Генератор озона
OZONE GENERATOR

Изобретение относится к устройствам получения озона с помощью электрического разряда и может быть использовано при разработке генератора озона.
Известен генератор озона, содержащий размещенную в полости корпуса систему охлаждаемых электродов, внутри которых размещены высоковольтные электроды из диэлектрической трубки с проводящим стержнем, подключенные к источнику переменного напряжения, трубки эквидистантно отделены одна от другой зазорами, в разрядные промежутки между электродами подается кислородсодержащий газ. [1]
Известно так же, что производительность генератора озона зависит от суммарной площади диэлектрической поверхности электродов, на которой горит разряд, и определяется длиной электрода умноженной на длину окружности наружного диаметра электрода.
Недостатком указанного устройства является то, что нет указаний на соотношение между числом диэлектрических трубок и их диаметром при заданных технологических ограничениях на габариты установки, что не позволяет создать конструкцию, обеспечивающую максимальную производительность озона.
Технической задачей изобретения является увеличение производительности и повышение эффективности генератора озона при заданных габаритах и технологических ограничениях.
1
1
Указанная техническая задача решается тем, что генератор озона, состоит из корпуса и установленных в нем электродов, выполненных в виде цилиндрических трубок, образующих пучок, отличается тем, что пучок имеет вид правильного шестигранника, центры окружности трубок располагаются как на сторонах шестигранника, так и на линиях, параллельных сторонам шестигранника, соединяющих центры цилиндрических трубок, расположенных на смежных сторонах шестигранника, а число электродов n, расположенных на стороне шестигранника, находится в интервале значений m+1>n≥m-m, а число m выбирается путем округления действительного числа  до ближайшего целого числа, а  где D - диаметр описанной окружности правильного шестигранника; 15 мм≥С≥12 мм - расстояние между контурами разрядников, расположенных на параллельных линиях; m - целая часть числа α=13⋅D/1400. Кроме того, наружный диаметр электрода определяется из выражения
На фиг. 1 изображено поперечное сечение пучка электродов генератора зона.
На фиг. 2 - таблица результатов расчета числа электродов n, их наружного диметра d и общая длина S периметров наружных диаметров окружности электродов.
На фиг. 3 - общий вид генератора озона.
Генератор озона содержит электроды 1 с наружным диаметром d, фиг. 1. На фиг. 1 показан габаритный диаметр D описанной окружности правильного шестигранника, внутри которого размещается пучок электродов (корпус генератора озона не показан).
Процесс синтеза озона происходит при значительном выделении тепла, а озон начинает разлагаться при температурах от +40°С, и эффективное охлаждение играет значительную роль, оказывая влияние на производительность генератора озона. Так для протекания воды необходимо принять расстояние между контурами электродов, которое обеспечивает теплоперенос от нагреваемого электрода к воде и тем самым позволяет охлаждать электроды и соответственно озон в газовой смеси.
Размер С - расстояние между контурами электродов, расположенных на параллельных линиях, указан на фиг. 1. Увеличение расстояния между контурами электродов С приводит к снижению производительности генератора озона за счет уменьшения суммарной площади электродов в результате уменьшения их числа. Уменьшение расстояния между контурами электродов С приводит к снижению эффективности охлаждения электродов и соответственно озона в газовой смеси, а так как при температуре выше +40°С озон разлагается, то снижается производительность генератора озона.
На основе результатов, полученных в экспериментальных работах, установлено, что увеличение расстояния С>15 мм между контурами электродов эффективность охлаждения электродов практически не повышается. Уменьшение же расстояния между контурами электродов до С<12 мм, эффективность охлаждения электродов снижается и приводит к повышению температуры озона в газовой смеси выше +40°С.
Таким образом, в генераторе озона требуется выдерживать расстояние 15 мм≥С≥12 мм между контурами электродов для его эффективной работы.
Очевидно, что площадь, ограниченная окружностью, всегда больше площади ограниченной фигурой многоугольника, вписанной в эту окружность.
В свою очередь, проведено численное моделирование по определению числа электродов для различных компоновок, в которых электроды размещались на концентрических окружностях, на линиях параллельных сторонам квадрата и линиях параллельных сторонам шестигранника. Диаметры электродов и минимальное расстояние между контурами электродов при моделировании для различных вариантов компоновки принимались одинаковыми.
