CN100335404C - 一种发生臭氧的放电管元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备臭氧的发生器设备，由高压电极、管状介电体、接地极、左右绝缘端盖和中间绝缘套圈构成；在两个管状介电体的内侧或外侧分别设置同轴的高压电极、接地极，元件的两个高压电极分别与电源的两个高压输入端连接，两个高压电极和两个管状介电体之间用绝缘材料制成的绝缘套圈相互隔离，在绝缘套圈上设有安放管状介电体的定位卡和放电间隙排气通道；且高压电极设在管状介电体的内侧时，接地极则设置在管状介电体的外侧，反之则设置在内侧；用绝缘套圈上的定位卡槽控制放电间隙为0.2-5.0mm，保证放电间隙均等；本发明降低了设备的加工难度和制造成本，电极也易冷却、装置整体轻巧紧凑、设备制造成本降低。

Description

一种发生臭氧的放电管元件

技术领域

本发明涉及一种制备臭氧的发生器设备，具体地说，是涉及用电晕放电生成臭氧的放电管元件。

背景技术

现有技术中，用于制备臭氧的发生器设备主要是由电源和发生臭氧的放电管元件组成。公知的现已工业化应用的臭氧设备大部分是采用放电管元件电晕放电生产臭氧的方法，这种元件主要为多管式组合或多板式组合结构。臭氧发生器整机一般是由电源、放电管元件、元件水冷却和风冷却系统，及与其配套的电气控制系统和氧气或空气供气过滤系统组成。

在上述设备中，放电管元件是产生臭氧的关键设备，放电管元件单元一般设有两个电极：其中一个为高压极、另一个为接地极。单个臭氧放电管元件的构成也是由内管电极和外管电极组成，中间隔有介电体，内管电极和外管电极的其中一个电极作为接地极通水冷却，另一电极风冷或通油冷却。《臭氧技术及应用》(北京：化学工业出版社，2002.3ISBN 7-5025-3743-0)一书中揭示：卧管式水冷臭氧发生器是当前臭氧应用中用得最普遍的，其放电管电晕元件单元由一根接地的不锈钢外管和一根内表面用金属材料涂层的同轴玻璃介电管组成。两根管的金属表面构成两个电极，其中接地极为通水冷却，在玻璃管介电体和外部同轴的不锈钢管之间为通气间隙。由于这种套管式放电管元件的电极表面积大，所以两极间的电容也大，由于元件的电容与电场强度成反比，要提高元件的电场强度，就需提高电源输入给电晕元件的外加峰值电压，这样易造成介电体因长期在高电压状态下工作被击穿，从而影响放电管元件的使用寿命。这种放电管元件的接地极由于直接接地和通水冷却会使冷却水中带电，将造成一定的漏电损耗。另外，采用这种管式、板式放电管元件的臭氧发生器设备通常存在体积大、臭氧产量低、能耗高、故障率高、难维护等缺陷。导致这些缺陷的主要原因有：现有的臭氧发生器为减少电耗，通常把电晕元件介电体的厚度或介电体涂层的厚度制成较薄的形状，这样会降低介电体的介电常数，当电源外加电压过高时，往往造成电晕元件易击穿；现有的臭氧发生器为提高臭氧浓度，需要增加放电管电晕元件介电体的长度和提高加工精度，这样将大大提高臭氧发生器的制造成本和加工难度；此外，由于多数管式、板式组合电晕元件的电极表面积过大，使两极间的电容剧增，当外加峰值电压不变时，放电间隙内的电场强度因两极间的电容很大而被消弱了。由于放电间隙内的电场强度低，氧分子在通过放电电场时无法被高能量密度的电子大量分解电离，就导致生成的臭氧浓度偏低，大部分电能仅产生低能量的电晕以废热形式被消耗掉，且低能量的电晕不仅不能生成臭氧，产生的废热反而破坏臭氧。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于发生臭氧的放电管元件。其降低了设备的加工难度和制造成本，电极也易冷却、装置整体轻巧紧凑、设备制造成本降低。

