RU57266U1

RU57266U1 - Ozone Generator

Info

Publication number: RU57266U1
Application number: RU2006110729/22U
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Силкин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Электроника силовая"
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2006-10-10

Abstract

Полезная модель относится к электротехнологии и может быть использована при проектировании озонаторных установок повышенной производительности. Полезная модель снижает энергозатраты на электросинтез озона. Генератор озона содержит пакет чередующихся электродов из проводящего электрический ток материала с высоким 1 и нулевым 2 электрическим потенциалом и диэлектрических слоев 3, разделенных разрядными промежутками 4 заданной ширины, через которые проходит поток кислородсодержащего газа. Электроды выполнены в виде сеток из проводящего электрический ток материала, стойкого к воздействию электрического разряда и химически активных веществ и радикалов, образующихся при электрическом разряде в кислородсодержащем газе, размещенных непосредственно в разрядных промежутках между диэлектрическими слоями, а толщина электродов задает ширину разрядных промежутков. 1 илл.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 ozone generator contains a packet of alternating electrodes of an electrically conductive material with a high 1 and zero 2 electric potential and dielectric layers 3 separated by discharge gaps 4 of a given width through which an oxygen-containing gas stream passes. The electrodes are made in the form of grids of an electric current-conducting material that is resistant to electric discharges and chemically active substances and radicals generated during an electric discharge in an oxygen-containing gas, placed directly in the discharge gaps between the dielectric layers, and the thickness of the electrodes sets the width of the discharge gaps. 1 ill.

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 генератор озона, содержащий пакет чередующихся электродов из проводящего электрический ток материала с высоким и нулевым электрическим потенциалом и диэлектрических слоев, разделенных разрядными промежутками заданной ширины, через которые проходит поток кислородсодержащего газа, электроды выполнены в виде металлических листов (А.с. 3006100 СССР, МКИ С 01 В 13\11. Генератор озона \ Савченко М.И., Шаляпин Ю.Б. и др. - Заявл. 19.11.80, Опубл. 14.05.82. БИ №3).A known ozone generator containing a package of alternating electrodes of an electrically conductive material with a high and zero electric potential and dielectric layers separated by discharge gaps of a given width through which an oxygen-containing gas flows passes, the electrodes are made in the form of metal sheets (A.S. 3006100 USSR, MKI C 01 B 13 \ 11. Ozone Generator \ Savchenko M.I., Chaliapin Yu.B. et al. - Announcement 19.11.80, Publ. 14.05.82. BI No. 3).

Недостатком генератора озона 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, неэффективностью используемой формы электрического разряда.The disadvantage of the ozone generator 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 inefficiency of the form of electric discharge used.

Известен генератор озона, содержащий электроды из проводящего электрический ток материала с высоким и нулевым электрическим потенциалом, покрытые диэлектрическими слоями, разделенные разрядным промежутком заданной ширины, через который проходит поток кислородсодержащего газа, электроды выполнены в виде металлических листов, диэлектрические слои выполнены из материала с высоким коэффициентом упругости (П. 2198134 РФ, МКИ С 01 В 13\11. Озонатор \ Андрейчук В.К., Норков Д.А. и др. - Заявл. 30.10.01, Опубл. 10.02.03. БИМП №4).A known ozone generator containing electrodes of an electric current conducting material with a high and zero electric potential, coated with dielectric layers, separated by a discharge gap of a given width through which an oxygen-containing gas stream passes, the electrodes are made in the form of metal sheets, the dielectric layers are made of a material with a high coefficient elasticity (P. 2198134 of the Russian Federation, MKI C 01 B 13 \ 11. Ozonator \ Andreichuk V.K., Norkov D.A. et al. - Announcement 30.10.01, Publish. 02.10.03. BIMP No. 4).

Недостатком генератора озона являются высокие энергозатраты на электросинтез озона, что обусловлено недостатками конструкции, сложностью обеспечения равномерности The disadvantage of the ozone generator is the high energy consumption for ozone synthesis, due to design flaws, the difficulty of ensuring uniformity

ширины разрядного промежутка, неравномерностью и нестабильностью электрического разряда, плохими условиями охлаждения кислородсодержащего газа, неэффективностью используемой формы электрического разряда.the width of the discharge gap, the unevenness and instability of the electric discharge, poor conditions for cooling an oxygen-containing gas, the inefficiency of the form of electric discharge used.

