Морозов Александр Прокопьевич к т. н., доцент кафедры «Теплотехнических и энергетических систем»




Сторінка13/14
Дата конвертації18.04.2016
Розмір2.88 Mb.
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14

7.5. Пластинчато-трубчатые озонаторы

Озонаторы фирмы ASEA Brown Boveri (пат. 677844 Швейцарии, С01В 13/11, С25В 1/00, опубл. 28.02.1991) имеют внешние электроды, выполненные в виде парных, расположенных на расстоянии друг от друга пластин, между которыми помещены в один слой трубы, плотно прижатые друг к другу и покрытые снаружи диэлектриком (или полностью состоят из него), а внутри каждой трубы расположен внутренний электрод. Трубы выполнены из стекла, керамики или синтетических материалов, а внутренний электрод - в виде металлического слоя, наносимого на внутреннюю поверхность трубы напылением, либо изготовлен в виде металлической спирали или пластины. Разрядный зазор образован пространством между наружними поверхностями труб и наружними электродами. Несмотря на наличие неравномерного зазора, КПД повышается за счет улучшения теплоотвода из разрядного пространства.


7.6. Озонаторы с каталитическим озонированием

Для повышения эффективности работы и производительности при озонировании воздуха (заявка 59-128203 Японии, С01В 13/11, опубл. 24.07.1984) к осушенному воздуху добавляют небольшие количества газообразных фторсодержащих веществ, которые ускоряют диссоциацию и активацию азота и повышают эффективность разряда. Для этого используют элегаз (примерно 0,1%), четырехфтористый углерод, а также фреоны на базе метана (CH3F) и этана (CH2CF2, CF2Br2).

Применение электродов с каталитическим покрытием повышает выход озона [56]. В качестве такого покрытия могут использоваться различные металлы и их соединения. Например, в способе получения озона (а. с. 477940 СССР, С01В 13/10, В01К 3/00, опубл. 5.08.1975), для повышения его выхода, в качестве каталитического покрытия на поверхность одного или более электродов наносят тетраборат (буру). Для этого обезжиренные электроды погружают в насыщенный раствор буры при температуре t = 5060C, выдерживают в течение 35 секунд, а затем сушат при 80С на воздухе. Подобная обработка обоих электродов приводит к увеличению выхода О3 на 55 %.

В генераторе озона повышенной производительности (заявка 53-15289 Японии, С01В 11/11, опубл. 10.08.1978) производится обработка поверхности диэлектрика (стекло) соединениями из группы Na2Cr2O7, (NH4)2MoO4, CrO3 и Cr(NO3)3, что приводит к увеличению скорости образования озона на 515 %.

В разрядных устройствах озонаторов (заявка 2157107 Японии, С01В 13/11, опубл. 15.06.1990) используют наносимые на поверхность электродов тонкие слои металла или керамики, которые являются катализаторами и увеличивают выход озона. Например, в устройстве для получения озона (заявка 3517078 ФРГ, С01В 13/11, опубл. 13.11.1986), состоящем из металлических электродов со слоем диэлектрика между ними и зазором для прохода газа в электрическом поле тлеющего разряда, один из электродов покрыт слоем хрома толщиной 50100 мкм, либо полностью изготовлен из Cr, что повышает КПД озонатора на 1015 % при концентрации озона в газе 56 %. В другом варианте (заявка 60-260402 Япония) озонатор имеет диэлектрик из стекла состава (мас.%): Bi2O3 - 1080; SiO2 - 1067; B2O3 < 30; Na2O, K2O, Li2O < 5; CoO, MgO, ZnO, NiO, Fe2O3, TiO2 < 5.

В способе получения озона (а. с. 1599301 СССР, С01В 13/11, опубл. 15.10.1990) воздух подается газодувкой 1 (рис. 47) в камеру 2 с двумя электродами 3 и 4.



Причем нижний электрод 3 выполнен в виде пластины с конусообразными отверстиями, через которые проходит воздух, переводя в псевдосжиженное состояние катализатор - порошок буры. Высота слоя равна примерно 1/3 расстояния между электродами 3 и 4, равного 40 мм. Верхний электрод 4 выполнен в виде сетки с остриями для формирования коронного разряда. Рабочее напряжение U = 2040 кВ, причем на электрод 4 подается положительный потенциал. Данный озонатор не требует предварительной подготовки воздуха (охлаждения, обезпыливания и сушки). Катализатор повышает эффективность процесса и обеспечивает концентрацию O3 до 12 мг/л.

В способе получения озона (пат. 2112738 России, С01В 13/11, опубл. 28.12.1992), включающем введение добавки в поток кислорода или азоткислородной смеси и воздействие коронного разряда на данную смесь, для повышения выхода озона в качестве добавки используют аммиак в количестве 0,0010,1 об.%.

Способ получения озона и устройство для его осуществления (пат. 2034777 России, С01В 13/11, опубл. 10.05.1994) отличаются пониженными затратами энергии. В процессе работы осушенный кислород подается в устройство под давлением 0,14 МПа, через штуцер 1 (рис. 48) в корпус 2, выполненный из нержавеющей стали и заполненный на 8590 % высоты катализатором 3 (например, силикагелем).



На электрод 4, проходящий через крышку 5 через электроизоляционную втулку 6, от электрического генератора 7 подается напряжение величиной 12 кВ с частотой 50 Гц. Расстояние от нижнего конца электрода 4 до днища генератора составляет 1015 % его высоты. Образовавшаяся озоно-кислородная смесь выводится через штуцер 8. По рубашке 9 циркулирует охлаждающая вода. Затраты энергии на получение 1 кг О3 оценивается в 1012 кВтч.

Способ производства озона (пат. 165251 Польши, С01В 13/11, В01J 21/08, опубл. 30.11.1994) осуществляется в электрических разрядах в присутствии мелкозернистого катализатора, полученного из силиката натрия или калия, путем осаждения кремневой кислоты и обжига при температуре t = 300700C.

7.7. Озонаторы с пористыми диэлектрическими заполнителями

Получение озона в слое псевдоожиженного диэлектрика (пат. 3734846 США, С01В 13/10, 13/12, опубл. 22.05.1973) производится в аппарате, в котором пространство между электодами заполнено диэлектрическими частицами. В корпусе 1 (рис. 49) на доске 2 из диэлектрика смонтированы электроды: заземленный центральный 3, и цилиндрический периферийный 4, а также цилиндрический высоковольтный 5.



Заземленные электроды 3 и 4 выполнены полыми и водоохлаждаемыми, а электрод 5 имеет обкладки 6 из диэлектрика. Пространство между электродами заполнено диэлектрическим материалом. Озон очищается от гранул в сепараторе 7, а частицы вновь направляются в корпус.

В способе получения озона (заявка 63-134504 Японии, С01В 13/11, опубл. 07.06.1988) используется устройство, содержащее в корпусе 1 (рис. 50), между фланцами 2, зажатый электрод 3 (например, из алюминия) с центральным отверстием 4. Латунный электрод 5 расположен на пластине 6 из диэлектрика. Пространство между 3 и 6 заполнено гранулированным оксидом (CaO).

В способе получения озона (а. с. 1599301 СССР, C01B 13/11, опубл. 31.10.1988) из кислородсодержащего газа электрическим разрядом в присутствии катализатора, для повышения эффективности процесса, катализатор вводят в объем разрядного промежутка в дисперсном виде и псевдоожижают его струями кислородсодержащего газа. Причем объем псевдоожиженного слоя дисперсного катализатора составляет не более одной трети объема разрядного промежутка.

