RU2035393C1

RU2035393C1 - Tubular gas-discharge element of ozonizer

Info

Publication number: RU2035393C1
Authority: RU
Inventors: И.П. Гузов; Н.М. Худиков
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики; Гузов Иван Павлович; Худиков Николай Михайлович
Priority date: 1992-02-10
Filing date: 1992-02-10
Publication date: 1995-05-20

Abstract

FIELD: ozone production. SUBSTANCE: ozonizer element comprises outer and inner coaxial electrodes and a layer of dielectric therebetween. The outer electrode consists of two metal cylinders and external surface of the inner electrode is acicular. EFFECT: improved design. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике получения озона путем пропускания кислородсодержащего газа через тлеющий разряд, возникающий между электродами, разделенными диэлектрическим барьером с разрядным промежутком, при подаче импульсного напряжения и предназначено для промышленного производства озона. The invention relates to a technique for producing ozone by passing an oxygen-containing gas through a glow discharge arising between electrodes separated by a dielectric barrier with a discharge gap when applying a pulse voltage and is intended for industrial production of ozone.

Газоразрядный трубчатый элемент является одним из основных узлов высокочастотных озонаторов. Известна конструкция трубчатого элемента высокочастотного озонатора [1] Трубчатый элемент представляет собой цилиндрический конденсатор, используемый в качестве нагрузки генератора ВЧ. Кислородсодержащий газ является диэлектрическим промежутком. Оригинальная система водяного охлаждения повышает концентрацию озона на выходе. A gas discharge tube element is one of the main components of high-frequency ozonizers. The known design of the tubular element of a high-frequency ozonator [1] The tubular element is a cylindrical capacitor used as a load of the RF generator. Oxygen-containing gas is a dielectric gap. The original water cooling system increases the concentration of ozone at the outlet.

Недостатком этой конструкции является несколько факторов. Трубчатый элемент озонатора, являясь частью электрической схемы, имеет конкретную электрическую емкость, а емкость и электрический резонанс взаимосвязаны, т.е. конкретная активная площадь ионизации определяется конкретной электрической емкостью трубчатого элемента озонатора. К недостаткам конструкции можно отнести то, что диэлектрическая проницаемость разрядного промежутка зависит от влажности кислородсодержащего газа, т. е. перед ионизацией газ должен обезвоживаться. Следующим недостатком рассматриваемого трубчатого элемента озонатора является неравномерное свечение тлеющего разряда, т.е. необходимость строгого центрирования электродов относительно геометрической оси. The disadvantage of this design is several factors. The tubular element of the ozonizer, being part of the electrical circuit, has a specific electrical capacitance, and the capacitance and electrical resonance are interconnected, i.e. the specific active ionization area is determined by the specific electrical capacity of the tubular element of the ozonizer. The disadvantages of the design include the fact that the dielectric constant of the discharge gap depends on the humidity of the oxygen-containing gas, i.e., the gas must be dehydrated before ionization. The next disadvantage of the considered tubular element of the ozonizer is the uneven glow of the glow discharge, i.e. the need for strict centering of the electrodes relative to the geometric axis.

В качестве прототипа выбран газоразрядный трубчатый элемент озонатора [2] включающий коаксиальные электроды, диэлектрик между ними, находящийся в контакте с внешним электродом, элемент токопровода и центрирующие амортизаторы. As a prototype, a gas-discharge tube element of an ozonizer [2] was selected, including coaxial electrodes, a dielectric between them in contact with an external electrode, a current lead element, and centering shock absorbers.

Преимущество прототипа перед аналогом в том, что диэлектрическая проницаемость меньше зависит от влажности кислородсодержащего газа, так как здесь используется диэлектрический слой между электродами. The advantage of the prototype over the analogue is that the dielectric constant is less dependent on the moisture content of the oxygen-containing gas, since a dielectric layer between the electrodes is used here.

