RU2101227C1

RU2101227C1 - Ozonizer discharge chamber

Info

Publication number: RU2101227C1
Application number: RU96105021A
Authority: RU
Inventors: С.Н. Буранов; В.В. Горохов; В.И. Карелин; П.Б. Репин
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа "Поволжье Сервис-Центр"
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1998-01-10

Abstract

FIELD: production of ozone in electric discharge. SUBSTANCE: the offered ozonizer discharge chamber has electrodes, dielectric barrier installed between electrodes, inlet and outlet. Electrodes are made with flat circular working surface. Dielectric barrier is located in a spaced relation to electrodes between them. Inlet and outlet are made, respectively, in the first and second electrodes, in their central part. Located on electrode surface facing dielectric barrier are corona displaying members made in form of, at least, one wire or foil strip located above inlet and outlet and electrically connected with electrodes, or corona displaying members are made in form of circular projection round inlet and outlet in electrodes. EFFECT: higher efficiency. 5 dwg

Description

Изобретение относится к получению озона в электрическом разряде и может быть использовано преимущественно для электрофизических методов обработки газов, а также в других областях. The invention relates to the production of ozone in an electric discharge and can be used mainly for electrophysical methods of gas treatment, as well as in other fields.

Известно устройство для получения озона в газовом разряде /1/. A device for producing ozone in a gas discharge / 1 /.

Озонатор состоит из ряда разрядных камер, размещенных в общем корпусе и образованных расположенными один в другом с некоторым зазором стеклянными цилиндрическими барьерами. На внутренней стороне каждого барьера нанесено проводящее покрытие, выполняющее роль электрода. В газовой полости, образованной зазорами между смежными барьерами, возбуждается электрический разряд. Поток газа в полости последовательно обтекает внутреннюю и внешнюю поверхности каждого цилиндра в противоположных направлениях. The ozonizer consists of a series of discharge chambers located in a common housing and formed by glass cylindrical barriers located one in the other with some clearance. On the inside of each barrier a conductive coating is applied, acting as an electrode. In the gas cavity formed by the gaps between adjacent barriers, an electric discharge is excited. The gas flow in the cavity sequentially flows around the inner and outer surfaces of each cylinder in opposite directions.

Недостатками известного устройства являются малая надежность его при эксплуатации, т.к. один из электродов выполнен в виде проводящего покрытия на поверхности диэлектрического барьера, что снижает его стойкость к тепловому и электрическому пробою, и не предусмотрены условия для формирования устойчивого разряда. Совместное крепление нескольких стеклянных барьеров один в другом делает конструкцию ненадежной при тряске, вибрации и других механических воздействиях при транспортировке и эксплуатации. The disadvantages of the known device are its low reliability during operation, because one of the electrodes is made in the form of a conductive coating on the surface of the dielectric barrier, which reduces its resistance to thermal and electrical breakdown, and there are no conditions for the formation of a stable discharge. Joint fastening of several glass barriers in one another makes the structure unreliable during shaking, vibration and other mechanical influences during transportation and operation.

Наиболее близкой к предлагаемой является разрядная камера озонатора В.Б. Гаврилюк и др. "Высокочастотный озонатор" /2/. Разрядная камера озонатора по прототипу содержит электроды, диэлектрический барьер, установленный между ними, входное и выходное отверстие. Closest to the proposed is the discharge chamber of the ozonizer VB Gavrilyuk et al. "High-frequency ozonator" / 2 /. The discharge chamber of the ozonizer according to the prototype contains electrodes, a dielectric barrier mounted between them, an inlet and an outlet.

