RU2199487C1

RU2199487C1 - Electrode system of ozone generator

Info

Publication number: RU2199487C1
Application number: RU2002107235A
Authority: RU
Inventors: В.В. Данилин; М.П. Кокуркин; М.М. Пашин; М.А. Семин; А.И. Смородин
Original assignee: Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина"
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2003-02-27

Abstract

FIELD: ozonazing equipment, possibly manufacture of ozonators. SUBSTANCE: electrode system includes at least two electrodes. Each electrode has two corrugated membranes rigidly connected one with another and restricting inner annular cavity having unions for inlet and outlet of cooling water. High voltage and ground electrodes have the configuration inside active zone. Respective protrusions and recesses of upper and lower membranes of each electrode are spaced one from another by the same distance. Spacing insert is arranged in inner annular cavity between membranes inside active zone. Height of said insert is equal to distance between membranes which consists 10 - 30 values of discharge gap. EFFECT: enhanced operational reliability, lowered material consumption, improved heat removal out of discharge gap. 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к озонаторному оборудованию и может быть использовано в качестве устройства при производстве озонаторов для обеззараживания питьевой воды, очистных сточных вод предприятий, городов, животноводческих ферм, а также в целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей и др. отраслях промышленности. The present invention relates to ozonation equipment and can be used as a device in the production of ozonizers for the disinfection of drinking water, wastewater from enterprises, cities, livestock farms, as well as in pulp and paper, oil refining and other industries.

Известно, что конструкция электродов генераторов озона должна обеспечивать интенсивный отвод тепла от разрядного промежутка, в котором генерируется озон; возможность создания малого (менее 1 мм) равномерного по толщине промежутка между электродами; размещение диэлектрического барьера с двух сторон разрядного промежутка. В большинстве случаев заземленный электрод выполняется из металлической трубы, охлаждаемой с внешней стороны водой, а внутренний (высоковольтный) электрод - из стеклянной трубы с проводящим слоем на внутренней поверхности [1]. It is known that the design of the electrodes of ozone generators should provide intensive heat removal from the discharge gap in which ozone is generated; the possibility of creating a small (less than 1 mm) uniform gap in thickness between the electrodes; placement of a dielectric barrier on both sides of the discharge gap. In most cases, the grounded electrode is made of a metal pipe, cooled from the outside by water, and the internal (high voltage) electrode is made of a glass pipe with a conductive layer on the inner surface [1].

Недостатками таких электродов являются:
1. Охлаждение только заземленных металлических электродов.The disadvantages of such electrodes are:
1. Cooling only grounded metal electrodes.

2. Сложность создания малого равномерного по толщине разрядного промежутка при большой активной площади электродов. 2. The difficulty of creating a small uniform in thickness discharge gap with a large active area of the electrodes.

3. Наличие диэлектрического барьера только на одном электроде. 3. The presence of a dielectric barrier on only one electrode.

4. Конструктивное отличие высоковольтного и заземленного электродов. 4. The structural difference between the high voltage and grounded electrodes.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является электрод, примененный в озонаторе по патенту [2], выполненный из жестко соединенных между собой гофрированных мембран, образующих кольцевую полость. Он позволяет устранить недостатки по п.п.1...3 и осуществить эффективную генерацию озона в разрядном промежутке. В то же время этот электрод имеет два недостатка:
1. Высоковольтный и заземленный электроды имеют разную геометрию.Closest to the proposed technical solution is the electrode used in the ozonizer according to the patent [2], made of rigidly interconnected corrugated membranes forming an annular cavity. It allows you to eliminate the shortcomings of claims 1 to 3 and to carry out efficient generation of ozone in the discharge gap. At the same time, this electrode has two drawbacks:
1. High voltage and grounded electrodes have different geometry.

2. При повышении давления газа выше давления охлаждающей воды электрод деформируется (cхлопывается) и диэлектрический барьер (стеклоэмаль, керамика и др.) разрушается. Повышение же давления газа или снижение давления воды в условиях эксплуатации возможно даже при высоком уровне автоматизации озонаторной установки. Т. е. электрод по патенту [2] имеет малую надежность при работе. 2. When the gas pressure rises above the pressure of the cooling water, the electrode is deformed (collapses) and the dielectric barrier (glass enamel, ceramics, etc.) is destroyed. An increase in gas pressure or a decrease in water pressure under operating conditions is possible even with a high level of automation of the ozonator installation. That is, the electrode according to the patent [2] has low reliability during operation.

Увеличение толщины гофрированных мембран приведет к ухудшению отвода тепла от разрядного промежутка, к увеличению материалоемкости и исключает возможность изготовления мембран штамповкой. An increase in the thickness of corrugated membranes will lead to a deterioration in heat removal from the discharge gap, to an increase in material consumption, and excludes the possibility of stamping the membranes.

Задачей изобретения является унификация высоковольтных и заземленных электродов, повышение надежности работы электродов, снижение материалоемкости и улучшение условий отвода тепла от разрядного промежутка. Это достигается тем, что система электродов генератора озона содержит по меньшей мере два электрода, каждый из которых выполнен из двух гофрированных мембран, жестко соединенных между собой и образующих внутреннюю кольцевую полость, имеющую штуцеры входа и выхода охлаждающей воды. Новым является то, что высоковольтный и заземленный электроды имеют одинаковую конфигурацию в пределах активной зоны. Соответствующие вершины и впадины верхних и нижних мембран каждого электрода находятся на одинаковом расстоянии друг от друга, а во внутренней кольцевой полости между мембранами в пределах активной зоны размещена дистанцирующая вставка, имеющая высоту h, равную расстоянию между мембранами, которое, в свою очередь, равно от 10 до 30 значений разрядного расстояния l_g.The objective of the invention is the unification of high-voltage and grounded electrodes, increasing the reliability of the electrodes, reducing material consumption and improving the conditions for heat removal from the discharge gap. This is achieved by the fact that the electrode system of the ozone generator contains at least two electrodes, each of which is made of two corrugated membranes, rigidly interconnected and forming an internal annular cavity having cooling water inlet and outlet fittings. What is new is that the high voltage and grounded electrodes have the same configuration within the core. The corresponding vertices and depressions of the upper and lower membranes of each electrode are located at the same distance from each other, and in the inner annular cavity between the membranes within the active zone there is a spacer insert having a height h equal to the distance between the membranes, which, in turn, is equal to 10 to 30 values of the discharge distance l _g .

