértékben turbulens áramlás létrehozása biztosítható, hanem ezen lyukak továbbá lehetővé teszik, hogy több egység összefogása esetén az egyes áramlási utak között gázcsere valósuljon meg, aminek révén az áramlás turbulenciája tovább javítható.

Előnyös az is, ha a rezgőképes rétegek drótfonatból állnak.

Annak érdekében, hogy megakadályozzuk, hogy az elektródok rezgésamplitúdója nem kívánt nagy értéket vegyen fel, lehetőség van arra, hogy az elektródvégek közelében vezetőhomyokat képezzünk ki. A rétegeknek az elektródok peremem történő egymáshoz való kapcsolása és ezen peremeknek vezetőhomyokban való megfelelő elhelyezése biztosítja az elektródok alacsony frekvenciájú rezgésének zavartalan kialakulását, az áramlás vezetését és egy önmagában zárt rugózáscsillapító tömegrendszer kialakítását.

A hatékonyság további növelésének érdekében lehetőség van arra, hogy az áramlási irány mentén és/vagy arra merőlegesen kettőnél több, villamosán vezető anyagból való rezgőképes réteget rendezzünk el, amelyek például fázisban eltolt áramvezetéssel vezérelt viszonylagos mozgásokat végezhetnek.

Olyan kiviteli alak is létrehozható, amelynél több elektród áramlási irányban meghatározott hosszúsággal egymás mögött van elrendezve.

Célszerű, ha az elektródok rugózáscsillapítását szabályozzuk, hogy a zárt átáramláshoz szükséges hézagszélességeket biztosítsuk.

Alkalmas szabályozóberendezések segítségével továbbá lehetőség van arra, hogy az egyes áramlási utak hézagszélességeit szabályozzuk.

Az elektródok rezgéseire továbbá úgy gyakorolhatunk előnyös hatást, ha az elektródok rugalmas rétegeinek mélyedéseloszlását szabályozhatóvá alakítjuk ki.

A rugalmas rétegek közötti közegként bármilyen villamosán vezetőképes vagy nem vezetőképes rugalmas rugózáscsillapítóan ható anyagot alkalmazhatunk.

Különösen előnyösnek bizonyult az üvegszálak alkalmazása.

HU 216 043 Β

A találmányt az alábbiakban előnyös kiviteli példa kapcsán a mellékelt rajzra való hivatkozással részletesebben is ismertetjük, ahol a rajzon az

1. ábrán a találmány szerinti berendezés elvi kapcsolási elrendezése metszetben, a

2. ábrán az 1. ábra szerint kialakított több egység vázlatos elrendezése, a

3. ábrán egy egységet képező, ellentétes pólusú elektródok elvi elrendezése, és a

4. ábrán több egység aggregáttá való összefogása látható.

Az 1. ábrán látható egy találmány szerint kialakított, ózon előállítására szolgáló berendezés első kiviteli alakja vázlatosan, ahol két 5 elektród nagyfeszültségű transzformátor 1 szekunder tekercsével van összekapcsolva. A nagyfeszültség az igényektől függően 5 és 30 kV között van. Az 1. ábrán bemutatott nagyfeszültségű transzformátor 50 Hz-es frekvenciához van kialakítva. A két 5 elektród között például két áramlási út kiképzésére alkalmasan 6 dielektrikum van elrendezve.

Az 5 elektródok rugalmas 2 szubsztrátummal vannak ellátva, amelynek felületére villamosán vezető anyagból álló rugalmas 3, 4 réteg van felhordva. Az 5 elektródok az áramlási utakra merőlegesen átmenő lyukakkal vannak ellátva. A rugalmas 3, 4 rétegek előnyösen platinából, titánból, horganyzott vasból vagy alumíniumból állnak. A 3,4 rétegek fóliák, lemezek vagy drótfonatok lehetnek. Arra is van lehetőség, hogy a 2 szubsztrátumra vagy a fóliaként kialakított 3, 4 rétegekre villamosán vezető anyagot gőzöljünk rá. A rugalmas 2 szubsztrátum előnyösen üvegszálakból áll.

Amennyiben a fentiekben ismertetett berendezésre villamos erőtér előállításához nagyfeszültséget kapcsolunk, úgy az 5 elektródok alacsony frekvenciájú rezgésbe hozhatók. Ezáltal az 5 elektródok és a 6 dielektrikum közötti hézagokban áramló gáz szintén rezgésbe hozható. Ez hozzájárul egy turbulens áramlás kialakulásához.

Ezáltal lehetőség van arra, hogy időegységenként lényegesen több gázrészecskét juttassunk az elektródfelület közelébe, és a szikrakisülés vonatkozásában egyenletesebben eloszlott mezőt érjünk el.