Один из электродов цилиндрический, низковольтный с диэлектрическим покрытием, которое выполняет роль диэлектрического барьера. Второй электрод-высоковольтный, также цилиндрический, расположен коаксиально внутри первого низковольтного электрода. Между электродами образована разрядная зона. Входное отверстие для ввода воздуха или кислорода и выходное отверстие для отвода озоносодержащего газа расположены в корпусе вблизи торцов цилиндрической разрядной зоны. One of the electrodes is cylindrical, low voltage with a dielectric coating, which acts as a dielectric barrier. The second high-voltage electrode, also cylindrical, is located coaxially inside the first low-voltage electrode. A discharge zone is formed between the electrodes. An inlet for introducing air or oxygen and an outlet for removing ozone-containing gas are located in the housing near the ends of the cylindrical discharge zone.

На один из электродов (высоковольтный) подается напряжение соответствующей амплитуды и частоты, другой (низковольтный) электрод заземляется. В разрядном промежутке загорается барьерный разряд. Озонируемый газ (кислород, воздух и т. п.) подается через входное отверстие в разрядную камеру и проходит через разряд, горящий в разрядном промежутке. Газ, содержащий озон, отводится через выходное отверстие. A voltage of the corresponding amplitude and frequency is applied to one of the electrodes (high-voltage), and the other (low-voltage) electrode is grounded. In the discharge gap, the barrier discharge lights up. Ozonated gas (oxygen, air, etc.) is supplied through the inlet to the discharge chamber and passes through the discharge burning in the discharge gap. Gas containing ozone is discharged through an outlet.

Недостатком прототипа является недостаточный уровень надежности при эксплуатации. Это обусловлено тем, что диэлектрический барьер выполнен в виде диэлектрического покрытия на электроде. Распределение токов неоднородно в контактном переходе "барьер-электрод" (диэлектрик металл). Эта неоднородность приводит к перегреву, тепловому пробою и, как следствие, к снижению надежности. Диэлектрический барьер находится в неоднородном тепловом поле. Между поверхностью барьера, обращенной к разрядному промежутку, и поверхностью, обращенной к электроду, существуют градиенты температур и механического напряжения, что ведет к снижению прочности барьера и, как следствие, надежности устройства. Цилиндрическая форма электродов и расположение входного и выходного отверстий в корпусе разрядной камеры также приводят к снижению надежности из-за неоднородного растекания газового потока и теплового режима камеры. В разрядной камере по прототипу для повышения выхода озона на диэлектрический барьер наносится дополнительная пленка из фторсодержащего материала, что усложняет технологию изготовления элемента камеры, связанную с подбором и нанесением этого материала. Кроме того, к недостаткам прототипа можно также отнести отсутствие элементов для формирования устойчивого электрического разряда в камере, озонатора, повышающих ее надежность. The disadvantage of the prototype is the lack of reliability during operation. This is due to the fact that the dielectric barrier is made in the form of a dielectric coating on the electrode. The current distribution is not uniform in the barrier-electrode contact transition (dielectric metal). This heterogeneity leads to overheating, thermal breakdown and, as a result, to a decrease in reliability. The dielectric barrier is in an inhomogeneous thermal field. Between the surface of the barrier facing the discharge gap and the surface facing the electrode, there are temperature and mechanical stress gradients, which leads to a decrease in the strength of the barrier and, as a consequence, the reliability of the device. The cylindrical shape of the electrodes and the location of the inlet and outlet openings in the housing of the discharge chamber also lead to a decrease in reliability due to the inhomogeneous spreading of the gas stream and the thermal regime of the chamber. In the discharge chamber of the prototype, to increase the ozone output, an additional film of fluorine-containing material is applied to the dielectric barrier, which complicates the manufacturing technology of the chamber element associated with the selection and application of this material. In addition, the disadvantages of the prototype can also be attributed to the lack of elements for the formation of a stable electric discharge in the chamber, ozonizer, increasing its reliability.

Цель изобретения увеличение надежности при эксплуатации и эффективности работы озонатора, включающего заявляемую разрядную камеру. The purpose of the invention is to increase the reliability during operation and the efficiency of the ozonizer, including the claimed discharge chamber.