Недостатками прототипа являются следующие факторы: зависимость активной площади от конкретной электрической емкости трубчатого элемента озонатора и необходимость строгого центрирования электродов относительно геометрической оси с применением амортизаторов, что существенно усложняет конструкцию элемента. The disadvantages of the prototype are the following factors: the dependence of the active area on the specific electrical capacitance of the tubular element of the ozonizer and the need for strict centering of the electrodes relative to the geometric axis using shock absorbers, which significantly complicates the design of the element.

Настоящим изобретением решаются задачи интенсификации получения озона путем увеличения площади активной поверхности без изменения электрических параметров трубчатого элемента озонатора и упрощение конструкции элемента. The present invention solves the problem of intensifying ozone production by increasing the active surface area without changing the electrical parameters of the tubular element of the ozonizer and simplifying the design of the element.

Для этого в газоразрядном трубчатом элементе озонатора, включающем коаксиально установленные наружный и внутренний электроды с диэлектрическим слоем между ними, установленным в контакте с наружным электродом, предусмотрены следующие конструктивные отличия: наружный электрод выполнен в виде двух цилиндров, внешняя поверхность внутреннего электрода выполнена игольчатой, внутренний электрод может выполняться в виде полого цилиндра, внутри которого устанавливается заглушка из диэлектрического материала. For this, in the gas-discharge tubular element of the ozonizer, including coaxially mounted outer and inner electrodes with a dielectric layer between them, installed in contact with the outer electrode, the following design differences are provided: the outer electrode is made in the form of two cylinders, the outer surface of the inner electrode is made of a needle, the inner electrode can be made in the form of a hollow cylinder, inside of which a plug of dielectric material is installed.

Таким образом, заявляемый газоразрядный трубчатый элемент озонатора благодаря имеющимся отличиям от прототипа соответствует критерию изобретения "новизна". Thus, the inventive gas-discharge tube element of the ozonizer due to the differences from the prototype meets the criteria of the invention of "novelty."

Выполнение в заявленном устройстве наружного электрода в виде двух цилиндров позволяет при сохранении конкретной электрической емкости увеличить активную площадь ионизации в четыре раза, так как предлагаемое устройство представляет собой два последовательно соединенных цилиндрических конденсатора. Игольчатая внешняя поверхность внутреннего электрода облегчает возникновение тлеющего разряда. Кроме того, игольчатая поверхность электрода гарантирует равномерный зазор разрядного промежутка, при котором не требуются дополнительные элементы конструкции для центрирования электродов, что означает упрощение конструкции газоразрядного трубчатого элемента озонатора и решает задачу интенсификации получения озона. The implementation in the inventive device of the external electrode in the form of two cylinders while maintaining a specific electrical capacitance allows to increase the active ionization area by four times, since the proposed device consists of two cylindrical capacitors connected in series. The needle-shaped outer surface of the inner electrode facilitates the occurrence of a glow discharge. In addition, the needle-shaped surface of the electrode guarantees a uniform gap in the discharge gap, which does not require additional structural elements for centering the electrodes, which means simplifying the design of the gas-discharge tubular element of the ozonizer and solves the problem of intensifying the production of ozone.

На фиг. 1 и 2 показано продольное сечение трубчатого элемента озонатора. На фиг. 1 показана электрическая схема этого элемента, фиг. 2 отличается от фиг. 1 тем, что на нем показан трубчатый элемент с полым внутренним электродом, внутрь которого помещена заглушка из диэлектрического материала. In FIG. 1 and 2 show a longitudinal section of a tubular element of an ozonizer. In FIG. 1 shows an electrical diagram of this element, FIG. 2 differs from FIG. 1 in that it shows a tubular element with a hollow inner electrode, inside of which is placed a plug of dielectric material.

