ГЕНЕРАТОР ОЗОНА

Полезная модель относится к электротехнологии и может быть использована при проектировании новых озонаторных установок повышенной производительности со сниженными энергозатратами на синтез озона.
Известен генератор озона, содержащий металлические электроды, покрытые диэлектрическими слоями, разделенные разрядным промежутком, через который проходит поток кислородсодержащего газа (А.с. 941278 СССР, МКИ С 01 В 13\11. Генератор озона \ Савченко ИМ, Шаляпин М.И. и др. - Заявл. 30.10.78, Опубл. 19.11.80. БИ №3).
Недостатком генератора озона являются высокие энергозатраты на синтез озона, что обусловлено сравнительно низкой энергетической эффективностью примененной в известном устройстве формы барьерного разряда. Примененная форма барьерного разряда характеризуется малым выходом озона.
Известен генератор озона, содержащий металлические электроды, покрытые диэлектрическими слоями, разделенные разрядным промежутком, через который проходит поток кислородсодержащего газа (Р. 2320171 GB, IK С 01 В 13\11. Ozone generator \ Burris W.A. - Priority Data 13.12.94, Date of Publication 10.06.98).
Недостатком генератора озона являются высокие энергозатраты на синтез озона, что обусловлено сравнительно низкой энергетической эффективностью примененной в известном устройстве формы барьерного разряда. Примененная форма барьерного разряда характеризуется малым выходом озона.
Известен генератор озона, содержащий металлические электроды, покрытые диэлектрическими слоями, разделенные разрядным промежутком, через который проходит поток кислородсодержащего газа (П. 2198134 РФ, МКИ С 01 В 13\11. Озонатор / Андрейчук В.К., Норков Д.А. и др. - Заявл. 30.10.01, Опубл. 10.02.03. БИМП №4).
Данный генератор озона является наиболее близким по технической сущности к полезной модели и рассматривается в качестве прототипа.
Недостатком генератора озона являются высокие энергозатраты на синтез озона, что обусловлено сравнительно низкой энергетической эффективностью примененной в известном устройстве формы барьерного разряда. Примененная форма барьерного разряда характеризуется малым выходом озона.
Полезная модель направлена на решение задачи снижения энергозатрат на синтез озона, что является целью полезной модели.
Снижение энергозатрат на синтез озона достигается тем, что в генераторе озона, содержащем металлические электроды, покрытые диэлектрическими слоями, разделенные разрядным промежутком, через который проходит поток кислородсодержащего газа, часть разрядного промежутка, через которую проходит поток кислородсодержащего газа, отделена от другой части дополнительным диэлектрическим слоем, оптически прозрачным в диапазоне длин волн ультрафиолетового излучения 130÷170 нм, и заполнена газом, который при барьерном разряде в нем генерирует ультрафиолетовое излучение преимущественно с длинами волн в диапазоне 130÷170 нм.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является снижение энергозатрат на синтез озона. Это обеспечивается изменением конструкции генератора озона, увеличением полезной части энерговклада в электрический разряд за счет изменения формы барьерного разряда в кислородсодержащем газе путем интенсификации барьерного разряда в кислородсодержащем газе ультрафиолетовым излучением в диапазоне длин волн 130÷170 нм вспомогательного барьерного разряда в газе.
Снижение энергозатрат на синтез озона является полученным техническим результатом, обусловленным заявляемой конструкцией генератора озона, примененной формой барьерного разряда, характеризующейся большей энергетической эффективностью и
большим выходом озона, то есть отличительными признаками. Поэтому отличительные признаки заявляемого генератора озона являются существенными.
На рисунке приведен чертеж генератора озона, поясняющий устройство и принцип соединения его частей.
Генератор озона в рассматриваемом варианте имеет конструкцию с плоскими электродами. Направление потока кислородсодержащего газа через разрядный промежуток показано стрелкой. Принципиально система электродов генератора озона может содержать большое число чередующихся плоских электродов, или иметь цилиндрическую конструкцию. Принцип работы генератора озона и форма электрического разряда при этом не изменяются (в обеих частях разрядного промежутка генератора озона возбуждается барьерный разряд).
