УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ОЗОНА
DEVICE FOR OZONE GENERATION

Изобретение относится к озонаторному оборудованию и может быть использовано в качестве устройства для получения озона при обеззараживании питьевой воды, очистке сточных вод предприятий, городов и животноводческих ферм, в медицине и др.
Известны генераторы озона, в которых озон получается за счет обработки кислородосодержащих газов электрическим разрядом в камере, оборудованной электропроводными поверхностями - электродами, расположенными параллельно через небольшой промежуток друг от друга, к которым подводится переменное высокое напряжение; к внутренней поверхности обоих электродов или одного из электродов прикрепляется диэлектрический материал - диэлектрический барьер Филиппов Ю.В., Вобликов В.А., Пантелеев В.И. Электросинтез озона М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987, 238 с. Синтез озона в таких устройствах осуществляется за счет барьерного разряда в газовом промежутке.
Основным недостатком указанных устройств является разрушение и выход из строя диэлектрического барьера, наиболее уязвимого элемента озонаторной камеры. Кроме воздействия озона барьер подвергается разрушению, обусловленному как микроразрядами барьерного разряда, так и непосредственно электрическим полем. Совместное воздействие этих факторов приводит к выходу из строя диэлектрического барьера, а в итоге - к короткому замыканию между электродами. Начальное разрушение барьера обусловлено высокотемпературным воздействием каналов микроразрядов. Особенно такой процесс интенсифицируется при локализации барьерного разряда. Основной причиной локализации в барьерном разряде является образование на поверхности барьера пятен с повышенной проводимостью. Такие пятна возникают как за счет влажности, загрязненности обрабатываемого газа, так и за счет продуктов, сопровождающих синтез озона. Указанные пятна обладают повышенной емкостью с электродом, который расположен по другую сторону барьера. В итоге с другого электрода на пятно происходит разряд. Чем больше площадь пятна и, соответственно, выше его емкость, тем интенсивней разряд. Место разряда локализуется расположением пятна на барьере. За счет локализации и повышенной интенсивности разряд через пятно быстро разрушает диэлектрический барьер.
Таким образом, материал барьера кроме достаточной электрической прочности должен обладать высокими озоно-, коррозионно- и термостойкостью.
В качестве материала для барьера известно применение органических диэлектриков (пластмассы: винипласт, оргстекло, стеклотекстолит и пр.) Филиппов Ю.В., Житнов Ю.Н. Журнал техн. Химии, 1960, т.34, с.209. Многие виды пластмасс обладают достаточной химической стойкостью, электрической прочностью и в то же время имеют хорошие конструктивные данные. Однако все пластмассы, использованные в качестве барьеров, без исключения имеют недостаточный ресурс работы. Износ органических диэлектриков обусловлен воздействием дискретной структурой барьерного разряда. Чем неоднородней структура, тем более локальным и интенсивным будет износ барьера. Разрушения в твердом диэлектрике. связано с разрывом молекулярных связей и образованием радикалов; возможен и обратный процесс. Происходит образование углеродистых соединений, в ряде случаев имеющих значительную проводимость; это могут быть асфальтены, углеродистые образования, побеги и др. Следствием микроразрядов во многих случаях является образование микротрещин в твердом диэлектрике. В итоге эти процессы при интенсивном протекании завершаются чисто электрическим пробоем барьера. Из органических диэлектриков наибольшее распространение получили барьеры, выполненные из стеклотекстолита, на основе кремнийорганического термостойкого связующего.
Известно устройство, содержащее подключенные к высоковольтному источнику питания переменного напряжения два электрода, образующих газоразрядный промежуток с расположенными в нем на электродах диэлектрическими барьерами, выполненными из керамики US 4774062 кл. С01В 13/11, 13.01. 1987.
Прочность керамического материала, его способность к различным воздействиям и его относительно высокая теплопроводность - все это позволяет увеличить ресурс озонаторов. Однако высокая стоимость производства керамических барьеров, ограниченность их размеров и форм, и самый существенный недостаток - керамика, которая является плохим конструктивным материалом, сдерживает их широкое внедрение в промышленных целях.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство, содержащее подключенные к высоковольтному источнику питания переменного напряжения два электрода, образующих газоразрядный промежуток, и расположенные в нем диэлектрические барьеры, содержащие диэлектрическое термостойкое покрытие RU 2184697, кл. С01В 13/11, 07.10.2002.
