CN102502516B - 一种双介质臭氧发生单元及臭氧发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双介质臭氧发生单元及臭氧发生器。双介质臭氧发生单元包括高压电极和接地电极，还包括第一介质管和第二介质管；所述第一介质管插在所述接地电极中，所述第二介质管插在所述第一介质管中，所述高压电极插在所述第二介质管中；所述第一介质管与所述接地电极之间形成第一放电气隙，所述第二介质管与所述第一介质管之间形成第二放电气隙，所述高压电极与所述第二介质管之间形成第三放电气隙。通过在高压电极和接地电极之间设置第一介质管和第二介质管，可以有效的避免出现设备故障、停机或烧断保护装置的现象，有效的提高了双介质臭氧发生单元的可靠性。

Description

一种双介质臭氧发生单元及臭氧发生器

技术领域

本发明属于臭氧制取技术领域，具体地说，是涉及一种双介质臭氧发生单元及使用该单元的臭氧发生器。

背景技术

臭氧是一种强氧化剂，具有脱色、氧化、杀菌、除臭的作用。目前，臭氧已在饮用水处理、污水处理、化工氧化、烟气净化、纸浆漂白、食品加工、医疗与家庭等多个领域得到了广泛应用，其应用规模、应用深度与产品规格都达到了空前水平。工业上大多利用臭氧发生器、通过介质阻挡放电法来生产臭氧。采用介质阻挡放电的臭氧发生器包括有供电单元和臭氧发生室，臭氧发生室包含若干个臭氧发生单元，每个臭氧发生单元都设置有高压电极、接地电极、绝缘介质层及放电气隙。通过臭氧发生器的供电单元将数千伏的电压施加到高压电极上，将通入放电气隙中的空气或氧气电离，从而产生臭氧。现有技术中的臭氧发生单元通常为单介质管式结构，作为绝缘介质的介质管内插设有高压电极，在高压电极和介质管间设置有金属丝网，通过金属丝网与介质管紧密接触；在介质管外面套设有接地电极，该接地电极与介质管之间以及高压电极与介质管之间分别形成放电气隙。介质管具有如下作用：1、介质管的存在有效地限制了放电电流的无限增长，避免了在高气压下形成电弧放电或火花放电，因此能够在很大的气压范围内工作；2、介质管的存在对放电起到了镇流作用，从而使放电均匀的分布在整个放电空间，有利于产生稳定均匀的臭氧；3、介质管的存在防止了大量气体流直接与金属电极相接触，这样避免了腐蚀性气体腐蚀电极。由于介质管加工的原因，个别介质管或介质管的局部难免会有一定的缺陷，这些缺陷尽管在设备生产、制造过程中没有发现或检验出来，但经过长时间的运行，这些缺陷就会导致介质管一些相应的损坏，造成设备故障、停机或至少烧断保护装置,导致现有技术中的臭氧发生单元可靠性较低。

发明内容

本发明提供一种双介质臭氧发生单元及臭氧发生器，用以解决现有技术中的臭氧发生单元可靠性较低的缺陷，实现提高臭氧发生单元的可靠性。

本发明提供一种双介质臭氧发生单元，包括高压电极和接地电极，还包括第一介质管和第二介质管；所述第一介质管插在所述接地电极中，所述第二介质管插在所述第一介质管中，所述高压电极插在所述第二介质管中；所述第一介质管与所述接地电极之间形成第一放电气隙，所述第二介质管与所述第一介质管之间形成第二放电气隙，所述高压电极与所述第二介质管之间形成第三放电气隙。

本发明提供的双介质臭氧发生单元，通过在高压电极和接地电极之间设置第一介质管和第二介质管，由于采用双层介质有效的均衡了介质特性，即便出现个别介质管或介质管的局部有一定的缺陷、甚至该层介质管局部损坏，由于还存在另一个完好的介质管，可以有效的避免出现设备故障、停机或烧断保护装置的现象，有效的提高了双介质臭氧发生单元的可靠性；另外，由于采用双层介质，在高压电极和接地电极之间形成第一放电气隙、第二放电气隙和第三放电气隙，通过三层放电气隙进行制备臭氧，可以有效的提高臭氧的产量和浓度，并可以充分利用电能有效的降低能耗。

