Свойства, получениие и применение озона (стр. 34 )

2. Для уменьшения расхода электроэнергии на получение озона возможно использование импульсного режима питания с необходимой частотой следования импульсов и скважностью (например, при скважности униполярных и знакопеременных импульсов 10¸30 и частоте следования f = 50 Гц). При этом импульсный источник питания снабжается промежуточным накопительным конденсатором, поэтому потребляемый ток практически синусоидальный, а коммутация совершается на стороне низкого напряжения. Импульсный режим питания уменьшает энергозатраты на 10¸15 % по сравнению с синусоидальным питанием.

7.1. Конструкции трубчатых озонаторов с барьерным разрядом

Классический трубчатый озонатор содержит (рис. 10) трубку 1 из алюминия или из нержавеющей стали, охваченную с зазором стеклянной трубкой 2 (стекло типа «ипрекс» толщиной 2 мм).

Изолятор 3, фиксирующий трубку 1, выполняется из тефлоновых (полихлорвиниловых) колец. Оптимальный разрядный зазор ~1÷3 мм, определяется из расчета 1 мм на каждые 5 кВ (для f = 50 Гц). Вторым электродом, подключенным к источнику питания, является медная (алюминиевая) фольга 5, обернутая вокруг стеклянной трубки.

Диэлектрический элемент для озонаторов (пат. 3671417 США, С01В 13/12, опубл. 20.06.1972) выполнен в виде цилиндра 1 (рис. 11), внутри которого укреплен металлический электрод 2, не доходящий до торцов 1. Контакт между 2 и высоковольтным вводом 3 осуществляется с помощью проволочной щетки 4. Внутренняя полость 1 с одного конца (предпочтительно со стороны поступающего газа) плотно закрыта пробкой 5 с центральным каналом для прохода ввода 3. Диаметр этого канала несколько больше, чем диаметр ввода 3 и таким образом образуется кольцевой канал, по которому в полость 1 поступает некоторое количество воздуха (O2). Этот газ вентилирует полость и уносит с собой выделяющееся здесь тепло.

Пробка 5 имеет сложный про филь наружной поверхности, для того чтобы избежать перекрытие ее разрядом от высоковольтного электрода. Диэлектрическая труба центрируется с помощью кольцевых вставок 6 в наружной заземляющей металлической трубке 7, окруженной охлаждающей водяной рубашкой.

Озонатор (пат. 48-12319 Японии, С01В 13/12, опубл. 19.04.1973) состоит из заземленного металлического корпуса 1 (рис. 12), стеклянного диэлектрического цилиндра 2 и внутреннего высоковольтного электрода 3, питаемого по проводу 4 через пружинный контакт 5. Внутренняя полость электрода 3 заполнена фильтрующей массой 6. Воздух подается через отверстие 7, очищается на фильтре, озонируется, проходя по кольцевому пространству между 1 и 2, а озонированный воздух отводится через штуцер 8.

Для получения озона с низкой концентрацией, в качестве разрядного элемента можно использовать радиочастотный коаксиальный кабель с воздушным каналом (а. с. 564258 СССР, С01В 13/11, опубл. 1977), содержащий токопроводящую жилу 1 (рис. 13), электроизоляционную оболочку 3, спираль 4 из полимерного материала, центрирующую токопроводящую жилу, экранирующую оплетку 5 из токопроводящего материала и электроизоляционную оболочку 2.

Высокое напряжение подают на электрод в виде токопроводящей жилы при соединении с источником переменного тока высокого напряжения, а экранирующую оплетку заземляют. Осушенный воздух подают между токопроводящей жилой и электроизоляционной оболочкой. При необходимости озонирующий электрод можно охлаждать погружением в проточную воду. Например, кабели с полиэтиленовой изоляцией длиной l = 600 мм при частоте f = 2 кГц и изменении напряжения U = 1¸5 кВ, обеспечивают выход озона 0,05¸0,73 г O3/ч при разрядном токе J = 2,3¸8,3 mА. Гибкость кабеля позволяет придавать разрядному элементу U-образную или спиралевидную форму, выполняя компактную конструкцию.

Озонатор с трубчатым элементом (заявка 2606731 ФРГ, С01В 13/11, опубл. 25.08.1977) состоит из центральной металлической трубки 1 (рис. 14), например алюминиевой, покрытой снаружи электроизоляционным материалом, стойким к О3.

На трубку 1 наложена одно - или многозаходная спираль 2 из неэлектропроводной ленты, а поверх нее плотно одета труба 3 из металлической сетки, также покрытой слоем неэлектропроводного материала. Все это заключено в стеклянную трубку 4, снаружи обернутую слоем 5 алюминиевой фольги. Поверх фольги вдоль элемента вплотную друг к другу уложены ребристые секторы 6, стянутые по концам трубы ленточными и проволочными хомутами и в совокупности образующие продольное оребрение, обеспечивающее эффективное охлаждение элемента. Озонируемый воздух проходит в спиральных каналах между 1 и 3. Для лучшего охлаждения воду можно подавать внутрь трубки 1.

