способ получения озона

Формула изобретения

Способ получения озона из кислорода воздуха путем воздействия на поток воздуха вакуумным УФ-излучением от разрядной УФ-лампы, отличающийся тем, что диапазон длин волн УФ-излучения выбирают в интервале 103 - 150 нм при значении тока разряда в УФ-лампе 0,1 мА и скорости потока воздуха 1,5 л/мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения озона из кислорода воздуха и может быть использовано для поверки и градуировки газоанализаторов микроконцентраций озона.

Известен способ получения озона из кислорода воздуха путем воздействия на кислород УФ-излучения с длиной волны 253,7 нм. Генератор озона на основе этого способа содержит побудитель расхода, систему фильтров для очистки воздуха от пыли, влаги и химических соединений и фотохимический преобразователь, включающий проточную камеру, в которой установлено несколько ртутных ламп высокого давления типа ДРЛ-126 (см. патент РФ N 2097315, C 01 B 13/10, 1997 г.).

Недостатком известного способа является то, что концентрация получаемого озона зависит от температуры окружающей среды и как следствие не является постоянной во времени. По этой причине известный генератор озона не может быть использован для целей поверки и градуировки автоматических газоанализаторов озона.

Известен способ получения озона для градуировки газоанализаторов, при котором на кислород воздуха воздействуют УФ-излучением с длиной волны 253,7 нм. Устройство для осуществления этого способа содержит побудитель расхода воздуха, фильтры для очистки воздуха от пыли и влаги и фотохимический преобразователь кислорода в озон, включающий проточную камеру с установленной в ней кварцевой ртутной лампой, работающей в режиме стабилизированного тлеющего разряда (см. например, техническое описание и инструкцию по эксплуатации генератора озона ГС7601 ИБЯЛ.413344.001 ТО, изготовитель ПО "Аналит-прибор" г.Смоленск).

Недостатком известного способа является то, что концентрация получаемого озона существенно зависит от температуры фотохимического преобразователя. По этой причине в известном генераторе озона предусмотрена специальная система термостатирования. Это существенно увеличивает размеры и вес генератора и повышает энергопотребление. Кроме того, затруднен переход с одного диапазона концентраций генерируемого озона на другой путем регулирования разрядного тока ртутной лампы и для ускорения переходного периода необходим дополнительный подогрев фотохимического преобразователя.

Известен способ получения озона, наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому способу, в котором для уменьшения габаритов установки и повышения ее производительности при низких температурах озон получают путем воздействия на кислород, содержащийся в воздухе, УФ-излучением, причем длину волны УФ-излучения выбирают в диапазоне 150-180 нм, при этом при осуществлении способа используют лампу УФ-излучения, корпус которой выполнен из поликристаллической керамики, которая не пропускает УФ-излучение с длиной волны короче 150 нм (JP 1-226701, кл. C 01 B 13/10, 11.09.89).

Известный способ нельзя использовать для получения озона в случае поверки и градуировки газоанализаторов микроконцентраций озона, так как в нем нельзя обеспечить излучение с более короткой длиной волны и получение постоянной по времени концентрации получаемого озона.

Задача изобретения состояла в разработке такого способа получения озона, в котором исключается влияние колебаний температуры окружающей среды на интенсивность УФ-излучения и концентрацию получаемого озона.

Указанная задача решается тем, что предложен способ получения озона преимущественно для градуировки газоанализатора путем воздействия на кислород, содержащийся в воздухе, УФ-излучением, в котором согласно изобретению длину волны УФ-излучения выбирают в интервале значений 103-150 нм, относящемся к вакуумному ультрафиолету.

Указанная задача решается также тем, что способ осуществляют при значении тока разряда в УФ-лампе 0,1 мА и скорости потока воздуха 1,5 л/мин.

Указанные условия осуществления способа позволяют обеспечить достижение нового технического результата, а именно получение потока газа с концентрацией озона на уровне ПДК, что позволяет использовать предлагаемый способ для целей градуировки газоанализаторов на озон.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для осуществления предлагаемого способа получения озона.