Конструкция трубчатого элемента состоит из стеклянного корпуса 1, который одновременно выполняет роль диэлектрика между пластинами цилиндрических конденсаторов. Внешние электроды конденсаторов 2 и 3 подключаются к генератору ВЧ. Роль второй пластины конденсаторов выполняет металлический цилиндр. Электрод 4 с игольчатой внешней поверхностью для облегчения возникновения тлеющего разряда во время работы озонатора имеется разрядный промежуток 5. Элемент 6 (фиг. 2) выполняет роль заглушки для направления газового потока в разрядный промежуток 5, на фиг. 1 этого элемента нет, его роль выполняет сам внутренний электрод 4 с заглушенными концами. The design of the tubular element consists of a glass case 1, which simultaneously acts as a dielectric between the plates of cylindrical capacitors. The external electrodes of capacitors 2 and 3 are connected to the RF generator. The role of the second plate of capacitors is performed by a metal cylinder. An electrode 4 with a needle-shaped outer surface has a discharge gap 5 to facilitate the occurrence of a glow discharge during operation of the ozonizer. Element 6 (Fig. 2) acts as a plug for directing the gas flow into the discharge gap 5, in FIG. 1 of this element is absent; its role is played by the internal electrode 4 itself with the plugged ends.

На фиг. 3 показана электрическая схема подключения трубчатого элемента озонатора к генератору ВЧ. In FIG. 3 shows an electrical diagram for connecting a tubular element of an ozonizer to an RF generator.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Через разрядный промежуток 5, заполненный игольчатой поверхностью электрода 4, продувается кислородсодержащий газ. При работе генератора ВЧ на иглах возникает тлеющий разряд, а на вы выходе трубчатого элемента озон. The proposed device operates as follows. Through the discharge gap 5, filled with a needle surface of the electrode 4, an oxygen-containing gas is blown. During the operation of the RF generator, a glow discharge arises on the needles, and ozone at the outlet of the tubular element.

Был изготовлен и испытан опытный образец заявляемого газоразрядного трубчатого элемента озонатора. В качестве диэлектрика использовалась стеклянная кварцевая труба. Электроды изготовлялись из латуни. Заглушка (элемент 6) представляла собой также кварцевую трубу, запаянную с обоих торцов. При потребляемой мощности ≈ 400 Вт, частоте 10 кГц, амплитуде подаваемого напряжения ≈ 8 кВ и подаче в трубчатый элемент воздушно-кислородной массы выход озона составил

80 г/ч.A prototype of the inventive gas-discharge tubular element of an ozonizer was manufactured and tested. A glass quartz tube was used as a dielectric. The electrodes were made of brass. The plug (element 6) was also a quartz tube sealed from both ends. At a power consumption of ≈ 400 W, a frequency of 10 kHz, an amplitude of the applied voltage of ≈ 8 kV, and an air-oxygen mass supplied to the tubular element, the ozone output was

80 g / h

Изобретение позволяет решить задачу интенсификации получения озона путем четырехкратного увеличения площади активной поверхности без изменения электрических параметров газоразрядного трубчатого элемента озонатора за счет выполнения внешнего электрода в виде двух цилиндров и выполнения внешней поверхности внутреннего электрода игольчатой. Кроме того, значительно упрощается конструкция элемента за счет гарантируемого равномерного разрядного промежутка, обеспечиваемого игольчатой внешней поверхностью внутреннего электрода. Это исключает необходимость центрирования электродов относительно друг друга. The invention allows to solve the problem of intensification of ozone production by quadrupling the increase in the active surface area without changing the electrical parameters of the gas-discharge tubular element of the ozonizer by performing an external electrode in the form of two cylinders and making the outer surface of the needle electrode. In addition, the element design is greatly simplified due to the guaranteed uniform discharge gap provided by the needle-shaped outer surface of the inner electrode. This eliminates the need to center the electrodes relative to each other.

Claims

1. A GAS-DISCHARGE TUBULAR ELEMENT OF THE OZONATOR, comprising a coaxially mounted outer electrode, an inner electrode and a dielectric layer between them, located in contact with the outer electrode, characterized in that the outer electrode is made in the form of two cylinders, and the outer surface of the inner electrode is made of a needle.

2. The element according to claim 1, characterized in that the inner electrode is made in the form of a hollow cylinder with a plug of dielectric material installed inside it.