RU2056344C1

RU2056344C1 - High-frequency tubular ozonizer

Info

Publication number: RU2056344C1
Application number: RU93007726A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Рожнев; Ю.А. Волченко
Priority date: 1993-02-08
Filing date: 1993-02-08
Publication date: 1996-03-20

Abstract

FIELD: sewage treatment. SUBSTANCE: ozonizer uses tubular discharge elements located in a casing; their external electrodes are welded to the casing partitions with the edge part; to this end, annular lugs are provided on the surface of partitions in alignment with through holes. Two perforated diaphragms are installed in the ozonizer casing. The internal surface of the external electrode has spacing lugs at least in three cross-sections along the length of the electrode. EFFECT: facilitated procedure. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для получения озона и может быть использовано в установках по очистке промышленных и бытовых сточных вод, подготовке питьевой воды и воды плавательных бассейнов в коммунальном, сельском хозяйстве, пищевой, химической промышленности, медицине. The invention relates to devices for producing ozone and can be used in installations for the treatment of industrial and domestic wastewater, the preparation of drinking water and swimming pool water in public utilities, agriculture, food, chemical industry, and medicine.

Известен озонатор, содержащий корпус, расположенные в корпусе разрядные элементы, каждый из которых состоит из коаксиально установленных трубчатых низковольтных и высоковольтных электродов, разделенных диэлектрическим барьером и воздушным кольцевым зазором, две поперечные перегородки и две поперечные перфорированные диафрагмы. Электроды закреплены в перегородках корпуса с помощью уплотнительных прокладок и гаек. A known ozonizer containing a housing, discharge elements located in the housing, each of which consists of coaxially mounted tubular low-voltage and high-voltage electrodes separated by a dielectric barrier and an air annular gap, two transverse partitions and two transverse perforated diaphragms. The electrodes are fixed in the partitions of the housing using gaskets and nuts.

Недостаток известного устройства быстрое разрушение материала прокладок, контактирующих с озоном, являющимся сильнейшим окислителем. Разрушение прокладок приводит к разгерметизации камеры охлаждения, охлаждающая жидкость попадает в разрядный промежуток и происходит замыкание высоковольтного электрода и выход из строя разрядного элемента. A disadvantage of the known device is the rapid destruction of the material of the gaskets in contact with ozone, which is the strongest oxidizing agent. The destruction of the gaskets leads to depressurization of the cooling chamber, the coolant enters the discharge gap and the high-voltage electrode closes and the discharge element fails.

Цель изобретения создание трубчатого озонатора, у которого нежелательное нарушение герметичности камеры охлаждения сводится к минимуму, а также улучшается охлаждение внешних электродов за счет организации турбулентного характера течения охлаждающей жидкости. The purpose of the invention is the creation of a tubular ozonizer, in which an undesirable violation of the tightness of the cooling chamber is minimized, and the cooling of external electrodes is improved due to the organization of the turbulent nature of the flow of coolant.