如上所述的双介质臭氧发生单元，为了保证气流能够在第二放电气隙中均匀顺畅的流动，并使第一介质管与第二介质管具有较高的同心度，所述第二介质管上设置有多个支撑带，所述支撑带缠绕在所述第二介质管的外部形成螺旋形结构；所述第二介质管插在所述第一介质管中后，所述支撑带紧密的抵靠在所述第一介质管的内壁上。

如上所述的双介质臭氧发生单元，为了保证第二放电气隙中的气流能够更加均匀顺畅的流动，所述第二放电气隙的厚度为0.15毫米-0.5毫米，所述第二介质管上每隔0.5米-0.6米缠绕有所述支撑带。

如上所述的双介质臭氧发生单元，为了对进入到第一放电气隙和第三放电气隙中的气流进行引导，以确保双介质臭氧发生单元均匀放电，所述第一介质管上设置有第一螺旋支撑装置，所述第一介质管通过所述第一螺旋支撑装置设置在所述接地电极中；所述高压电极上设置有第二螺旋支撑装置，所述高压电极通过所述第二螺旋支撑装置设置在所述第二介质管中。

如上所述的双介质臭氧发生单元，所述第一螺旋支撑装置为缠绕在所述第一介质管上的第一金属细条；或者，所述第一螺旋支撑装置为固设在所述第一介质管上的第一金属弹簧。

如上所述的双介质臭氧发生单元，所述第二螺旋支撑装置为缠绕在所述高压电极上的第二金属细条；或者，所述第二螺旋支撑装置为固设在所述高压电极上的第二金属弹簧；或者，所述高压电极为螺杆结构，所述螺杆结构中凸出的螺纹为所述第二螺旋支撑装置。

如上所述的双介质臭氧发生单元，当所述第二螺旋支撑装置为缠绕在所述高压电极上的第二金属细条时，所述高压电极上开设有螺旋凹槽，所述第二金属细条位于所述螺旋凹槽中。

如上所述的双介质臭氧发生单元，所述第一介质管上设置有第一透气支撑套，所述第一介质管通过所述第一透气支撑套设置在所述接地电极中；所述高压电极上设置有第二透气支撑套，所述高压电极通过所述第二透气支撑套设置在所述第二介质管中。

如上所述的双介质臭氧发生单元，所述第一透气支撑套和所述第二支撑套可以为金属丝制成的网套结构或金属制成的具有孔隙结构的套结构。

本发明提供一种臭氧发生器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的双介质臭氧发生单元。

本发明提供的臭氧发生器，通过在高压电极和接地电极之间设置第一介质管和第二介质管，由于采用双层介质有效的均衡了介质特性，即便出现个别介质管或介质管的局部有一定的缺陷、甚至该层介质管局部损坏，由于还存在另一个完好的介质管，可以有效的避免出现设备故障、停机或烧断保护装置的现象，有效的提高了双介质臭氧发生单元的可靠性；另外，由于采用双层介质，在高压电极和接地电极之间形成第一放电气隙、第二放电气隙和第三放电气隙，通过三层放电气隙进行制备臭氧，可以有效的提高臭氧的产量和浓度，并可以充分利用电能有效的降低能耗，从而降低了臭氧发生器的能耗并提高了臭氧发生器的可靠性，同时提高了臭氧发生器的产量和臭氧浓度。

附图说明

图1为本发明双介质臭氧发生单元实施例的结构示意图一；

图2为本发明双介质臭氧发生单元实施例中高压电极的结构示意图一；

图3为本发明双介质臭氧发生单元实施例中高压电极的结构示意图二；

图4为本发明双介质臭氧发生单元实施例的结构示意图二。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的描述。