为实现上述目的，本发明提供一种发生臭氧的放电管元件，其特征是发生臭氧的放电管元件由高压电极、管状介电体、接地极、左右绝缘端盖和中间绝缘套圈构成；在两个管状介电体的内侧或外侧分别设置同轴的高压电极、接地极，元件的两个高压电极分别与电源的两个高压输入端连接，两个高压电极和两个管状介电体之间用绝缘材料制成的绝缘套圈相互隔离，防止两个高压极之间、高压极与接地极之间击穿短路，在绝缘套圈上设有安放管状介电体的定位卡和放电间隙排气通道；由于高压极与接地极之间隔有管状介电体，高压电极设在管状介电体的内侧时，接地极则设置在管状介电体的外侧，反之则设置在内侧；用绝缘套圈上的定位卡槽控制放电间隙为0.2-5.0mm，保持放电间隙均等；高压电极的高压连接导线从左右的绝缘端盖处引出。接通电源后两个高压电极通过管状介电体阻挡与同轴放置的接地极管感应放电产生电晕。

本发明所述放电管元件的两个高压电极可以设置在管状介电体的任意一侧，设置在管状介电体的外侧，两个高压电极由同轴、彼此绝缘且对称的金属夹套管组成，金属夹套管内通入绝缘的冷却介质冷却，管状介电体内放置一金属管作为接地极；或是两个高压电极设置在管状介电体内侧，两个高压电极是由在同一根或两根直径相同的非金属绝缘管上涂覆或烧结彼此对称且绝缘的导电膜构成，管状介电体外设置金属夹套管作为接地极。

上述同一根或两根直径相同的非金属绝缘管上涂覆或烧结的导电膜构成两个高压电极，导电膜加工成彼此对称、同轴且绝缘的螺旋形或环形，导电膜螺线或环线的宽度为2.0-4.0mm，螺距或环距为2.0-6.0mm之间，两个高压电极之间间隔应≥20mm以上。

上述两个导电膜构成的两个高压电极，还可以在两个直径相同且对称的管状介电体上直接涂覆或烧结而成，用管状介电体替代非金属绝缘管，管状介电体内放置一个导电的金属管作为接地极也能构成本发明的放电管元件。

本发明还在于无论是在金属管上直接喷涂陶瓷釉料制成的管状介电体、或是在管状介电体上直接涂覆或烧结导电膜的设计，均能制成本发明轴向对称的放电管元件，采用在金属管内壁或外壁的表面直接烧结陶瓷釉料制成管状介电体，也能够降低放电管元件的制造成本。

本发明特征还在于当放电管元件由两个同轴且对称的金属外套管作为高压电极、介电体内用金属管作接地极时，这样的放电管单元有内外2个同心圆构成的环状放电电晕间隙；当电晕元件在介电体的外表面涂覆或烧结对称的导电膜电极时，这样的元件单元有1个圆环状放电电晕间隙。

本发明还在于介电体内放置的冷却管可以是金属管、也可以是绝缘的非金属管，放电管元件仅能用金属管作为接地极和通入水作为冷却液用于元件冷却；金属管是由给入水的内套管、回流排水的外套金属管接地极构成，回流排水的金属管接地极的一端封闭，因此冷却回水可从给入水的同一端出口排出，这样有利于减小金属管接地极因局部热膨胀变形，也提高了冷却水的冷却效率并方便设备检修。

高压电极设置在管状介电体内时，两个高压电极是由在非金属绝缘管涂覆或烧结彼此绝缘的导电膜组成，非金属绝缘管内通入绝缘的介质油作冷却液，防止两个高压电极之间短路，并使高压电极工作时产生的热量直接传递给介质油，介质油再通过一个热交换器使之冷却降温，保持介质油温≤35℃。介质油应选择绝缘性高、导热好、粘度低的液体，如选用变压器油、硅油、氟油、氟里昂115等。