Озонатор (заявка 1103903 Японии, С01В 13/11, опубл. 21.04.1989) имеет два электрода - верхний оребренный 1 (рис. 51) и нижний водохлаждаемый 2. Разрядный промежуток 3 заполнен пористым диэлектриком (керамикой, стеклом, полимером). Напряжение, подаваемое на электроды - высокочастотное.

В способе получения озона (а. с. 1698186 СССР, C01B 13/11, опубл.24.05.1989) в электрическом разряде при подаче воздуха снизу вверх в межэлектродное пространство, содержащее порошкообразный диэлектрик, используется разряд осуществляемый в поле постоянного тока при концентрации диэлектрика 513 % от объема межэлектродного пространства. Причем в качестве диэлектрика используют сильнокислотный катионит на основе сополимера стирола и дивинил бензола КУ-2 с размерами частиц - 0,40,63 мм.

Озонатор (заявка 2289401 Японии, С01В 13/11, опубл. 29.11.1990) состоит из наружного электрода 1 (рис. 52) с диэлектриком 2 и внутреннего электрода-стержня 3.

Внутренняя полость 2 заполнена элементами 4 из диэлектрического материала в виде гранул, формованной насадки или пучка трубок. Когда электрод 1 заряжен положительно, то все поверхности элементов 4, обращенные к нему, вследствие поляризации заряжаются отрицательно. В другой полупериод отрицательно заряжаются поверхности элементов, обращенные к электроду 3. В результате в каждом проходе газа (воздуха), по каналам между 4 или по трубкам возникает «тихий» местный разряд, что обеспечивает образование О3. Если используется насадка из керамических гранул, то для улучшения условий разряда их перемешивают с металлическими элементами 5. Для предупреждения разрушения этих металлических элементов разрядом их покрывают слоем жидкого стекла.

Генератор озона (заявка 2256569 Великобритании, С01В 13/11, опубл. 09.12.1992) содержит (рис. 53) плоские ячейки, образованные листами стекла толщиной 4 мм эакрепленными на каркасе из диэлектрика, а внутри ячеек находятся насадки из гранул магнетита или меди. Напряжение на электродах U = 5 кВ при частоте f = 3 кГц.

Генератор озона (пат. 5354541 США, С01В 13/11, B01J 19/12, опубл. 11.10.1994) образован коаксиальными металлическими заземленными трубами 1 и 2 (рис. 54) и стеклянной трубой 3.



Причем к внутренней поверхности стеклянной трубы 3 примыкает спираль 4 из стальной проволоки, являющейся высоковольтным электродом. В канал кольцевого поперечного сечения 5, образованный трубами 2 и 3 поступает О2, под воздействием электрического разряда в канале 5 образуется О3. В канале кольцевого поперечного сечения 6, образованного трубами 1 и 2, протекает охлаждающая вода. Свободное пространство внутри трубы 3 заполнено частицами инертного материала (например, стеклянными шариками) малого диаметра, которые уменьшают свободный объем внутри трубы 3, что увеличивает срок службы спирали 4.

Малогабаритный генератор озона (пат. 2118939 России, С01В 13/11, опубл. 07.10.1997) содержащит наружный электрод, включающий цилиндрический несущий корпус, торцы которого закрыты фланцами, внутренний электрод, контактирующий с внутренней поверхностью стеклянной колбы, установленной коаксиально относительно корпуса, центрирующие втулки и патрубок для подачи рабочего газа и отвода озон-содержащей смеси. При этом наружный и внутренний электроды подключены к источнику ВЧ импульсного напряжения. Внутренний коаксиальный электрод образован мелкодисперсным металлическим наполнителем, помещенным в стеклянную колбу.

7.8. Озонаторы с селективными мембранами

В способе получения озона (заявка 6451304 Японии, С01В 13/11, опубл. 27.02.1989) применяется устройство, использующее керамику, обладающую селективной проводимостью ионов кислорода. При этом газ, содержащий O2 (например, воздух) направляется в промежуток 1 (рис. 55), образованный электродом 2 и керамическим блоком 3 в виде стабилизированного оксида циркония (ZrO2), полученного добавкой CaO или Y2O к ZrO2.



Высокочастотный источник питания 4 присоединен к электродам 2 и 5. Кислород ионизируется в промежутке 1 и проходит через 3 в промежуток 6, образованный 3 и блоком диэлектрика 7 (из Al2O3) примыкающим к электроду 5. В промежутке 6 происходит образование O3, не содержащего NOx и паров металлов.



7.9. Озонаторы на основе коронных разрядов

Отдельным направлением генерации озона является использование коронного разряда, например в способах синтеза озона (пат. 2026622 ФРГ, опубл. 04.06.1966; пат. 2052492 Франция, опубл. 03.06.1970) процесс осуществляется в неравновесной плазме коронного разряда с использованием О2 или воздуха. Если внутренним электродом является металлическая проволока, натянутая вдоль оси стеклянной трубки (рис. 56), генерируемый при этом разряд называется полукоронным.



Если оба электрода металлические (то есть, убраны барьеры из диэлектриков), то возникает коронный разряд (при условии R/r > = 3, где R и r - радиусы внешнего и внутреннего электрода). При этом характерное свечение наблюдается у поверхности внутреннего электрода (плюс или минус). Химические процессы, протекающие в коронирующем слое, это в основном полимеризация органических соединений, получение O3 и H2O2. Например, получение озона в коронном разряде постоянного тока при напряжении U = 20 кВ между коаксиальными электродами в виде проволоки и заземленного металлического цилиндра, который охлаждается естественной конвекцией, происходит при следующих параметрах: цилиндр из меди или дюралюминия диаметрами соответственно 16 и 12 мм, проволока диаметром - 0,20,7 мм из хромоникелевого сплава, причем выход озона – 60 мг/Втч. Таким образом, в озонаторе с коронным разрядом электроды разделены только газовым промежутком, в отличие от частичного (барьерного, «тихого») разряда при переменном напряжении, где электроды разделяют газовым зазором и диэлектриком.

Генерация озона возможна между проволокой и плоским электродом при совместном поверхностном разряде положительного стриммера. При этом максимальный выход озона наблюдается при использовании вольфрамовой проволоки без покрытия. Такой генератор озона с поверхностным разрядом имеет вольфрамовые электроды, разделенные диэлектриком Аl2О3 (толщиной 0,20,5 мм).

Для получения озона низких концентраций применяется [46] резко неоднородный газовый разряд с двумя видами коронирующих электродов: первые - не имеющие фиксированных точек коронирования (проволочные) и вторые - с фиксированными точками коронирования (игольчатые). Причем под потолком подвешивают проволоку отрицательной полярности, а электродом положительной полярности является земля. Недостатком подобных схем является то, что биологические объекты находятся во время обработки в зоне действия электрического поля, напряженность которого может превышать допустимые значения. Аналогичный недостаток имеет схема устройства для ионизации воздуха в птичниках или животноводческих помещениях (пат. 4282830 США, А01К 31/00, опубл. 11.08.1981), включающая изолированный провод с иглами под потолком и заземленную массу. В другом озонаторе (а. с. 316646 СССР, С01В 13/12, опубл. в БИ, 1971, № 30), использующем принцип резко неоднородного газового разряда, применяется коронный разряд с иглы 1 (рис. 57), закрепленной по оси трубы в потоке воздуха, на пластину 2, отделенную от иглы 1 сужающимся соплом 3 и диэлектрической камерой 4, имеющей отверстие, совпадающее с осью иглы 1 и сопла 3. Недостатком схемы является то, что при увеличении тока происходит электрический пробой промежутка игла-пластина.