Известен генератор озона, содержащий пакет чередующихся основных электродов из проводящего электрический ток материала с высоким и нулевым электрическим потенциалом и диэлектрических слоев, разделенных разрядными промежутками заданной ширины, через которые проходит поток кислородсодержащего газа, основные электроды выполнены в виде металлических листов, дополнительных электродов в виде металлических сеток (П. 2128143 РФ, МКИ С 01 В 13 \ 11. Озонатор \ Потапенко И.А., Андрейчук В.К. и др. - Заявл. 06.05.96, Опубл. 27.03.99. БИМП №4).A known ozone generator containing a package of alternating main electrodes of an electric current-conducting material with high and zero electric potential and dielectric layers separated by discharge gaps of a given width through which an oxygen-containing gas flows, the main electrodes are made in the form of metal sheets, additional electrodes in the form of metal nets (P. 2128143 of the Russian Federation, MKI C 01 B 13 \ 11. Ozonator \ Potapenko I.A., Andreichuk V.K. et al. - Declared May 6, 1996, Publ. March 27, 99. BIMP No. 4).

Данный генератор озона является наиболее близким по технической сущности к полезной модели и рассматривается в качестве прототипа.This ozone generator 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, неэффективностью используемой формы электрического разряда.The disadvantage of the prototype is the high energy consumption for the electrosynthesis of ozone, due to design flaws, unevenness and instability of the electric discharge, inefficiency of the used 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 генераторе озона, содержащем пакет чередующихся электродов из проводящего электрический ток материала с высоким и нулевым электрическим потенциалом и диэлектрических слоев, разделенных разрядными промежутками заданной ширины, через которые проходит поток кислородсодержащего газа, электроды выполнены в виде сеток из проводящего электрический ток материала, стойкого к воздействию электрического разряда и химически активных веществ и радикалов, образующихся при электрическом разряде в кислородсодержащем газе, размещенных непосредственно в разрядных промежутках между диэлектрическими Reducing energy costs for ozone synthesis is achieved by the fact that in an ozone generator containing a package of alternating electrodes from an electric current-conducting material with high and zero electric potential and dielectric layers separated by discharge gaps of a given width through which an oxygen-containing gas stream passes, the electrodes are made in the form of grids from an electrically conductive material resistant to the effects of an electric discharge and chemically active substances and radicals generated by elec tric discharge in an oxygen-containing gas placed directly in the discharge gaps between the dielectric

слоями, а толщина электродов задает ширину разрядных промежутков.layers, and the thickness of the electrodes sets the width of the discharge gaps.

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, улучшением условий охлаждения электродов и диэлектрических слоев, турбулизацией потока кислородсодержащего газа в разрядных промежутках.A significant difference characterizing the utility model is the reduction in energy consumption for ozone synthesis. This is ensured 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, improving the cooling conditions of the electrodes and dielectric layers, and turbulizing the flow of oxygen-containing gas in the discharge gaps.

Снижение энергозатрат на электросинтез озона является полученным техническим результатом, обусловленным заявляемым устройством (конструкцией) генератора озона, выполнением электродов генератора озона в виде сеток, их размещением непосредственно в разрядных промежутках между диэлектрическими слоями, принципами соединения составных частей генератора озона и используемыми материалами, то есть отличительными признаками. Поэтому отличительные признаки заявляемого генератора озона являются существенными.The reduction in energy consumption for ozone synthesis is the technical result due to the claimed device (design) of the ozone generator, the implementation of the electrodes of the ozone generator in the form of grids, their placement directly in the discharge gaps between the dielectric layers, the principles of connecting the components of the ozone generator and the materials used, that is, the distinctive signs. Therefore, the distinguishing features of the inventive ozone generator are significant.

На рисунке приведена схема генератора озона с элементами конструкции, поясняющая устройство, принцип соединения составных частей и работы генератора озона.The figure shows a diagram of an ozone generator with structural elements, explaining the device, the principle of connecting components and the operation of the ozone generator.