220 V-os primer hálózati feszültség esetén az 1. ábrán bemutatott kiviteli példánál a nagyfeszültségű transzformátor szekunder oldalán hozzávetőlegesen 10 kV áll rendelkezésre. A hagyományos ózon-előállító berendezésekkel összehasonlítva ezen berendezés hozzávetőlegesen 25%-kal nagyobb ózonhozamot biztosít, amelyet levegőből állítunk elő.

A 2. ábrán látható az 1. ábra szerint kialakított több egység összeszerelése, ahol a rugalmas 3, 4 rétegek 7 peremei egymáshoz vannak csatlakoztatva és egymással él kiképzésére alkalmasan vannak összekötve. Ezt az élt egy tok alkalmas vezető hornyaiba helyezzük úgy, hogy az egyes 5 elektródok rezgéseinek kialakulását ne akadályozzuk, viszont korlátozzuk. Ezenkívül az 5 elektródokban 11 áramlási utakra merőlegesen átmenő lyukak vannak kiképezve. Ezen lyukakon keresztül valósul meg az egyes áramlási utak közötti gázcsere, aminek révén egyenletes eloszlás, azaz a turbulens áramlás kialakulása javítható.

A 3. ábrán olyan kiviteli alak látható, amely több 5 elektródból és köztük elrendezett 6 dielektrikumokból áll. Az ábra jobb oldalán a bal oldalon ábrázolt egységnek egy részletesebb és nagyított kiviteli alakja látható. Ezen 8 egység esetén két elektródcsoport párhuzamosan van kapcsolva, ahol az egyik elektródcsoport földelve van, míg a másik elektródcsoport nagyfeszültségű potenciálon van. Az így kialakított 8 egység házban van elrendezve, amely gázzáróan van lezárva, úgyhogy a 8 egységen keresztül gáz áramolhat.

A 4. ábrán látható egy további kiviteli alak, amely több, a 3. ábra szerint kialakított egységből áll. A találmány tehát lehetővé teszi, hogy egyszerű módon a berendezést szükség szerint méretezzük.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Berendezés ózon előállítására, amelynek nagyfeszültségű tápforrása és legalább két, egymástól meghatározott távolságban elrendezett lemez alakú elektródja van, amelyek közül legalább az egyik rezgőképes elektród, és az elektródok között dielektrikum van elrendezve, azzal jellemezve, hogy

- a dielektrikum (6) és az elektródok (5) között legalább egy áramlási út van kialakítva,

- a lemez alakú elektród (5) villamosán vezető anyagú két rétegből (3, 4) áll, amelyek közül legalább az egyik réteg (3,4) rezgőképes,

- a két réteg (3, 4) között rugózáscsillapítóan ható anyag (2) van elrendezve és

- a két réteg (3,4) az elektród (5) rezgéseit lehetővé tévőén van rögzítve.
2. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy mindkét réteg (3, 4) rezgőképes réteg.
3. A 2. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a rezgőképes rétegek (3, 4) végükön (7) egymáshoz vannak csatlakoztatva.
4. Az 1 - 3. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy több elektród (5) és mindenkor két-két elektród (5) között elrendezett dielektrikum (6) egy egységet (8) képezően van elrendezve, az elektródok (5) egymással párhuzamosan vannak kapcsolva, ahol az egyik elektródcsoport földpotenciálra, a másik elektródcsoport pedig nagyfeszültségre van kapcsolva.
5. A 4. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy több egység (8) egy aggregáttá (9) van összefogva.
6. Az 5. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az aggregáthoz (9) közös gázelosztó egység (10) van társítva.
7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a rezgőképes rétegek (3,4) villamosán vezető - és kezelt - fóliákból állnak.
8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a rezgőképes rétegek (3,4) villamosán vezető lemezekből állnak.
9. A 7. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a rezgőképes rétegek (3, 4) platinából, titánból, horganyzott vasból vagy alumíniumból állnak.

HU 216 043 Β
10. Az 1-9. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a rezgőképes rétegek (3,4) lyukakkal vannak ellátva.
11. Az 1-10. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a rezgőképes rétegek (3,4) drótfonatból állnak.
12. Az 1 -11. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzaljellemezve, hogy az elektródok (5) rezgésének korlátozására alkalmas vezető hornyokkal van ellátva.
13. Az 1-12. igénypontok bármelyike szerinti be- 10 rendezés, azzal jellemezve, hogy az elektródok (5) rugózáscsillapító kialakítása az átáramláshoz szükséges hézagszélességek biztosítására alkalmasan, szabályozhatóan van kiképezve.
14. Az 1-13. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a hézagszélességek

5 szabályozhatóan vannak kialakítva.
15. Az 1-14. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az elektródok (5) rugalmas rétegeinek (3, 4) mélyedéseloszlása szabályozhatóan van kialakítva.
16. Az 1-15. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a rugózáscsillapítóan ható anyag (2) üvegszálakból áll.