Недостатками данной конструкции является:
- неравномерность толщины слоя покрытия;
- пузырьки газа, образующиеся внутри барьера, и микротрещины, ведущие к пробою.
Техническим результатом изобретения являются высокие коррозионнозащитные свойства, стойкость к действию высоких температур и, следовательно, увеличение срока службы и надежности устройства.
Этот технический результат достигается тем, что в устройстве для генерирования озона, содержащем подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения два электрода, образующих газоразрядный промежуток, и расположенный в нем диэлектрический барьер, включающий диэлектрическое термостойкое покрытие, согласно изобретению диэлектрический барьер выполнен из органического диэлектрика, а диэлектрическое термостойкое покрытие нанесено на его поверхность со стороны газоразрядного промежутка, причем покрытие выполнено из смеси на основе кремнийорганического лака, включающей порошок оксида алюминия в соотношении 1:1.
Приготовленное покрытие на основе кремнийорганического лака, например, марки КО-85 и порошка оксида алюминия в соотношении 1:1 наносят на поверхность диэлектрического барьера толщиной 0,1-1,15 мм. Это соотношение определено эмпирическим путем, исходя из условия получения консистенции, обладающей способностью легко наноситься на поверхность диэлектрика. Для изготовления диэлектрического термостойкого покрытия использовался порошок оксида алюминия, не дефицитный и довольно дешевый. Оксид алюминия обладает высокими механическими, электрическими характеристиками и температурой плавления свыше 2000°С. Исследования показали, что покрытие обладает адгезией практически по всем материалам, применяемым для изготовления барьера, в том числе к фторопласту, хорошими механическими свойствами: пластичностью, прочностью и высокими электроизоляционными показателями.
На чертеже схематически изображено заявляемое устройство для генерирования озона.
Устройство для генерирования озона содержит источник 1 высоковольтного переменного напряжения, который подключен к электродам 2 и 3. На одном из них расположен барьер 4 из органического диэлектрика, покрытого со стороны разрядного промежутка диэлектрическим термостойким покрытием 5, выполненным из смеси на основе кремнийорганического лака, включающей порошок оксида алюминия в соотношении 1:1. Кроме этого, устройство содержит две диэлектрические рейки 6, обеспечивающие стабильность геометрических размеров разрядного зазора и прочность конструкции генератора озона.
На чертеже представлен простейший вариант устройства для генерирования озона с одним барьером, расположенным на одном из электродов. Возможен более сложный вариант, предусматривающий, что на обоих электродах имеется свой барьер, каждый со своим диэлектрическим термостойким покрытием. Также возможен вариант с одним барьером, который расположен посередине между электродами. В этом случае барьер должен содержать диэлектрическое термостойкое покрытие с обеих сторон.
При подаче высоковольтного напряжения от источника 1 на электроды 2 и 3 в разрядном зазоре возникает барьерный электрический разряд и при подаче в разрядный зазор кислородосодержащего газа синтезируется озон. При отсутствии диэлектрического термостойкого защитного покрытия 5 начинается разрушение барьера 4 за счет высокотемпературного воздействия каналов микроразрядов. Особенно такой процесс интенсифицируется при локализации барьерного разряда и завершается чисто электрическим пробоем диэлектрического барьера. При наличии диэлектрического термостойкого покрытия 5 высокотемпературные воздействия барьерного разряда на барьер 4 экранируется этим покрытием. А сам барьер 4, обладая высокой термостойкостью и коррозионностойкостью, практически на разрушается. В итоге ресурс и надежность работы устройства для генерирования озона резко возрастают и становятся соизмеримыми с устройствами, где используются барьеры из керамики, состоящие на 90% из оксида алюминия. Таким образом, обладая сходными свойствами с керамическим барьером, данный диэлектрический барьер более технологичен в изготовлении и более дешев.
В лабораторных условиях проводились испытания на барьерах из различных материалов: стеклотекстолит, текстолит, гетинакс, лавсановый гетинакс, оргстекло. Испытания показали высокую эффективность покрытий из смеси на основе кремнийорганического лака, включающей порошок оксида алюминия в соотношении 1:1. Срок эксплуатации возрос в 4-10 раз и Составил не менее 10000 часов.