Генератор озона содержит пакет чередующихся электродов из проводящего электрический ток материала с высоким 1 и нулевым 2 электрическим потенциалом в виде сеток из проводящего электрический ток материала, стойкого к воздействию электрического разряда и химически активных веществ и радикалов, образующихся при электрическом разряде в кислородсодержащем газе, и диэлектрических слоев 3, разделенных разрядными промежутками 4 заданной ширины, через которые проходит поток кислородсодержащего газа. Электроды 1, 2 размещены непосредственно в разрядных промежутках 4 между диэлектрическими слоями 3. Толщина электродов 1, 2 задает ширину разрядных промежутков The ozone generator contains a package of alternating electrodes of an electrically conductive material with a high 1 and zero 2 electric potential in the form of grids of an electrically conductive material that is resistant to electric discharge and chemically active substances and radicals generated by an electric discharge in an oxygen-containing gas and dielectric layers 3, separated by discharge gaps 4 of a given width, through which a stream of oxygen-containing gas passes. The electrodes 1, 2 are placed directly in the discharge gaps 4 between the dielectric layers 3. The thickness of the electrodes 1, 2 defines the width of the discharge gaps

4.four.

Генератор озона в рассматриваемом варианте имеет конструкцию генератора с плоскими электродами 1, 2 в виде сеток, число которых равно четырем. Поток кислородсодержащего газа через разрядные промежутки 4 проходит в направлении зазоров, образованных элементами сеток 1, 2. Система электродов 1, 2 генератора озона может также содержать два и большее число чередующихся плоских электродов, размещенных в разрядных промежутках 4, или иметь цилиндрическую конструкцию. Принцип работы генератора озона и форма электрического разряда при этом не изменяются (в генераторе озона возбуждается скользящий барьерный разряд). Генератор озона работает следующим образом. Кислородсодержащий газ проходит через зазоры в ячейках сеток электродов 1, 2. Электроды генератора озона 1, 2 электрически соединены через один и подключены к источнику переменного тока. Под действием напряжения источника переменного тока между электродами 1, 2 генератора озона в разрядных промежутках 4 возникает скользящий барьерный разряд. Электрический разряд имеет структуру отдельных микроразрядов, равномерно распределенных по поверхностям диэлектрических слоев 3. Поток газа из-за наличия сеток 1, 2 в разрядных промежутках 4 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 разрядных промежутках 4 превалирует над процессом его разложения. В результате на выходах из разрядных промежутков 4 кислородсодержащий газ имеет в смеси заданное количество озона. Заданная The ozone generator in this embodiment has a generator design with flat electrodes 1, 2 in the form of grids, the number of which is four. The flow of oxygen-containing gas through the discharge gaps 4 passes in the direction of the gaps formed by the elements of the grids 1, 2. The system of electrodes 1, 2 of the ozone generator may also contain two or more alternating flat electrodes placed in the discharge gaps 4, or have a cylindrical design. The principle of operation of the ozone generator and the shape of the electric discharge are not changed (a sliding barrier discharge is excited in the ozone generator). The ozone generator operates as follows. Oxygen-containing gas passes through the gaps in the grid cells of the electrodes 1, 2. The electrodes of the ozone generator 1, 2 are electrically connected through one and connected to an AC source. Under the action of the voltage of the AC source between the electrodes 1, 2 of the ozone generator in the discharge gaps 4 there is a sliding barrier discharge. The electric discharge has the structure of individual microdischarges uniformly distributed over the surfaces of the dielectric layers 3. The gas flow due to the presence of grids 1, 2 in the discharge gaps 4 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 gaps 4 prevails over the process of its decomposition. As a result, at the exits from the discharge gaps 4, the oxygen-containing gas has a predetermined amount of ozone in the mixture. Preset

концентрация озона определяется электрическим режимом генератора озона, качеством подготовки и очистки кислородсодержащего газа, а также условиями охлаждения элементов разрядного промежутка 4 генератора озона и кислородсодержащего газа. Использование скользящего барьерного разряда, разрядных промежутков относительно малой ширины, а также фактически турбулентного потока кислородсодержащего газа через разрядные промежутки 4, интенсифицируют процесс электросинтеза озона, обеспечивают малый перепад температур на входе и выходе разрядных промежутков 4, что повышает концентрацию и общий выход озона.ozone concentration is determined by the electric mode of the ozone generator, the quality of preparation and purification of oxygen-containing gas, as well as the cooling conditions of the elements of the discharge gap 4 of the ozone generator and oxygen-containing gas. The use of a sliding barrier discharge, relatively small width of the discharge gaps, and also an actually turbulent flow of oxygen-containing gas through the discharge gaps 4, intensify the process of ozone electrosynthesis, provide a small temperature difference at the input and output of the discharge gaps 4, which increases the concentration and total ozone output.

