PL184051B1

PL184051B1 - Urządzenie do wytwarzania ozonu

Info

Publication number: PL184051B1
Application number: PL96324110A
Authority: PL
Inventors: Jan Arlemark
Original assignee: Ozone Technology Ab
Priority date: 1995-06-28
Filing date: 1996-06-26
Publication date: 2002-08-30
Also published as: DE69604400T2; DE69604400D1; CA2224987A1; EP0835222A1; RU2169114C2; ATE184861T1; KR19990028411A; CN1163406C; US5950065A; ES2140873T3; EP0835222B1; SE9502339D0; AU708855B2; JPH11508532A; AU6323896A; KR100416175B1; PL324110A1; WO1997001507A1; BR9609382A; CN1234781A

Abstract

1. Urzadzenie do wytwarzania ozonu przez poddanie tlenu w przestrzeni pomie- dzy dwiema sciankami z materialu dielek- trycznego wysokonapieciowemu pradowi przemiennemu o wysokiej czestotliwosci, przy czym przestrzen zawiera plaska elek- trode, a scianki sa zewnetrznie uziemione i chlodzone, znamienne tym, ze plaska elektroda (3) ma postac nitek lub siatki i ma w zasadzie te sama dlugosc, szerokosc i grubosc jak przestrzen dla gazowego tlenu oraz ze szczelny generator (1) ozonu za- wiera tylko scianki (2), elektrode (3) oraz ramke (3') dookola elektrody. FIG. 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wytwarzania ozonu.

Ozon gazowy stosowany jest w coraz większym stopniu do celów przemysłowych, nie tylko do oczyszczania ścieków, w których może on rozkładać lub usuwać na przykład

- złożone cząsteczki organiczne,

- cyjanki i fenole z odpadów chemicznych,

- odpady z papierni i farbiarni,

- środki powierzchniowo czynne i detergenty z procesów prania,

- składniki zapachowe z oczyszczalni ścieków.

Ścieki potraktowane w etapie końcowym ozonem można bez trudności ponownie użytkować do prania, nawadniania lub w pożarnictwie.

Ozon stosowany jest ponadto do wstępnego uzdatniania wody pitnej i znacznego polepszania jej jakości.

Wreszcie ozon jest stosowany jako jedyny środek alternatywny zastępujący chlor przy bieleniu miazgi w przemyśle papierniczym.

W związku z tym zapotrzebowanie na ozon jest bardzo wysokie i stale wzrasta.

Dobrze wiadomo, że ozon wytwarza się za pomocą tak zwanych zimnych lub ciemnych wyładowań elektrycznych w tlenie gazowym lub mieszaninach bogatych w tlen gazowy. Znane obecnie urządzenia do wytwarzania ozonu w zadowalających ilościach i stężeniach do celów przemysłowych mają jednakże bardzo duże objętości i są trudne i kosztowne w obsłudze.

Znane generatory tlenu są często konstruowane w wielkich, hermetycznie zamkniętych metalowych pojemnikach, co czyni je wrażliwymi na wilgoć, zarówno, zewnętrzną, jak pochodzącą z dostarczanego gazu, z którego wytwarza się ozon. Już przy niskiej zawartości wilgoci mogą pojawiać się prądy upływowe z ryzykiem zwarcia elektrycznego, prowadzącego do zniszczenia danego generatora.

184 051

Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia pozwalającego na zwiększenie wydajności procesu wytwarzania ozonu przy zmniejszonych fizycznych rozmiarach urządzenia, oraz zmniejszonej wrażliwości na wilgoć, a także zminimalizowanie czasu przestojów podczas pracy urządzenia.

Urządzenie do wytwarzania ozonu przez poddanie tlenu w przestrzeni pomiędzy dwiema ściankami z materiału dielektrycznego wysokonapięciowemu prądowi przemiennemu o wysokiej częstotliwości, przy czym przestrzeń zawiera płaską elektrodę, a ścianki są zewnętrznie uziemione i chłodzone, charakteryzuje się według wynalazku tym, że płaska elektroda ma postać nitek lub siatki i ma w zasadzie tę samą długość, szerokość i grubość jak przestrzeń dla gazowego tlenu oraz że szczelny generator ozonu zawiera tylko ścianki, elektrodę oraz ramkę dookoła elektrody.

Korzystnie dwie ścianki są z materiału ceramicznego.

Korzystnie ceramiczny materiał jest tlenkiem glinowym, a elektroda jest z kwasoodpornej, nierdzewnej stali.

Korzystnie uziemiony metalowy blok, zawierający medium chłodzące, umieszczony jest na każdym boku generatora.

Korzystnie generator jest zanurzony w uziemionym medium chłodzącym.

Korzystnie kilka generatorów ozonu jest zawieszonych w postaci zespołu pomiędzy rurą wlotową tlenu i rurą wylotową mieszaniny ozon/tlen, w uziemionym medium chłodzącym.