本发明对称结构的放电管元件，在单个元件管状介电体的内、外侧可形成2个同心圆环状的电晕间隙，且这种放电管元件能使用较短的管状介电体，比现有放电管元件使用的管状介电体的长度缩短50％左右，既降低了放电管元件管状介电体的加工难度，又有利于放电电极与管状介电体保持同心、使放电间隙内电晕均匀，并避免了因管状介电体加工精度的偏差，造成放电间隙内局部电晕增强、偏移而导致管状介电体易击穿的问题，也有利于在同轴方向连接多个放电管元件，大幅度提高了臭氧浓度；采取在管状介电体的外表面直接涂覆或烧结导电膜以及在金属管上直接烧结釉料制成介电体的方式；这种放电管元件仅有1个圆环状的电晕间隙，在管状介电体上直接涂覆或烧结对称的导电膜有利于这种放电管元件电极的风冷或油冷散热。上述对称结构的放电管元件工作时放电电晕更加集中、致密、均匀，高压极和接地极都能得到有效的冷却，从而保持臭氧浓度稳定，整机工作时臭氧浓度不会衰减。

本发明的优点：

(1)通过对放电管元件结构的特殊设计，确保电极在同轴方向上的间隙均匀，减小了介电体的长度和加工精度，增大电极表面积的臭氧发生量，这种放电管元件容易解决臭氧发生器多管叠加组合的结构设计，并从总体上降低了设备的加工难度和制造成本，电极也易冷却、装置整体轻巧紧凑、设备制造成本降低。

(2)通过调整电极结构的设计，使放电管电晕元件形成串联电容的连接方式，有效地降低元件的电容和降低加在元件两极上的峰值电压，大幅度提高元件放电间隙内的电场强度，从而增加生成臭氧的有效电晕；

(3)采取高压极和接地极同时冷却的方式，减少了电极放电产生的废热对臭氧的破坏，进而保持臭氧发生器整机的浓度稳定提高和节能降耗。本发明实施的臭氧发生器可采用现有的高频或中频电源，高压极与接地极均可采用水冷、油冷或风冷。

本发明将通过其具体实施例和附图加以说明。

附图说明

图1为实施例1所述发生臭氧的放电管元件沿轴向的纵剖视图；

图2为图1沿A--A的横剖视图；

图3为实施例2所述沿轴向的纵剖视图；

图4为实施例2沿B--B的横剖视图；

图5为实施例3所述沿轴向的纵剖视图；

图6为实施例3沿C--C的横剖视图；

图7为实施例3所述放电室内两个环形缠绕高压电极的示意图；

图8为实施例3放电室内两个高压电极沿D--D的横剖视图；

图9为实施例4所述的本发明大型臭氧发生器放电室的纵剖视图；

图中：1高压电极、2接地极、3管状介电体、4绝缘套圈、5左绝缘端盖、6放电间隙与气体通道、7冷介质给入管、8水冷却通道、9油冷却通道、10右绝缘端盖、11固定螺丝、12定位卡、13非金属绝缘管、14高压绝缘套、15不锈钢套管水冷却器、16水冷却器左右密封端盖。

具体实施方式

以下结合附图和较佳实施例详述如下：

实施例1、如图1、图2所示，发生臭氧的放电管单元是在管状介电体(3)的外表面设有彼此绝缘且对称的不锈钢套管高压电极组(1)构成放电管单元，之间彼此对称且互相绝缘，分别与高频电源的两个高压输入端连接，高压电极管(1)与不锈钢管接地极(2)之间隔有管状介电体(3)。两个高压电极组(1)之间沿轴向用绝缘圈垫(4)相互隔离开，防止两极间短路，在绝缘材料圈垫(4)上设有介电体定位卡(12)和放电间隙(6)的排气孔；在管状介电体(3)内放置同轴的不锈钢管接地极(2)，接地极(2)外径≤管状介电体(3)的内径，与管状介电体(3)形成的放电间隙(6)，管状介电体(3)与高压电极(1)和接地极(2)之间的放电间隙(6)为0.2-3.0mm，用定位卡(13)调控同一放电管元件的放电间隙(6)保持均等；接通电源后管状介电体(3)外的两个高压电极组(1)与管状介电体(3)内的不锈钢管接地极(2)组成两个串联的电容器产生电晕放电，由于管状介电体(3)内的不锈钢接地极(2)因未与电源的高压输入端直接连接，所以接地极(2)仅带有感应电，当接地极(2)通水冷却时造成的漏电损失很小。两个高压电极(1)由中空的金属套管制成，中空腔内是油冷却通道(9)，通入介质油进行冷却；在不锈钢管接地极(2)的右侧一端焊接封闭，接地极(2)管内设有冷介质给入管(7)给入冷却水，冷却水从水冷却通道(8)通过并从冷却水给入的同一端出口排出，使接地极(2)冷却并接地；氧气从左绝缘端盖(5)上的入口处给入，臭氧化气体从右绝缘端盖(10)的通道排出。两个高压电极组(1)、接地极(2)、绝缘圈垫(4)、左绝缘端盖(5)和右绝缘端盖(10)，通过固定螺丝(11)紧固为一体。