Цель достигнута тем, что по сравнению с известной разрядной камерой озонатора, содержащей электроды, диэлектрический барьер, установленный между ними, входное и выходное отверстия, новым является то, что электроды выполнены с плоской кольцевой рабочей поверхностью, диэлектрический барьер размещен с зазором между электродами, входное и выходное отверстия выполнены соответственно в первом и втором электродах в их центральной части, причем на поверхности электродов, обращенной к диэлектрическому барьеру, расположены коронирующие элементы, выполненные в виде по крайней мере одной проволочки или полоски фольги, расположенной над входным и выходным отверстиями, и электрически соединенные с электродами, или коронирующие элементы выполнены в виде кольцевого выступа вокруг входного и выходного отверстий в электродах. The goal is achieved in that, in comparison with the known discharge chamber of an ozonizer containing electrodes, a dielectric barrier mounted between them, an inlet and an outlet, it is new that the electrodes are made with a flat annular working surface, the dielectric barrier is placed with a gap between the electrodes, the inlet and the outlet is made respectively in the first and second electrodes in their central part, and on the surface of the electrodes facing the dielectric barrier, there are corona elements s made in the form of at least one wire or foil strip, situated above the inlet and outlet openings, and electrically connected with the electrodes or corona elements are in the form of an annular protrusion around the inlet and outlet openings in the electrodes.

Выбранная кольцевая плоская конфигурация рабочей поверхности одинаковых по форме и материалу электродов позволяет увеличить надежность разрядной камеры озонатора вследствие того, что обеспечивается однородность растекания газовых потоков, обеспечивается однородный тепловой режим. В отличие от цилиндрической формы плоская конфигурация электродов обеспечивает однородное распределение напряженности электрического поля и эффективную наработку озона по всему зазору разрядного промежутка. The selected annular flat configuration of the working surface of electrodes of the same shape and material makes it possible to increase the reliability of the discharge chamber of the ozonizer due to the uniformity of the spreading of gas flows and the uniform thermal regime. In contrast to the cylindrical shape, the flat configuration of the electrodes provides a uniform distribution of the electric field strength and effective production of ozone over the entire gap of the discharge gap.

Выполнение диэлектрического барьера в виде диска и установка его с зазором между электродами, а не в виде диэлектрического покрытия на одном из электродов, также увеличивает надежность камеры озонатора, т.к. обеспечивает отсутствие градиентов теплового поля и механических напряжений в барьере. Кроме того, упрощается изготовление и замена его при выходе из строя. The implementation of the dielectric barrier in the form of a disk and its installation with a gap between the electrodes, and not in the form of a dielectric coating on one of the electrodes, also increases the reliability of the ozonizer chamber, since ensures the absence of thermal field gradients and mechanical stresses in the barrier. In addition, it is simplified to manufacture and replace it in case of failure.

Выполнение входного и выходного отверстий в электродах, в их центральной части, обеспечивает однородность растекания газовых потоков в разрядных промежутках и отсутствие на выходе устройства газа, необработанного разрядом. Кроме того, упрощается конструкция и уменьшаются габариты озонатора, содержащего такую разрядную камеру. The implementation of the inlet and outlet openings in the electrodes, in their central part, ensures the uniformity of the spreading of gas flows in the discharge gaps and the absence of gas that is not treated by the discharge at the outlet of the device. In addition, the design is simplified and the dimensions of the ozonizer containing such a discharge chamber are reduced.

