RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 180869 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 314540 (51) IntCl7 C01B 13/10 Urząd Patentowy (22) Data zgłoszenia: 3 0.05.1996 Rzeczypospolitej Polskiej (54) Urządzenie do wytwarzania ozonu (43) Zgłoszenie ogłoszono: 08.12.1997 BUP 25/97 (73) Uprawniony z patentu: Politechnika Warszawska, Warszawa, PL (72) Twórcy wynalazku: Krzysztof Schmidt-Szałowski, Warszawa, PL Sławomir Jodzis, Warszawa, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.04.2001 WUP 04/01 (74) Pełnomocnik: Bocheńska Joanna PL 180869 B1 (57) Urządzenie do wytwarzania ozonu w tlenie lub w powietrzu za pomocą wyładowań elektrycznych, składający się z elektrod połączonych ze źródłem wysokiego napięcia oraz ze znajdującej się między nimi przegrody dielektrycznej, znamienne tym, że co najmniej jedna z elektrod (1) lub (2) jest połączona z radiatorem (4), a stosunek pola przekroju elektrody, przez który przepływa strumień ciepła do powierzchni czynnej tej elektrody wynosi od 0,2 do 2, natomiast stosunek powierzchni czynnej radiatora do powierzchni czynnej elektrody wynosi od 2 do 20. FIG.1
Urządzenie do wytwarzania ozonu Zastrzeżenie patentowe Urządzenie do wytwarzania ozonu w tlenie lub w powietrzu za pomocą wyładowań elektrycznych, składający się z elektrod połączonych ze źródłem wysokiego napięcia oraz ze znajdującej się między nimi przegrody dielektrycznej, znamienne tym, że co najmniej jedna z elektrod (1) lub (2) jest połączona z radiatorem (4), a stosunek pola przekroju elektrody, przez który przepływa strumień ciepła do powierzchni czynnej tej elektrody wynosi od 0,2 do 2, natomiast stosunek powierzchni czynnej radiatora do powierzchni czynnej elektrody wynosi od 2 do 20. * * * Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wytwarzania ozonu w tlenie lub w powietrzu pod działaniem wyładowań elektrycznych. Znane urządzenia do wytwarzania ozonu, zwane ozonatorami działają na zasadzie wyładowań elektrycznych wytwarzanych w tlenie lub w powietrzu pomiędzy dwiema elektrodami, które mają kształt rury lub płyty. Między elektrodami umieszcza się przegrodę dielektryczną w postaci rury, płyty lub w postaci warstwy dielektryka pokrywającej powierzchnię co najmniej jednej z elektrod. Do elektrod doprowadza się wysokie napięcie przemienne o amplitudzie rzędu 10 kv. W czasie trwania wyładowań elektrycznych znaczna część energii elektrycznej przetwarza się w ciepło, wskutek czego w szczelinie pomiędzy elektrodami wzrasta temperatura gazu. Wzrasta także temperatura elektrod. Ponieważ nadmierny wzrost temperatury wpływa niekorzystnie na warunki procesu, przynajmniej jedną z elektrod chłodzi się cieczą, np. wodą. Dzięki temu wewnątrz ozonatora można utrzymać niską temperaturę, która według powszechnie przyjętej opinii sprzyja powstawaniu ozonu i zmniejsza szybkość jego rozkładu. W stosowanych najczęściej ozonatorach typu rurowego jedna z elektrod jest wykonana z cienkościennej rury metalowej, wewnątrz której zachodzą wyładowania elektryczne. Z zewnątrz elektrodę tę omywa woda chłodząca, która odbiera ciepło powstające wewnątrz rury w wyniku wyładowań. Ciepło przenika zatem z wnętrza przez ścianę rury do wody chłodzącej. Jednak chłodzenie wodą urządzenia, w którym stosuje się wysokie napięcie, wymaga skomplikowanych rozwiązań konstrukcyjnych. Ponadto dla osób obsługujących aparaturę zwiększa się przez to ryzyko porażenia prądem elektrycznym. Ta wada dotychczas stosowanych ozonatorów jest przyczyną szczególnych niedogodności w przypadku niewielkich aparatów o małej mocy, używanych w pracach laboratoryjnych. Wymienionych wad nie posiada urządzenie według wynalazku, gdyż do odprowadzania ciepła służy masywna elektroda metalowa połączona z radiatorem. Warunkiem koniecznym do tego, aby ciepło wyładowania było skutecznie odprowadzane z ozonatora jest zachowanie zespołu odpowiednich proporcji pomiędzy polem czynnej w wyładowaniu powierzchni elektrody, polem przekroju elektrody przez który przepływa strumień odprowadzanego ciepła oraz polem powierzchni czynnej radiatora. I tak stosunek powierzchni przekroju przewodzącego ciepło do powierzchni czynnej elektrody wynosi od 0,2 do 2, a stosunek powierzchni czynnej radiatora do powierzchni czynnej elektrody wynosi od 2 do 20. Przy tak dobranych wzajemnie parametrach temperatura gazu w szczelinie między elektrodami nie przekracza 60 C, co umożliwia uzyskanie stężenia ozonu w zakresie od 20 do 100 g/m3. Stężenie to jest wystarczające do prowadzenia większości prac laboratoryjnych, a równocześnie budowa ozonatora jest znacznie prostsza i bezpieczniejsza dla osób obsługujących urządzenie niż przy chłodzeniu cieczą. Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładowych wykonaniach na rysunku, na którym fig. 1 przedstaw ia ozonator rurowy z elektrodą zew nętrzną chłodzoną za
180 869 3 pomocą radiatora w przekroju oraz w półwidoku z góry, fig. 2 - ozonator w przekroju z chłodzoną elektrodą wewnętrzną, a fig. 3 - ozonator płytowy w przekroju pionowym i w półwidoku z góry. Przykład I. Urządzenie uwidocznione na rysunku fig. 1 składa się z dwóch elektrod wykonanych z aluminium. Elektroda wewnętrzna 1 ma postać walca, a elektroda zewnętrzna 2 ma kształt cylindra. Powierzchnie obu elektrod są pokryte warstwą dielektryka 3. Do elektrody 1 doprowadza się wysokie napięcie w celu wywołania wyładowań. Elektroda 2 jest uziemiona. Do elektrody 2 przylega radiator ożebrowany 4 służący do odprowadzania ciepła, które wydziela się podczas wyładowania w szczelinie 5 między elektrodami 1 i 2. Stosunek pola przekroju elektrody 2, przez który przepływa ciepło do powierzchni czynnej elektrody 2 jest równy 1, a stosunek powierzchni czynnej radiatora do powierzchni czynnej elektrody 2 jest równy 8. Do aparatu doprowadza się strumień substratu za pomocą kanału 6, a gaz zawierający ozon odprowadza się kanałem 7. Urządzenie poddano następującej próbie. Do elektrod 1 i 2 doprowadzono prąd elektryczny pod napięciem 11 kv, o częstotliwości 50 Hz i przepuszczano strumień tlenu technicznego osuszonego do punktu rosy -60 C. W gazie opuszczającym ozonator zawartość ozonu wynosiła 50 g/m3. Temperatura elektrody wewnętrznej nie przekraczała 60 C. Przykład II. Urządzenie przedstawione na rysunku fig. 2 składa się z elektrod 1 i 2, szklanego dielektryka 3 oraz radiatora 4. Elektroda wewnętrzna 1 wykonana jest z masywnego wałka z aluminium. Elektroda zewnętrzna 2 ma postać metalowej folii lub siatki nawiniętej na rurę szklaną 3, która stanowi przegrodę dielektryczną. Elektroda 1, umieszczona współosiowo wewnątrz rury szklanej 3 jest połączona z metalowym radiatorem 4, który odprowadza ciepło wydzielające się w szczelinie wyładowczej 5. Do elektrody zewnętrznej 1 doprowadza się prąd pod napięciem około 10 kv o częstotliwości 600 Hz. Elektroda wewnętrzna 3 jest uziemiona. Stosunek pola przekroju przez który przepływa ciepło do powierzchni czynnej elektrody 1 jest równy 0,3, a stosunek powierzchni czynnej radiatora do powierzchni czynnej elektrody 1 jest równy 10. W celu wytworzenia ozonu aparat zasila się gazem zawierającym tlen poprzez kanał 6. Gaz zawierający ozon odprowadza się króćcem 7. Przykład III. Urządzenie przedstawione na rysunku fig. 3 składa się z trzech elektrod o kształcie płyty. Elektroda wewnętrzna 1 znajduje się pod wysokim napięciem 13 kv, a elektrody zewnętrzne 2 są uziemione. Pomiędzy elektrodami znajdują się przegrody dielektryczne 3 wykonane ze szkła. Elektrody zewnętrzne 2, wykonane z masywnych płyt metalowych, są bezpośrednio połączone z radiatorami 4. Stosunek pola przekroju, przez który przepływa ciepło do powierzchni czynnej elektrod 2 jest równy 1, a stosunek powierzchni czynnej radiatora do powierzchni każdej z elektrod 2 jest równy 5. Wyładowanie zachodzi w szczelinie wyładowczej 5, przez którą przepuszcza się strumień osuszonego tlenu o czystości technicznej za pomocą kanału doprowadzającego 6 i odprowadzającego 7. Wskutek odprowadzania ciepła przez elektrody zewnętrzne 2 i radiatory 4 temperatura w szczelinie nie przekraczała 60 C, a zawartość ozonu w gazie wynosiła 20 g/m3.
FIG.3 180 869
180 869 FIG.1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.