ГЕНЕРАТОР ОЗОНА ЗА ПЯТНАДЦАТЬ МИНУТ

С. Роднин

Предисловие

Озон - газ, получающийся после того, как к двум молекулам кислорода присоединяется третья, которая получается после разложения других молекул кислорода, путем воздействия на них энергетическим потенциалом в виде ультрафиолетового ионизирующего излучения, высокого напряжения или химическими методами.
Озон имеет свойства сильного окислителя, при взаимодействии с компонентами воздушной или водной среды разлагается, разрушая при этом их химические и органические связи. Озон также вступает в реакцию со всеми металлами, за исключением платины, золота, иридия.

Озон в отличие от атомарного кислорода является относительно устойчивым соединением, например при температуре +20 °С, он устойчиво сохраняется на воздухе до 3 дней, в воде же при такой температуре он распадается за 20 минут (это верно при условии чистого воздуха и воды, без наличия примесей). При концентрациях озона выше 10%, озон может разлагаться со взрывом, вероятность
более высока с повышением концентрации и температуры озона, а так же наличием других веществ в окружающем пространстве, катализаторов.
Озон был открыт в 1785 году голландским физиком Ван Марум, а в 1840 немецкий ученый Шейнбейн, при попытках разложения воды электрической дугой на кислород и водород, обратил внимание на появление нового газа, неизвестного науке, тогда-то он и присвоил этому газу имя озон, производное от греческого "озиен", что значит пахнуть.
Впервые установку по производству озона соорудил Вернер фон Сименс, который в 1857 г. с помощью созданной "совершенной трубки магнитной индукции" построил первую техническую озоновую установку, а 22 сентября 1896 г. изобретатель Никола Тесла запатентовал первый генератор озона.
Исторически, применение озона началось с установок по подготовке питьевой воды, когда в 1898 году в городе Сан Мор (Франция) прошли испытания первой опытно-промышленной установки.
В России, еще в 1911 г. была пущена в эксплуатацию станция озонирования питьевой воды в Санкт-Петербурге (в настоящее время не действует). Сейчас в Москве, Нижнем Новгороде и в некоторых других городах производится водоподготовка с помощью озонирования.
Современные мощные озонаторные установки служат, для обработки (дезинфекции) овоще- и зернохранилищ, рефрижераторных, холодильных установок и т.д.
Использования озона в медицинских целях берет свое начало в 1885 г., когда Чарли Кенворф впервые опубликовал свой доклад в Медицинской Ассоциации Флориды, США.. Краткие сведения о применении озона в медицине обнаружены и до этой даты.
В медицинских целях озон применяется со времени открытия, но из за трудностей получения озона, в связи с его химической агрессивностью, отсутствием озоностойких материалов (немаловажное значение имело место открытие антибиотиков) использование озона в лечебных целях было приостановлено, до появления новых компактных аппаратов получения озона.
Обширные и систематические исследования в области озонотерапии начались в середине 70-х гг. Исследования, в идеальных лабораторных условиях, показали, что при взаимодействии с клетками организма озон окисляет жиры и образует пероксиды — вещества, губительные для всех известных вирусов, бактерий и грибков. По действию озон можно сравнить с антибиотиками, с той лишь разницей, что он не "сажает" печень и почки, не имеет побочных явлений. Однако детальное изучение воздействия озона показало, что вместе с больными, озон поражает и здоровые клетки кожи, легких. В результате в живых клетках начинаются непредвиденные и непрогнозируемые мутации. Современная химическая промышленность в последнее время получила большой спектр новых веществ. Атомы этих веществ при распаде, после взаимодействия с озоном создают новые вещества с вероятностью канцерогенности и другими неизвестными свойствами. Это все привело
к тому, что озонотерапия так и не прижилась в Европе, а в США. и Канаде официальное медицинское применение озона не легализовано, за исключением альтернативной медицины.
В России и в ряде стран бывшего СНГ озонотерапия применяется при лечении широчайшего спектра заболеваний, и используется для различных косметологических процедур. Следует отметить, что по большей части в медицинских и косметологических целях озон получают при пропускании чистого кислорода (не воздуха) , через озонатор. Из за своей химической активности озон имеет очень  
низкую предельно-допустимую концентрацию (ПДК) в воздухе (соизмеримую с ПДК боевых отравляющих веществ) 0,1 мг/м3, что в 10 раз больше обонятельного порога для человека. В малых концентрациях на уровне 0,01-0,02 мг/м3 озон придает воздуху характерный запах свежести и чистоты. Например, после грозы воздух насыщается едва уловимым запахом озона, который ассоциируется с чистым воздухом.
В России, в журнале «Природа» в ряде статей, опубликованных в 1976 г., описан эксперимент, который проводился в течение 5-и месяцев с двумя группами людей - контрольной и тестируемой.
Воздух в помещении тестируемой группы наполнялся озоном с концентрацией 15 частиц озона на 1000000000 частиц воздуха. Все испытуемые отмечали хорошее самочувствие, исчезновение раздражительности. Медики отметили повышение содержания кислорода в крови, укрепление иммунной системы, нормализацию давления, исчезновение многих симптомов стресса.

