RU2153465C2

RU2153465C2 - Ozone generator

Info

Publication number: RU2153465C2
Application number: RU98113769A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Басиев; С.Б. Акпанбетов
Original assignee: Басиев Александр Гаврилович; Акпанбетов Сергей Булегенович
Priority date: 1998-07-13
Filing date: 1998-07-13
Publication date: 2000-07-27

Abstract

FIELD: ozone generators. SUBSTANCE: ozone generator has housing accommodating system of tubular dielectric electrodes connected with high- voltage, high-frequency voltage source. Each tubular dielectric electrode consists of dielectric tube accommodating a conductor. Provided between neighboring dielectric tube is discharge gap blown through with oxygen or oxygen-containing medium. In this case, discharge gap value between tubular dielectric electrodes and their diameter provides for the fact that break-down voltage of this gap is at least five times as low as voltage needed for charging the entire surface of dielectric electrode. There is a clearance between conductor and dielectric tube. The clearance is connected with source of liquid dielectric coolant used as glycerin. Dielectric tube may be made of glass, quartz or ceramic material. EFFECT: higher productivity, reduced dimensions, weight and cost price. 11 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к средствам получения озона с помощью электрического разряда. The invention relates to means for producing ozone by electrical discharge.

Известная конструкция генератора озона (1), в которой используется электрод, выполненный в виде металлического стержня с рифленой поверхностью, вставленный в диэлектрическую трубку с нанесенным на ее внешней поверхности проводящим покрытием (фиг. 1). The known design of the ozone generator (1), which uses an electrode made in the form of a metal rod with a corrugated surface, inserted into a dielectric tube with a conductive coating deposited on its outer surface (Fig. 1).

Недостатками этой конструкции являются:
высокая плотность тока и, следовательно, нагрев газа в зонах металлического электрода, наиболее близких к диэлектрику, который приводит к деструкции озона и снижению его производства;
недостаточная продувка углубленных зон рифленого электрода, наиболее удаленных от поверхности диэлектрической трубки, также приводит к перегреву газа и снижению производства озона.The disadvantages of this design are:
high current density and, therefore, gas heating in the areas of the metal electrode closest to the dielectric, which leads to the destruction of ozone and a decrease in its production;
insufficient purging of the deepened areas of the corrugated electrode farthest from the surface of the dielectric tube also leads to overheating of the gas and a decrease in ozone production.

Известен генератор озона (2), выбранный в качестве прототипа, который содержит помещенный в корпусе пакет чередующихся, повернутых друг относительно друга на 180 град. и заключенных в диэлектрическую прокладку электродов с высоким и нулевым электрическим потенциалом (см. фиг. 2). A known ozone generator (2), selected as a prototype, which contains placed in the case a package of alternating, rotated relative to each other by 180 degrees. and electrodes with high and zero electric potential enclosed in a dielectric pad (see FIG. 2).

Однако в этой конструкции предложено расположить керамические трубки с большим расстоянием друг от друга. При работе такой конструкции эффект постоянного роста величины заряженной емкости с ростом напряжения практически не реализуется - наблюдается короткий импульс тока (заряд емкости диэлектрика по всей окружности происходит при напряжении, немного превышающем напряжение пробоя). В этой конструкции не предусмотрено принудительное охлаждение объема разрядной зоны, что исключает осуществление высоких удельных энерговкладов. However, in this design, it is proposed to arrange ceramic tubes with a large distance from each other. With this design, the effect of a constant increase in the value of the charged capacitance with increasing voltage is practically not realized - a short current pulse is observed (the charge of the dielectric capacitance throughout the entire circumference occurs at a voltage slightly exceeding the breakdown voltage). This design does not provide for forced cooling of the volume of the discharge zone, which excludes the implementation of high specific energy inputs.