Для устранения этих недостатков были предложены [46] схемы с локализацией в небольшом объеме поля разрядного промежутка. При этом один из электродов выполняют в виде решетки с коронирующими иглами в узлах, а другой - в виде решетки или плоской пластины и является приемным электродом (рис. 58).



Такая схема локализует электрическое поле в малом объеме и обладает малыми габаритами. Коронирующий электрод может быть выполнен в виде игл или проволоки диаметром меньше 1 мм. Выход озона выше при положительной полярности игл.

Приведем несколько вариантов применения схем с неоднородными разрядами. Устройство для генерирования и перемещения ионов (a. c.1008830 СССР, Н01Т 19/00, опубл. 30.03.1983) содержит подключенные к высоковольтному источнику питания приемный электрод и коронирующий электрод, выполненный в виде держателя с иглами на обращенной к приемному электроду поверхности, причем для упрощения конструкции и повышения производительности, приемный электрод и держатель коронирующего электрода выполнены каждый в виде решетки, а иглы коронирующего электрода закреплены в узлах решетки держателя.

Устройство для создания направленного ионизированного воздушного потока (а. с. 1141486 СССР, Н01Т 23/00, опубл. 23.02.1985) содержит ряд параллельно расположенных электродов, которые выполнены в виде токопроводящих решеток и, чередуясь, подключены к различным полюсам источника высокого напряжения. Причем электроды, подключенные к одному из указанных полюсов высокого напряжения, снабжены токопроводящими иглами, которые закреплены в узлах решетки этих электродов на поверхностях обращенных к последующим электродам указанного ряда. При этом, для повышения к.п.д., остальные электроды, подключенные к другому (рис. 59) полюсу источника высокого напряжения, кроме крайнего электрода, также снабжены токопроводящими иглами, закрепленными в узлах их решеток на поверхностях, обращенных к гладким поверхностям соседних электродов.



Устройство для озонирования воздуха (а. с. 1283498 СССР, F24F 3/16, С01В 13/12, опубл. 15.01.1987) содержит последовательно расположенные в воздуховоде по ходу движения потока воздуха ионизирующую и озонирующую камеры, в которых установлены игольчатые электроды. При этом к игольчатому электроду ионизирующей камеры подключен источник высокого напряжения отрицательной полярности, а к игольчатому электроду озонирующей камеры - источник высокого напряжения положительной полярности. Для упрощения конструкции и снижения концентрации NОx, ионизирующая и озонирующая камеры сообщены между собой через отверстие дополнительно установленной в воздуховоде разделительной металлической диафрагмы (рис. 60), игольчатый электрод ионизирующей камеры расположен по ходу движения потока обрабатываемого воздуха, а игольчатый электрод озонирующей камеры - навстречу потоку воздуха.



Причем игольчатые электроды установлены аксиально относительно отверстия разделительной диафрагмы и по оси воздуховода, а металлическая диафрагма – заземлена. Конец игольчатого электрода ионизирующей камеры может быть расположен в полости разделительной диафрагмы, а конец игольчатого электрода озонирующей камеры установлен на расстоянии от плоскости диафрагмы, не меньшей чем диаметр отверстия диафрагмы и не большем, чем диаметр воздуховода.

Также возможен синтез озона в плазме диффузной сквозной положительной короны (ДСПК) в воздухе при давлении P  1 атм. ДСПК также известен как каскадный или факельный разряд при постоянном напряжении и возбуждается в резко неоднородных электрических полях при наложении на электрод с малым радиусом кривизны положительного напряжения и характеризуется диффузным свечением разрядного промежутка от анода до катода. В ДСПК между электродами отсутствует диэлектрик, расстояние между электродами равно 5500 мм. Мощность разряда, на единицу объема разрядной камеры примерно 30 Вт/дм3 при средней плотности мощности в канале разряда – 250 Вт/дм3, т.е. объемный КПД ~ 12 % (возможно до 80 %), при подводимой мощности до 18 кВт. Синтез озона зависит от скорости воздуха (до 0,6 м/с) и направления потока, причем необходима сушка и понижение температуры воздуха на входе. Максимальная концентрация озона - 2 г/м3 (без охлаждения), а при охлаждении теплоносителем с температурой t = 10C концентрация озона – 4 г/м3.

Устройство для получения озона (пат. 2036130 России, С01В 13/11, фирма Эобиотех, опубл. 27.05.1995) отличается уменьшенными энергозатратами на производство О3. Воздух поступает в разрядную камеру 1 (рис. 61) через патрубок 2 в пространство между электродами 3, имеющими форму токопроводящих дисков с зубцами по окружности, смонтированных на диэлектрическом держателе 4.



Корпус 5 ограничивает зону разрядной камеры 1. Высоковольтные резисторы 6 установлены на проходных изоляторах 7 и, токопроводящей шиной 8, связаны с источником постоянного высокого напряжения 9. Зона контакта резисторов 6 с электродами 3 выполнена конусной, причем резисторы 6 изолированы от заземленного корпуса 5. Напряжение устанавливается таким, чтобы между электродами 3 возник факельный разряд, который при постоянном напряжении является особой формой разряда в воздухе атмосферного давления, причем светящаяся область занимает весь разрядный промежуток, не вызывая пробоя. Воздух, проходя через зону факельного разряда, озонируется и выводится через патрубок 10. При этом генератор не требует водяного охлаждения.

Способ получения озона (заявка 2383123 Франции, С01В 13/11, опубл. 6.10.1978) основан на использовании озонатора, состоящего из ряда цилиндрических ячеек 1 (рис. 62), выполненных из листового металла, которые проводником 2 присоединяются к заземлению 3.

По оси каждой цилиндрической ячейки расположен проволочный электрод (анод) диаметром 0,10,5 мм, покрытый слоем пористого вещества с низкой электропроводностью (например, оксидом металла, из которого выполнен электрод). Электроды всех ячеек соединены параллельно и по проводнику 4 к ним подается выпрямленное напряжение положительной полярности. Все ячейки 1 объединяются коллекторами 5 и 6 на входе воздуха и на выходе смеси, соответственно. Воздух поступает через штуцер 7, а газ, содержащий О3, выводится через штуцер 8. Градиент напряжения, между электродом и внутренней поверхностью ячейки 1, лежит в пределах 14 кВ/см. При напряжении 10 кВ в ячейке 1 диаметром 6 см и длиной 100 см, получают 600 мг/ч О3 при потребляемой мощности 10 Вт, т.е. при затрате электроэнергии 1 кВтч выход О3 достигает 60 мг, при токе в ячейке - I = 1 мА.

Озонатор (заявка 3907429 ФРГ, С01В 13/11, опубл.13.09.1990), предназначенный для стерилизации воздуха в закрытых помещениях, содержит цилиндрический вертикальный корпус 1 (рис. 63), в котором расположен ряд концентрических электродов 2, связанных с шинами 3, подводящими напряжение противоположной полярности.