На фиг.2 изображен фотохимический преобразователь кислорода в озон.

Устройство (генератор озона) содержит последовательно устанавливаемые фильтр 1 для очистки воздуха от пыли, фильтр 2 для очистки воздуха от влаги и химических веществ, побудитель 3 расхода воздуха, буферную емкость 4 для сглаживания пульсаций, регулятор 5 расхода, дополнительный фильтр 6 для очистки воздуха от присутствующего в нем озона, фотохимический преобразователь 7 кислорода в озон, соединенный с блоком 8 питания.

Фильтр 1 представляет собой микропористый полимерный материал, улавливающий частицы размером до 1 мкм, фильтр 2 представляет собой трубку, заполненную слоями сорбента двух типов: активированного угля и силикагеля. Дополнительный фильтр 6 для очистки воздуха от присутствующего в нем озона (с целью исключения его слияния на концентрацию озона на выходе генератора) содержит серебряно-марганцевый катализатор. В качестве побудителя 3 расхода используется микронасос.

Фотохимический преобразователь 7 представляет собой стеклянную проточную камеру 9 с установленным внутри нее источником 10 УФ-излучения, в качестве которого используется газоразрядная лампа тлеющего разряда, внутренний объем которой заполнен инертным газом, выбранным из ряда, состоящего из криптона, ксенона, аргона или водорода, или их смесями с гелием, или неоном. Лампа имеет окно 11 для вывода УФ-излучения, выполненное из фторида магния, или фторида лития, или оксида алюминия, или фторида кальция. Электрические выводы лампы 12 герметично впаяны в стеклянную проточную камеру 9. Стеклянная проточная камера 9 имеет штуцера 13 для подвода и вывода воздуха. Источник 10 УФ-излучения зафиксирован внутри стеклянной проточной камеры 9 с помощью металлического фиксатора 14.

В соответствии с предлагаемым способом описанное устройство работает следующим образом.

Воздух, засасываемый из окружающего воздуха побудителем расхода 3, через фильтр 1, где он высвобождается от пыли, и через фильтр 2, где он освобождается от влаги и химических веществ, попадает в буферную емкость 4, служащую для сглаживания толчков давления. Далее воздух через регулятор расхода 5 поступает в дополнительный фильтр 6 для очистки воздуха от озона и из него поступает в фотохимический преобразователь 7 кислорода в озон. В нем под действием коротковолнового излучения в диапазоне длин волн от 103 до 150 нм (в зависимости от состава газа и материала окна 11 источника 10 излучения) происходит преобразование кислорода воздуха в озон. Интенсивность излучения инертных газов и водорода в этом спектральном диапазоне очень стабильна и не зависит от температуры ламп. При этом мощность, потребляемая источником 10 излучения, не превышает 1 Вт и не влияет на распределение излучаемой энергии. Интенсивность УФ-излучения, испускаемого источником 10 излучения, зависит исключительно от величины тока разряда. Это позволяет исключить систему термостатирования из состава генератора и легко изменять интенсивность УФ-излучения и, следовательно, концентрацию получаемого озона путем регулирования тока разряда.

Пример. В качестве источника УФ-излучения использовалась лампа криптонового наполнения с окном из фторида кальция. Эта лампа в коротковолновой УФ-области излучает практически одну линию 123,6 нм. При токе разряда 0,1 мА и расходе воздуха 1,5 л/мин генератор обеспечивает выход озона 10 мкг/м³.

В таблице приведены сочетания газового наполнения ламп, материалы окон и длины волн в области вакуумного ультрафиолета, испускаемые источниками.

Выбор указанного диапазона длин волн УФ-излучения обусловлен тем, что использование длины волны свыше 150 нм требует применения кварцевой ртутной лампы со всеми вытекающими последствиями (необходимость термостатирования, большой вес и габариты, повышение энергопотребления и др.). Уменьшение длины волны 103 нм ограничено отсутствием материалов для изготовления окон лампы, пропускающих такое коротковолновое излучение.