ГЕНЕРАТОР ОЗОНА

Полезная модель относится к электротехнологии и может быть использована при проектировании озонаторных установок повышенной производительности, обеспечивающих снижение энергозатрат на электросинтез озона.
Известен генератор озона, содержащий пакет чередующихся электродов из проводящего электрический ток материала с высоким и нулевым электрическим потенциалом и диэлектрических слоев, разделенных разрядными промежутками заданной ширины, через которые проходит поток кислородсодержащего газа, электроды выполнены в виде металлических листов (А.с. 3006100 СССР, МКИ С 01 В 13\11. Генератор озона \ Савченко М.И., Шаляпин Ю.Б. и др. - Заявл. 19.11.80, Опубл. 14.05.82. БИ №3).
Недостатком генератора озона являются высокие энергозатраты на электросинтез озона, что обусловлено недостатками конструкции, сложностью обеспечения равномерности ширины разрядного промежутка, неравномерностью и нестабильностью электрического разряда, плохими условиями охлаждения кислородсодержащего газа, неэффективностью используемой формы электрического разряда.
Известен генератор озона, содержащий электроды из проводящего электрический ток материала с высоким и нулевым электрическим потенциалом, покрытые диэлектрическими слоями, разделенные разрядным промежутком заданной ширины, через который проходит поток кислородсодержащего газа, электроды выполнены в виде металлических листов, диэлектрические слои выполнены из материала с высоким коэффициентом упругости (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).
Недостатком генератора озона являются высокие энергозатраты на электросинтез озона, что обусловлено недостатками конструкции, сложностью обеспечения равномерности
ширины разрядного промежутка, неравномерностью и нестабильностью электрического разряда, плохими условиями охлаждения кислородсодержащего газа, неэффективностью используемой формы электрического разряда.
Известен генератор озона, содержащий пакет чередующихся основных электродов из проводящего электрический ток материала с высоким и нулевым электрическим потенциалом и диэлектрических слоев, разделенных разрядными промежутками заданной ширины, через которые проходит поток кислородсодержащего газа, основные электроды выполнены в виде металлических листов, дополнительных электродов в виде металлических сеток (П. 2128143 РФ, МКИ С 01 В 13 \ 11. Озонатор \ Потапенко И.А., Андрейчук В.К. и др. - Заявл. 06.05.96, Опубл. 27.03.99. БИМП №4).
Данный генератор озона является наиболее близким по технической сущности к полезной модели и рассматривается в качестве прототипа.
Недостатком прототипа являются высокие энергозатраты на электросинтез озона, что обусловлено недостатками конструкции, неравномерностью и нестабильностью электрического разряда, неэффективностью используемой формы электрического разряда.
Полезная модель направлена на решение задачи снижения энергозатрат на электросинтез озона, что является целью полезной модели.
Снижение энергозатрат на электросинтез озона достигается тем, что в генераторе озона, содержащем пакет чередующихся электродов из проводящего электрический ток материала с высоким и нулевым электрическим потенциалом и диэлектрических слоев, разделенных разрядными промежутками заданной ширины, через которые проходит поток кислородсодержащего газа, электроды выполнены в виде сеток из проводящего электрический ток материала, стойкого к воздействию электрического разряда и химически активных веществ и радикалов, образующихся при электрическом разряде в кислородсодержащем газе, размещенных непосредственно в разрядных промежутках между диэлектрическими
слоями, а толщина электродов задает ширину разрядных промежутков.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является снижение энергозатрат на электросинтез озона. Это обеспечивается улучшением качества конструкции озонатора, увеличением полезной части энерговклада в электрический разряд, повышением равномерности и стабильности электрического разряда, использованием формы скользящего барьерного разряда, характеризующегося большими достижимыми выходами озона, улучшением условий охлаждения электродов и диэлектрических слоев, турбулизацией потока кислородсодержащего газа в разрядных промежутках.
Снижение энергозатрат на электросинтез озона является полученным техническим результатом, обусловленным заявляемым устройством (конструкцией) генератора озона, выполнением электродов генератора озона в виде сеток, их размещением непосредственно в разрядных промежутках между диэлектрическими слоями, принципами соединения составных частей генератора озона и используемыми материалами, то есть отличительными признаками. Поэтому отличительные признаки заявляемого генератора озона являются существенными.
На рисунке приведена схема генератора озона с элементами конструкции, поясняющая устройство, принцип соединения составных частей и работы генератора озона.
Генератор озона содержит пакет чередующихся электродов из проводящего электрический ток материала с высоким 1 и нулевым 2 электрическим потенциалом в виде сеток из проводящего электрический ток материала, стойкого к воздействию электрического разряда и химически активных веществ и радикалов, образующихся при электрическом разряде в кислородсодержащем газе, и диэлектрических слоев 3, разделенных разрядными промежутками 4 заданной ширины, через которые проходит поток кислородсодержащего газа. Электроды 1, 2 размещены непосредственно в разрядных промежутках 4 между диэлектрическими слоями 3. Толщина электродов 1, 2 задает ширину разрядных промежутков
4.
