Разработка конструкции разрядной камеры генератора озона с проволочными

К. А.
Максимов Д. Г.
Лазарев А. С.

промышленном масштабе. В настоящее время существуют целые озонные заводы производительностью

до 500кг /ч, где озон производится в барьерном разряде. Все эти предприятия синтезируют озон из кислорода, причём концентрации выходящнго озона может достигать 200г/м3.
Само название «барьерный разряд» (заряд, имеющий диэлектрический барьер) предложено в конце 60-х годов прошлого века профессором МГУ Е.Н.Ерёминым и является в настоящее время общепринятым . ранее использовали определения «тихий разряд», «разряд в озонаторе», «разряд с внутренней короной», «заряд, ограниченный диэлектриком».
Этот тип разряда характеризуется, с одной стороны, сравнительно высокой средней энергией электронов (4-5 эВ) и с другой – низкой температурой газа. При этом энергия, вложенная в разряд, выделяется в короткоживущих, малоинтенсивных искрах – микроразрядах. Сочетание всех этих условий делает барьерный разряд эффективным для осуществления электрохимических реакций.

более простых веществ одного и того же химического элемента) модификация

кислорода. При нормальных условиях — голубой ядовитый газ. Запах — резкий специфический. При сжижении превращается в жидкость цвета индиго (средний между тёмно-синим и фиолетовым) . В твёрдом виде представляет собой тёмно-синие, серые, практически чёрные кристаллы.
 
Присутствует в атмосфере, главным образом, в озоновом слое, где он образуется из кислорода, под действием ультрафиолетового излучения. Действует как фильтр и предотвращает попадание на поверхность Земли большей части вредной ультрафиолетовой радиации. В промышленности озон получают действитем электрического заряда на кислород.

атомов кислорода. Формула озона – О3, молекулярная масса – 48.

Озон по своему бактерицидному воздействую в 3-6 раз сильнее ультрафиолетового излучения и в 400-600 раз сильнее хлора.
Озон можно получить из двухатомного кислорода через ионизацию и газовый разряд высокого напряжения. Окисляет почти все металлы (за исключением золота, платины и иридия) до их высших степеней окисления. Окисляет многие неметаллы
В наше время озон используется не только для очистки и дезинфекции воздуха и воды, но и в целях удаления токсинов из продуктов питания. Мировая общественность уже признала озон наиболее экологически чистым, популярным и эффективным бактерицидным веществом.

медицинского назначения;
при получении многих веществ в лабораторной и промышленной практике;
для

отбеливания бумаги;
для очистки масел.
сильного дезинфицирующего средства:
для очистки воды и воздуха от микроорганизмов (озонирование);
для дезинфекции помещений и одежды;
для озонирования растворов, применяемых в медицине (как для внутривенного, так и для контактного применения).
Существенными достоинствами озонирования, по сравнению с хлорированием, является отсутствие токсинов в обработанной воде (тогда как при хлорировании возможно образование существенного количества хлорорганических соединений, многие из которых токсичны, например, диоксин) и лучшая, по сравнению с кислородом, растворимость в воде.
Выпуск бытовых озонаторов, предназначенных также для дезинфекции помещений (подвалов, комнат после вирусных заболеваний, складов, заражённых бактериями и грибками вещей).

экологически чистого окислителя в ракетной технике. Общая химическая энергия, освобождающаяся при реакции сгорания с

участием озона, больше, чем для простого кислорода, примерно на одну четверть (719 ккал/кг). Больше будет, соответственно, и удельный импульс. У жидкого озона большая плотность, чем у жидкого кислорода (1,35 и 1,14 г/см3 соответственно), а его температура кипения выше (−112 °C и −183 °C соответственно), поэтому в этом отношении преимущество в качестве окислителя в ракетной технике больше у жидкого озона. Однако препятствием является химическая неустойчивость и взрывоопасность жидкого озона с разложением его на O и O2, что делает применение жидкого озона невозможным при нынешнем уровне техники, за исключением использования устойчивых кислород-озоновых смесей (до 24 % озона). Преимуществом подобной смеси также является больший удельный импульс для водородных двигателей, по сравнению с озон-водородными.
На сегодняшний день такие высокоэффективные двигатели, как РД-170 (советский жидкостный четырёхкамерный ракетный двигатель закрытого цикла, работает на паре кислород-керосин) , РД-180 (Российский двухкомпонентный  жидкостный ракетный двигатель закрытого цикла с дожиганием окислительного генераторного газа после турбины, оснащён двумя камерами сгорания и двумя соплами), РД-191(российский однокамерный жидкостный ракетный двигатель с дожиганием окислительного газа, работающий на нетоксичных компонентах - керосин + жидкий кислород).

при взаимодействии со свободными электродами: О2+е=О+О+е.
Следующий этап состоит в образовании

молекулы озона:
О+О2+М=О3+М, в котором принимает участие третья частица М: молекула, ион, электрон или атом в нейтральном или возбуждённом состоянии.
Кроме образования озона, происходит разложение молекул О3 по реакции: О3+М=О2+О+М.
Эта реакция идёт тем интенсивнее, чем выше температура газа.
В результате прохождения рабочего газа через разрядную зону озонатора на выходе получается озоно-воздушная или озоно-кислородная смесь с концентрацией озона до 10г/м3, при этом получается количество озона зависит от превышения интенсивности образования над интенсивностью разложения.

