ОЗОНАТОР

Полезная модель относится к электротехнологии и может быть использована при проектировании озонаторных установок повышенной производительности, обеспечивающих снижение энергозатрат на электросинтез озона.
Известен озонатор, содержащий электроды из проводящего электрический ток материала, покрытые диэлектрическими слоями, разделенные разрядным промежутком заданной ширины, через который проходит поток кислородсодержащего газа, источник переменного тока, электроды соединены с выводами источника переменного тока (В.В.Лунин, М.П.Попович, С.Н.Ткаченко. Физическая химия озона. - М.: Изд-во МГУ, 1998. - С.64).
Недостатком озонатора 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, используемой формой электрического разряда.
Известен озонатор, содержащий электроды из проводящего электрический ток материала, покрытые диэлектрическими слоями, разделенные разрядным промежутком заданной ширины, через который проходит поток кислородсодержащего газа, источник переменного тока, диэлектрические слои выполнены из материала с высоким коэффициентом упругости, электроды соединены с выводами источника переменного тока, (П. 2198134 РФ, МКИ С01 В 13/11. Озонатор / Андрейчук В.К., Норков Д.А. и др. - Заявл. 30.10.01, Опубл. 10.02.03. БИМП №4).
Недостатком озонатора 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, используемой формой электрического разряда.
Известен озонатор, содержащий электроды из проводящего электрический ток материала, покрытые диэлектрическими слоями, разделенные разрядным промежутком заданной ширины, через который проходит поток кислородсодержащего газа, сетку, размещенную в разрядном промежутке между диэлектрическими слоями электродов, толщина которой задает ширину разрядного промежутка, источник переменного тока, сетка выполнена из диэлектрического материала, электроды соединены с выводами источника переменного тока (Р. 2320171 GB, IK С01 В13/11. Ozone generatorVBurris W.A. - Priority Data 13.12.94, Date of Publication 10.06.98).
Данный озонатор 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, используемой формой 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 озонаторе, содержащем электроды из проводящего электрический ток материала, покрытые диэлектрическими слоями, разделенные разрядным промежутком заданной ширины, через который проходит поток кислородсодержащего газа, сетку, размещенную в разрядном промежутке между диэлектрическими слоями электродов, толщина которой задает ширину разрядного промежутка, источник переменного тока, сетка выполнена из проводящего электрический ток материала, стойкого к воздействию электрического разряда и химически активных веществ и радикалов, образующихся при электрическом разряде в кислородсодержащем
газе, электроды соединены с выводом источника переменного тока, а сетка соединена со вторым выводом источника переменного тока.
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.
Снижение энергозатрат на электросинтез озона является полученным техническим результатом, обусловленным заявляемым устройством (конструкцией) озонатора, принципами соединения его составных частей и используемыми материалами, то есть отличительными признаками. Поэтому отличительные признаки заявляемого озонатора являются существенными.
На рисунке приведена функциональная схема озонатора с элементами конструкции, поясняющая устройство, принцип соединения частей и работы озонатора.
Озонатор в рассматриваемом варианте имеет конструкцию озонатора с плоскими электродами. Направление потока кислородсодержащего газа через разрядный промежуток показано стрелкой. Принципиально система электродов озонатора может содержать большое число чередующихся плоских электродов, в разрядных промежутках которых размещены сетки, или иметь цилиндрическую конструкцию. Принцип работы озонатора и форма электрического разряда при этом не изменяются (в озонаторе возбуждается скользящий барьерный разряд). Озонатор работает следующим образом. Кислородсодержащий газ проходит через зазоры в ячейках сетки. Электроды озонатора соединены и подключены к выводу источника переменного тока. Сетка выполняет роль второго электрода и соединена со вторым выводом источника переменного тока. Под действием напряжения источника
переменного тока между сеткой и электродами озонатора возникает скользящий барьерный разряд. Электрический разряд имеет структуру отдельных микроразрядов, равномерно распределенных по поверхностям диэлектрических слоев. Поток газа из-за наличия сетки в разрядном промежутке 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 разрядном промежутке 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 озонатора, качеством подготовки и очистки кислородсодержащего газа, а также условиями охлаждения элементов разрядного промежутка озонатора и кислородсодержащего газа. Использование скользящего барьерного разряда, разрядных промежутков относительно малой ширины, а также фактически турбулентного потока кислородсодержащего газа, интенсифицируют процесс электросинтеза озона, обеспечивают малый перепад температур на входе и выходе разрядного промежутка, что повышает концентрацию и выход озона.
Система электродов с диэлектрическими слоями может быть выполнена как путем нанесения слоя металла на поверхность диэлектрической подложки, так и путем нанесения диэлектрического покрытия на поверхность металлического листа, например, путем нанесения окиси алюминия на поверхность листа, выполненного из алюминия. Сетка имеет структуру, обеспечивающую проход кислородсодержащего газа через разрядный промежуток,
достаточную механическую жесткость, а также равномерность ширины разрядного промежутка. Сетка должна быть изготовлена 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, например, полученное путем окисления. Наличие диэлектрического покрытия на жилах сетки повышает надежность работы озонатора, равномерность и стабильность электрического разряда и выход озона. Возможно образование разрядного промежутка, имеющего относительно малую ширину, путем взаимного наложения сеток, нанесенных методом напыления (или полученных иным способом) в виде электрически соединенных полос на внутренние поверхности диэлектрических слоев. При этом пространственная ориентация системы электродов и полос на поверхностях диэлектрических слоев должны обеспечивать как проход газа, так и равномерность потока кислородсодержащего газа через разрядный промежуток. Малая ширина разрядного промежутка улучшает условия охлаждения и увеличивает выход озона.
По сравнению с прототипом при использовании заявляемого озонатора существенно снижаются энергозатраты на электросинтез озона. Использование конструкции заявляемой полезной модели позволяет изменить форму электрического разряда в озонаторе. В разрядном промежутке заявляемого озонатора возбуждается скользящий барьерный разряд, 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 разрядного промежутка.
Выполнение сетки из металлической проволоки или металлических полос обеспечивают большую механическую жесткость конструкции озонатора и позволяют получить более равномерные по ширине разрядные промежутки. Равномерность разрядного промежутка 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%.