Свойства, получениие и применение озона (стр. 41 )

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.