RU2152351C1

RU2152351C1 - Ozone generator

Info

Publication number: RU2152351C1
Application number: RU98119196A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Басиев
Original assignee: Басиев Александр Гаврилович
Priority date: 1998-10-20
Filing date: 1998-10-20
Publication date: 2000-07-10

Abstract

FIELD: generation of ozone by means of electrical discharge. SUBSTANCE: proposed ozone generator includes system of cooled electrodes located in housing; each electrode consists of dielectric tube with conducting rod placed inside it and connected to high-voltage AC source; tubes are separated at equidistant gaps; discharge gaps between electrodes are connected with oxygen-containing gas source. Used as dielectric tubes are capillary tubes with metal rod inside them; gap between this rod and walls of tubes is blown with oxygen-containing gas; this gas is used as discharge zone; metal rod is connected to one pole of voltage source; external cooled surface of tubes coated with conducting layer is electrically connected with second pole of voltage source. External surface of dielectric tubes coated with conducting compound ensures effective dissipation of heat from discharge zone using gas as cooling blown through slots between tubes. EFFECT: enhanced operational safety; reduced volume of ozonizer; reduced cost of manufacture; increased productivity. 3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам получения озона с помощью электрического разряда. The invention relates to devices for producing ozone using an electric discharge.

Известна распространенная конструкция генератора озона (1) с емкостной разрядной камерой, расположенной в промежутке между стенкой охлаждаемой диэлектрической трубки и окружающей ее поверхностью металлического цилиндра. Покрытая проводником внутренняя поверхность диэлектрической трубки и металлический цилиндр подключены к высоковольтному генератору переменного напряжения (см. фиг. 1, 2). Внутрь трубки подается хладагент. Металлический цилиндр также выполнен охлаждаемым. В зону разряда подают кислородсодержащий газ, из которого в поле емкостного разряда получают озон. Known for the common design of the ozone generator (1) with a capacitive discharge chamber located in the gap between the wall of the cooled dielectric tube and the surrounding surface of the metal cylinder. Covered by the conductor, the inner surface of the dielectric tube and the metal cylinder are connected to a high-voltage alternating voltage generator (see Fig. 1, 2). Refrigerant is supplied inside the tube. The metal cylinder is also made cooled. An oxygen-containing gas is supplied to the discharge zone, from which ozone is produced in the capacitive discharge field.

Недостатком этой конструкции является повышенная опасность ее работы, связанная с необходимостью применения контура охлаждения элементов конструкции, находящихся под высоким потенциалом, а также низкая скорость потока охлаждающей жидкости, приводящая к образованию застойных зон, и снижению эффективности охлаждения электродов, что, в свою очередь, приводит к перегреву газа и снижению производительности озонатора. The disadvantage of this design is the increased danger of its operation associated with the need to use a cooling circuit of structural elements that are at high potential, as well as a low flow rate of coolant, which leads to the formation of stagnant zones, and a decrease in the cooling efficiency of the electrodes, which, in turn, leads to to gas overheating and a decrease in ozonizer productivity.

Известен генератор озона (2), содержащий в полости корпуса пакет охлаждаемых емкостных электродов, стержни которых подключены к источнику высоковольтного переменного напряжения, а разрядные промежутки между электродами соединены с источником кислородсодержащего газа. В этой конструкции электроды расположены на большом расстоянии друг от друга (не менее пяти величин ширины электрода) с целью исключения взаимокоронирования. A known ozone generator (2), containing in the body cavity a package of cooled capacitive electrodes, the rods of which are connected to a source of high-voltage alternating voltage, and the discharge gaps between the electrodes are connected to a source of oxygen-containing gas. In this design, the electrodes are located at a large distance from each other (at least five values of the width of the electrode) in order to avoid mutual corona.

Работа такой конструкции возможна только при повышенном напряжении, что приводит к увеличению опасности эксплуатации генератора и снижению его надежности. Большая величина межэлектродного промежутка, малая площадь охлаждаемой поверхности электродов и отсутствие возможности принудительного охлаждения объема разрядной зоны приводят к высокой температуре газа в зоне разряда, и, следовательно, невозможно осуществить высокие удельные энерговклады и, соответственно, достигнуть высокой производительности генератора. The operation of this design is possible only at high voltage, which leads to an increase in the danger of operation of the generator and a decrease in its reliability. A large interelectrode gap, a small area of the cooled surface of the electrodes and the inability to force the volume of the discharge zone to be forced lead to a high gas temperature in the discharge zone, and, therefore, it is impossible to make high specific energy inputs and, accordingly, achieve high generator performance.

Техническим результатом предложенного изобретения является увеличение производительности генератора озона, повышение безопасности его эксплуатации и надежности. The technical result of the proposed invention is to increase the productivity of the ozone generator, increasing the safety of its operation and reliability.

