Барьерный разряд
Ранее основным способом получения озона являлся электросинтез его в барьерном, или «тихом» разряде. Первый озонатор был разработан Сименсом в середине 19-го века. Он представлял собой два коаксиально расположенных цилиндрических электрода, один из которых покрыт диэлектриком. В зазор, величина которого составляет обычно 1-2 мм, между электродом и диэлектриком подавался воздух или кислород и, при приложении к электродам электрического переменного тока высокого напряжения (5-12 кВ), происходило образование озона в разрядном промежутке. При этом КПД составлял 15-20%, и большая часть энергии переходила в тепло. Поэтому электроды (обычно внешний) охлаждались.
Барьерные озонаторы, выпускаемые в настоящее время, обладают производительностью до 15 - 25 кг О3 в час и более, но имеют и недостаток - для синтеза озона необходим чистый воздух или кислород с очень низким содержанием влаги - точка росы минус 40 - 45 оС. Если содержание влаги выше, то выход озона резко падает. Поэтому воздух перед электросинтезом подвергают глубокой осушке. Все это приводит к усложнению и удорожанию процесса производства озона.
Коронный разряд
Способ получения озона в коронном разряде, используемый нами, разработан сравнительно недавно. Обычный коронный разряд давно применяется для практических целей. Однако, синтез озона в обычном коронном разряде энергетически невыгоден и поэтому он не нашел применения в практике. Но благодаря исследованиями удалось установить факторы, влияющие на устойчивость этого вида разряда, и разработать разрядные элементы, работающие при напряжениях 15 - 30 кВ. КПД при этом, в зависимости от режима, составляет от 30% до 90%, что обозначает умеренные энергозатраты. Синтез озона происходит при положительной короне в резко неоднородном электрическом поле, вследствии чего возникает сквозное диффузное свечение. Сами разрядные элементы имеют невысокую стоимость, а для изоляции высоковольтных узлов удалось использовать широко применяемые в электротехнике материалы.
Важным обстоятельством получения озона в этом виде разряда, является использование в качестве сырья неосушенного атмосферного воздуха. Эксперименты показали, что синтез озона эфективно происходит при относительной влажности воздуха 50-90%, С увеличением влажности воздуха до 100% выход озона уменьшается. Уменьшается выход озона и при снижении относительной влажности ниже 50%. При рабочем напряжении на электродах 15-18 кВ величина разрядного промежутка составляет 2 - 3 см. При диаметре кольцевого катода в 100 мм, площадь свободного сечения составит около 50 см2. А это означает, что для подачи воздуха в разрядный промежуток можно применить осевые вентиляторы, обладающие большей производительностью и низким энергопотреблением по сравнению с другими видами побудителями расходов. Однако, в качестве побудителя расхода, могут быть использованы насосы, компрессоры, инжекторы.
Скорость воздуха в разрядном промежутке определяет тепловой режим озонатора, а значит и энергозатраты на производства озона. Концентрация озона в выходящей озоновоздушной смеси также зависит от скорости воздуха в разрядном промежутке.
Одна из особенностей озонаторов коронного разряда - они могут работать в режиме рециркуляции. То есть, на вход озонатора может поступать озоновоздушная смесь из обрабатываемого объема. При этом концентрация озона со временем будет возрастать до достижения равновесного состояния.
Озон к объекту обработки может подаваться тремя способами: - 1) нагнетанием; 2) за счет диффузии самого озона из озонатора; 3) рециркуляцией.
При проведении обработки в объеме, концентрация озона зависит от динамического равновесия двух основных процессов - подачи озоновоздушной смеси и разложения озона. Разложение озона происходит непосредственно: 1) - в объеме; 2) - на поверхности, ограничивающий этот объем; 3) - на объекте обработки. Кроме того, возможны сорбционные процессы, так как озон легко диффундирует внутрь пористых материалов.
Кроме того, при рециркуляции озоновоздушной смеси в объеме, независимо от того, где размещен озонатор - внутри или снаружи камеры - практически не возникает перепада давления между объемом и окружающей средой, а значит вероятность утечки озона из обрабатываемого объема минимальна.
Следует отметить, что озонаторы «барьерного» разряда могут работать только в режиме нагнетания.