Przedmiot wynalazku jest bliżej opisany w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie podstawową budowę generatora ozonu zgodnie z pierwszym przykładem wykonania wynalazku, fig. 2 - elektrodę w postaci siatki w widoku z góry do stosowania w generatorze ozonu przedstawionym na fig. 1, fig. 3 - generator ozonu według pierwszego przykładu wykonania wynalazku w widoku z boku, fig. 4 - generator ozonu według drugiego przykładu wykonania wynalazku w widoku z góry, fig. 5 - generator ozonu przedstawiony na fig. 4 w widoku z boku, fig. 6 - generator ozonu przedstawiony na fig. 4 i 5 w widoku z góry i fig. 7 przedstawia generator ozonu przedstawiony na fig. 6 w widoku z boku.

Generator ozonu zgodny z pierwszym przykładem wykonania wynalazku przedstawiony jest schematycznie na fig. 1-3.

Jak przedstawiono na fig. 1, generator ozonu 1 jest złożony z dwóch płyt 2 z czystego tlenku glinowego, materiału ceramicznego. Pożądane jest stosowanie tlenku glinowego o czystości 99,9% lub większej. Każda taka płyta może mieć na przykład wymiary: długość 160 mm, szerokość 115 mm i grubość 0,65 mm.

Elektroda metalowa 3 w postaci siatki z nierdzewnej stali kwasoodpomej lub podobnej umieszczona jest pomiędzy dwiema ceramicznymi płytami 2. Elektroda siatki 3 w postaci siatki pokazana także na fig. 2, jest otoczona ramką 3', która wykonana jest z tego samego materiału, co i płyty, i może mieć grubość 0,5 mm, zabezpieczając przestrzeń o takiej samej wysokości pomiędzy dwiema płytami 2. Płyty 2 i ramka są połączone z jednostką gazoszczelną, na przykład za pomocą szkła jako kleju.

Jako alternatywę dla dostarczenia oddzielnej siatki w przestrzeni, na wewnętrznych powierzchniach płyt 2 można umieścić elektrodę w postaci nitek.

Każdy generator 1 wyposażony jest w otwory do wpuszczania gazowego tlenu (O2) oraz usuwania utworzonego gazowego ozonu (O3) w gazowym tlenie z przestrzeni pomiędzy płytami 2. Istnieje także połączenie elektryczne z siatką 3.

Do chłodzenia generatora 1 i zabezpieczenia uziemienia elektrycznego układu, w którym elektroda 3 w postaci siatki stanowi fazę, bloki metalowe 4 rozmieszczone są po każdej stronie generatora 1. Każdy blok metalowy 4 jest wyposażony w kanały 4' dla odpowiedniego medium chłodzącego oraz otwory 4 do wprowadzania i wyprowadzania gazu z generatora 1. Blok metalowy 4 połączony jest z uziemieniem, a elektroda 3 w postaci siatki ze źródłem wysokiego napięcia. Ani przyłączenia płynów, ani połączenia elektryczne nie są pokazane na rysunkach.

184 051

Medium chłodzące cyrkulujące w blokach metalowych 4 jest korzystnie mieszaniną wody i glikolu lub innego alkoholu. Jego cyrkulacja odbywa się za pomocą sprężarki w takich ilościach i przy takich prędkościach, że wzrost temperatury medium po przejściu przez blok metalowy 4 może być rzędu 1°C przy wybranej temperaturze roboczej -5°C.

W opisanym układzie, każda płyta 2 działa jako dielektryk, jeżeli elektroda 3 w postaci siatki przyłączona jest do prądu przemiennego, a bloki metalowe 4 do uziemienia. Napięcie korzystnie sinusoidalnego prądu przemiennego może być korzystnie rzędu 6000 V, przy czym teoretycznie można stosować napięcia 25000-30000 V, jeżeli przebicie następuje przy napięciu 35000 V. Częstotliwość prądu przemiennego może zawierać się w granicach 2-100 kHz, a zwłaszcza 2,5 kHz.

Jeżeli taki prąd przykłada się do elektrody 3 w postaci siatki, powstaje tak zwane zimne wyładowanie z efektem ulotowym przez dielektryk utworzony przez płyty 2 pomiędzy liniokształtnymi częściami siatki i uziemionymi powierzchniami bloków metalowych 4. W ten sposób część tlenu przepuszczona przez generator 1 przekształca się w ozon. W opisanych wyżej warunkach można uzyskać 18-20% objętościowych ozonu w gazowym tlenie, podczas gdy w procesach konwencjonalnych uzyskuje się tylko 3-11% objętościowych ozonu. Mieszanka tlenowa o zawartości ozonu większej niż 18%o może być samorzutnie wybuchowa.

Aby zapewnić właściwy transport tlenu przez generator 1, może on być podawany przy wprowadzeniu do generatora 1 pod pewnym nadciśnieniem, na przykład 0,5· 10⁵ Pa. W celu zwiększenia czasu i odległości dla tlenu w generatorze, tlen gazowy może być zmuszony do przejścia przez ścieżkę labiryntową w przestrzeni generatora 1 po wprowadzeniu wewnętrznych ścianek działowych.