Высокочастотный озонатор (а. с. 597173 СССР, С01В 13/10, опубл. 25.02.1979) состоит из корпуса 1 (рис. 15), обечайка 2 которого образует с низковольтным электродом 3 рубашку для протекания охлаждающей жидкости с двумя штуцерами: входным 4 и выходным 5.

На внутреннюю поверхность 3 наносится слой силикатной эмали или иной диэлектрический материал и концы его делают закругленными с тем, чтобы избежать электрического пробоя диэлектрика и устранить краевые эффекты. Высоковольтный электрод выполнен из цилиндрической трубки 6 и наконечника 7. Внутри наконечника установлена трубка 8 для подачи охлаждающей жидкости, заканчивающаяся на одном конце штуцером 9, а на другом – штыреобразной заглушкой 10, и имеющая отверстия 11, для протока воды. Посредством заглушки 10, гайки 12 и прижима 13 обе части высоковольтного электрода сжимаются через уплотнительные шайбы. Гайка 12 находится в углублении центрирующего вкладыша 14 из диэлектрического озоностойкого материала. На наконечнике 7 установлен высоковольтный изолятор 15, уплотненный в корпусе 1 посредством фланца 16 и прокладки 17. На изоляторе 15 смонтирована головка 18 с штуцером 19. При этом через штуцеры 9 и 19 подается и отводится жидкость, охлаждающая высоковольтный электрод. В данной конструкции озонатора обеспечиваются благоприятные условия охлаждения с получением высокого выхода озона и возможность быстрой и легкой замены высоковольтного электрода.

Озонатор (а. с. 994398 СССР, С01В 13/10, опубл. 05.12.1980) содержит корпус с трубами подвода и отвода газа, а также трубчатые, конические и коаксиально расположенные электроды, установленные с возможностью передвижения относительно друг друга. Причем для улучшения эксплуатации, путем достижения максимальной производительности озонатора в пределах изменения электрического потенциала на электродах, внутренний электрод выполнен с камерой приема газа, в которой установлена на некотором расстоянии от ее стенок труба подвода газа, и снабжен подпружиненным штоком с направляющими втулками. При этом труба подвода может быть, выполнена с боковым отверстием, а корпус снабжен установленным соосно отверстию трубы винтом для регулирования сечения отверстия.

Трубчатый разрядный элемент для озонатора (пат. 104684 Польша, С01В 13/11, опубл. 29.02.1980) в многоэлементном исполнении, выполнен так, что съемные высоковольтные электроды изготовлены в виде труб из диэлектрического материала, выложенных изнутри электропроводящим слоем, например, металлической фольгой. Контакт между вводимым внутрь электрода проводом от высоковольтного трансформатора и металлической фольгой осуществляют посредством эластичного элемента, например, пучка проволок, за счет упругих сил. Поэтому замена неисправного высоковольтного электрода не требует разъединения сложных контактов и может быть осуществлена без разборки аппарата.

Озонатор (заявка 55-109206 Япония, С01В 13/11, опубл. 22.08.1980), для повышения производительности, выполнен из высоковольтного электрода 1 (рис. 16), примыкающего к внутренней поверхности диэлектрической трубы 2 (стеклянной и т. п.) и низковольтного электрода 3, в кольцевом зазоре 4 между которыми возникает тихий электрический разряд.

Через зазор 4 пропускается поток воздуха. Внутренняя поверхность электрода 3 покрыта слоем изоляционного материала 5 с большим числом мелких сквозных отверстий 6 (например, выполнена из жидкого стекла). При тех же напряжениях и частоте, возрастает мощность разряда и производительность озонатора.

Генератор озона (пат. 4234800 США, С01В 13/11, опубл. 18.11.1980) включает центральный трубчатый электрод, выполненный из металла устойчивого к О2 и О3 (нержавеющая сталь) и охлаждаемый жидкостью, который окружен трубчатым диэлектрическим элементом (из стекла, керамики, фарфора), имеющим на своей наружной поверхности второй трубчатый металлический электрод (например, в виде пленки из Ag, Cu или Al), причем оба электрода заключены в трубчатый диэлектрический кожух. По теоретическим соображениям выход О3 уменьшается с увеличением отношения мощности разряда к расходу воздуха. Для предупреждения этого возможна рециркуляция части потока озонированного воздуха на вход в озонатор.

Озонатор (пат. 4232229 США, С01В 13/12, опубл. 4.11.1980, приор. 13.02.1978, 9 Японии, фирма Мицубиси Денки) имеет цилиндрический высоковольтный электрод, состоящий из диэлектрической трубы 1 (рис. 17), выложенной изнутри металлической фольгой, к которой посредством проволочных контактов 3 подается напряжение от питающего провода 4.

Этот электрод вставлен в трубу 5, являющуюся частью заземлённого металлического корпуса 6 озонатора с рубашкой 7 для протока охлаждающей среды. Озонатор имеет металлической цилиндр 8 из перфорированного листа или сетки, снабженного множеством выступов, обращенных внутрь и наружу, которые надежно центрируют высоковольтный электрод относительно корпуса и обеспечивают однородную ширину разрядного промежутка по всему озонатору. При этом достигаются лучшие условия для разряда, более высокие выход озона и его концентрация.