เซรามิกส์แบบรูพรุน

เครื่องกำเนิดโอโซนเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ผลิตก๊าซโอโซน (O3) โอโซนมีความไม่เสถียรและไม่สามารถเก็บรักษาไว้ใช้ได้ จึงจำเป็นต้องผลิตและใช้งานในที่เดียวกัน (ในบางกรณีพิเศษสามารถเก็บรักษาไว้ชั่วคราวได้ในระยะเวลาสั้น) ดังนั้น ทุกแห่งที่ต้องการใช้โอโซนจำเป็นต้องใช้เครื่องกำเนิดโอโซน เครื่องกำเนิดโอโซนถูกนำไปใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายสาขา เช่น น้ำดื่ม การบำบัดน้ำเสีย การออกซิเดชันในอุตสาหกรรม การแปรรูปและถนอมอาหาร การสังเคราะห์ยา และการฆ่าเชื้อในพื้นที่ปิด ก๊าซโอโซนที่ผลิตได้จากเครื่องกำเนิดโอโซนสามารถนำไปใช้โดยตรง หรือผสมกับของเหลวผ่านอุปกรณ์ผสมเพื่อเข้าร่วมในปฏิกิริยา

หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดโอโซน
เมื่อเปิดใช้งาน เครื่องจะใช้สนามไฟฟ้าแรงสูงหรือรังสีอัลตราไวโอเลต พร้อมทั้งใช้ขั้วไฟฟ้าบวกและลบ เพื่อสร้างออกซิเจนที่สามารถรวมตัวเป็นโมเลกุลของโอโซน
สมการเคมีของปฏิกิริยาคือ: 3O2 ═ 2O3
จากวิธีการผลิตโอโซน สามารถจัดประเภทเครื่องผลิตโอโซนได้หลักๆ 3 ประเภท ได้แก่ แบบปล่อยแรงดันสูง แบบฉายรังสีอัลตราไวโอเลต และแบบอิเล็กโทรไลซิส
เครื่องผลิตโอโซนแบบแรงดันสูง
เครื่องผลิตโอโซนประเภทนี้ใช้กระแสไฟฟ้าแรงดันสูงในความถี่ที่กำหนดเพื่อสร้างสนามไฟฟ้าโคโรนาแรงดันสูง ทำให้โมเลกุลของออกซิเจนภายในหรือรอบๆ สนามไฟฟ้าเกิดปฏิกิริยาทางอิเล็กโทรเคมี ส่งผลให้เกิดโอโซน
เครื่องผลิตโอโซนประเภทนี้มีเทคโนโลยีที่พัฒนาแล้ว มีความเสถียรในการทำงาน ใช้งานได้ยาวนาน และผลิตโอโซนได้จำนวนมาก (สูงสุดถึง 1 กิโลกรัม/ชั่วโมงต่อเครื่อง) ซึ่งเป็นเครื่องผลิตโอโซนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องทั้งในประเทศและต่างประเทศ
สำหรับเครื่องผลิตโอโซนแบบแรงดันสูง จะมีประเภทต่างๆ ดังนี้:
1.แบ่งตามความถี่แรงดันสูงของเครื่องผลิตโอโซน ได้ 3 ประเภท คือ แบบความถี่ปกติ (50-60 เฮิรตซ์) แบบความถี่ปานกลาง (400-1000 เฮิรตซ์) และแบบความถี่สูง (>1000 เฮิรตซ์)
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าความถี่กลางและสูงมีข้อดีคือขนาดเล็ก การบริโภคพลังงานต่ำ และผลิตโอโซนได้จำนวนมาก จึงเป็นผลิตภัณฑ์ที่นิยมใช้มากที่สุด
2. แบ่งตามชนิดของก๊าซที่ใช้เป็นวัตถุดิบ ได้สองชนิด คือ แบบใช้ออกซิเจน (Oxygen type) และแบบใช้อากาศ (Air type) แบบใช้ออกซิเจนมักจะได้รับการจัดหาออกซิเจนจากถังออกซิเจนหรือเครื่องผลิตออกซิเจน ส่วนแบบใช้อากาศมักใช้อากาศอัดที่สะอาดและแห้งเป็นวัตถุดิบ
เนื่องจากโอโซนผลิตจากออกซิเจน และออกซิเจนในอากาศมีอยู่เพียง 21% ดังนั้นความเข้มข้นของโอโซนที่ผลิตโดยเครื่องแบบใช้อากาศจึงค่อนข้างต่ำ แต่ความบริสุทธิ์ของออกซิเจนในถังหรือเครื่องผลิตออกซิเจนนั้นมีค่าสูงกว่า 90% ดังนั้นความเข้มข้นของโอโซนที่ผลิตโดยเครื่องแบบใช้ออกซิเจนจึงสูงกว่า