Большое расстояние между электродами и малая величина приведенной на объем разрядной камеры площади охлаждаемой поверхности приводит к снижению производительности озонатора. The large distance between the electrodes and the small size of the area of the cooled surface reduced to the volume of the discharge chamber leads to a decrease in the ozonizer productivity.

Техническим результатом предложенного изобретения является повышение производительности генератора при снижении его размеров и веса, а также возможность автоматизировать технологию его изготовления. The technical result of the proposed invention is to increase the productivity of the generator while reducing its size and weight, as well as the ability to automate its manufacturing technology.

Этот результат достигается усовершенствованием известного генератора озона, содержащего размещенную в корпусе систему подключенных к источнику высоковольтного высокочастотного напряжения трубчатых диэлектрических электродов, каждый из которых состоит из диэлектрической трубки, внутри которой размещен проводник, при этом между соседними диэлектрическими трубками имеется разрядный промежуток, соединенный с устройством подачи кислородсодержащего газа. This result is achieved by improving the well-known ozone generator, which contains a system of tubular dielectric electrodes connected to a source of high-voltage high-frequency voltage, each of which consists of a dielectric tube inside which a conductor is placed, while there is a discharge gap between adjacent dielectric tubes connected to the feed device oxygen containing gas.

Усовершенствование заключается в том, что величина разрядного промежутка между трубчатыми диэлектрическими электродами и их диаметр выбраны такими, чтобы напряжение пробоя этого промежутка было как минимум в пять раз ниже напряжения, необходимого для заряда всей поверхности диэлектрического электрода. The improvement lies in the fact that the magnitude of the discharge gap between the tubular dielectric electrodes and their diameter are selected so that the breakdown voltage of this gap is at least five times lower than the voltage required to charge the entire surface of the dielectric electrode.

Внутренняя полость диэлектрической трубки соединена с источником хладагента. В качестве хладагента может быть глицерин, если проводящим элементом электрода является металлический стержень, размещенный в трубке, и фреон, масло или газ, если проводящим элементом электрода является проводящее покрытие, нанесенное на внутреннюю поверхность трубки. Диэлектрическая трубка может быть выполнена из стекла, керамики или кварца. The internal cavity of the dielectric tube is connected to a source of refrigerant. The refrigerant may be glycerin if the conductive element of the electrode is a metal rod placed in the tube, and freon, oil or gas, if the conductive element of the electrode is a conductive coating deposited on the inner surface of the tube. The dielectric tube may be made of glass, ceramic or quartz.

Существо изобретения поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез разрядной камеры генератора, на фиг. 2 - поперечный разрез, а на фиг. 3 - иллюстрация принципа возбуждения газа между электродами. The invention is illustrated by the accompanying drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section through the discharge chamber of a generator; FIG. 2 is a transverse section, and in FIG. 3 is an illustration of the principle of gas excitation between the electrodes.

Генератор озона содержит помещенный в корпус 1 пакет расположенных в шахматном порядке трубчатых диэлектрических электродов, каждый из которых содержит диэлектрическую трубку 2, в которую вставлен металлический стержень 3. Электроды подключены так, чтобы как минимум две соседние трубки были под разным потенциалом. Металлические стержни выполнены из провода диаметром меньше внутреннего диаметра диэлектрической трубки, чтобы не препятствовать потоку охлаждающей жидкости. В качестве проводящего элемента электрода может быть применено электропроводное покрытие на внутренней поверхности диэлектрической трубки. Между соседними диэлектрическими трубками имеется разрядный промежуток 4, соединенный с источником прокачиваемой кислородсодержащей среды, например воздуха или кислорода. Разрядные промежутки 4 (т.е. полость разрядной камеры) отделены от полости 5, в которой осуществляется прокачка хладагента 6, прокладками 7. Подключение электродов к источнику напряжения 8 с одним потенциалом осуществлено с одной стороны корпуса, а с другим потенциалом - с противоположной ей стороны. Диэлектрическая трубка может быть выполнена из стекла, кварца, керамики. The ozone generator contains a staggered stack of tubular dielectric electrodes, each of which contains a dielectric tube 2, into which a metal rod 3 is inserted. The electrodes are connected so that at least two adjacent tubes have different potentials. Metal rods are made of wire with a diameter smaller than the inner diameter of the dielectric tube so as not to impede the flow of coolant. As the conductive element of the electrode, an electrically conductive coating on the inner surface of the dielectric tube may be used. Between adjacent dielectric tubes there is a discharge gap 4 connected to a source of pumped oxygen-containing medium, such as air or oxygen. The discharge gaps 4 (i.e., the cavity of the discharge chamber) are separated from the cavity 5, in which the refrigerant 6 is pumped, by gaskets 7. The electrodes are connected to the voltage source 8 with one potential on one side of the housing, and with the other potential on the opposite side side. The dielectric tube can be made of glass, quartz, ceramics.