Между смежными электродами 2 возникает тихий электрический разряд, под воздействием которого в восходящем потоке воздуха образуется озон. Изменением длины электродов 2 регулируется концентрация О3 в выходящем сверху воздухе. Импульсное электропитание (с крутым фронтом, в отличие от синусоиды) повышает энергетический выход О3 в 23 раза.

Озонатор типа нить-цилиндр (заявка 2695927 Франции, C01B 13/11, опубл. 25.03.1994) содержит проволочный электрод 1 (рис. 64), например, нихромовый, к которому подводится постоянное напряжение, а также металлический трубчатый электрод 2 из неокисляющегося металла (заземленного). Концы 2 уплотнены диэлектрическими втулками 3 из ПВХ или ПТФЭ. Натяжение проволоки 1 достигается с помощью пружины 4, упирающейся во втулку 3 и металлическую бобышку 5, к которой приварен нижний конец проволоки 1, а ее верхний конец приварен к бобышке 6. Во втулке 3 выполнены отверстия 7, которые сообщаются с каналом 8 и служат для прохода газа в электрод 2 и выхода из него снизу. Кольцевые прокладки 9 уплотняют озонатор в гнездах для подачи и отвода газа.

Аэроионизатор для обработки воздуха (а. с. 941277 СССР, С01В 13/11, опубл. 17.01.1980) содержит корпус с камерой коронного разряда, причем для повышения эффективности работы он снабжен камерой искрового разряда и озонатором, расположенным над камерой коронного разряда и соединенными с ней, а также камерой рекомбинации с выходным отверстием, расположенным над ними. Камера рекомбинации может быть выполнена с диэлектрическим покрытием.

В способе возбуждения коронного разряда в озонаторе (заявка 1153504 Японии, C01B 13/11, опубл. 15.06.1989), для повышения эффективности, разряд возбуждается между плоским электродом и острой кромкой второго плоского электрода, установленного под прямым углом к первому, и предусматривается подавать на них импульсы трапециидальной формы с высокой (0,125 кВ/нс) крутизной переднего фронта. Напряженность электрического поля в разрядном зазоре достигает 10 кВ/см.

7.10. Озонаторы электрогазодинамического действия

Для уменьшения аэродинамического сопротивления озонатора и исключения устройства для прокачивания газа возможно использование подвижного электрода в виде крыльчатки. Например, электрогазодинамическое устройство для получения озона (а. с. 947029 СССР, С01В 13/12, опубл. 10.12.1980) содержит (рис. 65) подключенные к высоковольтному источнику электроды и расположенный между ними диэлектрический цилиндр, причем для уменьшения энергозатрат, внешний электрод выполнен в виде кольца, расположенного на диэлектрическом цилиндре, а внутренний электрод выполнен в виде крыльчатки, установленной с возможностью вращения перед кольцом.



Для регулирования направления и скорости вращения крыльчатки, внешний электрод выполнен с возможностью вращения. Образующийся при этом в разряде электрический ветер вращает крыльчатку, создавая поток воздуха с озоном (размеры на рис. 65 указаны в мм).

В обычных озонаторах с барьерным разрядом электрический ветер, направленный перпендикулярно потоку газа, турбулизирует его, увеличивая аэродинамическое сопротивление. При использовании шести лопастей в крыльчатке, частота ее вращения составляет 800 об/мин, которая зависит от перемещения внешнего электрода. В данном озонаторе, используется эффект электронного ветра в разряде и содержится диэлектрический цилиндр 1 (рис. 66), с расположенным на наружной поверхности кольцевым электродом 2, внутренний электрод в виде крыльчатки 3, установленный с зазором относительно внутренней поверхности цилиндра 1, источник напряжения 4, соединенный с электродом 2 и крыльчаткой 3, для образования барьерного разряда и генерации O3.

Электрический ветер вращает крыльчатку 3, которая перемещает газ по цилиндру 1, причем с одного его конца засасывается воздух, а с другого выходит смесь с O3. При перемещении электрода 2 по поверхности цилиндра 1 изменяется межэлектродное расстояние, а также напряженность электрического поля и интенсивность электрического ветра, что позволяет регулировать расход газа и производительность по озону.

Электрогазодинамическое устройство для получения озона (а. с. 1181991 СССР, C01B 13/11, опубл. 21.12.1983) содержит (рис. 67) электроды, подключенные к высоковольтному источнику переменного тока, один из которых выполнен в виде крыльчатки с возможностью вращения.

Причем для повышения выхода О3 за счет увеличения барьерной емкости и обеспечения оптимальной энергии одиночного разряда, крыльчатка выполнена с плоскими лопастями, а второй электрод выполнен в виде сетки из проводящего материала, покрытого диэлектриком, и установлен перед крыльчаткой параллельно плоскости ее вращения. При этом отношение рабочей площади электрода сетки к полной площади электрода сетки равно - 0,65.

Электрогазодинамическое устройство (а. с. 1326550 СССР, С01В 13/11, опубл. 05.10.1985) для получения озона, содержит подключенные к высоковольтному источнику электроды и расположенный между ними диэлектрический цилиндр, при этом внутренний электрод выполнен в виде крыльчатки, установленной с возможностью вращения, а внешний электрод - в виде кольца, установленного с возможностью перемещения, причем внешний электрод снабжен зубцами, расположенными с шагом в шахматном порядке по обоим краям кольца, а количество лопастей крыльчатки равно количеству зубцов кольца внешнего электрода, размещенных по одному с его краев.

Устройство для дезинфекции озоном (а. с. 1465412 СССР, С01В 13/10, опубл. 10.06.1987) содержит внешний сетчатый цилиндрический электрод, снабженный разрядными дисками, которые разделены дистанционными втулками, причем для снижения энергоемкости производства О3, оно снабжено ионизирующими дисками звездообразной формы, установленными между разрядными дисками, при этом диаметр ионизирующего диска меньше диаметра разрядного диска и составляет от него 0,80,85.

В озонаторе электрогазодинамического действия (а. с. 1504216 СССР, С01В 13/11, опубл. 5.08.1989) при подаче напряжения U = 1014 кВ от источника переменного тока 1 (рис. 68) возникает барьерный разряд между остриями игл электрода 2 и электродом 3, с образованием O3.

Образующийся электрический ветер вызывает перемещение газа вдоль оси цилиндра 4, обеспечивая засасывание в него воздуха. Перемещением диска 5 с помощью тяги 6 изменяется угол наклона образующей конуса 2 и тем самым межэлектродный зазор и соотношение составляющих скорости (вертикальной и горизонтальной) электрического ветра, что изменяет расход газа, активную мощность разряда и концентрацию O3. При повороте опорного конца 7 происходит закручивание игл и изменяется их угол наклона. Одновременно перемещение 5 и 7 позволяет плавно регулировать напорно–расходные характеристики и получать O3 смесь с заданной концентрацией.

Озонатор (а. с. 1789504 СССР, С01В 13/11, опубл. 20.08.1990) имеет два электрода подключенные к источнику переменного тока, один из электродов намотан спирально с зазорами между витками на внутреннем цилиндре, установленном с зазором и коаксиально внешнему цилиндру. Для снижения энергозатрат и обеспечения транспортировки газа электронным ветром, внутренний цилиндр выполнен из диэлектрического материала и на него намотан второй электрод в последовательно чередующемся с первым порядке, причем электроды выполнены с изоляционным покрытием. Электроды могут быть выполнены в виде металлических проводников, расположенных в гибких диэлектрических оболочках и заполнены проточной водой.

