Ассистент кафедры физики Энергетического факультета

УДК 546.214
Бочаров Юрий Андреевич,
Ассистент кафедры физики
энергетического факультета,
Забайкальский государственный университет
Источник озона сферической формы с плазменным электродом из
разреженного азота
В этой статье рассматривается озонатор воздуха сферической формы с газовым
электродом из разреженного воздуха работающий на принципе барьерного разряда, а также
его сравнение с другими типами озонаторов по преимуществам и недостаткам.
This article discusses the ozonator air spherical shape with a gas electrode thin air works on
the principle barrier discharge, as well as its comparison with other types of ozone generators on the
advantages and disadvantages.
Ключевые слова: озон, озонатор, барьерный разряд, искровой разряд.
1. Озон и его получение
Озон – синий газ с характерным запахом. В жидком состоянии имеет тёмно-синий или
почти чёрный цвет. Температура кипения озона -1110С. При нормальном давлении озон
растворяется в воде (100 объёмов озона в 45 объёмах воды). Озон является аллотропной
модификацией кислорода и имеет химическую формулу О3 . Сильный окислитель, токсичен.
Предельно допустимая концентрация озона в воздухе – 0,1 мг/м3 [1].
В природе озон образуется под воздействием ультрафиолетового излучения от солнца в
верхних слоях атмосферы, также озон образуется при грозовой активности[2]. В
промышленности озон получают тихим электрическим разрядом в среде кислорода или в
воздухе. В тихом электрическом разряде озон О3 образуется из кислорода О2. Озон является
нестойким соединением и при нагревании он распадается на молекулярный и атомарный
кислород.
В сильных электрических разрядах область разряда имеет высокую температуру и
наряду с образованием озона происходит его распад, так, что в целом озон не выделяется.
Чтобы в процессе разряда преобладала реакция образования озона, необходимы искровые
разряды очень малой длительности, чтобы озон не успевал распадаться [2].
1
В настоящее время озон получают на установках, которые работают на принципе
барьерного разряда. Барьерный разряд – это электрический разряд между электродами через
слой диэлектрика, который и выступает в качестве барьера. Слой диэлектрика препятствует
возникновению сильного разряда с образованием крупных горячих искр, слой обеспечивает
тихий разряд с образованием большого количества микроскопических искр с малой
длительностью каждой искры, которые подходят для образования озона.
Для получения барьерного разряда, между электродами прикладывают высокое
переменное напряжение. Ток разряда имеет как активную, так и ёмкостную составляющие.
На сайте www.krsu.edu.kg/vestnik/2003/v5/a04.html (Вестник КРСУ) рассматривался
источник озона на основе люминесцентной лампы дневного света. В этом источнике озона
также возникал барьерный разряд, но непосредственно на поверхности лампы. Для этого
люминесцентную лампу обвили снаружи проволокой, два внутренних электрода с концов
лампы соединили вместе. Между наружной обмоткой лампы и внутренними электродами
прикладывали высокое переменное напряжение [3]. При этом внутри и снаружи трубки
возникал слабый разряд, причём внутри трубки ток разряда шёл через пары ртути. В
люминесцентной трубке один электрод в виде наружной обмотки является металлическим, а
второй электрод в виде ртутных паров является газовым. На поверхности трубки
образовывался озон, но его выделение было невелико.
Схематическое описание источника озона на основе люминесцентной лампы дневного
света представлено на рисунке 1.
Искровой разряд
Обмотка
Рис. 1
Люминесцентная лампа
Недостаток источника озона на люминесцентной лампе заключается в небольшой
эффективности выделения озона; в неравномерности разряда вдоль длины трубки,
2
интенсивность которого больше на концах трубки; в токсичности паров ртути, что
представляет опасность отравления при повреждении трубки в помещении, а также требует
специальных условий для изготовления и утилизации трубки; относительная дороговизна изза стоимости ртути; применение люминесцентной трубки не по назначению.
2. Сферический источник озона с плазменным электродом из
разреженного азота
В этой статье рассматривается источник озона, выполненный на основе стеклянной
сферы с разреженным азотом внутри неё. Разреженный азот служит в качестве газового
электрода. В центре стеклянной сферы расположен один внутренний (центральный)
электрод, а поверх сферы сделана радиально-кольцевая проволочная оплётка. Оплётка
выступает в качестве наружного металлического электрода. Между центральным электродом
и оплёткой прикладывалось переменное напряжение синусоидальной формы частотой
400Гц, амплитудой 6000 вольт. Ёмкостный ток находится как произведение электроёмкости
установки на изменение напряжения во времени. Газовый электрод из разреженного азота за
счёт хаотичного теплового движения ионов и молекул азота обеспечил равномерное
распределение разряда по поверхности сферы и в связи с этим все элементы наружной
поверхности в равной степени участвовали в синтезе озона. Работа этого источника озона
сопровождалась выделением озона и наполнением им помещения. При увеличении
плотности
оплётки
спадает
интенсивность
выделения
озона,
поэтому существует
оптимальная плотность оплётки на которую приходится максимум выделения озона. В
качестве источника высокого напряжения использовались две автомобильные катушки
зажигания, первичные обмотки которых соединялись с транзисторным мультивибратором и
поочерёдно переключались. Удельные затраты электроэнергии на производство 1
килограмма озона этим источником озона составляет 9000Втчас/кг. Удельные затраты
электроэнергии на производство 1 килограмма озона другими установками составляет (15000
 20000)Втчас/кг.
Схема сферического источника озона с разреженным азотом представлена на рисунке
2.
3
Стеклянная сфера
Наружная оплётка
Центральный электрод
Рис.2
Преимущество сферического источника озона с разреженным азотом заключается в
интенсивности выделения озона; в удобной и компактной форме; в равномерности
распределения разряда по поверхности сферы, что было видно по однородности фиолетового
свечения поверхности сферы в темноте; в простоте изготовления; в абсолютной
нетоксичности в ввиду отсутствия вредных веществ. Недостаток заключается в хрупкости
стеклянной сферы.
3. Применение озона
Озон обладает сильным реакционным и бактерицидным действием. Озонированный
воздух оказывает бактерицидное действие на микроорганизмы, которые взвешены в воздухе,
а также на предметы и стены помещения. В химии озон применяется как высокореакционное
вещество, как сильный окислитель.
4
Список литературы
1.
Гл. ред. Кнунянц И.Л. Химический энциклопедический словарь. М. :
Советская энциклопедия, 1983 – 792с.
2.
Платонов А.П., Платонов В.А. Основы общей и инженерной экологии:
Учебники и учебные пособия. Ростов н/Д. : Феникс, 2002 – 352с.
3.
Барьерно-поверхностный
электродом:
сайт,
Вестник
разряд
с
КРСУ,
плазменным
2003:
индукционным
№5
URL:
httpwww.krsu.edu.kg/vestnik/2003/v5/a04.html
5
Сопроводительное письмо
Бочаров Юрий Андреевич
Кафедра
физики
энергетического
факультета
Забайкальского
Государственного Университета
Ассистент
Телефон 8-924-378-22-72
E-mail bocharov_iurii@mail.ru
Дата рождения 27.06.1985г.
6