Охлаждение объема, заполненного трубками со вставленными в них токопроводящими стержнями - тонкими проводниками -, технологично осуществить во внутренней полости трубки 2 путем прокачки диэлектрической жидкости 6 с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости (например, глицерин) - для получения максимальной емкости диэлектрика. The cooling of the volume filled with tubes with conductive rods inserted into them - thin conductors - can be technologically accomplished in the inner cavity of the tube 2 by pumping a dielectric fluid 6 with a high coefficient of dielectric constant (e.g. glycerin) to obtain the maximum dielectric capacity.

Охлаждать разрядную камеру можно фреоном холодильной установки, и после соответствующей конструктивной доработки, позволяющей независимо охлаждать разнополярные трубчатые диэлектрические электроды - солевым рассолом. В этом случае производительность генератора и концентрация озона значительно увеличатся. В случае, когда в качестве проводника электрода используется электропроводное покрытие, охлаждение целесообразно производить газом, фреоном или трансформаторным маслом. It is possible to cool the discharge chamber with freon of the refrigeration unit, and after appropriate structural refinement, which allows independent cooling of bipolar tubular dielectric electrodes with salt brine. In this case, the productivity of the generator and the concentration of ozone will increase significantly. In the case when an electrically conductive coating is used as an electrode conductor, it is advisable to produce cooling with gas, freon or transformer oil.

Расстояние между трубками, их диаметр и расположение трубок выбираются расчетным путем из условия, что напряжение, необходимое для заряда всей по окружности поверхности диэлектрической трубки, технически ограниченное напряжением пробоя ее стенок, больше чем в пять раз напряжения пробоя U_пор этого расстояния 4.The distance between the tubes, their diameter and the location of the tubes are selected by calculation from the condition that the voltage required to charge the entire circumference of the surface of the dielectric tube, technically limited by the breakdown voltage of its walls, is more than five times the breakdown voltage U _then this distance 4.

Проходное сечение между соседними диэлектрическими трубками может меняться в зависимости от длины и расстояния между ними. В реализованной конструкции расстояние между трубками не более 0.5 мм для эффективного диффузионного отвода выделяемой в объеме энергии. Такое условие требует применения трубок диаметром не более 4 мм при давлении рабочего газа 1 атм. The cross section between adjacent dielectric tubes may vary depending on the length and distance between them. In the implemented design, the distance between the tubes is not more than 0.5 mm for effective diffusion removal of the energy released in the volume. This condition requires the use of tubes with a diameter of not more than 4 mm at a working gas pressure of 1 atm.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

Генерацию барьерных поверхностных разрядов между разнополярными, расположенными рядом диэлектрическими электродами, проводят путем подачи переменного высоковольтного напряжения. The generation of barrier surface discharges between bipolar, adjacent dielectric electrodes is carried out by applying an alternating high-voltage voltage.