实施例2、如图3、图4所示，发生臭氧的放电管单元是在管状介电体(3)外表面直接涂覆或烧结上彼此对称且互相间隔20mm以上的环形导电膜，构成放电管元件的两个高压电极(i)导电膜，高压电极(1)导电膜分别与电源的两个高压输入端连接，两个高压电极(1)导电膜之间沿轴向用聚四氟乙烯、聚氯乙烯等绝缘材料制成的圈垫(4)隔离开，防止两极间短路，在绝缘材料圈垫(4)上设有管状介电体(3)的定位卡(12)和放电间隙(6)的排气孔；涂覆或烧结在管状介电体(3)上的环形导电膜沿轴向构成的两个高压电极(1)中间间隔20mm以上，所以互相绝缘，放电管接通电源后，环形导电膜构成的高压极(1)与在管状介电体(3)内放置的不锈钢管接地极(2)感应产生放电。由环形导电膜组成的两个高压电极(1)因直接涂覆或烧结在管状介电体(3)表面，因此有利于通风散热冷却，不锈钢管接地极(2)内装有冷介质给入管(7)组成冷却水通道(8)，通入冷却水并接地；氧气从左绝缘端盖(5)上的入口处给入，臭氧化气体从右绝缘端盖(10)的气体通道排出；两个高压电极(1)、接地极(2)、绝缘圈垫(4)、左绝缘端盖(5)和右绝缘端盖(10)，通过固定螺丝(11)紧固为一体。

实施例3、如图5、图6所示，发生臭氧的放电管单元由高压极(1)、接地极(2)、管状介电体(3)、绝缘材料圈垫(4)、左绝缘端盖(5)、右绝缘端盖(10)、非金属绝缘管(13)构成。高压极(1)是在非金属绝缘材料管(13)上涂覆两组彼此对称且中间隔离开的导电膜，导电膜作为高压极(1)与接地极(2)中间隔有管状介电体(3)，绝缘材料圈垫(4)和定位卡(12)起到固定作用，使高压极(1)、管状介电体(3)和接地极(2)三者之间的放电间隙(6)均等，放电管工作时，非金属绝缘材料管(13)内通入绝缘性好的介质油对两个高压极(1)进行冷却；接地极(2)为中空的不锈钢套管，从水冷却通道(8)给入冷却水进行冷却。高压极和接地极同时冷却可保持发生器产生的臭氧浓度稳定，长时间工作时臭氧衰减量较低。为避免高压极(1)与接地极(2)之间发生短路，本发明放电管左端设有绝缘端盖(5)，右端设有绝缘端盖(10)；氧气从左绝缘端盖(5)上的入口处给入，臭氧化气体从右绝缘端盖(10)的气体通道排出。

如图7、图8所示为实施例3所述放电管元件管状介电体(3)内两个环形缠绕高压电极的示意图。两个呈螺旋形或环形的高压电极缠绕在非金属绝缘材料管(13)上，并沿轴向对称，两极间隔≥20mm，高压电极可选用导电的金属膜，膜宽度为2.0-4.0mm，螺旋形或环形缠绕的金属膜各环间距为2.0-6.0mm之间。