Построение

В настоящее время для бытовых целей предлагается широкий выбор озонаторов различных производителей, как российских так и зарубежных, однако, цены на подобные аппараты не каждому по карману. Выход один строить самостоятельно.
В литературе [3,4] , схемы озонаторов используют электрическую дугу для получения озона, что не совсем благоприятно, по моему мнению, так как возможно образование попутных веществ, таких как оксид азота, получаемого из азота входящего в состав воздуха продуваемого через озонатор. Последующий поиск в интернете привел к ссылке на патент RU2200701 "Генератор озона" [1],  
опубликованный на сайте NPTO.com.
Из описания патента следует, что для изготовления данного озонатора требуется всего три детали, высоковольтный трансформатор, вентилятор и собственно сам генератор озона, смотрите блок схему на рис. 1.

Рис. 1. Электрическая схема генератора озона.

Если мы рассмотрим микроволновую печь, то окажется, что высоковольтный трансформатор и вентилятор (охлаждения магнетрона микроволновки), у нас есть, остается сделать генерирующую часть озонатора (рис. 2).

Рис. 2. Генерирующая часть озонатора: 1 - вентилятор, 2 - диэлектрическая труба, 3 - источник высокого напряжения, 4 - наружный лектрод, 5 - внутренняя сетка генератора озона, 6 - направление потока воздуха от вентилятора.

Для этого возьмем пластмассовую бутылку из-под газированной воды, емкостью 1.5-2.О литра. Обрежем у бутылки донышко и горловину, чтобы получилась труба. Возьмем металлическую сетку и вырежем из нее 2 ленты, шириной около 10-20 см, длина лент и ширина будет зависеть от выбранной вами трубы. Так как от размера ячеи и диаметра проволоки сетки зависит объем выхода газа озона, на рис. 3 показан примерный вид этой зависимости, указан диаметр проволоки «d» и размер ячеи «z» применяемой сетки. График указывает примерный выход объема газа озона в граммах в час, при использовании сетки (внутри генератора озона, при условии, что внешний электрод генератора озона сплошной металлический электрод) с указанными размерами на горизонтальной шкале. Теперь возьмем одну из приготовленных сеток и уложим ее внутрь трубы,  стараясь что бы сетка как можно плотнее прилегала к стенкам трубы, вторую сетку укладываем на поверхности трубы так же поплотнее к стенке трубы, не забываем сделать от краев отступы, чтобы исключить перекрытие диэлектрического барьера между электродами (см. фото 1).
Если подходящей сетки поблизости нет, можно вырезать сетку из дверки неисправной микроволновой печи (толщина металла там около 0.8 мм, потребуется электроинструмент в виде углошлифовальной машинки - турбинки), для установки внутри трубы генератора озона, а в качестве наружного электрода который укладывается поверх трубы генератора озона подойдет любая электропроводная фольга (например алюминиевая кулинарная), металлический лист и даже сетка.

