Пристрій для одержання озону

Винахід відноситься до техніки озонаторобудування і може бути використаний для виробництва озона за допомогою електричного розряду. Відомо, що різноманітні електричні розряди в газах широко використовують в хімічній технології, промисловості, медицині, побуті, транспортних засобах тощо. До особливо важливих видів "самостійних" газових розрядів відносять іскровий, дуговий, тліючий і тихий розряди. Кожний із вказаних видів відбувається в досить широких межах напруги і сили стр уму. Іскровий розряд відбувається за високої напруги, значної густини струму і високому тиску газу. Він використовується для здійснення хімічних процесів внаслідок утворення енергії, що набагато перевищує величину енергії необхідної для хімічної взаємодії. Для виникнення дугового розряду необхідна порівнянне низька напруга при великій густині струм у і високому тискові, а також велика температура катода. Він використовується, головним чином, як допоміжний засіб для одержання високих температур та створення потужного джерела ультрафіолетового випромінювання з вугельними або металевими електродами. Безпосередня електрична дія, характерна насамперед для тліючого і тихого розряду. Це дало можливість здійснювати різноманітні хімічні реакції або в самій розрядній трубці, або за рахунок додаткової взаємодії утвореного активного компоненту з іншими речовинами. Тліючий розряд має місце за невисокого тиску (10-2-10 мм.рт.ст.), середній і високій напрузі змінного струму (10000-15000в) або сталому струмі та середній силі струму (100-400ма) в розрядних трубках U-подібної форми. Озон у достатній кількості утворюється лише при охолодженні газового потоку рідким повітрям. Для такого розряду питомий тиск газу складає одну атмосферу, або знижений (але не менше 50 мм.рт.ст.), сила струму незначна (змінний струм частотою 50 гц, трансформований до 8000-10000 в) у розрядних трубках циліндричної форми для запобігання можливостей виникнення сильного світіння. Саме тихий розряд використовують в те хніці озонобудування для виробництва озона в озонаторах різних конструкцій. Газорозрядні трубки низького тиску, в яких використано явище люмінісценції або холодне світіння застосовують як люмінісцентні лампи. Внутрішня поверхня лампи покрита люмінофором, а площина заповнена порами ртуті під низьким тиском. При включенні лампи в парах ртуті відбувається перетворення електричної енергії в енергію коротковолного ультрафіолетового вилучення з довжиною хвилі 254 і 185нм, які збуджують атоми люмінофора, внаслідок чого ультрафіолетове вилучення перетворюється у видиме, спектральна характеристика якого залежить від складу люмінофору. Для освітлення об'ємних приміщень і відкритих просторів використовують дугові р тутні люмінісцентні лампи (ДРТ) ультрафіолетового вилучення діапазоном довжини хвилі 240-380нм. Озонатор, створений на основі тихого електричного розряду, - це складна и громіздка будова та невелика продуктивність виходу озона. Розрядна трубка, яка за конструкцією різна, передбачає, проте, дуже малу віддаль між внутрішніми і зовнішніми стінками озонатора (як правило 3-4мм) для запобігання пробивного (іскрового) розряду, здатного зруйнувати розрядну посудину. Крім цього, розрядна трубка і кисень, що служить в якості вихідного матеріалу, повинні бути абсолютно сухими, вільні від водню и не містити будь-яких органічних речовин, а для видалення можливого відкладення твердого осаду на стінках озонатора внутрішня трубка обладнана шліфом. Стр ум до трубки підводиться шляхом покриття її поверхні станіолем або використанням розбавленої сірчаної кислоти із зануреним бронзовим або свинцевим дротом, а за високих температур графіт або мідна фольга розміщені між листами слюди, або іноді використовується алюмінієвий стрижень чи спіраль. З метою покращення стійкого функціювання деяких конструкцій озонатора та підвищення продуктивності виходу озону при тихому електричному розряді використано плоскі (без випуклостей) діелектричні пластини із скла (заявка ФРГ № 3442121, кл. С 01 В 13/11, 1986) або рельєфні опуклості у вигляді циліндриків або з перетином у вигляді еліпса чи багатогранника (Патент России № 2016840, С 01 В 13/11, 1994). Невисока продуктивність і стійкість функціювання в часі озонатора з плоским діелектриком обумовлена хаотичним виникненням "шнурів" електричних розрядів на поверхні діелектрика, а позитивні ефекти у діелектриків з рельєфною поверхнею має місце лише у випуклостей у вигляді циліндриків. Найбільш близьким до заявлювального технічного рішення за призначенням, технічною суттю і за результатом, що буде досягнутий, є відомий пристрій, в якому вихідним матеріалом для одержання озону служить повітря. За прототип може бути взятий генератор озону, який складається з циліндричної діелектричної трубки з нанесеним на зовнішню поверхню металізованим покриттям, що утворює зовнішній електрод, внутрішнього електроду, який виконаний у вигляді порожнистого циліндру, джерела високовольтної напруги, приєднаного до електродів та підводячого повітряного штуцера (Авт.свид. № 1724567, С 01 В 13/11, 1992). Цей пристрій пропонується використовувати для створення хемилюминесцентних газоаналізаторів та інших приладів, що вимагають стабільного рівня концентрації потоку озона. Недоліком такого генератору є складність конструкції, в якій будова зовнішнього і внутрішнього електродів вимагає наявність обов'язкового ефекту розбивання повітряного потоку на безліч струменів для пониження завихрення і з'єднання електродів з джерелом високої напруги. При роботі генератора можливе виникнення застійних об'єктів і надлишкового тиску всередині озонатора. В основу винаходу, що заявляться, поставлена задача створення спрощеної, досить продуктивної і функціонально стійкої робочої конструкції озонатора для синтезу озоно-повітряної суміші шляхом обладнання пристрою джерелом магнітних хвиль 4.107 до 1.107 м ультрафіолетового вилучення. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в пристрої для одержання озону, що включає циліндричну діелектричну трубку з патрубками для підводу повітря і для відводу одержаного озону та електродів, згідно винаходу, електроди вмонтовані усередині герметично ізольованого простору, обмеженого кварцевим або віолевим склом та розміщеного усередині циліндричної діелектричної трубки, при цьому електроди підключені до системи подачі електричного струму, а патрубок для підводу повітря обладнаний фільтром для очищення повітря та установленим попереду нього компресором для нагнітання повітря та регулювання його швидкості. Електроди, які вмонтовані усередині герметично ізольованого простору, обмеженого кварцевим або віолевим склом, є джерелом магнітних хвиль 4.107 до 1.107м ультрафіолетового вилучення, який діє на повітря, що омиває зовнішню поверхню кварцевого або віолевого скла, в результаті чого в циліндричній діелектричній трубці створюється повітряно-озонова суміш. Із цієї суміші і виділяють озон, який відводиться через патрубок для відводу озону. Цей генератор озону за допомогою електричного розряду ультрафіолетового генератора дозволяє досягати стабільного рівня концентрації потоку озону і зменшити енергетичні витрати, крім того, виключає необхідність нанесення металізованого покриття на зовнішню циліндричну діелектричну трубку, використовування полого металевого циліндра як внутрішнього електроду, необхідність робити на його бокових поверхнях отвори, що точно повинні відповідати сумарній площі поперечного перетину патрубка, через який подається повітря для пониження ефекту завихрення, виникнення застійних об'ємів та надлишкового тиску всередині озонатора. Для ефективної роботи пристрою повітря, яке подається через патрубок для його підводу, очищається за допомогою фільтра. Компресор не тільки нагнітає повітря у фільтр, а й регулює подачу повітря в циліндричну трубку: збільшення швидкості повітряного потоку при всіх рівних умовах знижує вміст озону у повітряно-озоновій суміші. В якості джерела напруги використовується змінний струм частотою 50гц, трансформований автотрансформатором (Тр) та дросселем (Др). Цими умовами досягається однорідність термодії опромінення повітря в резонаторі та стабільний вихід озона. Винахід пояснюється кресленням, на якому зображений пристрій для одержання озону в розрізі. Усередині циліндричної діелектричної трубки 1 розміщений герметично ізольований простір, обмежений кварцевим або віолевим склом 2. Це може бути балон з кварцевого або віолевого скла від газорозрядної дугової ртутної освітлювальної лампи високого тиску типу ДРТ-220, ДРТ-375, ДРТ-1000 тощо з напругою в мережі 220В, силою струму 3,0-3,7А, потужністю 220,275, 1000ВТ та діапазоном вилучення 240-360нм. Для цієї мети може також використовуватися балон із віолевого скла ламп типу ЛЕ-15, 15-1, або 30 тощо. В простір із кварцевого або віолевого скла вмонтовані електроди 3, які підключені до системи подачі електричного струму 4. Циліндрична діелектрична трубка 1 має патрубки для підводу повітря 5 та для відводу озону 6. Патр убок 5 обладнаний фільтром 7 для очищення повітря. Це може бути тонкопористий скляний фільтр або паперовий для очистки від грубодисперсних часток пилу, органічних сечовин і туману. Очистку великої кількості повітря можна здійснювати через дуже тонкий скляний пісок або досить сильно спресовану вату, прожарену азбестову вату, скловату або металеву вату, яка просичена мінеральним мастилом, тощо. Попереду фільтра 7 установлений компресор 8 для нагнітання повітря та регулювання його швидкості. Пристрій для одержання озону працює таким чином. Атмосферне повітря через патрубок 5 для підводу повітря під відповідним тиском компресором 8 подається на фільтр 7 для очистки повітря. Очищена повітряна суміш надходить із регульованою швидкістю в середину циліндра діелектричної трубки 1. Струмінь повітря зазнає дії джерела магнітних хвиль ультрафіолетового вилучення, які створюють електроди 3 у просторі, обмеженим кварцовим або віолевим склом 2 та тр убкою 1. В результаті дії магнітних хвиль на повітря, яке омиває кварцеве або віолеве скло 2, усередині циліндричної трубки 1 утворюється повітряно-озонова суміш, яку виводять через патрубок 6. Швидкість повітря, яке подається в циліндричну тр убку 1, може регулюватися за допомогою компресора 8. Приклади одержання озону. Приклад 1. Сухе повітря, в якості вихідного матеріалу компресором УЛ 40-2М нагніталося із швидкістю 2 л/год через скляний фільтр G4 у середину діелектричної трубки 1, в яку вмонтований балон із кварцевого скла ртутнокварцевої лампи ДРТ-220 потужністю лампи 220нм. В якості джерела напруги використаний змінний струм частотою 50гц, який трансформувався автотрансформатором до слабого світіння розряду, а сила струму обмежувалась дроселем. Таким способом досягалась однорідність термодії опромінення кисню в повітряній суміші, а вміст озона склав до 12%. Приклад 2. Процес проводили аналогічно прикладу 1 з тією різницею, що швидкість потоку повітря складає 18-20л/год, а балон із кварцевого скла від лампи ДРЛ-375. При інших рівних умов вміст озону становив 6-7%. Приклад 3. Процес проводили аналогічно прикладу 1, з тією різницею, що швидкість потоку повітря становила 80-90л/год, а балон із кварцевого скла від лампи ДРЛ-1000. При інших рівних умов вміст озону становив 3-4%.