实施例4、如图9所示，本发明大型臭氧发生装置的实施例侧面剖视图。其中把接地极(2)、高压极(1)和管状介电体(3)组合成多个电极对，收纳在一个水冷却器(15)构成的放电室内，水冷却器(15)是由多个不锈钢管焊接成内部可通水的冷却器(15)，并作为多个接地极(2)；在多个非金属绝缘管(13)上涂覆彼此同轴、对称且中间隔离开的导电膜，作为多个高压电极组(1)；冷介质给入管(7)与非金属绝缘管(13)材质相同，内部通入介质油对多组高压电极(1)进行冷却；绝缘圈垫(4)和定位卡(12)可保持放电间隙(6)均等；高压绝缘套[14]使两极保持绝缘，水冷却器(15)的左右设有密封端盖(16)。

这种对称结构发生臭氧的放电管元件工作时，高压极和接地极可同时进行有效的冷却。

Claims (8)

1、一种发生臭氧的放电管元件，其特征是由高压电极(1)、管状介电体(3)、接地极(2)、左右绝缘端盖(5)、(10)和中间绝缘套圈(4)构成；在两个管状介电体(3)的内侧或外侧分别设置同轴的高压电极(1)、接地极(2)，元件的两个高压电极(1)分别与电源的两个高压输入端连接，两个高压电极(1)和两个管状介电体(3)之间用绝缘材料制成的绝缘套圈(4)相互隔离，在绝缘套圈(4)上设有安放管状介电体(3)的定位卡(12)和放电间隙(6)排气通道；且高压电极(1)设在管状介电体(3)的内侧时，接地极(2)则设置在管状介电体(3)的外侧；高压电极(1)设在管状介电体(3)的外侧时，接地极(2)则设置在管状介电体(3)的内侧；用绝缘套圈(4)上的定位卡(12)槽控制放电间隙(6)为0.2-5.0mm，保证放电间隙(6)均等；高压电极(1)的高压连接导线从左右的绝缘端盖(5)、(10)处引出。

2、根据权利要求1所述的一种发生臭氧的放电管元件，其特征是放电管元件的两个高压电极(1)设置在管状介电体(3)的任意一侧，设置在管状介电体(3)外侧时，两个高压电极(1)由同轴、彼此绝缘且对称的夹套管组成，夹套管内部构成通入绝缘的冷却介质的冷却管；或者是两个高压电极(1)设置在管状介电体(3)内侧，两个高压电极(1)是由在同一根或两根直径相同的非金属绝缘管(13)上涂覆或烧结彼此对称且绝缘的导电膜构成。

3、根据权利要求2所述的一种发生臭氧的放电管元件，其特征是：所述同一根或两根直径相同的非金属绝缘管(13)上涂覆或烧结的导电膜加工成彼此对称、同轴且绝缘的螺旋形或环形，导电膜螺线或环线的宽度为2.0-4.0mm，螺距或环距为2.0-6.0mm之间，两个导电膜电极即两个高压电极(1)之间间隔应≥20mm。

4、根据权利要求2所述的一种发生臭氧的放电管元件，其特征是：两个导电膜构成的两个高压电极(1)，可以在两个直径相同且对称的管状介电体(3)上直接涂覆或烧结而成，用管状介电体(3)替代非金属绝缘管(13)，管状介电体内放置一个导电的金属管作为接地极(2)。

5、根据权利要求1所述的一种发生臭氧的放电管元件，其特征是采用在金属管内壁或外壁的表面直接烧结陶瓷釉料制成的放电管元件的管状介电体(3)。

6、根据权利要求2所述的一种发生臭氧的放电管元件，其特征是介电体(3)内放置的冷却管是金属管或绝缘的非金属管。

7、根据权利要求6所述的一种发生臭氧的放电管元件，其特征是金属管作为电晕元件的接地极(2)和通入水作为冷却液用于元件冷却；金属管是由给入水的内套管、回流排水的外套金属管接地极(2)构成，回流排水的外套金属管接地极(2)的一端封闭。

8、根据权利要求6所述的一种发生臭氧的放电管元件，其特征是管状介电体(3)内放置的冷却管使用非金属绝缘管(13)时，管外涂覆彼此绝缘的导电膜作为元件的两个高压电极(1)，管内通入绝缘的介质作冷却液。

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