Фото 1. Общий вид озонатора. Плата сетевого фильтра с предохранителем, высоковольтный трансформатор и вентилятор в сборе с генератором озона. В качестве второго электрода здесь применена сетка, такая же как и внутри генератора озона. Правда, эффективность озонатора в таком исполнении невысока.

Вот и все, наш генератор озона готов, его уже можно подключить к высоковольтному выходу трансформатора от микроволновой печи и без вентилятора, так как реакция образования молекул озона из кислорода экзотермична, то при обра- зовании озона происходит поглощение тепла и поэтому сам генератор озона (имеется ввиду труба озонатора) всегда холодная (это верно только при соблюдении описанных здесь условий построения озонатора).
После включения трансформатора в сеть мы услышим характерное жужжание барьерного разряда указывающего на работу озонатора по выработке озона. Если теперь в полной темноте (после того как глаза привыкнут к темноте), посмотреть внутрь трубы озонатора, мы увидим голубоватые пятна плазмы в тех местах, где сетка наиболее плотно прилегает к трубе. Если мы попробуем вдохнуть воздух рядом трубой генератора, то почувствуем запаха озона.
Внимание! Концентрированный озон - яд. К первым признакам, вернее следствию
отравления озоном, относится сухой надрывный кашель. Вентилятор требуется для уменьшения местной концентрации газа и  распределения его по помещению, а так же для крепления трубы генератора озона (имеется ввиду вентилятор от микроволновки). Я просто прикрутил с помощью шурупов пластиковую трубу генератора озона прямо к пластмассовой раме (рама взята от неисправной микроволновки вместе с вентилятором) на которой крепится вентилятор, сверху над вентилятором (см. фото 1).
Количественный выход газа озона зависит от окружающей температуры, влажности давлении воздуха, чем выше эти условия, тем меньше выход газа. Так как реакции распада и возникновения озона равновесны, то выход газа в качестве продукта реакции нашего генератора не может быть выше 5-7%.
У трансформаторов микроволновых печей, имеется еще третья обмотка, служащая для питания накала магнетрона - переменное напряжение 3.5 вольта. Ее можно использовать для визуализации работы устройства путем подключения светодиода, как показано на схеме рис. 1. Я подключил светодиод от китайской зажигалки со встроенным фонариком, дополнительных элементов в виде диода, токового -  ограничительного резистора не понадобилось (фото 2).

Фото 2. Озонатор с таймером от микроволновки.

Эксплуатация

Трансформаторы микроволновых печей не предназначены для продолжительной работы - сильно греются обмотки, поэтому, в идеале, лучше использовать таймер от микроволновой печи для ограничения времени работы озонатора (фото 2). Или последовательно с первичной обмоткой подключить неполярный конденсатор типа МБМ на 2-10 мкф, 250-600 вольт - в этом случае уменьшается нагрев сердечника трансформатора из за уменьшения тока первичной обмотки (у меня в холостом режиме без конденсатора трансформатор потреблял ток 4 ампера). Следует обратить внимание на надежность крепления проводов от трансформатора к электродам трубы генератора, так как при плохом контакте между электродом и проводом возникает электрическая дуга, которая нагревает пластик трубы, следствием является пробой пластика и замыкание высоковольтных электродов озонатора друг на друга.
Дуга, зажженная на вторичной обмотке, горит весьма эффектно и даже если поместить проводники тока в воду, она будет продолжать гореть и там. Из-за большого потребления тока горящей дугой, трансформатор начинает дымить от перегрева - так как данный режим работы соответствует практически короткому замыканию вторичной обмотки.
Рассмотренная установка может служить для очистки помещений от грибковых и плесневых поражений, устранению посторонних запахов, дезинфекции подвалов и погребов, дезинфекции систем кондиционирования автомобилей и последствий  курящих автовладельцев в салонах авто.
Не следует забывать, что озонатор не очищает воздух, а лишь разрушает атомы ароматических соединений и клетки органических образований в окружающем пространстве . Частицы пыли, попав в трубу озонатора с помощью вентилятора, прилипают к стенкам и время от времени трубу необходимо прочищать особенно при частом использовании озонатора, особенно в запыленных помещениях.
Наличие высокого напряжения порядка 2000 вольт, требует соблюдения правил техники безопасности, осторожности и внимательности при использовании озонатора. В целях пожарной безопасности использование предохранителя в первичной сети трансформатора обязательно.
Запрещается использовать озонатор в присутствии людей и животных. После отключения генератора озона требуется какое-то время для самораспада молекул озона находящихся в воздухе (как правило, несколько минут, зависит от  мощности генератора) и находится в это время в помещении не рекомендуется.