На фиг. 1 изображена система электродов генератора озона, каждый из которых состоит из двух гофрированных мембран - верхней мембраны 1 и нижней мембраны 2, штуцеров 3 входа и выхода воды, дистанцирующей вставки 4, диэлектрического покрытия 5. Электроды образуют между собой разрядный промежуток 6. In FIG. 1 shows a system of electrodes of an ozone generator, each of which consists of two corrugated membranes - an upper membrane 1 and a lower membrane 2, water inlet and outlet fittings 3, a spacer insert 4, a dielectric coating 5. The electrodes form a discharge gap 6 between themselves.

На фиг.2, 3, 4 изображены варианты конфигурации дистанцирующей вставки, размещенной внутри электрода генератора озона. Figure 2, 3, 4 shows the configuration options of the spacer insert located inside the ozone generator electrode.

На один из электродов подается высокое переменное напряжение, второй электрод заземляется. В разрядном промежутке 6 между электродами возникает электрический разряд. Диэлектрическое покрытие 5 на мембранах 1 и 2 обеспечивает равномерное горение разряда в разрядном промежутке и стабилизирует разрядный ток. При пропускании через разрядный промежуток, в котором горит разряд газа, содержащего кислород, происходит образование озона. A high alternating voltage is applied to one of the electrodes; the second electrode is grounded. In the discharge gap 6 between the electrodes an electric discharge occurs. The dielectric coating 5 on the membranes 1 and 2 provides uniform combustion of the discharge in the discharge gap and stabilizes the discharge current. When passing through the discharge gap, in which the discharge of a gas containing oxygen is burning, ozone is formed.

При горении разряда выделяется большое количество тепла, снижающего выход озона. Для интенсификации теплоотвода через кольцевую полость каждого электрода прокачивается охлаждающая вода. Если давление рабочего газа превысит давление охлаждающей воды, то возникнет сила, сжимающая электроды. Сжатию электродов препятствует дистанцирующая вставка 4. Высота h дистанцирующей вставки выбирается равной от 10 до 30 значений длин l_g разрядного промежутка 6. Экспериментально установлено, что при меньших значениях происходит перекрытие изоляции между соседними электродами. Увеличение h более 30 значений l_g нецелесообразно из-за роста материалоемкости. Дистанцирующая вставка должна выполняться из тонкого металла и иметь ячеистую структуру. Форма ячейки может быть различной (см., например, фиг.2, 3, 4), а характерный размер ее d должен быть близок к шагу волны мембраны а. Дистанцирующая вставка исключает возможность схпопывания мембран, допускает возможность изготовления мембран из тонкой стали (менее 1 мм) и улучшает гидродинамику потока охлаждающей воды за счет его турбулизации.When burning a discharge, a large amount of heat is released, which reduces the output of ozone. To intensify the heat sink, cooling water is pumped through the annular cavity of each electrode. If the pressure of the working gas exceeds the pressure of the cooling water, then a force will appear that compresses the electrodes. Compression of the electrodes is prevented by the distance insert 4. The height h of the distance insert is selected from 10 to 30 lengths l _{g of the} discharge gap 6. It has been experimentally established that, at lower values, the insulation overlaps between adjacent electrodes. An increase in h over 30 l _g values is impractical due to the increase in material consumption. The spacer insert must be made of thin metal and have a cellular structure. The shape of the cell can be different (see, for example, FIGS. 2, 3, 4), and its characteristic size d should be close to the step of the membrane wave a. The spacer insert eliminates the possibility of scraping membranes, allows the manufacture of membranes from thin steel (less than 1 mm) and improves the hydrodynamics of the flow of cooling water due to its turbulization.

Каждый электрод является универсальным и может применяться как в качестве высоковольтного, так и в качестве заземленного. Each electrode is universal and can be used both as a high voltage and as a grounded one.

Источники информации
1. Филиппов Ю.В., Вобликова В.А., Пантелеев В.И. Электросинтез озона, М. , Изд. Моск. университета, 1987, 237 с.Sources of information
1. Filippov Yu.V., Voblikova V.A., Panteleev V.I. Electrosynthesis of ozone, M., Ed. Mosk. University, 1987, 237 pp.

2. Патент РФ 2046753, МКИ С 01 В 13/11, опубл. 27.10.95 г. (прототип). 2. RF patent 2046753, MKI C 01 B 13/11, publ. 10.27.95 g. (Prototype).

Claims

An ozone generator electrode system containing at least two electrodes, each of which is made of two corrugated membranes, rigidly interconnected and forming an inner annular cavity having cooling water inlet and outlet fittings, characterized in that the high-voltage and grounded electrodes have the same configuration within the active zone, the corresponding vertices and depressions of the upper and lower membranes of each electrode are at the same distance from each other, and in the inner annular cavity m Between the membranes within the core there is a spacer insert having a height equal to the distance between the membranes, which, in turn, is equal to 10 - 30 values of the discharge distance.