Озонатор (пат. 4992246 США, B01J 19/08, опубл. 12.02.1991) содержит встроенный вентилятор, подающий насыщенный озоном воздух и совмещенный с электродами в одном приборе. Причем одним из электродов является металлический (из нержавеющей стали) цилиндр, установленный в корпусе прибора, а вторым электродом - вентилирующие лопатки между двумя дисками (лопатки и диски выполнены из нержавеющей стали). Один из дисков закреплен с помощью втулки из электроизолирующего материала на валу двигателя, а второй - использован в цепи токопровода. По оси вращения вентилятора, в корпусе прибора во втулке из электроизоляционного материала размещен угольный штырь, прижимаемый цилиндрической пружиной к этому диску. Рабочее напряжение на электродах - U = 1015 кВ. В данной конструкции уменьшаются габариты и упрощается задача охлаждения электродов.

Способ генерации озона (а. с. 1818297 СССР, C01B 13/11, опубл. 30.05.1993) реализуется в генераторе, образованном стеклянной трубкой 1 (рис. 69) с диэлектрической проницаемостью  = 10, внутренним диаметром 20 мм, толщиной стенки - 0,7 мм и длиной – 150 мм.

На наружной поверхности 1 расположены кольцевые электроды 2 и 3 с промежутком между ними – 20 мм, длина их 50 и 25 мм соответственно. Высоковольтный электрод 4 диаметром 7 мм с заостренным конусом, присоединен к источнику с напряжением U = 10 кВ и частотой f = 50 Гц. В зазоре 2 и 4 образуется барьерный разряд. Разряд между 3 и 4 сопровождается электрическим ветром, перемещающим газ (О3). При токе J = 0,5 мА (между 2 и 4) и J = 0,15 мА (между 3 и 4) скорость газа в трубке 1 - до 1 м/с, при мощности разряда N = 2 Вт, выход О3 – 70 мг/ч.

Озонатор (заявка 2678257 Франции, C01B 13/11, опубл. 31.12.1992) предназначен для обогащения воздуха озоном в помещении и включает цилиндрический электрод, имеющий вблизи каждого из обоих его концов поперечные отверстия, расположенные на равных расстояниях друг от друга, по периметру цилиндрического электрода. Имеется возможность использовать подвижные электроды, например озонатор может включать униполярный острийный электрод и заземленный подвижный электрод, в виде цилиндрического ротора с диэлектрическим слоем на поверхности (толщиной 175 мкм и выполненного из полиэтилентерафталата), с шириной газового промежутка - 3мм и скоростью (линейной) вращения - 110 м/c.

Генератор озона (пат. 5316741 США, B01J 11/12, опубл. 31.05.1994) для получения небольших количеств озона, без побудителя циркуляции воздуха в разрядном промежутке, состоит (рис. 70) из электрода 1 с утонченным концом 2 с радиусом 0,10,2 мм выполненным из нержавеющей стали и трубчатого электрода 3, также из нержавеющей стали, разделенных втулкой 4 из диэлектрического материала.



Проводники 5 и 6 соединены с источником высокого напряжения. Конец электрода 1 располагается на расстоянии от открытого конца электрода 3, равном половине внутреннего диаметра последнего. Во втулке 4 выполнены каналы 7 для воздуха, поступающего под действием электрического ветра, возникающего в электроде 3. Например, при внутреннем диаметре электрода 3 равном 14 мм, напряжении U = 8,5 кВ и токе J = 120 мкА, производительность генератора - 10 мг/ч озона на сухом воздухе. Генератор используют для устранения запахов в помещениях и холодильных камерах.

Вентилятор-озонатор (заявка 96108283/06 России, F24F 3/16, опубл. 23.04.1996), выполненный в виде закрепленных в корпусе нескольких рядов пластинчатых электродов и прикрепленных к ним излучателей, отличается тем, что пластинчатые электроды изготовлены в аэродинамически профилированном виде, а к заостренному ребру каждой пластины прикреплены стержневые острийные излучатели. При этом основные геометрические параметры взяты в соотношении:

H/L1 = H/L2 = L2/h = 2,04,0;

где Н - расстояние между рядами пластин, мм; L1 - расстояние между соседними пластинами, мм; L2 - расстояние между излучателями на пластине, мм; h - высота излучателя, мм.
7.11. Озонаторы с вибрацией электродов

Генератор озона (а. с. 768751 СССР, С01В 13/11, опубл. 7.10.1980) с одной парой электродов, для создания большой площади разряда при относительно небольших габаритах аппарата и уменьшения удельного расхода электроэнергии, включает круглые электроды, выполненные с сечением W–образной формы. В заземленном корпусе 1 (рис. 71) установлен низковольтный электрод 2, изнутри выложенный слоем диэлектрика 3.



Над электродом 2, посредством изоляционных колец 4 и 5, смонтирована направляющая втулка 6, в которой может вертикально перемещаться высоковольтный электрод 7, соединенный с источником питания проводом 8. Над кольцом 5 установлен корпус 9 вибрационного устройства. Кислород (или воздух) подают по линии 10 и он протекает в пространстве между 3 и 7, по центральному каналу в 7, а озонированный газ отводят через патрубок 11. Посредством патрубков 12 и 13 в озонатор подают среду, эффективно охлаждающую электрод 2. Предусматривается возможность подъема или опускания электрода 7 для регулирования ширины разрядного промежутка, что в сочетании с вибрацией этого электрода, позволяет обеспечить оптимальные условия работы аппарата для заданного режима и благоприятное изменение напряженности электрического поля в нем.

Устройство для производства озона (заявка 93058273/26 России, С01В 13/11, опубл. 12.12.1991) содержит источник высокого напряжения и, по меньшей мере, два расположенных на расстоянии один от другого плоских электрода, с установленным между ними диэлектриком, с образованием канала для протекания газа, причем один из плоских электродов способен вибрировать. При этом плоский электрод состоит из двух слоев электропроводного материала, из которых один слой способен вибрировать. Между обоими слоями может быть расположен материал, действующий пружинно-демпфирующим способом, а оба слоя закреплены для обеспечения возможности вибрации электродов.

Устройство и способ получения озона (заявка 4141025 ФРГ, С01В 13/11, опубл. 17.06.1993) состоит из двух плоских электродов 1 (рис. 72), образованных эластичной сердцевиной 2 из стекловолокна, заключенной в тонкую оболочку 3 из токопроводящего материала, выполненную из Pt, Ti, белой жести или алюминия, например в виде фольги или проволочной сетки.



Между электродами 1 помещен диэлектрик 4. Обмотка 5 высокого напряжения трансформатора присоединена к электродам 1 при напряжении на них U = 30 кВ и частоте f = 50 Гц. При работе возникает вибрация электродов 1, турбулизирующая газовый поток в разрядных промежутках между ними и диэлектриком 4, что примерно на 25% увеличивает выход озона.

Озонатор (пат. 2198134 России, С01В 13/11, опубл. 30.10.2001), содержит индуктор, выполненный из металлических пластин, подключенных к высоковольтному источнику переменного напряжения, и диэлектрических пластин, выполненных из материала с высоким коэффициентом упругости и с размерами, обеспечивающими совпадение внешней и собственной частот колебаний.