Поток кислорода или воздуха продувают через разрядную зону, где при росте и снижении напряжения источника питания 8 выше или ниже пробойного в сильно неоднородном поле в зазоре между электродами, а затем и по всей поверхности диэлектрической трубки 2 возникает условие для ее заряда по поверхности - между дальней заряженной и ближней разряженной зонами (см. фиг. 3). В результате того, что между трубками 2 есть эффективно продуваемый зазор, величина которого соответствует выше указанным условиям, за счет емкостного разряда, вся площадь диэлектрической трубки и будет заряжаться или разряжаться в процессе изменения напряжения. A stream of oxygen or air is blown through the discharge zone, where with increasing and decreasing voltage of the power source 8 above or below the breakdown in a highly inhomogeneous field in the gap between the electrodes, and then over the entire surface of the dielectric tube 2, a condition arises for its charge over the surface - between the far charged and near discharged zones (see Fig. 3). As a result of the fact that there is an effectively blown gap between the tubes 2, the value of which corresponds to the above conditions, due to capacitive discharge, the entire area of the dielectric tube will be charged or discharged in the process of voltage change.

V/A характеристика такого разряда значительно ниже, чем в прототипе, и, начиная с некоторого значения U_пор, подобна характеристике заряда емкости.V / A characteristic of such a discharge is significantly lower than in the prototype, and, starting from a certain value of U _then , similar to the characteristic of the charge capacity.

Низкая величина тока заряда и разряда позволяет отказаться от дросселей в схеме частотного генератора, уменьшить размеры трансформатора, активные потери в проводах и, следовательно, повысить производительность и снизить стоимость производства озона. Унифицированность элементов конструкции позволяет автоматизировать сборку предлагаемого генератора. The low value of the charge and discharge current allows you to abandon the chokes in the frequency generator circuit, reduce the size of the transformer, active losses in the wires and, therefore, increase productivity and reduce the cost of ozone production. The uniformity of structural elements allows you to automate the assembly of the proposed generator.

Использованные источники информации:
1. Обзорная информация. Химическое и нефтеперерабатывающее машиностроение, серия ХМ-1, Современные конструкции озонаторов. Изд-во ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1984 г., стр. 30.Sources of information used:
1. Overview. Chemical and oil refining engineering, XM-1 series, Modern designs of ozonizers. Publishing house TSINTIHIMNEFTEMASH, 1984, p. 30.

2. Патент РФ N 2064890, МКИ: C 01 В 13/11. 2. RF patent N 2064890, MKI: C 01 B 13/11.

Claims

1. An ozone generator comprising a system of tubular dielectric electrodes connected to a source of high-voltage high-frequency voltage, each of which consists of a dielectric tube inside which a conductor is placed, while there is a discharge gap between adjacent tubes connected to an oxygen-containing gas supply device, characterized in the fact that the magnitude of the discharge gap between the tubular dielectric electrodes and their diameter are selected such that the breakdown voltage is The gap was at least five times lower than the voltage required to charge the entire surface of the dielectric electrode.

2. The ozone generator according to claim 1, characterized in that the conductor is a conductive coating layer deposited on the inner surface of the dielectric tube.

3. The ozone generator according to claim 1, characterized in that the conductor used is a conductive rod placed coaxially with the dielectric tube.

4. Ozone generator according to claims 1 to 3, characterized in that the cavity of the dielectric tube is connected to a source of refrigerant.

5. Ozone generator according to claims 1, 2, 4, characterized in that gas is used as a refrigerant.

6. Ozone generator according to claims 1, 2, 4, characterized in that transformer oil is used as a refrigerant.

7. Ozone generator according to claims 1 to 4, characterized in that glycerin is used as a refrigerant.

8. The ozone generator according to claims 1 to 4, characterized in that freon is used as a refrigerant.

9. The ozone generator according to claims 1 to 8, characterized in that the dielectric tube is made of glass.

10. Ozone generator according to claims 1 to 8, characterized in that the dielectric tube is made of quartz.

11. Ozone generator according to claims 1 to 8, characterized in that the dielectric tube is made of ceramic.