图1为本发明双介质臭氧发生单元实施例的结构示意图一。如图1所示，本实施例双介质臭氧发生单元，包括高压电极1和接地电极2，还包括第一介质管31和第二介质管32；第一介质管31插在接地电极2中，第二介质管32插在第一介质管31中，高压电极1插在第二介质管32中；第一介质管31与接地电极2之间形成第一放电气隙（未图示），第二介质管32与第一介质管31之间形成第二放电气隙（未图示），高压电极1与第二介质管32之间形成第三放电气隙（未图示）。

具体而言，本实施例双介质臭氧发生单元在高压电极1和接地电极2之间设置有第一介质管31和第二介质管32，使本实施例双介质臭氧发生单元具有两层介质进行阻挡放电。由于采用双层介质进行阻挡放电，当其中一介质管出现局部有缺陷甚至损坏时，另一介质管可以继续进行阻挡放电，有效的避免了因单层介质管损坏而导致设备故障、停止以及烧断保护装置的现象，从而提高了本实施例双介质臭氧发生单元的可靠性。另外，由于采用第一介质管31和第二介质管32后，在高压电极1和接地电极2之间形成第一放电气隙、第二放电气隙和第三放电气隙，通过三个放电气隙可以分配气流，使气流有效地和电晕融合，从而大大提高了本实施例双介质臭氧发生单元产生臭氧的浓度和产量，并降低了电耗。

进一步的，为了保证气流能够在第二放电气隙中均匀顺畅的流动，并使第一介质管31与第二介质管32具有较高的同心度，本实施例中的第二介质管32上设置有多个支撑带5，支撑带5缠绕在第二介质管32的外部形成螺旋形结构；第二介质管32插在第一介质管31中后，支撑带5紧密的抵靠在第一介质管31的内壁上。具体的，本实施例中的第二介质管32通过支撑带5支撑在第一介质管31中，优选的，可以在第二介质管32的外表面每间隔0.5米-0.6米缠绕有支撑带5，并且支撑带5可以缠绕在第二介质管32上1圈-1.5圈的形式，螺旋形结构的支撑带5起到“旋气”作用，可以引导气流在第二放电气隙中按照螺旋状顺畅的流动，防止产生气流死角，确保气流在第二放电气隙中均匀顺畅的流动；并且通过支撑带5可以有效的将第一介质管31支撑在第二介质管32中，确保第一介质管31与第二介质管32具有较高的同心度，使第二放电气隙的厚度更加均匀。其中，为了保证第二放电气隙中的气流能够更加均匀顺畅的流动，本实施例中的第二放电气隙的厚度可以为0.15毫米-0.5毫米，通过设置适当厚度第二放电气隙，可以在保证第一介质管31和第二介质管32不被击穿的同时，确保有较高的放电强度和气流量。另外，支撑带5的材质可以为耐臭氧腐蚀的材质如玻璃纤维、四氟纤维、碳纤维等的一种或多种，宽度为4毫米-7毫米，螺旋角度可根据设备情况灵活选择。

本实施例双介质臭氧发生单元，通过在高压电极和接地电极之间设置第一介质管和第二介质管，由于采用双层介质有效的均衡了介质特性，即便出现个别介质管或介质管的局部有一定的缺陷、甚至该层介质管局部损坏，由于还存在另一个完好的介质管，可以有效的避免出现设备故障、停机或烧断保护装置的现象，有效的提高了双介质臭氧发生单元的可靠性；另外，由于采用双层介质，在高压电极和接地电极之间形成第一放电气隙、第二放电气隙和第三放电气隙，通过三层放电气隙进行制备臭氧，可以有效的提高臭氧的产量和浓度，并可以充分利用电能有效的降低能耗。

基于上述技术方案，可选的，为了对进入到第一放电气隙和第三放电气隙中的气流进行引导，以确保本实施例双介质臭氧发生单元均匀放电，本实施例中的第一介质管31上设置有第一螺旋支撑装置41，第一介质管31通过第一螺旋支撑装置41设置在接地电极2中；高压电极1上设置有第二螺旋支撑装置42，高压电极1通过第二螺旋支撑装置42设置在第二介质管32中。