Система электродов 1, 2 с диэлектрическими слоями 3 может быть также выполнена путем нанесения слоев металла в виде сетки на поверхность диэлектрических подложек или путем нанесения диэлектрического покрытия на металлические сетки, в частности, путем нанесения окиси алюминия (нитрида алюминия) на поверхности образующих жил сеток, выполненных, например, из алюминия. Сетки 1, 2 имеет структуру, обеспечивающую проход кислородсодержащего газа через разрядные промежутки 4, достаточную механическую жесткость, а также равномерность ширины разрядных промежутков 4. Сетки 1, 2 изготавливаются 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 полученное, например, путем окисления поверхностного слоя. Наличие диэлектрического покрытия на жилах сеток повышает надежность работы генератора озона, равномерность и стабильность электрического разряда и выход озона. Возможно образование разрядных промежутков 4, имеющих относительно малую ширину, путем взаимного наложения сеток, нанесенных методом напыления (или полученных иным способом) в виде электрически соединенных полос на поверхностях диэлектрических The electrode system 1, 2 with dielectric layers 3 can also be performed by applying metal layers in the form of a grid on the surface of dielectric substrates or by applying a dielectric coating on metal grids, in particular by applying aluminum oxide (aluminum nitride) on the surface of the core wires made, for example, from aluminum. The grids 1, 2 have a structure that allows the passage of oxygen-containing gas through the discharge gaps 4, sufficient mechanical rigidity, as well as the uniformity of the width of the discharge gaps 4. The grids 1, 2 are made of a material that conducts electric current and is resistant to electric discharges and chemically active substances and radicals generated by an electric discharge in an oxygen-containing gas, for example, from titanium or aluminum wire or stainless steel wire rod. The wire (wire rod) may have a dielectric coating obtained, for example, by oxidation of the surface layer. The presence of a dielectric coating on the veins of the grids increases the reliability of the ozone generator, the uniformity and stability of the electric discharge and the output of ozone. It is possible to form discharge gaps 4 having a relatively small width by interposing nets deposited by spraying (or otherwise obtained) in the form of electrically connected strips on the surfaces of dielectric

слоев 3. При этом пространственная ориентация системы электродов 1, 2 и полос на поверхностях диэлектрических слоев 3 должны обеспечивать как проход кислородсодержащего газа, так и равномерность потока кислородсодержащего газа через разрядные промежутки 4. Малая ширина разрядных промежутков 4 улучшает условия охлаждения и увеличивает выход озона.layers 3. In this case, the spatial orientation of the system of electrodes 1, 2 and strips on the surfaces of the dielectric layers 3 should ensure both the passage of oxygen-containing gas and the uniform flow of oxygen-containing gas through the discharge gaps 4. The small width of the discharge gaps 4 improves the cooling conditions and increases the ozone output.

По сравнению с прототипом при использовании заявляемого генератора озона существенно снижаются энергозатраты на электросинтез озона. Использование конструкции заявляемой полезной модели позволяет изменить форму электрического разряда в разрядных промежутках генератора озона. В разрядных промежутках заявляемого генератора озона возбуждается скользящий барьерный разряд, обладающий свойством симметрии, 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 разрядных промежутков. Выполнение сеток из металлической проволоки или металлических полос обеспечивают большую механическую жесткость конструкции генератора озона и позволяют получить более равномерные по ширине разрядные промежутки. Равномерность разрядных промежутков 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%.Compared with the prototype, when using the inventive ozone generator, energy consumption for ozone synthesis is significantly reduced. Using the design of the claimed utility model allows you to change the shape of the electric discharge in the discharge gaps of the ozone generator. In the discharge gaps of the inventive ozone generator, a sliding barrier discharge is excited having a property of symmetry, which fundamentally provides a greater energy output of ozone compared to 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 dielectric layers and to an improvement in the conditions for “quenching” of nonequilibrium concentrations of atomic oxygen in the volume of discharge gaps. The implementation of grids of metal wire or metal strips provide greater mechanical rigidity of the design of the ozone generator and allow more uniform discharge gaps in width. The uniformity of the discharge gaps 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 ozone generator containing a stack of alternating electrodes of an electric current-conducting material with a high and zero electric potential and dielectric layers separated by discharge gaps of a given width through which an oxygen-containing gas stream passes, characterized in that the electrodes are made in the form of grids of an electric current-conducting material, resistant to the effects of electric discharge and chemically active substances and radicals generated by electric discharge in an oxygen-containing gas, located directly in the discharge gaps between the dielectric layers, and the thickness of the electrodes sets the width of the discharge gaps.