Высокочастотный озонатор

Изобретение относится к устройствам для получения озона с применением токов повышенной частоты и может быть использовано в очистке промышленных и бытовых сточных вод, в химической технологии, а также в других отраслях народного хозяйства.
Известен трубчатый озонатор [Патент №2326812], содержащий коаксиально расположенные электроды, подключенные к высоковольтному источнику переменного тока, и диэлектрический элемент, расположенный между ними, при этом один из электродов выполнен сплошным с внешней стороны диэлектрического элемента, а второй выполнен в виде спирали и расположен с внутренней стороны диэлектрического элемента, отличающийся тем, что спираль внутреннего электрода, выполненная навивкой на призматический стержень, представляет собой последовательно соединенные правильные разомкнутые многоугольники, вершины которых находятся в механическом контакте с внутренней поверхностью диэлектрического элемента.
Недостатком данного озонатора является малая удельная производительность по озону.
Наиболее близким к изобретению техническим решением, выбранным в качестве прототипа, Комбинированный озонно-ультразвуковой очиститель оборотной воды [Патент на полезную модель №118629], содержащее наружный электрод, выполненный в виде металлического параллелепипеда, в который вставлен диэлектрический цилиндр, и электроды во внутренней области диэлектрического цилиндра. Электроды подключены к высокочастотному источнику питания. Электроды во внутренней области диэлектрического цилиндра выполнены в виде металлических струн. Недостатком прототипа является минимальная длина высоковольтных электродов, ограничивающая область ионизации и как следствие малая производительность по озону.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является увеличении удельного съема озона с единицы внутренней поверхности низковольтного электрода, за счет использования в качестве активной зоны всего объема внутри озонатора.
Для решения поставленной задачи в Высокочастотном озонаторе, содержащем подключенные к высокочастотному источнику питания наружный низковольтный электрод, выполненный в виде металлического параллелепипеда, и высоковольтные электроды, расположенные во внутренней полости диэлектрического цилиндра, расположенного внутри наружного электрода, в отличии о прототипа высоковольтные электроды выполнены в виде симметрично расположенных металлических многовитковых спиралей, оси которых параллельны оси диэлектрического цилиндра, а наружный низковольтный электрод имеет каналы для охлаждения, соединенные с источником хладагента.
На фиг. 1 показана принципиальная схема высокочастотного озонатора.
На фиг. 2, а дано поперечное сечение этого озонатора до начала пробоя, а на фиг. 2, б и в - то же самое сечение с растущей по мере роста напряжения площадью ионизированной зоны 6, изображенной заштрихованными участками. На фиг. 3 дана развертка внутренней поверхности заявляемого озонатора с проектированными на этот барьер высоковольтными электродами 2.
Заявляемый Высокочастотный озонатор содержит диэлектрический цилиндр 1, высоковольтные 2 и низковольтный 3 электроды. Высоковольтные электроды выполнены в виде металлических нитеобразных многовитковых спиралей расположенных внутри диэлектрического цилиндра 1. Низковольтный электрод 3 представляет собой металлический параллелепипед, который охлаждается с помощью жидких хладогентов через каналы охлаждения 4. Диэлектрический цилиндр 1 расположен во внутренней полости низковольтного электрода 3. Электроды 2 и 3 подключаются к высоковольтному высокочастотному источнику питания 5.
Заявляемый озонатор работает следующим образом.
Между цилиндрической внутренней полостью низковольтного электрода 3 и высоковольтными электродами 2 образуется резко неравномерное электрическое поле, наибольшая напряженность которого сосредоточена вблизи высоковольтных электродов 2. Благодаря их расположению под действием этого поля возникает тлеющий разряд во всем объеме внутри диэлектрического цилиндра 1. Действие этого разряда на кислородосодержащий газ приводит к появлению атомарного кислорода и затем озона. Неравномерность поля вызывает наиболее интенсивные процессы озонообразования вблизи высоковольтных электродов 2. То обстоятельство, что внутри диэлектрического цилиндра 1 поле практически равномерное, предотвращает возникновение в активной зоне искрового и дугового пробоя.
В пределах каждого полупериода изменения напряжения питания происходит пробой газа вблизи высоковольтных электродов 2. По мере роста этого напряжения граница зоны пробоя удаляется от этих электродов и площадь ионизированной зоны 6 (в поперечном сечении) растет (см. фиг. 2)
Объем ионизированного газа определяется произведением этой площади на длину электрода 1. Длина 1 для предлагаемого озонатора равна
0
где l - длина диэлектрического цилиндра, α - угол «закрутки» высоковольтных электродов в спираль.
На фиг. 3 дана развертка внутренней поверхности озонатора с проектированными на нее высоковольтными электродами 2. Нетрудно видеть, что при угле α, равном 60°, длина каждого электрода в два раза больше, чем длина внутренней поверхности озонатора. Следовательно, объем активной зоны озонатора тоже больше во столько же раз, чем у прототипа. Этим и обусловлено увеличение производительности предлагаемого озонатора.