具体而言，本实施例中的高压电极1上设置有第二螺旋支撑装置42，当高压电极1插入到第二介质管32中后，第二螺旋支撑装置42位于第三放电气隙中，第二螺旋支撑装置42将起到引导气流螺旋前进的作用，通过第二螺旋支撑装置42可以使进入到第三放电气隙的气体以一定的螺旋方式在第三放电气隙内均匀流动；同时第三放电气隙中的第二螺旋支撑装置42可引导放电均匀，按照介质阻挡放电特性，本实施例双介质臭氧发生单元启动放电时，由于第三放电气隙中第二螺旋支撑装置42的存在，放电电晕首先沿第二螺旋支撑装置42并在靠近第二螺旋支撑装置42的高压电极1分布放电，因为第二螺旋支撑装置42均匀分布在整个高压电极1表面，引导启动电晕在第三放电气隙中均匀分布；随着电晕密度的逐渐增高，高压电极1上的电晕分布沿第二螺旋支撑装置42均匀增加，而且整体分布非常均匀。由上可知，由于第二螺旋支撑装置42将引导气流沿着第二螺旋支撑装置42形成的螺旋通道均匀分布，并引导放电电晕沿第二螺旋支撑装置42均匀分布，降低了本实施例双介质臭氧发生单元对气隙均匀度的依赖性。同样的，本实施例中的第一介质管上设置有第一螺旋支撑装置41，第一螺旋支撑装置41位于第一放电气隙中，第一螺旋支撑装置41也可以实现第一放电气隙均匀放电，并使进入到第已放电气隙的气体以一定的螺旋方式在第一放电气隙内均匀流动，具体说明可以参见上述有关第二螺旋支撑装置42的记载，在此不再赘述。优选的，第一螺旋支撑装置41与第一介质管31紧密的贴合在一起，分布覆盖在整个第一介质管31的放电部分上；同样的，本实施例中的第一螺旋支撑装置41和第二螺旋支撑装置42可以采用耐臭氧腐蚀的金属材料，第二螺旋支撑装置42与高压电极紧密的贴合在一起，分布在整个高压电极1的放电部分上。另外，通过第一螺旋支撑装置41和第二螺旋支撑装置42也可以实现提高本实施例双介质臭氧发生单元的同心度，从而满足放电气隙对均匀度的要求，一方面避免了因第一放电气隙和第三放电气隙厚度不均造成介质管局部击穿的现象的发生，另一方面可以有效的提高采用本实施例双介质臭氧发生单元的臭氧发生器的工作效率，并且有效的降低了能耗。其中，本实施例中的第一螺旋支撑装置41的节距为第一介质管31厚度的1.5倍-2倍；第二螺旋支撑装置42的节距为第二介质管32厚度的1.5倍-2倍。具体的，通过设置合适的节距，可以确保第一螺旋支撑装置41有效的支撑第一介质管31、第二螺旋支撑装置42有效的支撑高压电极1；另一方面，可以确保气流能够在第一螺旋支撑装置41和第二螺旋支撑装置42导引下顺畅的流动。另外，本实施例中的第一螺旋支撑装置41和第二螺旋支撑装置42的横截面可以为圆形、三角形、梯形或矩形，本实施例双介质臭氧发生单元对第二螺旋支撑装置42的横截面的具体结构不做限制。

本实施例双介质臭氧发生单元中第一螺旋支撑装置41和第二螺旋支撑装置42可以有多种形式，本实施例中的第一螺旋支撑装置41为缠绕在第一介质管31上的第一金属细条；或者，第一螺旋支撑装置41为固设在第一介质管31上的第一金属弹簧。同样的，本实施例中的第二螺旋支撑装置42为缠绕在高压电极1上的第二金属细条；或者，第二螺旋支撑装置42为固设在高压电极1上的第二金属弹簧；或者，高压电极1为螺杆结构，螺杆结构中凸出的螺纹为第二螺旋支撑装置42。另外，当第二螺旋支撑装置42为缠绕在高压电极1上的第二金属细条时，高压电极1上开设有螺旋凹槽，第二金属细条位于螺旋凹槽中。

