ГЕНЕРАТОР ОЗОНА И ПЕРЕКИСИ ВОДОРОДА Российский патент 2009 года по МПК C01B13/11 C01B15/27 

Изобретение относится к устройствам получения озона и перекиси водорода, которое может быть использовано для обработки воздушных и водных сред.

Известен озонатор (Патент России №2097315, кл. С01В 13/10, 27.11.97), содержащий герметично замкнутый корпус со светоотражающей внутренней поверхностью, низковольтный источник ультрафиолетового излучения, входной и выходной патрубки. Недостатком использования низковольтных источников ультрафиолетового излучения в озонаторах является их низкая производительность по озону.

Наиболее близким по совокупности существующих признаков аналогом является генератор окислительной воды (Заявка на изобретение JP 2005-125180, 19.05.05). Генератор окислительной воды, включающий замкнутый корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого размещены электроды, а также источник ультрафиолетового излучения и пьезоэлектрический элемент. Недостатком применения данной конструкции является применение трех отдельных источников для наработки озона и перекиси водорода - ультрафиолетовая лампа, ультразвуковое устройство и электрический разряд между электродами. Следствием этого являются большие затраты электроэнергии и малая эффективность, в связи с тем, что только 10 процентов ультрафиолетового излучения от используемой лампы используется для наработки озона, а остальные 90 процентов способствуют его разрушению.

Отличие заявляемого устройства от наиболее близких аналогов заключается в том, что его источник ультрафиолетового излучения представляет собой коаксиальную колбу, выполненную из синтетического кварцевого стекла, заполненную ксеноном или смесью аргона с бромом под давлением 100-400 Торр.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена конструкция заявляемого генератора в разрезе для одновременного производства озона и перекиси водорода.

Заявляемый генератор озона и перекиси водорода состоит из герметично замкнутого корпуса 1, снабженного входным и выходным патрубками 5; фильтра для очистки кислородосодержащего газа от пыли и влаги 6; коаксиальной колбы 2, выполненной из синтетического кварцевого стекла, заполненной ксеноном или смесью аргона с бромом под давлением 100-400 Торр; внешнего высоковольтного электрода, выполненного в виде сетки 3 из нержавеющей стали; внутреннего земляного электрода, выполненного в виде сетки 4 из нержавеющей стали.

Образование озона из кислородосодержащего газа и перекиси водорода из воды происходит следующим образом. Излучение в колбе возникает при зажигании барьерного разряда в результате прикладывания к электродам импульсного высоковольтного высокочастотного напряжения. Излучение метастабильных молекул Хе₂ ^*на длине волны λ=172 нм или ArBr^* на длине волны λ=165нм приводит к образованию из кислорода, находящегося в корпусе генератора, молекул озона, при облучении протекающей по внутренней поверхности колбы воды происходит фотолиз воды с образованием молекул перекиси водорода. Охлаждение генератора озона и перекиси водорода осуществляется пропусканием воды или охлаждающей жидкости по внутренней поверхности колбы.

Чертеж поясняет принцип работы генератора для производства озона и перекиси водорода. При подаче импульсного высоковольтного высокочастотного напряжения на электроды в газовой среде в колбе зажигается барьерный разряд. При этом возбуждаются электронные уровни атомов Хе или Ar и Br с последующим образованием метастабильных молекул Хе₂ ^* и ArBr^* соответственно. При развале этих молекул происходит излучение в области вакуумного ультрафиолета на длине волн λ=172 нм для Хе₂ ^* и λ=165нм для ArBr^*. Это излучение с внешней поверхности колбы эффективно поглощается кислородом, протекающим в корпусе генератора, с образованием молекул озона, а излучение с внутренней поверхности колбы воздействует на воду, протекающую вдоль внутренней поверхности колбы, в результате чего образуется перекись водорода. В конструкции, изображенной на чертеже, внешний электрод 3 и внутренний электрод 4 выполнены в виде сеток из нержавеющей стали.