Установлено, что число электродов в области шестигранника размещается на ≈8% больше, чем в области квадрат. Объясняется это тем, что свободные пространства между электродами, как в области шестигранника, так и в области квадрата носят регулярный характер. При этом в области шестигранника сводные пространства имеют форму близкую к равностороннему криволинейному треугольнику, а в области квадрата свободные пространства имеют форму близкую к криволинейному квадрату. Это обстоятельство и определяет более плотную компоновку электродов в области шестигранника, чем в области квадрата.
Так же определено, что число электродов в области шестигранника размещается на ≈18% больше, чем в области на концентрических окружностях.
Объясняется это тем, что в области размещения электродов на концентрических окружностях свободные пространства между электродами носят не регулярный характер и имеют формы как криволинейного треугольника, криволинейного квадрата, так и криволинейного прямоугольника.
Анализ других компоновок не позволил выявить более плотную компоновку электродов, чем в области ограниченной шестигранником, в которой электроды устанавливаются на линиях параллельных сторонам шестигранника.
Предварительно число электродов m, центра которых расположены на стороне шестигранника, фиг.1, при котором достигается максимальная общая длина S периметров наружной окружности электродов, определяется по формуле
где m число, которое получается путем округления действительного числа  до ближайшего целого числа;
После того как получено число электродов m, наружный диаметр электрода d генератора озона определяется по формуле
Общая длина S периметров наружной окружности всех электродов генератора озона определяется по формуле
Рассмотрим конкретный пример назначение проектировочных размеров генератора озона.
Исходные данные для проектирования, генератора озона: D=1400 мм - диаметр описанной окружности правильного шестигранника, внутри которого размещается пучок электродов; С=15 мм, - расстояние между контурами разрядников, расположенных на параллельных линиях, фиг. 1, которое принято максимальным из условия эффективного охлаждения газовой смеси, содержащей озон.
По этим исходным данным определим по формуле 1 число электродов m, расположенных на стороне шестигранника, фиг. 1, и по формуле 2 наружный диаметр электрода d. Результаты расчета приведены в таблице фиг. 2, отмеченные «жирным» шрифтом. Также в таблице приведены результаты расчеты диаметра электрода, определенных по формуле 2, с меньшим и большим количеством электродов по отношению к числу электродов, определенных по формуле 1, и приводится общая длина S периметров наружной окружности электродов для каждого варианта.
Как видно, из рассмотрения результатов расчетов, приведенных в таблице, общая длина S=60362 мм периметров наружной окружности всех электродов достигается при n=m=19 - числе электродов, расположенных на стороне шестигранника, фиг. 1, при этом наружный диаметр электрода равен d=15,31 мм.
Сравнение результатов расчетов, приведенных в таблице, показывает, что уменьшение числа электродов, расположенных на стороне шестигранника, на 4 электрода уменьшает общую длину S периметров наружной окружности электродов на 3,4%, т.е. производительность генератора озона снижается на 3,4% по сравнению с максимальной производительностью при одной и той же длине электродов. При уменьшении числа электродов, расположенных на стороне шестигранника, на 13 электродов уменьшает общую длину S периметров наружной окружности электродов на 46%.
Таким образом, из данных таблицы видно, что уменьшение и увеличение числа электродов m и соответственное изменение наружного диаметра электрода d приводит к уменьшению общей длины S периметров наружной окружности электродов. Это подтверждает, что при числе электродов и их наружном диаметре, определенных по формулам 1 и 2, обеспечивается максимальная общая длина S периметров наружной окружности всех электродов.
Однако существует ограничение в виде номенклатуры наружных диаметров, которые выпускаются промышленностью. Размер наружного диаметра электрода выбирается из перечня производимых промышленностью электродов. Для этого диаметр электрода, определенный по формуле 2 при числе электродов m, определенных по 1, сравнивается с перечнем производимых промышленностью электродов. Последовательно уменьшая число электродов m на 1, на 2 и т.д. определяем по формуле 2 диаметр электрода, наиболее близко соответствующий диаметру из перечня.
1
1
Таким образом, наружный диаметр электрода d и их число n, расположенных на стороне шестигранника, подобран с учетом обеспечения эквидистантности при размещении электродов внутри труб трубного пучка генератора озона, а также унификации производства изделия с учетом выпускаемых по ГОСТ труб с требуемым качеством внутренней поверхности. С учетом этого число электродов n, расположенных на стороне шестигранника, может находиться в интервале m+1<n<m-m, где m - целая часть числа α=13-D/1400.
В соответствии с формулой предлагаемого изобретения разработан генератор озона, приведенный на фиг. 2, (1 - корпус генератора озона; 2 - электрод). Количество электродов и их диаметр приведен в таблице в первом столбце.
1. RU 2152351, кл. С01В 13/11, 2000.