Эта цель достигается тем, что в высоковольтном трубчатом озонаторе, содержащем корпус, укрепленные на корпусе патрубки входа и выхода газа, патрубки ввода и вывода охлаждающей жидкости, размещенные в корпусе разрядные элементы, каждый из которых состоит из внешнего низковольтного электрода, концентрически окруженного им внутреннего высоковольтного электрода и установленной между ними с образованием кольцевого зазора, диэлектрической трубки, две поперечные перегородки, установленные в корпусе, которые формируют камеру охлаждения, в перегородках выполнены сквозные отверстия, предназначенные для установки разрядных элементов, две поперечные перфорированные диафрагмы, а внешние низковольтные электроды выполнены из металлической трубки и по краевой части приварены к перегородкам. Диэлектрик выполнен в виде трубы. На поверхности перегородок, противоположной поверхности, обращенной к камере охлаждения, выполнены кольцевые выступы соосно сквозным отверстиям. Внешние низковольтные электроды установлены в отверстии перегородок заподлицо с краем выступа, толщина t которого определена соотношением t₁≅t≅2t₁, где t₁ толщина трубки внешнего низковольтного электрода. Высота над поверхностью перегородки выбрана с учетом теплопередачи материала перегородки и составляет не менее 3 t₁. Устройство дополнительно снабжено по меньшей мере двумя перфорированными диафрагмами, установленными в камере охлаждения перпендикулярно разрядным элементам. Диаметр отверстий перфорации диафрагмы определен соотношением
d₂ (d₃ + nd₁)/n, где d₁ наружный диаметр внешнего низковольтного электрода; d₂ диаметр отверстий диафрагмы; d₃ диаметр патрубка ввода охлаждающей жидкости; n количество разрядных элементов.This goal is achieved by the fact that in a high-voltage tubular ozonizer containing a housing, gas inlet and outlet nozzles mounted on the housing, coolant inlet and outlet nozzles, discharge elements located in the housing, each of which consists of an external low-voltage electrode concentrically surrounded by an internal high-voltage electrode and installed between them with the formation of an annular gap, a dielectric tube, two transverse partitions installed in the housing that form the cooling chamber, in regorodkah through holes designed for inserting bit elements, two transverse perforated diaphragm, and external low-voltage electrodes are made of metal tube and welded to the edge portion of the partitions. The dielectric is made in the form of a pipe. On the surface of the partitions opposite the surface facing the cooling chamber, annular projections are made coaxially through the holes. External low-voltage electrodes are installed in the opening of the partitions flush with the edge of the protrusion, the thickness t of which is determined by the ratio t ₁ ≅t≅2t ₁ , where t _{1 is the} thickness of the tube of the external low-voltage electrode. The height above the partition surface is selected taking into account the heat transfer of the partition material and is at least 3 t ₁ . The device is additionally equipped with at least two perforated diaphragms mounted in the cooling chamber perpendicular to the discharge elements. The diameter of the holes of the perforation of the diaphragm is determined by the ratio
d ₂ (d ₃ + nd ₁ ) / n, where d _{1 is the} outer diameter of the external low-voltage electrode; d _{2 the} diameter of the holes of the diaphragm; d _{3 the} diameter of the coolant inlet pipe; n number of bit elements.

Внешние низковольтные электроды на внутренней поверхности имеют выступы, расположенные не менее чем в трех поперечных сечениях по длине электрода. Количество выступов в каждом сечении не менее трех. Угол α между осями, проведенными через центры выступов и осью внешнего низковольтного электрода составляет не более 120^оС. Высота h выступов определяется соотношением h 1/2(d₁ d₄), где d₁ наружный диаметр внешнего низковольтного электрода; d₄ наружный диаметр диэлектрической трубки.External low-voltage electrodes on the inner surface have protrusions located in at least three cross sections along the length of the electrode. The number of protrusions in each section is at least three. The angle α between the axes drawn through the centers of the protrusions and the axis of the external low-voltage electrode is not more than 120 ^° C. The height h of the protrusions is determined by the ratio h 1/2 (d ₁ d ₄ ), where d _{1 is the} outer diameter of the external low-voltage electrode; d _{4 the} outer diameter of the dielectric tube.

Наличие кольцевых выступов, расположенных соосно отверстиям перегородок, позволяет обеспечить равный температурный прогрев свариваемых частей, т.е. повысить качество сварного соединения краевых частей внешнего низковольтного электрода с перегородками корпуса. The presence of annular protrusions located coaxially with the openings of the partitions allows equal temperature heating of the parts to be welded, i.e. to improve the quality of the welded joint of the edge parts of the external low-voltage electrode with the body partitions.

Наличие диафрагм в корпусе озонатора препятствует прогибу и перекосу трубок внешнего низковольтного электрода при сварке с перегородками и при работе озонатора. Рассчитав величину кольцевого зазора между отверстиями перфорации диафрагм и внешними низковольтными электродами, можно добиться турбулентного характера движения охлаждающей жидкости, создаются наилучшие условия для охлаждения внешних низковольтных электродов, следовательно, повысится продуктивность действия озонатора. The presence of diaphragms in the body of the ozonizer prevents the deflection and skew of the tubes of the external low-voltage electrode when welding with partitions and during operation of the ozonizer. By calculating the size of the annular gap between the holes of the perforation of the diaphragms and external low-voltage electrodes, it is possible to achieve a turbulent nature of the movement of the coolant, the best conditions are created for cooling the external low-voltage electrodes, therefore, the productivity of the ozonizer will increase.