Коронирующие элементы, размещаемые на поверхности электродов, обращенной к барьеру, могут быть выполнены в нескольких вариантах: в виде проволочки (или проволочек) или полоски (полосок) фольги, приваренных к плоской части электрода, так, чтобы они были расположены над отверстием в электроде, или в виде тонких кольцевых выступов по краям отверстия электрода. Наличие острых кромок во всех вариантах коронирующих элементов ведет к локальному усилению напряженности электрического поля на этих кромках по сравнению с полем в плоской части электродов, зажиганию разряда с коронирующих элементов и инициированию разряда по всей поверхности электродов. Малая площадь коронирующих элементов обеспечивает перенос через них лишь малой части общей энергии разряда, что способствует высокой долговечности элементов. Наличие коронирующих элементов позволяет работать при пониженном, оптимальном с точки зрения наработки озона напряжении, снижает энергетические нагрузки на элементы разрядной камеры и повышает ее эффективность и надежность. Corona elements placed on the surface of the electrodes facing the barrier can be made in several versions: in the form of wires (or wires) or strips (strips) of foil welded to the flat part of the electrode, so that they are located above the hole in the electrode, or in the form of thin annular protrusions along the edges of the holes of the electrode. The presence of sharp edges in all variants of the corona elements leads to a local increase in the electric field strength at these edges compared to the field in the flat part of the electrodes, ignition of the discharge from the corona elements and initiation of the discharge over the entire surface of the electrodes. The small area of the corona elements ensures the transfer through them of only a small part of the total discharge energy, which contributes to the high durability of the elements. The presence of corona elements allows you to work at a low voltage, optimal from the point of view of ozone production, reduces the energy load on the elements of the discharge chamber and increases its efficiency and reliability.

На фиг. 1 изображена предлагаемая разрядная камера озонатора с коронирующими элементами в виде проволочки или полоски фольги; на фиг. 2 - вариант с коронирующим элементом в виде проволоки (вид на электрод со стороны барьера); на фиг. 3 вариант с коронирующим элементом в виде полоски фольги (вид на электрод со стороны барьера); на фиг. 4 и 5 варианты с коронирующим элементом в виде кольцевого выступа на электродах вокруг входного и выходного отверстий. In FIG. 1 shows the proposed discharge chamber of the ozonizer with corona elements in the form of a wire or strip of foil; in FIG. 2 is an embodiment with a corona element in the form of a wire (view of the electrode from the side of the barrier); in FIG. Option 3 with a corona element in the form of a foil strip (view of the electrode from the side of the barrier); in FIG. 4 and 5, variants with a corona element in the form of an annular protrusion on the electrodes around the inlet and outlet openings.

Разрядная камера озонатора содержит электроды 1 и 2, диэлектрический барьер 3, установленный между ними, входное 4 и выходное 5 отверстие. Электроды 1 и 2 выполнены с плоской кольцевой рабочей поверхностью. Диэлектрический барьер 3 размещен с зазором между электродами. Входное 4 и выходное 5 отверстия выполнены соответственно в первом и втором электродах в их центральной части. На поверхности электродов 1 и 2, обращенной к диэлектрическому барьеру 3, расположены коронирующие элементы 6. Коронирующие элементы выполнены в нескольких вариантах: в виде по крайней мере одной проволочки или полоски фольги, расположенной над входным и выходным отверстиями и электрически соединенной с электродами, а также в виде кольцевого выступа на поверхности электродов 1 и 2 вокруг входного 4 и выходного 5 отверстий в электродах. The discharge chamber of the ozonizer contains electrodes 1 and 2, a dielectric barrier 3 mounted between them, input 4 and output 5 hole. The electrodes 1 and 2 are made with a flat annular working surface. The dielectric barrier 3 is placed with a gap between the electrodes. The input 4 and output 5 holes are respectively made in the first and second electrodes in their central part. On the surface of the electrodes 1 and 2, facing the dielectric barrier 3, there are corona elements 6. Corona elements are made in several versions: in the form of at least one wire or strip of foil located above the inlet and outlet openings and electrically connected to the electrodes, and in the form of an annular protrusion on the surface of the electrodes 1 and 2 around the input 4 and output 5 holes in the electrodes.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