Предлагаемая конструкция генератора озона и перекиси водорода проста и эффективна для обработки воздушных и водных сред даже при повышенном давлении.

Возможность осуществления настоящего изобретения подтверждается следующим примером.

Пример 1

В генераторе с габаритными размерами: длина 450 мм, диаметр 100 мм установлена коаксиальная колба из синтетического кварцевого стекла, заполненная ксеноном при давлении 250 Торр. Размеры колбы: длина 450 мм, внешний диаметр 52 мм, внутренний диаметр 30 мм. Излучение в колбе возникает при зажигании барьерного разряда в результате прикладывания к электродам импульсного высоковольтного высокочастотного напряжения. Параметры возбуждения: синусоидальный импульс возбуждения, напряжение в разрядном промежутке 6 кВ, частота 45 кГц, вкладываемая мощность 300 Вт. Выход излучения на длине волны λ=172 нм при синусоидальном импульсе возбуждения составляет 15%, что соответствует 45 Вт. При данной конструкции излучение из колбы распределяется по внутренней и внешней поверхности пропорционально их площади. С внешней поверхности колбы мощность излучения составляет 34 Вт, с внутренней - 11 Вт. В корпусе генератора по внешней поверхности колбы пропускается кислородосодержащий газ - воздух. Расход кислородсодержащего газа через корпус генератора составляет 500 литров в час при атмосферном давлении. Под воздействием излучения из колбы происходит наработка озона в кислородсодержащем газе. Содержание озона в газе на выходе из генератора составляет 13 мг в литре. При данном расходе газа производительность по озону составляет 6,5 г в час. В корпусе генератора по внутренней поверхности колбы пропускается вода. Под воздействием излучения из колбы происходит наработка перекиси водорода в воде. Расход воды через внутреннюю трубку колбы составляет 1000 литров в час при атмосферном давлении. Содержание перекиси водорода в воде на выходе из генератора составляет 2 мг в литре. При данном расходе воды производительность по перекиси водорода составляет 2 г в час.

Изобретение может быть использовано для обработки воздушных и водных сред. Устройство включает в себя герметично замкнутый корпус 1, снабженный входным и выходным патрубками 5, фильтр 6 для очистки кислородсодержащего газа от пыли и влаги, коаксиальную колбу 2 из синтетического кварцевого стекла. Коаксиальная колба 2 заполнена ксеноном или смесью аргона с бромом под давлением 100-400 Торр. Корпус 1 также снабжен внешним высоковольтным электродом 3 и внутренним земляным электродом 4, выполненными в виде сетки из нержавеющей стали. Излучение в колбе возникает при зажигании барьерного разряда в результате прикладывания к электродам импульсного высоковольтного высокочастотного напряжения. Под действием излучения в колбе 2 происходит фотолиз воды и образуется перекись водорода. Излучение с внешней поверхности колбы 2 поглощается кислородом с образованием озона в корпусе 1. Изобретение обладает высокой эффективностью и позволяет снизить затраты электроэнергии. 1 ил.

Генератор озона и перекиси водорода, конструкция которого включает в себя герметично замкнутый корпус, снабженный входным и выходным патрубками; фильтры для очистки кислородосодержащего газа от пыли и влаги; внешний высоковольтный электрод, выполненный в виде сетки из нержавеющей стали; внутренний земляной электрод, выполненный в виде сетки из нержавеющей стали, и отличающийся тем, что его конструкция включает в себя коаксиальную колбу, выполненную из синтетического кварцевого стекла, заполненную ксеноном или смесью аргона с бромом под давлением 100-400 Торр, которая используется в качестве источника ультрафиолетового излучения, возникающего при зажигании барьерного разряда в результате прикладывания к электродам импульсного высоковольтного высокочастотного напряжения и приводящего к образованию из кислорода, находящегося в корпусе генератора, молекул озона, и к образованию молекул перекиси водорода в результате фотолиза при облучении воды, протекающей по внутренней поверхности колбы.