Выполнение внешнего низковольтного электрода с выступами на внутренней поверхности для дистанциpования его от диэлектрической трубки обеспечивает центрирование внешнего и внутреннего электродов относительно друг друга и сохранение величины кольцевого зазора равной по сечению при работе озонатора, препятствующее потерям озона из-за неравномерности объемного расхода озонируемого газа и обеспечивающее простоту замены вышедшей из строя диэлектрической трубки. The implementation of the external low-voltage electrode with protrusions on the inner surface to distance it from the dielectric tube provides centering of the external and internal electrodes relative to each other and keeps the annular gap equal in cross section during the operation of the ozonizer, preventing ozone losses due to uneven volume flow of ozonized gas and providing simplicity replacing a failed dielectric tube.

На фиг. 1 изображена схема высокочастотного трубчатого озонатора, разрез; на фиг. 2 и 3 разрядный элемент озонатора, разрез. In FIG. 1 shows a diagram of a high-frequency tubular ozonizer, section; in FIG. 2 and 3 digit element of the ozonizer, section.

Устройство содержит корпус 1 с патрубками входа 2 и выхода 3 газа и патрубками ввода 4 и вывода 5 охлаждающей жидкости, например воды. В корпусе 1 размещены разрядные элементы 6, каждый из которых содержит внешний низковольтный электрод 7, выполненный из металлической трубки, преимущественно из нержавеющей стали, и имеющий внутренние выступы 8, концентрически окруженный им внутренний высоковольтный электрод 9, диэлектрическую трубку 10, преимущественно кварцевую. Внешние низковольтные электроды 7 укреплены обоими концами в отверстиях 11 поперечных перегородок 12, 13 корпуса 1, формирующих камеру 14 охлаждения. Отверстия 11 перегородок 12 и 13 имеют кольцевые выступы 15, толщину t выступов определяют из соотношения t₁≅t≅2t₁,устанавливающего связь между толщиной трубки t₁внешнего низковольтного электрода 7 и толщиной выступа t. Высоту Н выступа 15 выбирают не менее 3 t₁, чтобы получить равный температурный прогрев свариваемых частей: краевой части электрода 7 и кольцевого выступа 15.The device comprises a housing 1 with nozzles for the inlet 2 and outlet 3 of the gas and nozzles for the inlet 4 and outlet 5 of the coolant, for example water. Discharge elements 6 are placed in the housing 1, each of which contains an external low-voltage electrode 7 made of a metal tube, mainly stainless steel, and having internal protrusions 8, an internal high-voltage electrode 9 concentrically surrounded by it, a dielectric tube 10, mainly quartz. External low-voltage electrodes 7 are strengthened by both ends in the holes 11 of the transverse partitions 12, 13 of the housing 1, forming a cooling chamber 14. The holes 11 of the partitions 12 and 13 have annular protrusions 15, the thickness t of the protrusions is determined from the relation t ₁ ≅t≅2t ₁ , which establishes a connection between the thickness of the tube t _{1 of the} external low-voltage electrode 7 and the thickness of the protrusion t. The height H of the protrusion 15 is chosen at least 3 t ₁ to obtain equal temperature heating of the parts to be welded: the edge of the electrode 7 and the annular protrusion 15.

