ЭЛЕКТРОД ОЗОНАТОРНОЙ УСТАНОВКИ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ELECTRODE OF OZONATION PLANT AND METHOD OF ITS MANUFACTURING

Изобретение относится к технологическому оборудованию, предназначенному для использования в производстве озонаторных установок.
Известен электрод в виде полой герметичной конструкции из двух одинаковых мембран из нержавеющей стали, соединенных между собой по контуру. В стыке между мембранами по продольной оси расположены штуцера для подвода и отвода теплоносителя. В полости электрода размещена дистанцирующая вставка, которая имеет высоту, равную расстоянию между мембранами, обеспечивая тепловой контакт в местах касания с внутренней поверхностью мембран и направленное движение теплоносителя в полости электрода. Электрод снаружи покрыт диэлектриком, созданным, например, высокотемпературным эмалированием (Патент RU 2278074 С2, опубл. 20.06.2006 г., бюл. №17) [1].
К недостаткам этой конструкции следует отнести:
- многопередельность технологии получения эмалированного покрытия с толщиной, необходимой для достижения стабильно высоких диэлектрических характеристик барьера;
- проблематичность обеспечения повторяемых геометрических параметров неплоскостности рабочих поверхностей электродов и расчетной эквидистантности разрядного промежутка между ними, особенно при малой величине зазора;
- значительные энергозатраты на синтез озона, обусловленные большой толщиной барьерного покрытия, образованного эмалированием рабочей поверхности электродов;
- недостаточную эффективность охлаждения рабочей поверхности электродов, так как дистанцирующая вставка не предназначена для этой цели;
- высокую металлоемкость электродов;
- недостаточный уровень качества и надежности присоединения штуцеров в зоне стыка мембран.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому эффекту являются электроды генератора озона, состоящие из мембран в виде герметичной полой тонкостенной конструкции со штуцерами для подвода и отвода теплоносителя. Мембраны изготовлены из металла или сплава с вентильными свойствами, и на их поверхности создан оксидный слой из того же металла, выполняющий со стороны, обращенной к разрядному промежутку, функцию диэлектрического барьера, а со стороны охлаждаемой поверхности - функцию антикоррозионного покрытия (Патент РФ №2322386, С01В 13/11, опубл. 20.04.2008 г., бюл. №11) [2].
Применение металлов с вентильными свойствами для изготовления мембран, предложенное в этом патенте, позволяет, во-первых, заменить дорогостоющую нержавеющую сталь на более экономичный конструкционный материал, во-вторых, способствует уменьшению энергозатрат на синтез озона, поскольку в отличие от высокотемпературного эмалирования, позволяет создавать на основе этого же металла более тонкий, сформированный при нормальной температуре, оксидный барьерный слой с высокими диэлектрическими свойствами. Недостатками этой конструкции являются:
- проблематичность создания тонкостенных электродов с повторяемыми характеристиками и обеспечения расчетной эквидистантности разрядного промежутка между ними, особенно при малой величине зазора;
- отсутствие в электродах средств повышения эффективности их охлаждения;
- недостаточный уровень качества и надежности присоединения штуцеров в зоне стыка мембран.
Решаемая задача - создание экономичного при изготовлении и эксплуатации электрода генератора озона для установок широкого спектра применения.
На фиг.1 схематично представлен вариант конструкции электрода генератора озона. Электрод представляет собой полую герметичную конструкцию, состоящую из двух мембран 1 с центральным отверстием и отбортовкой специального профиля по внешнему и внутреннему диаметрам, выполненной с целью формирования электрического разряда в пределах активной зоны электрода и изготовленных, например, алюминия или его сплавов; при этом одна из двух мембран может иметь форму плоского диска без отбортовки по внешнему и внутреннему диаметрам; наружного 2 и внутреннего 3 проставочных колец, определяющих высоту электрода; во внутренней полости электрода с тепловым контактом с мембраной размещена насадка 4 с развитой поверхностью теплообмена для эффективного охлаждения рабочих поверхностей мембран; проставочные кольца и насадка имеют одинаковую высоту; на внешней поверхности мембран электрохимическим путем сформировано диэлектрическое покрытие 5 с высокой теплопроводностью; для подвода и отвода теплоносителя на внешнем кольце расположены штуцера.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а следовательно, оно соответствует критерию «новизна».
Сравнение существенных признаков предложенного и известных решений дает основание считать, что предложенное техническое решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».
Способ изготовления электрода включает подготовку поверхности деталей к пайке, сборку и пайку конструкции, формирование диэлектрического барьерного покрытия.
Подготовку поверхности деталей к пайке и их защиту от окисления в процессе межоперационного пролеживания производят в экологически чистых электролитах; сборку конструкции осуществляют в сборочно-паяльном приспособлении, изготовленном из металла с более низким по сравнению с материалами электрода температурным коэффициентом линейного расширения, с целью терморихтовки (выравнивания) плоских поверхностей электрода за счет направленного термического удлинения ребер насадки при температуре ниже температуры плавления припоя, для достижения эквидистантности разрядного промежутка электродов при их сборке в генераторе озона, а пайку производят в вакууме, что обеспечивает тепловой контакт внутренних поверхностей мембран с насадкой и проставочными кольцами, а также герметичность конструкции; одновременно в процессе пайки при соответствующих температурах производят гомогенизацию металла и вакуумное травление рабочих поверхностей электрода для последующего создания на них диэлектрического барьера, который формируют электрохимическим путем в виде наноструктурированной оксидной пленки.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а следовательно, оно соответствует критерию «новизна».
Сравнение существенных признаков предложенного и известных решений дает основание считать, что предложенное техническое решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».