7.12. Озонаторы с магнитными полями

Озонатор с применением магнитного поля (пат. 5098671 США, B01J 19/12, опубл. 24.03.1992; заявка 2252706 Великобритания, C01B 13/11, опубл. 12.08.1992, приоритет Япония) содержит кольцевую камеру озонирования 1 (рис. 73), выполненную в цилиндрическом корпусе 2.



В потолке камеры 1 выполнен паз 3, изготовленный по спирали, а в пазу 3 свободно размещается разрядный электрод 4 в виде ленты толщиной 10300 мкм и шириной 210 мм из материала стойкого к окислению при озонировании (нержавеющая сталь, сталь покрытая Cr или Ni). Корпус 2 и электрод 4 опираются на диэлектрическую пластину 5, под которой дополнительно установлен электрод 6. Вся система покоится на постоянном магните 7, из материала, создающего магнитное поле напряженностью 1000 Гс на 1 мм2. На электроды 4 (положительный потенциал) и 6 от источника 8 подается пульсирующее напряжение величиной 210 кВ при частоте f = 35 кГц. Озонированный газ поступает в канал между витками спирали электрода 4 по патрубку 9 и выходит на патрубок 10. Блок 11 с вентилятором 12, создающим воздушный поток между вертикальными пластинами 11 радиатора, охлаждает озонатор. Магнитное поле магнита 7, прижимая электрод 4 к пластине 5, исключает зазор между ними и, следовательно, возможность разрушения пластины 5 от соударений. Кроме того, увеличивается эффективность озонирования, т.к. молекулы О2 притягиваются магнитным полем к нижней части разрядного электрода, т.е. в зону интенсивного электрического разряда. При этом можно на 20 % снизить значение подводимого высокого напряжения.

Способ получения озона (заявка 93033425/26 России, С01В 13/11,опубл. 28.06.1993) осуществляется воздействием на кислородсодержащий газ электрическим разрядом высокой напряженности, а также дополнительной активацией молекул O2 на всей длине тракта озонатора или на отдельных его участках от входа до выхода одновременно или раздельно излучениями высоких энергий (механических, световых, квантовых, электромагнитных, электрических, пьезоэлектрических, звуковых и других). Например, возбуждение проводят путем пульсирующего изменения кинематической энергии потока газа с подачей в межэлектродный зазор озонатора вещества, активизирующего процесс возникновения озона.

7.13. Озонаторы с вращающимися барьерами

Озонаторы с вращающимися электродами имеют нижний дисковый вращающийся электрод, в виде кварцевого стекла диаметром 80 мм, на поверхности которого наклеена алюминиевая фольга диаметром 60 мм, и верхний неподвижный алюминиевый дисковый электрод диаметром 60 мм. Воздух подается через отверстие в центре верхнего электрода в межэлектродное пространство. На электроды подается переменное напряжение до 12 кВ при частоте выше, чем в статическом озонаторе. Эффективность генерирования О3 увеличивается, когда светящиеся пятна разрядов на вращающемся стеклянном электроде перемещаются по окружности.

Способ получения озона (пат. 2027664 России, C01B 13/11, опубл. 27.01.1995) реализуется в устройстве, содержащем диэлектрический барьер в форме диска 1 (рис 74), электроды 2 и 3, образующие пары противолежащих электродов (число пар четное), высоковольтный источник 4 постоянного напряжения, к которому подключены пары 2 и 3, причем каждая последующая пара подключена с чередующейся полярностью к источнику 4, по отношению к предшествующей полярности. Вращение диска 1 с угловой скоростью  производиться электродвигателем 5. Между электродами 2 и 3 возникает объемно-барьерный разряд, в котором происходит синтез О3. Вследствие чередующейся полярности подключения источника 4 к электродам 2 и 3, осуществляется непрерывная перезарядка емкостей. Каждая пара электродов 2 и 3 выполняет двойную функцию - генератора О3 и перезарядного устройства.

Выход O3 пропорционален числу пар электродов 2 и 3. При выполнении диска 1 из винипласта толщиной 3 и диаметром 290 мм, при числе пар электродов - 20, частоте вращения - 6000 об/мин, напряжении U = 15 кВ и потребляемой мощности - N = 300 Вт, выход О3 - 10 г/ч. При этом воздух не подвергается осушке, очистке и охлаждению.



7.14. Электретные озонаторы

Озонатор (а. с. 1664314 СССР, A61G 10/02, опубл. 11.07.1989) содержит воздуховод с установленным на нем ионизатором и выходной патрубок с трубкой, причем озонатор выполнен из механического источника электричества, включающего воздуховод, выполненный в виде полого цилиндра, на котором размещена втулка, установленная с возможностью продольного возвратно-поступательного перемещения, при этом полый цилиндр и втулка выполнены из электризуемых элементов.



7.15. Озонаторы с применением вихревой трубы

Установка для озонирования воды (а. с. 899496 СССР, C02F 1/78, опубл. 30.06.1980) содержит компрессор, теплообменник с полостями высокого и низкого давления, вихревую трубку, адсорберы, фильтры, озонатор, контактную камеру, соединенные между собой трубопроводами, причем для снижения влажности воздуха и увеличения концентрации озона, вихревая труба установлена внутри теплообменника по его оси и снабжена ресивером, при этом полость низкого давления теплообменника выполнена в виде трубчатой спирали, размещенной вокруг вихревой трубы.

Генератор озона (а. с. 1177267 СССР, С01В 13/30, опубл. 22.03.1984), имеющий корпус с вводом сжатого газа и выводом озона, для повышения эффективности и упрощения конструкции, он снабжен вихревой камерой (рис. 75), выполненной из диэлектрика и снабженной токопроводящим элементом, установленным на торце камеры и размещенным напротив нее осевым диффузором, выполненным из диэлектрика и снабженным выходным щелевым соплом, торец которого выполнен из токопроводящего материала, а ввод самого газа выполнен в виде тангенциального сопла.

Генератор озона (а. с. 1468854 СССР, С01В 13/10, опубл.01.07.1987) содержит корпус (рис. 76) с тангенциальным вводом сжатого газа и выводом озона, осевой диффузор, выполненный из диэлектрика с торцом выходного щелевого сопла из токопроводящего материала, он снабжен также заглушкой, из диэлектрического материала с центральным токопроводящим стержнем, установленной в корпусе напротив осевого диффузора.



Высокочастотный генератор озона (а. с. 1680617 СССР, C01B 13/11, опубл. 25.09.1989) включающий корпус, высоковольтный и низковольтный электроды, патрубки подвода сжатого осушенного газа и отвода озон-воздушной смеси, элемент подачи высокого напряжения, причем для увеличения производительности генератора и упрощения конструкции, высоковольтный электрод выполнен в виде вихревой трубы, снабженной газо-направляющим кожухом из токопроводящего материала и установленной коаксиально в полости низковольтного электрода, при этом область высокого давления вихревой трубы соединена с патрубком подвода сжатого осушенного газа, а область низкого давления - с газо-направляющим кожухом.

В способе разделения воздуха (пат. 2121119 России, F25В 9/02, опубл. 25.06.1997) посредством образования вихревого потока, перед разделением кислород воздуха переводят в озон. Устройство содержит вихревую трубу, осушитель, озонатор и приспособление для разложения озона.