Поток исходного кислородсодержащего газа поступает через входное отверстие 4 в один из разрядных промежутков, радиально растекается к периферии, проходит во второй разрядный промежуток и далее к выходному отверстию 5. При подаче импульсно-периодического напряжения на электроды 1 и 2, один из которых может быть заземлен, с острых кромок коронирующих элементов зажигается разряд, играющий роль инициатора пробоя всего разрядного промежутка, и между рабочими плоскими кольцевыми поверхностями электродов формируется барьерный ("тихий") разряд. При этом осуществляется наработка озона. Процесс происходит в однородном, наиболее эффективном для его протекания электрическом поле. The flow of the initial oxygen-containing gas flows through the inlet 4 into one of the discharge gaps, spreads radially to the periphery, passes into the second discharge gap and then to the outlet 5. When applying a periodic periodic voltage to the electrodes 1 and 2, one of which can be grounded , a discharge is ignited from the sharp edges of the corona elements, which plays the role of an initiator of the breakdown of the entire discharge gap, and a barrier ("quiet") discharge is formed between the working flat annular surfaces of the electrodes. At the same time, ozone production is carried out. The process takes place in a uniform, most effective electric field for its flow.

Предлагаемая разрядная камера озонатора реализована в конструкции, представляющей собой дисковую систему с наружным диаметром 110 мм и высотой 30 мм. Электроды выполнены одинаковыми по форме из нержавеющей стали и имеют плоскую кольцевую рабочую поверхность. Барьер представляет собой тонкую диэлектрическую пластину, закрепленную на опорном изоляторе, выполненном из двух частей, между которыми зажимается барьер. Коронирующие элементы выполнены в виде проволочки или нескольких параллельно расположенных проволочек диаметром 0,1 или 0,2 мм, приваренных к плоской части электродов над центральным отверстием в них, либо в виде кольцевых выступов по краям этих отверстий с радиальной толщиной 0,3 мм и высотой 0,3 мм над плоской частью электрода. The proposed discharge chamber of the ozonizer is implemented in a design that is a disk system with an outer diameter of 110 mm and a height of 30 mm The electrodes are made identical in shape from stainless steel and have a flat annular working surface. The barrier is a thin dielectric plate mounted on a support insulator made of two parts, between which the barrier is clamped. The corona elements are made in the form of a wire or several parallel wires with a diameter of 0.1 or 0.2 mm, welded to the flat part of the electrodes above the central hole in them, or in the form of ring protrusions along the edges of these holes with a radial thickness of 0.3 mm and a height 0.3 mm above the flat part of the electrode.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемая разрядная камера озонатора имеет повышенную надежность при эксплуатации за счет обеспечения однородности газовых потоков, однородности теплового режима, стабильности зажигания разряда при пониженном напряжении, а также за счет однородности механических напряжений в элементах разрядной камеры. Кроме того, предлагаемая разрядная камера позволяет работать при оптимальной с точки зрения наработки озона напряженности электрического поля, что повышает ее эффективность. Thus, in comparison with the prototype, the proposed discharge chamber of the ozonizer has increased reliability during operation by ensuring the uniformity of gas flows, the uniformity of the thermal regime, the stability of the ignition of the discharge at low voltage, and also due to the uniformity of mechanical stresses in the elements of the discharge chamber. In addition, the proposed discharge chamber allows you to work with the optimal from the point of view of production of ozone electric field strength, which increases its efficiency.

Claims

The discharge chamber of the ozonizer containing electrodes, a dielectric barrier mounted between them, an inlet and outlet, characterized in that the electrodes are made with a flat annular working surface, a dielectric barrier is placed with a gap between the electrodes, the inlet and outlet are respectively made in the first and second electrodes in their central part, and on the surface of the electrodes facing the dielectric barrier, there are corona elements made in the form of at least one wire cells or strips of foil located above the inlet and outlet openings and electrically connected to the electrodes, or corona elements are made in the form of an annular protrusion around the inlet and outlet openings in the electrodes.