3. การแบ่งประเภทตามวิธีการระบายความร้อน มีแบบระบายความร้อนด้วยน้ำ (Water-cooled type) และแบบระบายความร้อนด้วยอากาศ (Air-cooled type) เมื่อเครื่องผลิตโอโซนทำงาน จะเกิดพลังงานความร้อนจำนวนมาก ซึ่งจำเป็นต้องมีการระบายความร้อนออก หากไม่ได้ระบายความร้อน โอโซนที่ผลิตขึ้นจะสลายตัวเนื่องจากอุณหภูมิสูง เครื่องผลิตโอโซนแบบระบายความร้อนด้วยน้ำมีประสิทธิภาพในการระบายความร้อนที่ดี การทำงานมีความเสถียร ไม่มีการลดลงของปริมาณโอโซน และสามารถทำงานต่อเนื่องได้เป็นเวลานาน อย่างไรก็ตาม มีโครงสร้างซับซ้อนและมีต้นทุนสูงกว่าเล็กน้อย ประสิทธิภาพในการระบายความร้อนของแบบระบายความร้อนด้วยอากาศไม่ค่อยดีนัก และมีการลดลงของปริมาณโอโซนชัดเจน เครื่องผลิตโอโซนประสิทธิภาพสูงที่มีสมรรถนะโดยรวมเสถียรมักเป็นแบบระบายความร้อนด้วยน้ำ ส่วนการระบายความร้อนด้วยอากาศโดยทั่วไปมักใช้ในเครื่องผลิตโอโซนระดับกลางถึงระดับล่างที่มีปริมาณการผลิตโอโซนค่อนข้างน้อย
เมื่อเลือกซื้อเครื่องผลิตโอโซน ควรเลือกแบบระบายความร้อนด้วยน้ำให้มากที่สุด
4. การจัดประเภทตามวัสดุฉนวนไฟฟ้า ประเภทที่พบโดยทั่วไป ได้แก่ ท่อควอตซ์ (ชนิดหนึ่งของแก้ว) แผ่นเซรามิกส์ ท่อเซรามิกส์ ท่อแก้ว และท่อเคลือบ เป็นต้น ผู้ผลิตโอโซนที่ทำจากวัสดุฉนวนไฟฟ้าหลายประเภทมีวางจำหน่ายในตลาด และคุณสมบัติของแต่ละชนิดก็แตกต่างกันไป วัสดุฉนวนไฟฟ้าแบบแก้วเป็นหนึ่งในวัสดุที่ใช้ในการผลิตโอโซนเทียมในระยะแรก เนื่องจากมีราคาถูกและคุณสมบัติคงที่ แต่มีข้อด้อยคือความแข็งแรงเชิงกลต่ำ เซรามิกส์มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกับแก้ว แต่เซรามิกส์ไม่เหมาะสำหรับการแปรรูป โดยเฉพาะเมื่อใช้ในเครื่องผลิตโอโซนขนาดใหญ่ ข้อจำกัดในการใช้งานจะเพิ่มมากขึ้น
5. แบ่งตามโครงสร้างของเครื่องผลิตโอโซน มีอยู่สองประเภท ได้แก่ แบบปล่อยประจุแบบบาร์เรียร์ฉนวน (DBD) และแบบเปิด
6. แบ่งตามโครงสร้างของห้องปล่อยประจุของเครื่องผลิตโอโซน สามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท ได้แก่ แบบท่อและแบบแผ่น

ข้อดีของเครื่องผลิตโอโซนแบบแผ่นเซรามิกส์:
1. ความทนทานสูง - ชิ้นส่วนเซรามิกมีความต้านทานการกัดกร่อนและการเสื่อมสภาพ ทำให้มีอายุการใช้งานยาวนานแม้ในสภาพแวดล้อมที่เลวร้าย
2. เอาท์พุตโอโซนคงที่ - อิเล็กโทรดเซรามิกให้การผลิตโอโซนอย่างสม่ำเสมอ ด้วยประสิทธิภาพที่มีการเปลี่ยนแปลงน้อยที่สุด
3. ประสิทธิภาพพลังงานสูง - การใช้พลังงานต่ำเนื่องจากคุณสมบัติทางไฟฟ้าของวัสดุเซรามิกที่ยอดเยี่ยม
4. ดีไซน์กะทัดรัด - โครงสร้างของเซรามิกที่มีความแข็งแรงสูง ช่วยให้สามารถออกแบบโมดูลโอโซนที่มีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา
5. บำรุงรักษาต่ำ - ต้านทานการออกซิเดชันและการสึกหรอจากสารเคมี ลดเวลาการหยุดทำงานและค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนชิ้นส่วน
6. เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม - ไม่มีสารตกค้างที่เป็นอันตราย เซรามิกเป็นวัสดุที่ไม่มีพิษและเฉื่อยทางเคมี