Генератор озона в рассматриваемом варианте имеет конструкцию генератора с плоскими электродами 1, 2 в виде сеток, число которых равно четырем. Поток кислородсодержащего газа через разрядные промежутки 4 проходит в направлении зазоров, образованных элементами сеток 1, 2. Система электродов 1, 2 генератора озона может также содержать два и большее число чередующихся плоских электродов, размещенных в разрядных промежутках 4, или иметь цилиндрическую конструкцию. Принцип работы генератора озона и форма электрического разряда при этом не изменяются (в генераторе озона возбуждается скользящий барьерный разряд). Генератор озона работает следующим образом. Кислородсодержащий газ проходит через зазоры в ячейках сеток электродов 1, 2. Электроды генератора озона 1, 2 электрически соединены через один и подключены к источнику переменного тока. Под действием напряжения источника переменного тока между электродами 1, 2 генератора озона в разрядных промежутках 4 возникает скользящий барьерный разряд. Электрический разряд имеет структуру отдельных микроразрядов, равномерно распределенных по поверхностям диэлектрических слоев 3. Поток газа из-за наличия сеток 1, 2 в разрядных промежутках 4 имеет характер турбулентного, что обеспечивает хорошую теплоотдачу, перемешивание газа и способствует повышению равномерности и стабильности электрического разряда. В микроразрядах происходит диссоциация молекул кислорода. 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 и температуры. Технологические условия проведения электросинтеза обеспечиваются такими, что процесс образования озона в разрядных промежутках 4 превалирует над процессом его разложения. В результате на выходах из разрядных промежутков 4 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 4 генератора озона и кислородсодержащего газа. Использование скользящего барьерного разряда, разрядных промежутков относительно малой ширины, а также фактически турбулентного потока кислородсодержащего газа через разрядные промежутки 4, интенсифицируют процесс электросинтеза озона, обеспечивают малый перепад температур на входе и выходе разрядных промежутков 4, что повышает концентрацию и общий выход озона.
Система электродов 1, 2 с диэлектрическими слоями 3 может быть также выполнена путем нанесения слоев металла в виде сетки на поверхность диэлектрических подложек или путем нанесения диэлектрического покрытия на металлические сетки, в частности, путем нанесения окиси алюминия (нитрида алюминия) на поверхности образующих жил сеток, выполненных, например, из алюминия. Сетки 1, 2 имеет структуру, обеспечивающую проход кислородсодержащего газа через разрядные промежутки 4, достаточную механическую жесткость, а также равномерность ширины разрядных промежутков 4. Сетки 1, 2 изготавливаются из материала, проводящего электрический ток и стойкого к воздействию электрического разряда и химически активных веществ и радикалов, образующихся при электрическом разряде в кислородсодержащем газе, например, из титановой или алюминиевой проволоки или катанки из нержавеющей стали. Проволока (катанка) могут иметь диэлектрическое покрытие полученное, например, путем окисления поверхностного слоя. Наличие диэлектрического покрытия на жилах сеток повышает надежность работы генератора озона, равномерность и стабильность электрического разряда и выход озона. Возможно образование разрядных промежутков 4, имеющих относительно малую ширину, путем взаимного наложения сеток, нанесенных методом напыления (или полученных иным способом) в виде электрически соединенных полос на поверхностях диэлектрических
слоев 3. При этом пространственная ориентация системы электродов 1, 2 и полос на поверхностях диэлектрических слоев 3 должны обеспечивать как проход кислородсодержащего газа, так и равномерность потока кислородсодержащего газа через разрядные промежутки 4. Малая ширина разрядных промежутков 4 улучшает условия охлаждения и увеличивает выход озона.
По сравнению с прототипом при использовании заявляемого генератора озона существенно снижаются энергозатраты на электросинтез озона. Использование конструкции заявляемой полезной модели позволяет изменить форму электрического разряда в разрядных промежутках генератора озона. В разрядных промежутках заявляемого генератора озона возбуждается скользящий барьерный разряд, обладающий свойством симметрии, который принципиально обеспечивает больший энергетический выход озона по сравнению с классическим барьерным разрядом. Больший энергетический выход озона в скользящем барьерном разряде обусловлен, в частности, более равномерным распределением микроразрядов по поверхностям диэлектрических слоев и улучшением условий «закалки» неравновесных концентраций атомарного кислорода в объеме разрядных промежутков. Выполнение сеток из металлической проволоки или металлических полос обеспечивают большую механическую жесткость конструкции генератора озона и позволяют получить более равномерные по ширине разрядные промежутки. Равномерность разрядных промежутков способствует большей равномерности электрического разряда и также повышает выход озона. В целом энергозатраты на электросинтез озона при использовании заявляемой полезной модели могут быть снижены на 35÷40%.