В камере 14 охлаждения внешних низковольтных электродов 7 установлены по меньшей мере две перфорированные диафрагмы 16 и 17. Диаметр отверстий 18 перфорации диафрагм 16 и 17 определяют из соотношения d₂ (d₃ + nd₁)/n, устанавливающего зависимость между диаметром d₂ отверстий 18 диафрагм 16 и 17, наружным диаметром d₁внешнего низковольтного электрода 7, количеством n озонирующих разрядных элементов 6 и диаметром d₃ патрубка ввода 4 охлаждающей воды. Это позволяет получить зазор между отверстием 18 диафрагм 16 и 17 и внешним низковольтным электродом, обеспечивающий создание туpбулентного режима движения охлаждающей жидкости.At least two perforated diaphragms 16 and 17 are installed in the cooling chamber 14 of the external low-voltage electrodes 7. The diameter of the holes 18 of the perforation of the diaphragms 16 and 17 is determined from the ratio d ₂ (d ₃ + nd ₁ ) / n, which establishes the relationship between the diameter d _{2 of the} holes 18 diaphragms 16 and 17, the outer diameter d _{1 of the} external low-voltage electrode 7, the number n of ozonizing discharge elements 6 and the diameter d _{3 of the} inlet 4 of the cooling water. This allows you to get a gap between the hole 18 of the diaphragms 16 and 17 and the external low-voltage electrode, which creates a turbulent mode of movement of the coolant.

На фиг. 2 изображено расположение внутренних выступов 8 внешнего низковольтного электрода 7. Угол α между осями 19 и 20, проходящими через центры выступов 8, и осью внешнего низковольтного электрода 7 выбирают не более 120^о. Высоту выступов h определяют из соотношения h 1/2(d₁ d₄), устанавливающего зависимость высоты h выступов 8 от разности диаметров d₁ внешнего низковольтного электрода 7 и диэлектрической трубки 10.In FIG. 2 shows the location of the inner protrusions 8 of the external low-voltage electrode 7. The angle α between the axes 19 and 20 passing through the centers of the protrusions 8 and the axis of the external low-voltage electrode 7 is chosen to be no more than 120 ^° . The height of the protrusions h is determined from the ratio h 1/2 (d ₁ d ₄ ), which establishes the dependence of the height h of the protrusions 8 on the diameter difference d _{1 of the} external low-voltage electrode 7 and the dielectric tube 10.

Озонатор работает следующим образом. The ozonizer works as follows.

При приложении к внутреннему высоковольтному электроду 9 высокого напряжения в зазоре между высоковольтным электродом 9 и низковольтным электродом 7 создается электрический разряд. Под действием электрического разряда часть кислорода кислородсодержащей газовой смеси, подаваемой через патрубок входа 2 в разрядные зоны, превращается в озон, после чего отводится через патрубок выхода 3. При действии электрического разряда образуется значительное количество тепла, которое передается через внешние низковольтные электроды 7 в охлаждающую жидкость. Жидкость для охлаждения внешних низковольтных электродов 7 поступает через патрубок ввода 4 в камеру 14 охлаждения, проходит через кольцевые зазоры между отверстиями 18 диафрагм 16 и 17 и наружным диаметром низковольтного электрода 7, омывает поверхности этих электродов и выводится через патрубок вывода 6. When a high voltage is applied to the internal high voltage electrode 9, an electric discharge is created in the gap between the high voltage electrode 9 and the low voltage electrode 7. Under the action of an electric discharge, part of the oxygen-containing gas mixture oxygen supplied through the inlet pipe 2 to the discharge zones is converted to ozone, and then is discharged through the outlet pipe 3. Under the action of an electric discharge, a significant amount of heat is generated, which is transmitted through external low-voltage electrodes 7 to the coolant . The liquid for cooling the external low-voltage electrodes 7 enters through the inlet 4 to the cooling chamber 14, passes through the annular gaps between the holes 18 of the diaphragms 16 and 17 and the outer diameter of the low-voltage electrode 7, washes the surfaces of these electrodes and is discharged through the outlet 6.