Этот результат достигается усовершенствованием известного генератора озона, содержащего размещенную в корпусе систему охлаждаемых емкостных электродов, включающих стержни, подключение к источнику высоковольтного переменного напряжения, при этом разрядные промежутки между электродами соединены с источником кислородсодержащего газа. This result is achieved by improving the well-known ozone generator containing a system of cooled capacitive electrodes placed in the housing, including rods, connecting to a source of high-voltage alternating voltage, while the discharge gaps between the electrodes are connected to a source of oxygen-containing gas.

Усовершенствование заключается в том, что каждый электрод состоит из диэлектрической трубки, внутри которой расположен металлический стержень, в качестве диэлектрической трубки применена капиллярная трубка, металлический стержень размещен в полости трубки с зазором, служащим зоной емкостного разряда, внешняя поверхность трубки окружена проводником, причем стержень подключен к одному полюсу, а проводник - к другому полюсу источника переменного напряжения, при этом трубки эквидистантно отделены друг от друга зазорами, в которых находится хладагент. The improvement consists in the fact that each electrode consists of a dielectric tube inside which a metal rod is located, a capillary tube is used as a dielectric tube, a metal rod is placed in the cavity of the tube with a gap serving as a capacitive discharge zone, the outer surface of the tube is surrounded by a conductor, and the rod is connected to one pole, and the conductor to the other pole of the AC voltage source, while the tubes are equidistantly separated from each other by gaps in which you find Xia refrigerant.

Проводник на внешней поверхности диэлектрика может быть выполнен в виде электропроводного покрытия, а в качестве хладагента использован газ. The conductor on the outer surface of the dielectric can be made in the form of an electrically conductive coating, and gas is used as a refrigerant.

В другом варианте в качестве проводника на внешней поверхности диэлектрической трубки и хладагента применена электропроводящая жидкость. In another embodiment, an electrically conductive liquid is used as a conductor on the outer surface of the dielectric tube and the refrigerant.

На фиг. 1 и 2 представлена конструкция известного генератора озона из источника 1. In FIG. 1 and 2 show the construction of a known ozone generator from source 1.

Существо изобретения поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг. 3 и 4 показан продольный и поперечный разрез разрядной камеры с воздушным охлаждением, а на фиг. 5 и 6 - продольный и поперечный разрез разрядной камеры с водяным охлаждением. The invention is illustrated by the accompanying drawings, where in FIG. 3 and 4 show a longitudinal and cross section of an air-cooled discharge chamber, and in FIG. 5 and 6 are a longitudinal and transverse section of a water-cooled discharge chamber.

Генератор озона содержит разрядную камеру, расположенную в корпусе 1, соединенную с высоковольтным источником 2 переменного напряжения. Разрядная камера выполнена в виде пакета расположенных на одном расстоянии 3 друг относительно друга диэлектрических капиллярных трубок 4, в полости которых с зазором 5, служащим разрядным промежутком, размещен металлический стержень 6. Все стержни подключены к одному полюсу источника напряжения. Если внешняя поверхность капиллярных трубок не покрыта проводящим слоем, то она охлаждается электропроводящей жидкостью, а покрытая проводящим слоем 7 охлаждается продуваемым через зазоры газом. The ozone generator contains a discharge chamber located in the housing 1, connected to a high voltage source 2 of alternating voltage. The discharge chamber is made in the form of a packet of dielectric capillary tubes 4 located at the same distance 3 from each other, in the cavity of which a metal rod 6 is placed with a gap 5 serving as a discharge gap. All the rods are connected to one pole of the voltage source. If the outer surface of the capillary tubes is not covered with a conductive layer, then it is cooled by an electrically conductive liquid, and coated with a conductive layer 7 is cooled by a gas blown through the gaps.

В разрядном промежутке (зазоре 5) диэлектрического разрядника продувают кислородсодержащий газ. Полость разрядной камеры, через которую прокачивается хладагент, и полость возбуждения рабочего газа герметично разделены друг от друга. Герметизация осуществляется в промежутке между торцами трубок. An oxygen-containing gas is purged in the discharge gap (gap 5) of the dielectric arrester. The cavity of the discharge chamber through which the refrigerant is pumped and the excitation cavity of the working gas are hermetically separated from each other. Sealing is carried out between the ends of the tubes.

Расстояние между трубками определяется либо увеличением их диаметра на торцах, либо прокладками 8. Проводящие покрытия 7 на внешних поверхностях трубок 4 и расположенные в них металлические стержни 6 подключены к разным полюсам источника питания. Напряжение на внешних стенках капиллярных трубок обеспечивается контактом электропроводящей жидкости с металлической сеткой 9, подключенной к высоковольтному генератору переменного напряжения 2. В реализованной конструкции с воздушным и водяным охлаждением расстояние между трубками не более, 0,2 мм. The distance between the tubes is determined either by increasing their diameter at the ends, or by gaskets 8. Conductive coatings 7 on the outer surfaces of the tubes 4 and the metal rods 6 located in them are connected to different poles of the power source. The voltage on the outer walls of the capillary tubes is provided by the contact of the electrically conductive liquid with a metal grid 9 connected to a high-voltage alternating voltage generator 2. In the implemented design with air and water cooling, the distance between the tubes is not more than 0.2 mm.