Послесловие

Прошло уже три года как построен этот девайс. Как оказалось, для самого генератора озона не требуется никакой трубы - достаточно положить диэлектрическую пленку сверху на сам корпус высоковольтного трансформатора от микроволновки. Я использовал прозрачную пленку предназначенную для печати на лазерных принтерах, материал предположительно политетрафталат, обладает стойкостью к нагреву и высокому напряжению, применяется так же как диэлектрик высоковольтных конденсаторов. Простой полиэтилен долго не выдерживал его пробивало высоким напряжением вторичной обмотки. Поверх пленки нужно положить кусочек сетки. Сердечник трансформатора является одним электродом генератора озона  (вторичная обмотка трансформаторов от микроволновых печей всегда одним концом  обмотки подключена к сердечнику трансформатора). Сетка, изолированная пленкой от сердечника, подключенная ко другому концу высоковольтной обмотки кусочком провода - второй электрод генератора. Чтобы сетка не сползала с сердечника трансформатора в процессе работы генератора, я ее прижал магнитом от  неисправного магнетрона. Просто положил сверху сетки, а чтобы магнит не закрывал поток воздуха над сеткой - между сеткой и магнитом положил деревянные зубочистки, магнит прижал зубочистки к сетке, а сетка плотно прижалась к пленке и сердечнику трансформатора (фото 3).

Фото 3. Упрощенный генератор озона.

Кстати, производительность усовершенствованного генератора гораздо выше по сравнению со старым образцом - в темноте хорошо видно бело-голубоватое свечение всей площади сетки.
Я использовал данный генератор при простудных заболеваниях для лечения  насморка особенно когда начинали течь зеленые сопли, если их не лечить то это может привести к гаймориту, при лечении насморка никаких фарм-препаратов не использовал (прежде чем повторять внимательно ознакомьтесь с тем что написано выше - это рискованно). Также генератор озона помогал производить очистку воздуха в квартире после приготовления рыбы почти холодного копчения и  нормального горячего копчения (кстати, в качестве коптильни я использовал  неисправную микроволновую печь - понравилось, что у нее внутренняя поверхность была сделана из нержавейки). У моей коптильни отсутствует проходное отверстие для выхода дыма, тем не менее, задымление помещения не происходит, но это уже другая история.
Данный девайс можно установить на действующую микроволновку, если  использовать оную в качестве плавильной печи для плавки цветных металлов как показано в ролике на YouTube [5]. В действующую микроволновую печь устанавливать  генератор озона не рекомендую - неизвестно, что за продукт получится на выходе при приготовлении еды, в интернете и так много говорят о неоднозначном  действии микроволнового излучения на продукты питания.

Литература

1. Баранов А.Ф., Елесин А.П., Михайлова Т.К. Патент RU2200701: "Генератор озона" (2002). Сайт NPTO.com.
2. Титов Е.Д. Патент RU2034777: "Способ получения озона и устройство для его осуществления" (1991). Сайт NPTO.com.
3. Войцеховский Я. "Радиоэлектронные игрушки". Советское радио. 1978. Пер. с польск. - с. 587-588.
4. Шелестов И.П. "Радиолюбителям полезные схемы". Солон. 1998. - с. 148-149
5. http://www.youtube.com/watch?v=0mhJHcoAt88 (Плавка цветных металлов в микроволновой печи).