и металлом в цепи переменного тока, является эффективным и экономичным

генератором озона использующих электрический разряд. Производительность одной установки может составлять от граммов до 150 кг озона в час.
Барьерным разрядом называют разряд в узком газовом зазоре между плоскими или коаксиальными электродами, один из которых (или оба) покрыт слоем твердого диэлектрика (рис. 1) Если к электродам приложено переменное напряжение с амплитудой, превышающей пробивное напряжение газового промежутка, то в нем возникает разряд, состоящий из большого числа отдельных искр, дискретных в пространстве и во времени. Разряд продолжается до тех пор, пока мгновенное значение напряжения на электродной системе не достигнет Umax. Особенностью барьерного разряда является локальное накопление заряда на поверхности диэлектрического барьера в процессе развития в промежутке каждой отдельной искры






Рис.1 Электродная система озонатора 1, 3 — электроды; 2 — диэлектрический барьер; 4 — зона разряда

где для синтеза озона используется поверхностный разряд. Все камеры имели

квадратное сечение. В качестве электродно-барьерного элемента использовались отрезки изолированного кабеля цилиндрической формы.
Далее представлен окончательный вариант компактной камеры, где используются отрезки кабелей. Основная часть камеры 1 состоит из отрезков кабеля 3, уложенных вплотную друг к другу. Укладка выполняется по квадратной форме, т.е. число столбцов равняется количеству строк. В данном примере 6 столбцов и 6 строк, т.е. всего отрезков кабеля будет 36 штук. Укладка с внешней стороны ограничена обоймой, выполненной из листового оргстекла. Герметичность камеры обеспечивается силиконовым герметиком. Для прочности стенки 12 и 11 обоймы могут быть соединены друг с другом вентилями. Поэтому стенки имеют разную толщину. Отрезки кабелей имеют вывод только с одной стороны. В соответствии с этим укладка осуществляется в шахматном порядке таким образом, что половина количества отрезков кабелей располагается по одну сторону камеры, а другая половина по другую. Другой конец отрезка дополнительно изолируется с помощью трубки ПВХ 6 и силиконового герметика 7. Из-за использования трубки ПВХ выводы разбухают, поэтому на конце камеры смонтированы два патрона. Каждый патрон состоит из стенок 8, 9 и крышки 10, выполненных из листового оргстекла. Здесь также для герметичности применен герметик. На патроне смонтированы штуцера 4 для ввода и вывода озонируемого газа, а также электрические выводы 5.

3, дополнительные барьеры 4, основной барьер 1 и индуцирующий электрод

2 выполнены из отрезков изолированных кабелей цилиндрической формы 7. Причем отрезки кабеля, выполняющие разную роль, располагаются вплотную друг к другу в шахматном порядке. Форма сечения озонаторной камеры может быть разнообразной. Наиболее технологичной

и легко реализуемой является прямоугольная форма. Придание необходимой формы сечению камеры и ее сохранение обеспечивается с помощью корпуса. В случае прямоугольной формы, состоящей из двух стенок 8 и двух прокладок 9.

другу отрезки кабеля выпрямлялись. А затем укладывались в шахматном порядке.

на суперклей. Что позволило надежно закрепить их на своих местах.

поступая в озонаторную камеру, проходит в разрядные зазоры, образованные поверхностями

отрезков кабелей 7 (это зазоры между поверхностями цилиндров при расположении их вплотную друг к другу). Все кабели подсоединены к клеммам генератора озона, к одной из которых подключены отрезки кабелей 7, выполняющих роль разрядных электродов 3, а к другой клемме, выполняющих роль индуцирующего электрода 2. Т.е. к каждой клемме подключаются отрезки кабелей, расположенных в шахматном порядке.

При подаче высокого напряжения на клеммы генератора озона в разрядной зоне по цилиндрической поверхности отрезков кабелей возникают скользящие разряды и осуществляется синтез озона. Затем озоногазовая смесь подается на объект обработки озоном.

достоинством озонных технологий является их экологичность, т.к. при обработке озоном

не образуется вредных соединений (как например при применении хлора), а образуются молекулы кислорода. Благодаря этому озонные технологии имеют достаточно большие перспективы.
Рассмотрев различные способы получения озона можно сделать вывод что наиболее энергоэффективным является генерация озона в электрическом разряде. Разработка и исследование различных систем генерации озона с целью повышения энергоэффективности и ресурса работы является актуальной задачей.

современные конструкции озонатров» 2008г
2) С.Д.Разумовский, Г.Е.Заиков «Озон и его реакции

с органическими соединениями» 1974г
3) В.Г.Самойлович, В.В.Панин, Л.Н.Крылов «Современные тенденции в конструировании промышленных озонаторов»
4) В.Г.Самойлович, В.И.Гибалов, К.В.Козлов «Физическая химия барьерного разряда» 1989г
5) http://www.myshared.ru