Работает генератор озона следующим образом. The ozone generator operates as follows.

Поток кислорода или воздуха продувается через зазор 5 между металлическим стержнем 6 и внутренней стенкой диэлектрической капиллярной трубки 4. Выделяющееся из зоны разряда 5 тепло через стенки трубки 4 отводится с внешней ее поверхности потоком жидкости или газа через щели между трубками 3. Высокая скорость потока хладагента и отсутствие в разрядной камере застойных зон позволяет повысить эффективность охлаждения - исключить возможность перегрева рабочего газа и повысить удельный энерговклад. The flow of oxygen or air is blown through the gap 5 between the metal rod 6 and the inner wall of the dielectric capillary tube 4. The heat released from the discharge zone 5 through the walls of the tube 4 is removed from its outer surface by a stream of liquid or gas through the slots between the tubes 3. The high flow rate of the refrigerant and the absence of stagnant zones in the discharge chamber makes it possible to increase the cooling efficiency — to exclude the possibility of overheating of the working gas and increase the specific energy input.

Способ отводить тепло от внешних стенок пучка капиллярных трубок является более эффективным из-за большей поверхности охлаждения и позволяет делать конструкции озонаторов с низким сопротивлением охлаждающему газовому потоку. Охлаждение газом снижает требование высокой герметичности торцевого уплотнения между трубками и повышает надежность озонатора, в частности надежность работы системы охлаждения путем применения малонапорных осевых вентиляторов. The method of removing heat from the outer walls of the capillary tube bundle is more efficient due to the larger cooling surface and allows the construction of ozonizers with low resistance to the cooling gas flow. Gas cooling reduces the requirement for high tightness of the mechanical seal between the tubes and increases the reliability of the ozonizer, in particular, the reliability of the cooling system through the use of low-pressure axial fans.

Возможность заменить водой горючую охлаждающую жидкость позволяет исключить пожароопасность озонатора особенно при использовании кислорода в качестве рабочей среды. The ability to replace flammable coolant with water eliminates the fire hazard of the ozonizer, especially when using oxygen as a working medium.

Применение воды в качестве хладагента не приводит к заражению озонируемой воды в случае аварийного разрушения озонатора. The use of water as a refrigerant does not lead to infection of ozonated water in the event of an accidental destruction of the ozonizer.

Прямое охлаждение водой поверхности только электродов с одной полярностью позволяет делать это при нулевом потенциале и, следовательно, повышает безопасность эксплуатации озонатора. Direct water cooling of the surface of only electrodes with the same polarity allows this to be done at zero potential and, therefore, increases the safety of operation of the ozonizer.

Полная экранировка разрядной зоны озонатора делает его конструкцию помехозащищенной при использовании высокочастотного источника питания. Full screening of the discharge zone of the ozonizer makes its design noise-immune when using a high-frequency power source.

Применение предложенной конструкции озонатора с пучком элементарных капиллярных разрядников позволяет при сохранении его производительности в десятки раз уменьшить объем конструкции и в несколько раз снизить затраты на его производство. The use of the proposed design of an ozonizer with a beam of elementary capillary arresters allows, while maintaining its performance, to reduce the volume of the structure by a factor of tens and reduce the cost of its production by several times.

Источники информации:
1. Ю.В.Филиппов, В.А.Вобликова, В.И.Пантелеев. Электросинтез озона, издательство Московского университета, 1987 г., УДК 541.13, стр. 51.Sources of information:
1. Yu.V. Filippov, V. A. Voblikova, V. I. Panteleev. Ozone Electrosynthesis, Moscow University Press, 1987, UDC 541.13, p. 51.

2. RU 2064890, кл. C 01 B 13/11, 1996. 2. RU 2064890, class C 01 B 13/11, 1996.

Claims

1. An ozone generator containing a system of cooled capacitive electrodes located in the housing cavity, including rods connected to a high-voltage alternating voltage source, while the discharge gaps between the electrodes are connected to an oxygen-containing gas source, characterized in that each electrode consists of a dielectric tube, inside of which a metal rod is located, while a capillary tube is used as a dielectric tube, and the metal rod is placed in the cavity of the tube with Oromo serving area of capacitive discharge, the outer surface of the tube is surrounded by a conductor, wherein a rod is connected to one pole and the conductor - to the other pole of the alternating voltage source, wherein the tube equidistantly separated from one another by gaps in which refrigerant is located.

2. The ozone generator according to claim 1, characterized in that the conductor on the outer surface of the dielectric tube is made in the form of an electrically conductive coating, and gas is used as a refrigerant.

3. The ozone generator according to claim 1, characterized in that an electrically conductive liquid is used as a conductor on the outer surface of the dielectric tube and the refrigerant.