ข้อดีของเครื่องผลิตโอโซนแบบท่อควอทซ์:
1. ความบริสุทธิ์ของโอโซนสูง - กระจกควอทซ์ (ซิลิกาหลอม) มีความเฉื่อยทางเคมี ป้องกันการปนเปื้อนและรับประกันการผลิตโอโซนที่มีความเข้มข้นสูง
2. คุณสมบัติฉนวนไฟฟ้าเยี่ยม - ฉนวนที่มีคุณภาพสูงช่วยให้การปล่อยประจุโคโรนาอยู่ในระดับเสถียร ปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
3. ความโปร่งใสต่อรังสี UV - ช่วยให้เกิดการผลิตโอโซนโดยใช้รังสี UV (สำหรับการออกแบบเฉพาะ) หรือระบบผสมผสานระหว่าง UV/โคโรนา
4. ความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างกระทันหัน - ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วโดยไม่แตก เป็นทางเลือกที่เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีกำลังไฟสูง
5. ใช้งานได้ยาวนาน - มีความต้านทานต่อการออกซิเดชันและการกัดกร่อน ช่วยลดการเสื่อมสภาพของอิเล็กโทรดตามระยะเวลาที่ใช้งาน
6. ต้องการการบำรุงรักษาน้อย - พื้นผิวควอตซ์ที่เรียบช่วยลดการสะสมของสิ่งสกปรกและทำให้ทำความสะอาดง่ายขึ้น

กระบวนการของเครื่องผลิตโอโซนแบบแผ่นเซรามิก:
1. อิเล็กโทรดเซรามิกขั้นสูง - อลูมินาความบริสุทธิ์สูงช่วยให้การผลิตโอโซนผ่านกระบวนการโคโรนาดิสชาร์จมีประสิทธิภาพ
2. วิศวกรรมความแม่นยำ - แผ่นเซรามิกที่ถูกตัดด้วยเลเซอร์หรือขึ้นรูปอย่างแม่นยำช่วยให้ช่องว่างในการดิสชาร์จมีความสม่ำเสมอ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตโอโซน
3. ความเสถียรทางความร้อน - เซรามิกทนต่ออุณหภูมิสูง ป้องกันการบิดตัวและรักษาประสิทธิภาพในการทำงาน
4. การออกแบบที่สามารถต่อกันเป็นโมดูล - โครงสร้างที่สามารถปรับขนาดได้เพื่อให้สามารถปรับระดับการผลิตโอโซนได้ (เช่น การใช้งานทางการแพทย์ อุตสาหกรรม หรือการบำบัดน้ำ เป็นต้น)
5. การระบายความร้อนแบบบูรณาการ – บางรูปแบบมีการออกแบบให้มีการกระจายความร้อนแบบเซรามิกเพื่อเพิ่มอายุการใช้งานและความสม่ำเสมอในการทำงาน

กระบวนการของเครื่องผลิตโอโซนแบบท่อควอทซ์:

1. การออกแบบท่อกลมแม่นยำ – ความหนาของผนังที่สม่ำเสมอช่วยให้สนามไฟฟ้ากระจายตัวอย่างทั่วถึง เพื่อการสังเคราะห์โอโซนที่มีประสิทธิภาพ
2. การปล่อยประจุแบบคอโรนาความถี่สูง – ทำงานร่วมกับความแข็งแรงของฉนวนในควอทซ์ เพื่อเพิ่มปริมาณโอโซนต่อวัตต์ให้ได้มากที่สุด
3. การสร้างโครงสร้างสองชั้น – บางรูปแบบมีการออกแบบให้มีท่อชั้นใน/ชั้นนอกเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการระบายความร้อน (แบบระบายความร้อนด้วยอากาศ/น้ำ)
4. การบูรณาการแบบไร้รอยต่อ – ใช้งานร่วมกับขั้วไฟฟ้าสเตนเลสหรือไทเทเนียมเพื่อความทนทานแบบผสมผสาน