7.16. Озонаторы с плазменным нагревом

Способ получения озона (пат. 2027663 России, C01B 13/11, 13/10, 27.01.1995) предусматривает компремирование воздуха (O2) с помощью компрессора 1 (рис. 77) и подачу в плазмотрон 2, где в результате нагрева до температуры t = 4000 K молекулы O2 разлагаются на атомы О. Полученную плазму охлаждают водой в теплообменнике 3, в результате чего плазма переходит в неравновесное состояние, в котором атомы О реагируют с молекулами, образуя O3. При этом в реакции участвуют дополнительные добавляемые молекулы O2 в узле смещения дозирования 4. Синтез O3 завершается в генераторе 5, откуда смесь O3 с газами (N2, O2), контролируемая анализатором 6, идет потребителю 7.



Концентрация O3 на выходе из генератора 510 мас.%, энергозатраты для воздушной плазмы (на 1 кг O3) – 10 кВтч; для O2 плазмы – 3 кВтч.



7.17. Озонаторы с рециркуляцией и охлаждением смеси

Рециркуляция охлажденной озон-воздушной смеси на вход озонатора увеличивает его производительность, например способ получения озона (заявка 93053310/26, Россия, С01В 13/11, опубл.28.11.1993), для повышения удельной производительности и уменьшения энергозатрат, предусматривает подачу воздуха на вход межэлектродного пространства и воздействие на него электрическими импульсными разрядами, причем 2530 % от объема озонированного воздуха с выхода межэлектродного пространства направляют на его вход по дополнительному каналу. Охлаждение рециркулируемого озонированного воздуха повышает суммарный выход озона.

В способе получения озона (заявка 96119657/25 России, С01В 13/11, опубл. 10.10.1996) в электрическом разряде, путем приложения напряжения к электродам, с расположенным между ними диэлектрическим барьером, подачи кислородо-содержащего газового потока и синтеза озона под действием барьерного разряда, для повышения выхода продукта синтез озона осуществляют в радиально расходящемся и далее в радиально сходящемся газовых потоках, обтекающих обе поверхности барьера, а подачу потока ведут аксиально с линейной скоростью не менее 0,5 м/с.

7.18. Электрохимические озонаторы

В электрохимическом способе [55] озон синтезируется на анодах из диоксида свинца, путем разложения воды (пат. 250091 Франция). Причем в водных растворах электролитов (сернокислый, фосфатный) в виде кислот или солей, происходит сильное коррозионное разрушение (осыпание каталитического слоя) Pb/РbО3 электрода. Можно использовать донную и тарельчатую конструкцию анодов, позволяющую исключить удаление из реакционной зоны электропроводных продуктов коррозионного разрушения электродов, на которых также хорошо идет образование озона. Выход по току составляет 4 % О3, причем содержание озона в кислород-озоновой газовой смеси снижается с ростом температуры H2SO4 (с 4 % при 7С до 0 % при 100 °С). Оптимальные условия электрохимического синтеза озона: температура электролита t = 020°С; плотность тока – J = 1 А/см2; напряжение на электродах – U = 34 В. Образование О3 происходит в результате взаимодействия короткоживущих ОН-радикалов, поэтому увеличение температуры ведет к увеличению вероятности образования О2, что приводит к снижению выхода по току озона.


7.19. Озонаторы для диэлектрических жидкостей

Способ озонирования диэлектрической жидкости (а. с. 1189801 СССР, С01В 13/11, опубл. 18.04.1984) включает пропускание между электродами (рис. 78) озонируемой жидкости и одновременно введение в промежуток между потенциальным и заземленным электродами кислородсодержащего газа.



Причем, для повышения производительности процесса, движущейся диэлектрической жидкостью заполняют все пространство между электродами, а кислородсодержащий газ вводят струями в жидкость повторяющимися импульсами под избыточным давлением через отверстие в заземленном электроде, при этом длина струи газа равна расстоянию между электродами, и, одновременно, к электродам прикладывают высокое импульсное напряжение равное – U = 100200 кВ.



7.20. Конструкции и схемы других озонаторов

Вопросам совершенствования конструкции озонаторов посвящены труды многих ученых и научных школ как в России, так и за рубежом. Значительный вклад в развитие искусственного озонирования вносят научные школы МГУ им. М.В. Ломоносова, МИИСПа, АЧГАА, такие ученые, как академик И.Ф. Бородин, проф. Н.В. Ксенз, проф. И.А. Потапенко и др.

Озонатор (пат. 1228592 ФРГ, С01В 13/12, опубл. 6.05.1970) содержит (рис. 79) бак прямоугольного сечения с двумя крышками, в который вварены перегородки с большим числом сильно сплющенных труб, характеризующихся большим отношением диаметров сечения. Корпус с трубами является заземленным электродом, а в каждую плоскую трубу вставлен высоковольтный электрод, в виде металлического листа вклеенного между двумя листами стекла. Высокое напряжение от трансформатора подводится через изолятор к электродам. Кислород или воздух подаются по трубам снизу через нижнюю перегородку и проходят в щелевых каналах между трубами и электродами, а озонированный газ отводится по патрубку над верхней перегородкой. Межтрубное пространство бака заполнено проточной охлаждающей водой.

Схема простейшего лабораторного озонатора (рис. 80): 1 – стекляная трубка; 2 – резиновые пробки или эпокидный герметик; 3 – стеклянные или металлические трубки; 4 – заглушки с припоем; 5 – слой фольги вокруг трубки сверху изолированный; 6 – алюминиевая перфорированная фольга, свернутая в цилиндр, с остриями отверстий наружу; 7 и 8 – контакты к источнику питания.





Схемы источников питания озонаторов (рис. 81, а и б), где трансформатор Т1 содержит: 1 – 20 витков проволоки диаметром 1 мм; 2 – 5000 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,1 мм; на феррите марки 2000НН, диаметром 8 мм и длиной 50 мм или Ш-образном.

Важной характеристикой, определяющей не только интенсивность ионизационных процессов в газовом промежутке, но и эффективность образования озона, является активная мощность разряда Р, с ростом которой выход озона увеличивается. С другой стороны, устойчивость озона определяется его температурой, которая зависит как от названной активной мощности Р, так и от конструктивных особенностей рабочей камеры электроозонатора, определяющих теплообменные процессы.

Из закона сохранения заряда следует, что ток в цепи питания складывается из двух составляющих (формула 1): апериодического тока проводимости (первое слагаемое) и тока смещения (второе слагаемое).

. . (1)

Из уравнения непрерывности плотности объемного заряда ρ, законов электростатики и закона Ома для тока проводимости j в разрядном промежутке:

, , (2)

следует, что сумма токов проводимости j и смещения jсм в каждый момент времени для любой точки разрядного промежутка постоянна, т.е.



(3)

Уравнение (3) выражает закон сохранения суммарного тока проводимости и смещения вдоль всей электрической цепи. Следовательно, увеличивая полный ток при неизменном приложенном напряжении, можно увеличить активную мощность озонатора, а, следовательно, и его производительность. Если производительность озонатора достаточна, то при искусственном уменьшении реактивного тока появляется возможность уменьшения минимального напряжения разряда и размеров рабочей камеры.