Возможно следующее выполнение разрядных элементов. Диаметр внешнего низковольтного электрода равен 6 мм при толщине трубки, из которой выполнен электрод, равной 0,6 мм. Диаметр внутpеннего высоковольтного электрода равен 1,2 мм, наружный диаметр диэлектрической трубки равен 3 мм. Толщина t кольцевого выступа перегородки выбрана из соотношения 0,6 мм≅t≅1,2 мм и равна 1 мм. Высота Н выступа над поверхностью перегородки составляет не менее 1,8 мм. Диаметр отверстий перфорации диафрагм равен 6,03 мм при диаметре патрубка ввода охлаждающейжидкости 25 мм. Внешний низковольтный электрод выполнен с выступами на внутренней поверхности, которые расположены в трех поперечных сечениях по длине электрода равной 500 мм. В сечении выполнены четыре выступа. Угол между осями, проведенными через центры соседних выступов и осью низковольтного электрода равен 90^о. Высота выступов равна 1,5 мм. Один электроразрядный элемент, выполненный таким образом, производит озон 1,25-1,35 г/ч, следовательно, для озонатора, рассчитанного на получение 1 кг озона в час, требуется 800 разрядных элементов.The following execution of bit elements is possible. The diameter of the external low-voltage electrode is 6 mm with a tube thickness of which the electrode is made equal to 0.6 mm. The diameter of the internal high-voltage electrode is 1.2 mm, the outer diameter of the dielectric tube is 3 mm. The thickness t of the annular protrusion of the septum is selected from a ratio of 0.6 mm≅t≅1.2 mm and is equal to 1 mm. The height H of the protrusion above the surface of the partition is at least 1.8 mm. The diameter of the holes of the perforation of the diaphragms is 6.03 mm with a diameter of the coolant inlet pipe 25 mm. The external low-voltage electrode is made with protrusions on the inner surface, which are located in three cross sections along the length of the electrode equal to 500 mm Four protrusions are made in section. The angle between the axes drawn through the centers of adjacent protrusions and the axis of the low-voltage electrode is 90 ^° . The height of the protrusions is 1.5 mm. One electrodischarge element made in this way produces ozone of 1.25-1.35 g / h; therefore, for an ozonizer designed to receive 1 kg of ozone per hour, 800 discharge elements are required.

Предложенная конструкция позволяет изготовить малогабаритный высокочастотный трубчатый озонатор с повышенной надежностью по сравнению с известными конструкциями. Максимальное количество электроразрядных элементов достигает 800 шт. что позволяет с объема озонатора 0,12 м³получать более 1 кг озона в час.The proposed design allows the manufacture of a small-sized high-frequency tubular ozonizer with increased reliability compared to known designs. The maximum number of electric discharge elements reaches 800 pcs. which allows you to receive more than 1 kg of ozone per hour from the volume of the ozonizer 0.12 m ³ .

Claims

1. A HIGH-FREQUENCY TUBULAR OZONATOR comprising a housing, gas inlet and outlet nozzles mounted on the housing, coolant inlet and outlet nozzles, discharge elements located in the housing, each of which consists of a coaxial external low-voltage electrode and an internal high-voltage electrode with a dielectric between them, and two transverse partitions installed in the housing, forming a cooling chamber and made with through holes for installing the discharge elements, two transverse perforated diaphragm we, and the external low-voltage electrodes are made of a metal pipe and are welded along the edge to the partitions, characterized in that the dielectric is made in the form of a pipe installed with a gap between the electrodes, ring projections are made coaxially on the surface of the partitions opposite the surface facing the cooling chamber with through holes, while external low-voltage electrodes are installed in the holes of the partitions flush with the edge of the protrusion, the thickness t of which is determined by the ratio
t ₁ ≅ t ≅ 2t ₁ ,
where t ₁ is the thickness of the tube of the low voltage electrode,
and the height of the protrusion above the surface of the partition is selected taking into account the heat transfer of the material of the partition and is at least 3 t ₁ .

2. The ozonizer according to claim 1, characterized in that the diameter of the holes of the perforation of the diaphragm is determined by the ratio

where d ₁ is the outer diameter of the external low-voltage electrode;
d ₂ - the diameter of the holes of the diaphragm;
d ₃ is the diameter of the coolant inlet pipe;
n is the number of bit elements.

3. The ozonizer in paragraphs. 1 and 2, characterized in that the external low-voltage electrode on the inner surface has protrusions located at least three cross sections along the length of the electrode, the number of protrusions in each section not less than three and the angle α between the axes drawn through the centers of the protrusions and the axis of the external low-voltage electrode is not more than 120 ^o , and the height of the protrusions h is determined by the ratio
h = 1/2 (d ₁ - d ₄ ),
where d ₁ is the outer diameter of the external low-voltage electrode;
d ₄ - the outer diameter of the dielectric tube.