Генератор озона работает следующим образом. Кислородсодержащий газ проходит через разрядный промежуток в направлении, указанном стрелкой. Под действием напряжения источника переменного тока между электродами генератора озона в обеих частях разрядного промежутка возбуждается электрический барьерный разряд. Электрический разряд имеет структуру отдельных микроразрядов, равномерно распределенных по поверхностям диэлектрических слоев. В микроразрядах в части разрядного промежутка в потоке кислородсодержащего газа происходит диссоциация молекул кислорода. Дополнительным фактором, обуславливающим процессы диссоциации молекул кислорода, является воздействие на кислородсодержащий газ интенсивного ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 130÷170 нм, генерируемого во вспомогательном барьерном разряде в другой части разрядного промежутка, отделенной от первой части дополнительным диэлектрическим слоем, оптически прозрачным для ультрафиолетового излучения указанных длин волн. В диапазоне длин волн ультрафиолетового излучения 130÷170 нм происходит интенсивное поглощение излучения молекулярным кислородом. Озон в указанном
диапазоне длин волн поглощает слабее кислорода. Часть разрядного промежутка, в котором возбуждается вспомогательный барьерный разряд, может быть заполнена эксимерным или эксиплексным газом, например, гелием, аргоном и криптоном. Барьерный разряд в этих газах является эффективным генератором ультрафиолетового излучения в диапазонах длин волн 130÷170 нм. Ультрафиолетовое излучение в диапазоне длин волн 130÷170 нм интенсифицирует процессы диссоциации молекул кислорода и барьерный разряд в части разрядного промежутка, через которую проходит поток кислородсодержащего газа. Образовавшиеся в результате диссоциации атомы кислорода при столкновениях с молекулами кислорода образуют молекулы озона. Одновременно происходит и обратная реакция разложения озона в электрическом разряде, под действием ультрафиолетового излучения барьерного разряда в потоке кислородсодержащего газа и температуры. Технологические условия проведения синтеза обеспечиваются такими, что процесс образования озона в части разрядного промежутка в потоке кислородсодержащего газа превалирует над процессом его разложения. В результате, на выходе из разрядного промежутка кислородсодержащий газ имеет в смеси заданное количество озона. Заданная концентрация озона определяется электрическим режимом генератора озона, качеством подготовки и очистки кислородсодержащего газа, а также условиями охлаждения элементов разрядного промежутка генератора озона и кислородсодержащего газа, интенсивностью и длинами волн ультрафиолетового излучения вспомогательного барьерного разряда в газе.
Система электродов с диэлектрическими слоями может быть выполнена как несимметричной, так и симметричной, то есть с двумя дополнительными диэлектрическими слоями, отделяющими части разрядного промежутка, в которых возбуждается вспомогательный барьерный разряд, от части, через которую проходит поток кислородсодержащего газа. Один из электродов может быть также выполнен без диэлектрического слоя из металла или сплава стойкого к воздействию электрического разряда и химически активных
веществ и радикалов, образующихся при электрическом разряде в кислородсодержащем газе, например, из титана, алюминия или из нержавеющей стали. Дополнительные диэлектрические слои могут быть изготовлены, например, из кристаллического кварца, сапфира, супразила. Указанные материалы пропускают ультрафиолетовое излучение с длинами волн 130÷170 нм.
По сравнению с прототипом при использовании заявляемого генератора озона существенно снижаются энергозатраты на синтез озона. Использование конструкции заявляемой полезной модели позволяет изменить форму электрического разряда в генераторе озона. В части разрядного промежутка заявляемого генератора озона, через которую проходит поток кислородсодержащего газа, возбуждается барьерный разряд, обеспечивающий больший энергетический выход озона по сравнению с барьерным разрядом в прототипе. Больший энергетический выход озона в барьерном разряде заявляемой полезной модели обусловлен интенсификацией барьерного разряда в потоке кислородсодержащего газа ультрафиолетовым излучением вспомогательного барьерного разряда в газе с длинами волн 130÷170 нм, дополнительными процессами фотодиссоциации кислорода и фотосинтеза озона в потоке кислородсодержащего газа. Выход озона при использовании заявляемой полезной модели существенно повышается. В целом энергозатраты на синтез озона при использовании заявляемой полезной модели могут быть снижены на 10÷15%.