ГЕНЕРАТОР ОЗОНА

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для генерирования озона из кислорода и может найти применение в нефтехимической, химической, нефтеперерабатывающей и газоперерабатывающей промышленности, а также в экологических процессах окисления вредных веществ содержащихся в жидкостях или газах.
Известен озонатор, содержащий диэлектрический барьер по одну сторону которого находится инициирующий электрод, а по другую коронирующие электроды, равномерно расположенные между барьеров и перегородкой, образующие канал ввода или вывода озонирующего газа, перегородка выполнена в виде диэлектрического барьера, по другую относительно коронирующих электродов сторону которого расположен дополнительный инициирующий электрод таким образом, что между поверхностями диэлектрических барьеров и стенками коронирующих электродов образованы разрядные камеры, при этом коронирующие электроды выполнены полыми и овальной формы или в виде полосок из электропроводного материала. [Патент РФ №2263068, С01В 13/10, 2005]
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится недостаточная производительность по озону, из-за протекания обратной реакции превращения озона в кислород.
Известна конструкция озонатора по описанию изобретения к евразийскому патенту «Генератор озона и способ получения озона» (№003473, С01В 13/11, 2006), содержащий принимающий блок, компенсирующий давление и выполненный посредством объединения, по меньшей мере, двух пластин из диэлектрического материала с электродом между ними, на который подается высокочастотный переменный ток высокого напряжения, и две герметичные камеры для получения озона, расположенные с противоположной стороны блока, при этом соответствующая герметичная камера на противоположной стороне пластины из диэлектрического материала ограниченна заземленным и охлажденным электродом.
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится недостаточная производительность по озону из-за протекания обратной реакции превращения озона в кислород и сложность конструкции.
Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту и принятым за прототип является генератор озона, содержащий диэлектрическую цилиндрическую трубу, на наружной поверхности которой расположен металлический электрод, внутренний электрод в виде полого цилиндра, выполненного из проволоки и коаксиально установленного без зазора вдоль внутренней поверхности диэлектрической трубы, источник высокого напряжения и систему подачи воздушного потока внутрь диэлектричекой трубы [Патент ФРГ №2606737, С01В 13/11 1978].
К причинам препятствующим достижению заданного технического результата относится недостаточная производительность по озону из-за протекания обратной реакции превращения озона в кислород.
Техническим результатом предлагаемого решения получения озона из кислорода является увеличение производительности по озону за счет снижения скорости протекания обратной реакции превращения озона в кислород.
Поставленный технический результат достигается тем, что генератор озона, содержащий диэлектрическую трубу, на наружной поверхности которой расположен металлический электрод, внутренний электрод в виде полого цилиндра, выполненного из проволочной сетки и коаксиального установленного без зазора вдоль внутренней поверхности диэлектрической трубы, источник высокого напряжения и систему подачи потока кислорода внутрь диэлектрической трубы, при этом диэлектрическая труба выполнена конической, сужается от входа к выходу так, что отношение диаметров на входе и выходе удовлетворяет условию
а внутри диэлектрической трубы осесимметрично с ней дополнительно установлен центральный электрод, подключенный к полюсу источника высокого напряжения противоположного по знаку полюсу внутреннего электрода.
Выполнение диэлектрической трубы в виде конуса, сужающегося от входа к выходу с соотношением диаметров, удовлетворяющих условию (1) позволяет предотвратить протекание обратной реакции превращения озона в кислород
В самом деле, как видно из стехиометрического уравнения (2) при протекании обратной реакции из двух молекул озона образуется три молекулы кислорода, занимающие объем в полтора раза больший, чем две молекулы озона. Так как диэлектрическая труба выполнена конически сужающейся, то объем реакционной зоны уменьшается по мере движения озонокислородной смеси по трубе, при этом объемный расход озона на входе, что и обеспечивает соотношение условия (1).
Кроме того, коническая сужающаяся от входа к выходу диэлектричекая труба увеличивает турбулентность озонокислородной смеси при ее движении к выходу, обеспечивая подвод к проволокам внутреннего электрода, на которых происходит барьерный разряд новых молекул непрореагировавшего кислорода из ядра потока и отвод в него синтезированных в результате барьерного разряда молекул озона.
Установка дополнительного центрального электрода осесимметрично конической диэлектрической трубе и подключение его к полюсу источника высокого напряжения, противоположного по знаку полюсу внутреннего электрода, позволяет помимо барьерного разряда, происходящего на проволоках сетки внутреннего электрода, создавать устойчивый коронный разряд на центральном электроде, постепенно увеличивающийся по мере сужения конической диэлектрической трубы, так как кольцевой зазор между коронирующим центральным электродом и внутренним электродом уменьшается.
Этот коронный разряд вызывает дополнительно образование озона из кислорода внутри всего объема конической диэлектрической трубы и препятствует протеканию обратной реакции озона в кислород.
Схема предлагаемой конструкции генератора озона представлена на фиг.
Генератор озона состоит из конической диэлектрической трубы 1, сужающейся от входа к выходу так, что отношение диаметров на входе и выходе удовлетворяет условию (1), на наружной поверхности которой расположен металлический электрод 2, внутренний электрод 3, выполненный из проволочной сетки, коаксиально установленный без зазора вдоль внутренней поверхности диэлектрической трубы 1, источника высокого напряжения 4. Осесимметрично с трубой 1 дополнительно установлен центральный электрод 5, подключенный к полюсу источника высокого напряжения 4, противоположного по знаку полюса внутреннего электрода 3.
Генератор работает следующим образом.
На металлический электрод 2 и дополнительно установленный центральный электрод 5 от генератора высокого напряжения 4 подают одноименный потенциал, например плюс, а на внутренний электрод 3 потенциал противоположного знака, например минус. На вход конической трубы 1 диаметром D подают кислород. Под действием высокого напряжения на проволоках внутреннего электрода 3 происходит барьерный разряд, в котором молекулы кислорода превращаются в молекулы озона по прямой реакции (2) с уменьшением объема озонокислородного потока по мере продвижения которого к выходу из конической трубы диаметром d. Так как диаметр конической трубы 1 также уменьшается от входа к выходу так, что отношение площадей их сечений, пропорциональное квадрату диаметров D/d, что соответствует стехиометрическим коэффициентам прямой реакции превращения кислорода в озон (2), то скорость обратной реакции превращения озона в кислород, требующей большого объема замедляется, что увеличивает концентрацию озона на выходе из генератора озона.
Кроме того, на дополнительно установленном центральном электроде 5 присоединенном к полюсу источнике высокого напряжения 4, противоположного по знаку полюсу внутреннего электрода 3, происходит коронный разряд, вызывающий дополнительное образование озона внутри конической трубы 1 и препятствующий протеканию обратной реакции. Радиально направленный поток ионов, образующийся в этом коронном разряде, интенсивно перемешивает молекулы осевого потока озонокислородной смеси, обеспечивая подвод новых непрореагировавших молекул кислорода к проволокам внутреннего 3, где происходит барьерный разряд и отвод образующихся молекул озона внутрь конической трубы 1.
Все вышесказанное в совокупности увеличивает скорость прямой реакции превращения молекул кислорода в озон, предотвращает протекание обратной реакции превращения озона в кислород, что в конечном счете интенсифицирует синтез озона и увеличивает его концентрацию на выходе из генератора.