ГЕНЕРАТОР ОЗОНА

Полезная модель относится к физической химии и может быть использована при проектировании новых озонаторных установок повышенной производительности со сниженными энергозатратами на синтез озона.
Известен генератор озона, содержащий резервуар с патрубками для подачи исходного и отвода обработанного кислородсодержащего газа, источник ультрафиолетового излучения, источник ультрафиолетового излучения выполнен в виде газоразрядной лампы (В.В.Лунин, М.П.Попович, С.К.Ткаченко. Физическая химия озона. - М.: Изд-во МГУ, 1988. - С.359).
Недостатком генератора озона являются высокие энергозатраты на синтез озона, что обусловлено сравнительно низкой энергетической эффективностью примененного в известном устройстве источника ультрафиолетового излучения. Примененный источник ультрафиолетового излучения имеет низкую отдачу в диапазоне длин волн вакуумного ультрафиолетового излучения, требует интенсивного охлаждения и является источником нагрева кислородсодержащего газа, приводящего к термическому разложению озона.
Известен генератор озона, содержащий резервуар с патрубками для подачи исходного и отвода обработанного кислородсодержащего газа, источник ультрафиолетового излучения, источник ультрафиолетового излучения выполнен в виде эксимерной газоразрядной лампы (В.В.Лунин, М.П.Попович, С.Н.Ткаченко. Физическая химия озона. - М.: Изд-во МГУ, 1988. - С.371).
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 примененного в известном
устройстве источника ультрафиолетового излучения. Примененный источник ультрафиолетового излучения имеет низкую отдачу в диапазоне длин волн вакуумного ультрафиолетового излучения, требует интенсивного охлаждения и является источником нагрева кислородсодержащего газа, приводящего к термическому разложению 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 резервуар с патрубками для подачи исходного и отвода обработанного кислородсодержащего газа, источник ультрафиолетового излучения, источник ультрафиолетового излучения выполнен в виде оптодиода, излучающего в диапазоне длин волн ультрафиолетового излучения 130÷170 нм,
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является снижение энергозатрат на синтез озона. Это обеспечивается изменением конструкции генератора озона, использованием нового типа источника ультрафиолетового излучения (оптодиода), излучающего в диапазоне длин волн ультрафиолетового излучения 130÷170 нм. В указанном диапазоне длин волн вакуумного ультрафиолетового излучения кислород поглощает сильнее озона, что обеспечивает больший выход озона при более низких энергозатратах.
Снижение энергозатрат на синтез озона является полученным техническим результатом, обусловленным заявляемой конструкцией генератора озона, примененным типом источника ультрафиолетового излучения, характеризующегося большей энергетической эффективностью, лучшими условиями охлаждения, малым термическим нагревом кислородсодержащего газа, 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 содержит резервуар 1, с патрубками для подачи исходного 2 и отвода обработанного 3 кислородсодержащего газа, источник ультрафиолетового излучения 4, выполненного в виде оптодиода. Направление потока кислородсодержащего газа через резервуар показано стрелкой.
Принцип действия генератора озона основан на явлении фотосинтеза озона при воздействии на обрабатываемый кислородсодержащий газ вакуумного ультрафиолетового излучения. При этом генератор озона работает следующим образом. Кислородсодержащий газ проходит через объем резервуара 1 в направлении, указанном стрелкой. Подвод исходного газа осуществляется через входной патрубок 2, а отвод обработанного газа производится через выходной патрубок 3. Под действием вакуумного ультрафиолетового излучения оптодиода 4 в резервуаре 1 происходят процессы возбуждения и диссоциации молекул кислорода. Ультрафиолетовое излучение в диапазоне длин волн 130-170 нм интенсифицирует процессы диссоциации молекул кислорода. В указанном диапазоне длин волн вакуумного ультрафиолетового излучения кислород поглощает сильнее озона (соотношение коэффициентов поглощения кислорода и озона в указанном диапазоне изменяется соответственно от одного до четырех). Образовавшиеся в результате фотодиссоциации атомы кислорода при столкновениях с молекулами кислорода образуют молекулы озона. Одновременно происходит и обратная реакция разложения озона в потоке кислородсодержащего газа под действием ультрафиолетового излучения и температуры, а также на стенках резервуара 1. Технологические условия проведения фотосинтеза (скорость потока, исходная температура, состав, степень очистки кислородсодержащего газа) обеспечиваются такими, что процесс образования озона в объеме резервуара 1 превалирует над процессом его разложения. В результате, на выходе из объема резервуара 1 кислородсодержащий газ имеет в смеси заданное количество озона. Заданная концентрация озона определяется конструкцией генератора озона, мощностью (интенсивностью) излучения и
диапазоном длин волн ультрафиолетового излучения оптодиода 4, качеством подготовки и очистки кислородсодержащего газа, а также условиями охлаждения элементов генератора озона, в том числе оптодиода 4, и кислородсодержащего газа.
Оптодиод работает на основе физического явления электролюминесценции, то есть излучения р-n-перехода при прохождении через него прямого тока. Пороговое напряжение, при котором начинается излучение оптодиода, близко по величине к контактной разности потенциалов р-n-перехода. Такое излучение является некогерентным. Однако оптодиод излучает в очень узкой полосе спектра, что важно для построения генератора озона. Оптодиод наиболее стабильный и управляемый источник ультрафиолетового излучения, имеющий высокую отдачу (отношение мощности вакуумного ультрафиолетового излучения заданных длин волн к мощности оптодиода. Единица измерения отдачи: оптический ватт на энергетический ватт). Кроме того, от оптодиода достаточно легко отводится тепло. В результате снижается тепловое воздействие на обработанный газ и влияние на выход озона термического разложения. Оптодиод представляет собой твердотельный источник излучения, имеющий высокую механическую прочность и большое время наработки на отказ. Для получения излучения в диапазоне вакуумного ультрафиолета используют оптодиоды на основе кристаллов из нитридов галлия и индия.
Заявляемая полезная модель может использоваться в установках синтеза озона высоких концентраций, в том числе, с полным отсутствием окислов азота в озоно-кислородсодержащей смеси при синтезе озона из воздуха.
По сравнению с прототипом при использовании заявляемого генератора озона снижаются энергозатраты на синтез озона. Используемый в озонаторе твердотельный источник излучения является наиболее экономичным. Применение конструкции заявляемой полезной модели позволяет повысить выход озона также за счет обеспечения возможности снижения потерь на термическое разложение, а также на разложение, например, озона на
соединительных трубопроводах для транспортировки озона от места синтеза до места потребления. Озонатор по заявляемой полезной модели может устанавливаться в непосредственной близости от места потребления озона, в частности, по требованиям обеспечения безопасных условий эксплуатации устройства при пониженном рабочем напряжении.
В целом энергозатраты на синтез озона при использовании заявляемой полезной модели могут быть снижены на 30÷35%.
Дополнительно повышается надежность работы генератора озона за счет увеличенного времени наработки на отказ оптодиода, которое может на два порядка превышать время наработки на отказ газоразрядной лампы, высокой механической прочности оптодиода и обеспечения возможности использования в устройстве низкого рабочего напряжения.
Расширяется область применения генератора озона за счет возможности использования устройства, например, в условиях повышенной влажности, в частности, в системах озонирования воды. Это также обусловлено возможностями использования низкого рабочего напряжения устройства.