С ростом приложенного к электродам напряжения возрастает выход озона. Однако, почти пропорциональный рост выхода озона с увеличением напряжения продолжается до определенного предела. С увеличением интенсивности разряда увеличивается температура разрядной зоны, что вызывает ускорение разложения озона. При перегреве разрядной зоны работа озонатора становится неэффективной за счет распада озона, поэтому необходим поиск путей увеличения теплоотдачи из зоны разрядной камеры.

В работе [57] предложен способ увеличения производительности электроозонатора уменьшением электрического входного сопротивления рабочей камеры, упорядочением распределения разряда в объеме рабочей камеры, а также увеличением теплоотдачи с поверхности диэлектрического барьера, достигаемых применением высоковольтного электрода в виде плоской катушки, нанесенной на поверхность диэлектрического барьера по технологии нанесения тонких пленок (рис. 82, где 1 – проводящие электроды, 2 - диэлектрические барьеры, 3 – воздушный зазор).



Такая катушка может иметь один вывод и представляет собой электрод в форме длинного проводника, свернутого в спираль. Электрический разряд происходит между этим электродом и другим электродом, выполненным в виде традиционной пластины.

Выполнение высоковольтного электрода в виде плоской тонкопленочной спирали или катушки позволяет увеличить производительность озонатора за счет снижения входного электрического сопротивления рабочей камеры при ее неизменных размерах и создания упорядоченного неоднородного электрического поля в рабочей камере, способствующего стабилизации стримерных разрядов, а также увеличить теплоотдачу с поверхности барьерного диэлектрика на 14 %, по сравнению с электродом в виде проводящей пластины. Выполнение электрода в форме плоской катушки обеспечивает снижение тока на первоначальном участке ВАХ и более раннее зажигание стримерного разряда. На рабочем участке ВАХ такая форма электрода обеспечивает увеличение электрической мощности разряда при одинаковых габаритных размерах электродов и более высокую производительность озонатора.

Увеличение производительности электроозонатора при заданных размерах рабочей камеры эффективно достигается применением электрода в форме плоской катушки. Такую форму электрода предложено (пат. 2105083 России. Способ изготовления токопроводящих пленок и устройство для его осуществления, опубл. 20.02.1998. Бюл. № 5; пат. 2301773 России. Озонатор, опубл. 27.06.2007. Бюл. № 18) выполнять по технологии нанесения тонких металлических пленок на поверхность диэлектрического барьера. При этом изготовление высоковольтного электрода в форме плоской катушки уменьшает входное сопротивление озонатора до 33 % за счет внесения в электрическую цепь озонатора продольного индуктивного сопротивления, что позволяет получить устойчивый стримерный разряд при более низком входном напряжении, а также упорядоченно распределяет разряд в объеме рабочей камеры и повышает производительность озонатора. При выполнении электрода в форме плоской катушки увеличивается теплоотдача с поверхности диэлектрического барьера за счет увеличения теплоотдающей поверхности и теплопроводности слоя «диэлектрическая подложка-электрод». Возможное увеличение теплоотдачи может составлять 14 %, что означает уменьшение температуры в рабочей камере и увеличение производительности озонатора.

Использование в генераторах озона токов высокой частоты (до 20 кГц) позволяет снизить затраты электроэнергии в несколько раз, по сравнению с традиционными озонаторами (на 50 Гц). Однако мощность, потребляемая барьерным разрядом и выделяемая в активной зоне в виде теплоты, увеличивается пропорционально частоте, что приводит к перегреву озонатора и снижению его производительности. Поэтому в классических озонаторах Сименса необходимо эффективное охлаждение разряда, что требует применения [58] тонких разрядных промежутков, охлаждаемых со всех сторон (рис. 83, а; где 1 – диэлектрический барьер; 2 - высоковольтный электрод; 3 – полезный объем; 4 – неиспользуемый объем).

При этом воздух поступает в узкий и длинный промежуток между коаксиальными или плоскими электродами, которые охлаждаются водой. Недостатком такой схемы является невозможность непосредственного охлаждения зоны разряда, в которой происходит выделение мощности. Для повышения эжффективности работы озонатора возможно снижение температуры обрабатываемого разрядом кислородсодержащего газа и изменение его конструкции (рис. 83, б; где 5 – один из высоковольтных электродов). При этом внешняя поверхность трубки, покрытая слоем проводящего материала, является низковольтным электродом, а внутри трубки находятся N высоковольтных электродов, которые выполнены из стальной проволоки малого диаметра. Причем электроды расположены параллельно друг другу и оси цилиндра, и фиксируются в торцевых наконечниках трубки (пат. 2075433 России, С01В 13/11. Высокочастотный озонатор, опубл. 20.03.1997, БИ, № 8. С. 158). При этом диэлектрический барьер представляет собой трубку из высококачественной керамики, покрытой электротехническим лаком. Такая схема озонатора позволяет использовать эффект Джоуля-Томпсона для охлаждения разрядной зоны во всем ее объеме.



7. 21. Коммерческие озонаторы и их применение

Цифровой многофункциональный озонатор марки «Донфан-Грин» модели LF-V6 предназначен для очистки и озонации воздуха и воды. Основные функции озонатора:1) очистка воды от хлора, бактерий и вирусов (в 2,5-6 раз эффективнее УФ-лучей и в 600-3000 раз сильнее хлора) - приготовленную воду можно использовать для различных бытовых нужд, например; умывание, мытье фруктов, овощей, кипячения (чай, кофе), приготовление первых блюд, компотов, причем свойства обработанной воды сохраняются в течение 48 часов; 2) обработка мяса и рыбы; 3) обработка овощей и фруктов в целях удаления ядохимикатов; 4) обработка яиц для продления срок их хранения; 5) очистка воздуха - площадь обслуживаемого помещения до 70 м2, в результате удаляется табачный дым и др. неприятные запахи, воздух обогащается озоном и становится подобным лесному, как после грозы; 6) устранение неприятного запаха в бытовых приборах; 7) обработка постельного и нижнего белья для дезинфекции; 8) соблюдение гигиены полости рта - для удаления неприятного запаха изо рта и обработки зубов использовать воду сразу после озонирования; 9) уход за кожей - для придания коже лица гладкости и свежести, разглаживания морщин, глубокого очищения пор лица и удаления макияжа следует умываться ежедневно озонированной водой; 10) избавление от прыщей и перхоти - для эффективного удаления угревой сыпи и перхоти необходимо ежедневно умываться и ополаскивать голову озонированной водой и обдувать озоном больные места в течение 2-3 минут 7 дней; 11) оздоровление желудочно-кишечного тракта - питье озонированной воды восстанавливает кислотно-щелочной баланс в организме и активизирует обменные процессы; 12) для устранения грибковых заболеваний рекомендуется мытье ног озонированной водой и обработка озоном пораженных грибком мест; 13) прием ванн из озонированной воды оказывает благоприятное действие на весь организм в целом, а именно – омолаживавет, устраняет усталость (релаксация); выводит токсины, способствует хорошему сну; улучшает состояние кожи тела (придает гладкость и упругость), помогает при ревматизме, заболеваниях кожи мигренях, профилактирует и лечит гинекологические заболевания и трофические язвы (вода в ванне не должна превышать уровня груди, температура 38-40 С, продолжительность не более 20 минут); 14) задержка процесса развития раковых опухолей, напрмиер, рака кожи на 40 %, а других опухолей - на 30 %, при условии постоянного употребления озонированной воды и купания озонированной водой 1-2 раза в неделю.
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14


База даних захищена авторським правом ©mediku.com.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка