RU49813U1

RU49813U1 - OZONATOR

Info

Publication number: RU49813U1
Application number: RU2005122859/22U
Authority: RU
Inventors: Е.М. Силкин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Электроника силовая"
Priority date: 2005-07-18
Filing date: 2005-07-18
Publication date: 2005-12-10

Abstract

Полезная модель относится к электротехнологии и может быть использована при проектировании озонаторных установок повышенной производительности. Полезная модель снижает энергозатраты на электросинтез озона. Озонатор содержит электроды из проводящего электрический ток материала, покрытые диэлектрическими слоями, разделенные разрядным промежутком заданной ширины, через который проходит поток кислородсодержащего газа, сетку, размещенную в разрядном промежутке между диэлектрическими слоями электродов и источник переменного тока. Толщина сетки задает ширину разрядного промежутка. Сетка выполнена из проводящего электрический ток материала, стойкого к воздействию электрического разряда и химически активных веществ и радикалов, образующихся при электрическом разряде в кислородсодержащем газе. Электроды соединены с выводом источника переменного тока, а сетка соединена со вторым выводом источника переменного тока.The utility model relates to electrical technology and can be used in the design of ozonation plants with increased productivity. The utility model reduces the energy consumption for the electrosynthesis of ozone. The ozonizer contains electrodes made of an electric current-conducting material, coated with dielectric layers, separated by a discharge gap of a given width through which an oxygen-containing gas stream passes, a grid located in the discharge gap between the dielectric layers of the electrodes and an alternating current source. Grid thickness sets the width of the discharge gap. The grid is made of an electrically conductive material that is resistant to electrical discharges and chemically active substances and radicals generated by electrical discharges in an oxygen-containing gas. The electrodes are connected to the output of the alternating current source, and the grid is connected to the second output of the alternating current source.

Description

Полезная модель относится к электротехнологии и может быть использована при проектировании озонаторных установок повышенной производительности, обеспечивающих снижение энергозатрат на электросинтез озона.The utility model relates to electrical technology and can be used in the design of ozonation plants with increased productivity, which reduce energy consumption for ozone synthesis.

Известен озонатор, содержащий электроды из проводящего электрический ток материала, покрытые диэлектрическими слоями, разделенные разрядным промежутком заданной ширины, через который проходит поток кислородсодержащего газа, источник переменного тока, электроды соединены с выводами источника переменного тока (В.В.Лунин, М.П.Попович, С.Н.Ткаченко. Физическая химия озона. - М.: Изд-во МГУ, 1998. - С.64).A known ozonizer containing electrodes of a material conducting electric current, coated with dielectric layers, separated by a discharge gap of a given width, through which an oxygen-containing gas stream passes, an alternating current source, electrodes are connected to the terminals of an alternating current source (V.V. Lunin, M.P. Popovich, S. N. Tkachenko, Physical Chemistry of Ozone. - M.: Moscow State University Publishing House, 1998. - P.64).

Недостатком озонатора являются высокие энергозатраты на электросинтез озона, что обусловлено недостатками конструкции, сложностью обеспечения равномерности ширины разрядного промежутка, неравномерностью и нестабильностью электрического разряда, плохими условиями охлаждения кислородсодержащего газа, используемой формой электрического разряда.The disadvantage of an ozonizer is the high energy consumption for ozone synthesis, due to design flaws, the difficulty of ensuring uniformity of the width of the discharge gap, the unevenness and instability of the electric discharge, poor cooling conditions for the oxygen-containing gas, and the form of electric discharge used.

Известен озонатор, содержащий электроды из проводящего электрический ток материала, покрытые диэлектрическими слоями, разделенные разрядным промежутком заданной ширины, через который проходит поток кислородсодержащего газа, источник переменного тока, диэлектрические слои выполнены из материала с высоким коэффициентом упругости, электроды соединены с выводами источника переменного тока, (П. 2198134 РФ, МКИ С01 В 13/11. Озонатор / Андрейчук В.К., Норков Д.А. и др. - Заявл. 30.10.01, Опубл. 10.02.03. БИМП №4).A known ozonizer containing electrodes of an electric current-conducting material coated with dielectric layers separated by a discharge gap of a given width through which an oxygen-containing gas stream passes, an alternating current source, dielectric layers are made of a material with a high coefficient of elasticity, the electrodes are connected to the terminals of the alternating current source, (P. 2198134 of the Russian Federation, MKI C01 B 13/11. Ozonator / Andreychuk V.K., Norkov D.A. et al. - Declared 30.10.01, Published 10.02.03. BIMP No. 4).

Недостатком озонатора являются высокие энергозатраты на электросинтез озона, что обусловлено недостатками конструкции, сложностью обеспечения равномерности ширины разрядного промежутка, неравномерностью и нестабильностью электрического разряда, The disadvantage of an ozonizer is the high energy consumption for ozone synthesis, due to design flaws, the difficulty of ensuring uniformity of the width of the discharge gap, the unevenness and instability of the electric discharge,

плохими условиями охлаждения кислородсодержащего газа, используемой формой электрического разряда.poor cooling conditions for the oxygen-containing gas used by the form of electric discharge.

Известен озонатор, содержащий электроды из проводящего электрический ток материала, покрытые диэлектрическими слоями, разделенные разрядным промежутком заданной ширины, через который проходит поток кислородсодержащего газа, сетку, размещенную в разрядном промежутке между диэлектрическими слоями электродов, толщина которой задает ширину разрядного промежутка, источник переменного тока, сетка выполнена из диэлектрического материала, электроды соединены с выводами источника переменного тока (Р. 2320171 GB, IK С01 В13/11. Ozone generatorVBurris W.A. - Priority Data 13.12.94, Date of Publication 10.06.98).A known ozonizer containing electrodes of an electric current-conducting material coated with dielectric layers separated by a discharge gap of a given width through which a stream of oxygen-containing gas passes, a grid located in the discharge gap between the dielectric layers of the electrodes, the thickness of which defines the width of the discharge gap, an alternating current source, the grid is made of dielectric material, the electrodes are connected to the terminals of the AC source (R. 2320171 GB, IK C01 B13 / 11. Ozone generatorVBurris WA - Priority Data 12/13/94, Date of Publication 06/10/98).

Данный озонатор является наиболее близким по технической сущности к полезной модели и рассматривается в качестве прототипа.This ozonizer is the closest in technical essence to a utility model and is considered as a prototype.

Недостатком прототипа являются высокие энергозатраты на электросинтез озона, что обусловлено недостатками конструкции, неравномерностью и нестабильностью электрического разряда, используемой формой электрического разряда.The disadvantage of the prototype is the high energy consumption for the electrosynthesis of ozone, due to design flaws, the unevenness and instability of the electric discharge used by the form of electric discharge.

Полезная модель направлена на решение задачи снижения энергозатрат на электросинтез озона, что является целью полезной модели.The utility model is aimed at solving the problem of reducing energy consumption for ozone synthesis, which is the purpose of the utility model.

Снижение энергозатрат на электросинтез озона достигается тем, что в озонаторе, содержащем электроды из проводящего электрический ток материала, покрытые диэлектрическими слоями, разделенные разрядным промежутком заданной ширины, через который проходит поток кислородсодержащего газа, сетку, размещенную в разрядном промежутке между диэлектрическими слоями электродов, толщина которой задает ширину разрядного промежутка, источник переменного тока, сетка выполнена из проводящего электрический ток материала, стойкого к воздействию электрического разряда и химически активных веществ и радикалов, образующихся при электрическом разряде в кислородсодержащем Reducing energy costs for ozone electrosynthesis is achieved by the fact that in an ozonizer containing electrodes made of an electric current-conducting material coated with dielectric layers, separated by a discharge gap of a given width, through which a stream of oxygen-containing gas passes, a grid located in the discharge gap between the dielectric layers of the electrodes, the thickness of which sets the width of the discharge gap, an alternating current source, the grid is made of an electrically conductive material resistant to electric tric discharge and chemically active substances and radicals formed during an electric discharge in an oxygen-containing

газе, электроды соединены с выводом источника переменного тока, а сетка соединена со вторым выводом источника переменного тока.gas, the electrodes are connected to the output of the AC source, and the grid is connected to the second output of the AC source.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является снижение энергозатрат на электросинтез озона. Это обеспечивается улучшением качества конструкции озонатора, увеличением полезной части энерговклада в электрический разряд, повышением равномерности и стабильности электрического разряда, использованием формы скользящего барьерного разряда, характеризующегося большими достижимыми выходами озона.A significant difference characterizing the utility model is the reduction in energy consumption for ozone synthesis. This is achieved by improving the quality of the ozonizer design, increasing the useful part of the energy input into the electric discharge, increasing the uniformity and stability of the electric discharge, using the form of a sliding barrier discharge, characterized by large achievable ozone outputs.

Снижение энергозатрат на электросинтез озона является полученным техническим результатом, обусловленным заявляемым устройством (конструкцией) озонатора, принципами соединения его составных частей и используемыми материалами, то есть отличительными признаками. Поэтому отличительные признаки заявляемого озонатора являются существенными.The reduction in energy consumption for ozone electrosynthesis is a technical result due to the claimed device (design) of the ozonizer, the principles of the connection of its components and the materials used, that is, the distinguishing features. Therefore, the distinguishing features of the claimed ozonizer are significant.

На рисунке приведена функциональная схема озонатора с элементами конструкции, поясняющая устройство, принцип соединения частей и работы озонатора.The figure shows the functional diagram of the ozonizer with structural elements, explaining the device, the principle of connecting parts and the operation of the ozonizer.

Озонатор в рассматриваемом варианте имеет конструкцию озонатора с плоскими электродами. Направление потока кислородсодержащего газа через разрядный промежуток показано стрелкой. Принципиально система электродов озонатора может содержать большое число чередующихся плоских электродов, в разрядных промежутках которых размещены сетки, или иметь цилиндрическую конструкцию. Принцип работы озонатора и форма электрического разряда при этом не изменяются (в озонаторе возбуждается скользящий барьерный разряд). Озонатор работает следующим образом. Кислородсодержащий газ проходит через зазоры в ячейках сетки. Электроды озонатора соединены и подключены к выводу источника переменного тока. Сетка выполняет роль второго электрода и соединена со вторым выводом источника переменного тока. Под действием напряжения источника The ozonizer in this embodiment has the design of an ozonizer with flat electrodes. The direction of the flow of oxygen-containing gas through the discharge gap is shown by the arrow. Fundamentally, the ozonizer electrode system can contain a large number of alternating flat electrodes, in the discharge spaces of which grids are placed, or have a cylindrical structure. The principle of operation of the ozonizer and the shape of the electric discharge do not change (a sliding barrier discharge is excited in the ozonizer). The ozonizer works as follows. Oxygen-containing gas passes through the gaps in the mesh cells. The ozonizer electrodes are connected and connected to the output of the AC source. The grid acts as a second electrode and is connected to the second terminal of the AC source. Under the influence of voltage source

переменного тока между сеткой и электродами озонатора возникает скользящий барьерный разряд. Электрический разряд имеет структуру отдельных микроразрядов, равномерно распределенных по поверхностям диэлектрических слоев. Поток газа из-за наличия сетки в разрядном промежутке имеет характер турбулентного, что обеспечивает хорошую теплоотдачу, перемешивание газа и способствует повышению равномерности и стабильности электрического разряда. В микроразрядах происходит диссоциация молекул кислорода. Образовавшиеся в результате диссоциации атомы кислорода при столкновениях с молекулами кислорода образуют молекулы озона. Одновременно происходит и обратная реакция разложения озона в электрическом разряде, под действием ультрафиолетового излучения и температуры. Технологические условия проведения электросинтеза обеспечиваются такими, что процесс образования озона в разрядном промежутке превалирует над процессом его разложения. В результате на выходе из разрядного промежутка кислородсодержащий газ имеет в смеси заданное количество озона. Заданная концентрация озона Определяется электрическим режимом озонатора, качеством подготовки и очистки кислородсодержащего газа, а также условиями охлаждения элементов разрядного промежутка озонатора и кислородсодержащего газа. Использование скользящего барьерного разряда, разрядных промежутков относительно малой ширины, а также фактически турбулентного потока кислородсодержащего газа, интенсифицируют процесс электросинтеза озона, обеспечивают малый перепад температур на входе и выходе разрядного промежутка, что повышает концентрацию и выход озона.alternating current between the grid and the ozonizer electrodes a sliding barrier discharge occurs. An electric discharge has the structure of individual microdischarges uniformly distributed over the surfaces of the dielectric layers. The gas flow due to the presence of a grid in the discharge gap has a turbulent character, which provides good heat transfer, gas mixing and helps to increase the uniformity and stability of the electric discharge. In microdischarges, oxygen molecules dissociate. Oxygen atoms formed as a result of dissociation during collisions with oxygen molecules form ozone molecules. At the same time, the reverse reaction of the decomposition of ozone in an electric discharge occurs, under the influence of ultraviolet radiation and temperature. The technological conditions for electrosynthesis are provided such that the process of ozone formation in the discharge gap prevails over the process of its decomposition. As a result, at the outlet of the discharge gap, the oxygen-containing gas has a predetermined amount of ozone in the mixture. The set ozone concentration is determined by the electric mode of the ozonizer, the quality of the preparation and purification of the oxygen-containing gas, as well as the cooling conditions of the discharge gap elements of the ozonizer and the oxygen-containing gas. The use of a sliding barrier discharge, relatively small width of the discharge gaps, and actually a turbulent flow of oxygen-containing gas intensify the process of ozone electrosynthesis, provide a small temperature difference at the input and output of the discharge gap, which increases the concentration and output of ozone.

Система электродов с диэлектрическими слоями может быть выполнена как путем нанесения слоя металла на поверхность диэлектрической подложки, так и путем нанесения диэлектрического покрытия на поверхность металлического листа, например, путем нанесения окиси алюминия на поверхность листа, выполненного из алюминия. Сетка имеет структуру, обеспечивающую проход кислородсодержащего газа через разрядный промежуток, A system of electrodes with dielectric layers can be performed both by applying a metal layer to the surface of the dielectric substrate, and by applying a dielectric coating to the surface of the metal sheet, for example, by applying aluminum oxide to the surface of a sheet made of aluminum. The grid has a structure that allows the passage of an oxygen-containing gas through the discharge gap,

достаточную механическую жесткость, а также равномерность ширины разрядного промежутка. Сетка должна быть изготовлена из материала, проводящего электрический ток и стойкого к воздействию электрического разряда и химически активных веществ и радикалов, образующихся при электрическом разряде в кислородсодержащем газе, например, из титановой или алюминиевой проволоки или катанки из нержавеющей стали. Проволока (катанка) могут иметь диэлектрическое покрытие, например, полученное путем окисления. Наличие диэлектрического покрытия на жилах сетки повышает надежность работы озонатора, равномерность и стабильность электрического разряда и выход озона. Возможно образование разрядного промежутка, имеющего относительно малую ширину, путем взаимного наложения сеток, нанесенных методом напыления (или полученных иным способом) в виде электрически соединенных полос на внутренние поверхности диэлектрических слоев. При этом пространственная ориентация системы электродов и полос на поверхностях диэлектрических слоев должны обеспечивать как проход газа, так и равномерность потока кислородсодержащего газа через разрядный промежуток. Малая ширина разрядного промежутка улучшает условия охлаждения и увеличивает выход озона.sufficient mechanical rigidity, as well as uniformity of the width of the discharge gap. The grid must be made of a material that conducts electric current and is resistant to electric discharges and chemically active substances and radicals generated during electric discharges in oxygen-containing gas, for example, titanium or aluminum wire or stainless steel wire. The wire (wire rod) may have a dielectric coating, for example, obtained by oxidation. The presence of a dielectric coating on the veins of the grid increases the reliability of the ozonizer, the uniformity and stability of the electric discharge and the output of ozone. It is possible to form a discharge gap having a relatively small width by interposing nets deposited by sputtering (or otherwise obtained) in the form of electrically connected strips on the inner surfaces of the dielectric layers. In this case, the spatial orientation of the system of electrodes and strips on the surfaces of the dielectric layers should provide both a gas passage and a uniform flow of oxygen-containing gas through the discharge gap. The small discharge gap width improves cooling conditions and increases ozone output.

По сравнению с прототипом при использовании заявляемого озонатора существенно снижаются энергозатраты на электросинтез озона. Использование конструкции заявляемой полезной модели позволяет изменить форму электрического разряда в озонаторе. В разрядном промежутке заявляемого озонатора возбуждается скользящий барьерный разряд, который принципиально обеспечивает больший энергетический выход озона по сравнению с классическим барьерным разрядом. Больший энергетический выход озона в скользящем барьерном разряде обусловлен, в частности, более равномерным распределением микроразрядов по поверхностям диэлектрических слоев и улучшением условий «закалки» неравновесных концентраций атомарного кислорода в объеме разрядного промежутка. Compared with the prototype when using the inventive ozonizer significantly reduced energy costs for the electrosynthesis of ozone. Using the design of the claimed utility model allows you to change the shape of the electric discharge in the ozonizer. In the discharge gap of the inventive ozonizer, a sliding barrier discharge is excited, which fundamentally provides a higher energy output of ozone in comparison with the classical barrier discharge. A higher energy yield of ozone in a sliding barrier discharge is due, in particular, to a more uniform distribution of microdischarges over the surfaces of the dielectric layers and to an improvement in the conditions for “quenching” of nonequilibrium concentrations of atomic oxygen in the volume of the discharge gap.

Выполнение сетки из металлической проволоки или металлических полос обеспечивают большую механическую жесткость конструкции озонатора и позволяют получить более равномерные по ширине разрядные промежутки. Равномерность разрядного промежутка способствует большей равномерности электрического разряда и также повышает выход озона. В целом энергозатраты на электросинтез озона при использовании заявляемой полезной модели могут быть снижены на 35-40%.The implementation of the grid of metal wire or metal strips provide greater mechanical rigidity of the ozonizer design and allow more uniform discharge gaps in width. The uniformity of the discharge gap contributes to a more uniform electric discharge and also increases the output of ozone. In general, the energy consumption for the electrosynthesis of ozone when using the inventive utility model can be reduced by 35-40%.

Claims

An ozonizer containing electrodes made of an electric current-conducting material coated with dielectric layers separated by a discharge gap of a given width through which an oxygen-containing gas flows, a grid located in the discharge gap between the dielectric layers of the electrodes, the thickness of which defines the width of the discharge gap, an alternating current source, which differs the fact that the grid is made of an electrically conductive material that is resistant to electric discharges and chemically active substances and radicals generated by electric discharge in an oxygen-containing gas, the electrodes are connected with the output alternating current source and the grid connected to the second terminal of the AC source.