Korzystne jest utrzymywanie temperatury roboczej dielektryka na poziomie 20°C, chociaż możliwe są maksymalne temperatury 60-80°C, przez co około 80% dostarczonej energii elektrycznej przekształca się w ciepło, które musi być odprowadzone.

W opisanych warunkach wydajność każdego generatora może być rzędu 20 g/h, co oznacza, że 50 generatorów lub elementów generatorowych jest konieczne do wyprodukowania 1 kg ozonu na godzinę. Taka ilość jest potrzebna do oczyszczenia ścieków z około 2000 gospodarstw domowych.

Na fig. 3 przedstawiono zespół generatorów 1 i bloków metalowych 4. Taki zespół może zawierać znaczną liczbę generatorów i bloków, większą niż pokazanych pięć generatorów i sześć bloków

Na fig. 4-7 przedstawiono inny przykład wykonania generatora ozonu według wynalazku. Główna różnica w porównaniu z pierwszym przykładem przedstawionym na fig. 1 -3 polega na tym, że w tym przypadku nie ma bloków metalowych oraz że generatory, w tym przypadku oznaczone liczbą 10 zanurzone są w cieczy, która stanowi jednocześnie medium chłodzące i uziemienie elektryczne.

Generator 10 według tego rozwiązania pokazany jest na fig. 6 i 7. Generator 10 sam w sobie nie różni się w zasadzie od generatora 1 według pierwszego przykładu wykonania wynalazku. Składa się on z dwóch płyt, stanowiących dielektryk, i elektrody w postaci siatki pomiędzy nimi w gazoszczelnej przestrzeni. Generator 10 wyposażony jest we wlot 11 tlenu oraz wylot 12 dla utworzonej mieszaniny tlen-ozon. Wyposażony jest on także w przyłącze elektryczne 13 elektrody siatkowej.

Zespół takich generatorów 10 może być zawieszony pomiędzy rurą wlotową 14 tlenu i rurą wylotową 15 ozonu/tlenu, przy czym zespół zanurzony jest w cieczy 17 w zbiorniku 16. Znajduje się tam także izolowany kabel elektryczny 18 do przyłączenia prądu przemiennego do generatorów 10. Kilka takich zepołów, na przykład sześć, z których każdy zawiera stosunkowo dużą liczbę generatorów, można umieścić w jednym zbiorniku 16. W przedstawionym przypadku liczba zespołów wynosi 19. Dla jasności na fig. 5 zaznaczono liniami ciągłymi tylko jedną rurę wlotową 14, a liniami przerywanymi jedną rurę wylotową 15. Strzałkami zaznaczono kierunek przepływu tlenu do mieszaniny ozon/tlen z zespołów generatorów 10.

Ciecz 17 stosowana w zbiorniku 16, która ma być połączona z uziemieniem albo wyposażona w uziemione płyty, powinna być dobrym przewodnikiem elektryczności przy napięciach wysokiej częstotliwości, tak jak jest to w przypadku wody. Z przyczyn praktycznych ta

184 051 sama ciecz może być wykorzystana, tak jak medium chłodzące w pierwszym rozwiązaniu wynalazku. Korzystne może być utrzymywanie cieczy 17 w stanie pewnego ruchu w zbiorniku 16.

Przy odpowiedniej liczbie generatorów układ według drugiego przykładu wykonania może być bardziej efektywny, to jest zużywać mniej energii. Może być on ponadto bardziej efektywny objętościowo pod tym względem, że odległość pomiędzy sąsiadującymi generatorami 10 może wynosić 5 mm.

184 051

FIG. 3

FIG. 4

184 051

FIG. 5

ε=ΕΞΞ3_j_frcSt=i

d.....

FIG. 7

184 051

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie do wytwarzania ozonu przez poddanie tlenu w przestrzeni pomiędzy dwiema ściankami z materiału dielektrycznego wysokonapięciowemu prądowi przemiennemu o wysokiej częstotliwości, przy czym przestrzeń zawiera płaską elektrodę, a ścianki są zewnętrznie uziemione i chłodzone, znamienne tym, że płaska elektroda (3) ma postać nitek lub siatki i ma w zasadzie tę samą długość, szerokość i grubość jak przestrzeń dla gazowego tlenu oraz że szczelny generator (1) ozonu zawiera tylko ścianki (2), elektrodę (3) oraz ramkę (3') dookoła elektrody.
2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że dwie ścianki (2) są z materiału ceramicznego.
3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że ceramiczny materiał jest tlenkiem glinowym, a elektroda jest z kwasoodpornej, nierdzewnej stali.
4. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że uziemiony metalowy blok (4), zawierający medium chłodzące, umieszczony jest na każdym boku generatora (1).
5. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że generator (1) jest zanurzony w uziemionym medium chłodzącym (17).
6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że kilka generatorów ozonu (1) jest zawieszonych w postaci zespołu pomiędzy rurą wlotową (14) tlenu i rurą wylotową (15) mieszaniny ozon/tlen, w uziemionym medium chłodzącym (17).