以第二螺旋支撑装置42为例，具体说明如下：

如图1和图2所示，本实施例中的第二螺旋支撑装置42可以为缠绕在高压电极1上的金属细条。具体的，本实施例双介质臭氧发生单元可以将金属细丝等细条结构缠绕在高压电极1上形成第二螺旋支撑装置42，为了确保螺旋结构的细条具有均匀的节距，本实施例中的高压电极1上可以开设有螺旋凹槽11，细条位于螺旋凹槽11中。通过设置螺旋凹槽11，可以方便工人将细条牢固可靠的缠绕在高压电极1上，确保细条具有均匀的节距以对气流进行导流。同样的，本实施例中的第二螺旋支撑装置42可以为固设在高压电极1上的弹簧。具体的，通过在高压电极1上设置弹簧作为第二螺旋支撑装置42，弹簧自身便具有均匀的节距，并且在高压电极1插入到第二介质管32的过程中，弹簧受挤压变形后能够自动恢复，从而确保第二螺旋支撑装置42具有均匀的节距以对气流进行导流。同样的，如图3所示，本实施例中的高压电极1可以为螺杆结构，螺杆结构中凸出的螺纹为第二螺旋支撑装置42。具体的，通过将高压电极1设置为螺杆结构，可以在高压电极1上形成一体结构的第二螺旋支撑装置42，从而无需工人将第二螺旋支撑装置42装配到高压电极1，并且由于高压电极1和第二螺旋支撑装置42为一整体结构，可以方便的将高压电极1插入到第二介质管32中。

本实施例双介质臭氧发生单元，通过设置第一螺旋支撑装置和第二螺旋支撑装置，可以有效的保证本实施例双介质臭氧发生单元具有较高的同心度，确保第一放电气隙和第三放电气隙的厚度具有较高的均匀度；同时第一螺旋支撑装置和第二螺旋支撑装置可引导气流沿着螺旋通道均匀分布，保证即使间隙较小的区域也能分布到充足的气量，降低了双介质臭氧发生器的能耗并提高了臭氧发生器的可靠性；另外，由于第一螺旋支撑装置和第二螺旋支撑装置采用金属材质，放电时可引导电晕沿着螺旋状均匀分布在高压电极表面，大大提高了放电均匀度，使各个放电气隙均匀的放电产生臭氧，实现降低了臭氧发生器的能耗并提高了臭氧发生器的可靠性，另外，由于各个放电气隙均匀的放电产生臭氧，有效的提高了臭氧发生器的产量和臭氧浓度。

同样的，如图4所示，本实施例双介质臭氧发生单元中的第一介质管31上可以设置有第一透气支撑套41，第一介质管31通过第一透气支撑套41设置在接地电极2中；高压电极1上设置有第二透气支撑套42，高压电极1通过第二透气支撑套42设置在第二介质管32中。其中，本实施例中的第一透气支撑套41和第二透气支撑套42可以为金属丝制成的网套结构或金属制成的具有孔隙结构的套结构。具体的，本实施例双介质臭氧发生单元可以在第一放电气隙中设置第一透气支撑套41，并在第三放电气隙中设置第二支撑套42，实现支撑第一介质管31和高压电极1的同时，实现气流能够在第一放电气隙和第三放电气隙中的流动。

其中，本实施例双介质臭氧发生单元中的第一放电气隙和/或第三放电气隙可以根据需要进行封堵。另外，本实施例双介质臭氧发生单元中的第一螺旋支撑装置和第二螺旋支撑装置不同实现方式可以交差使用，同样的，本实施例双介质臭氧发生单元中的第一螺旋支撑装置和第二螺旋支撑装置与第一透气支撑套和第二透气支撑套可以交差使用。

本发明还提供一种臭氧发生器，包括双介质臭氧发生单元。具体的，本实施例臭氧发生器中的双介质臭氧发生单元可以采用本发明双介质臭氧发生单元实施例中的双介质臭氧发生单元，其具体结构可以参见本发明双介质臭氧发生单元实施例以及附图1-图3的记载，在此不再赘述。

本实施例臭氧发生器，通过在高压电极和接地电极之间设置第一介质管和第二介质管，由于采用双层介质有效的均衡了介质特性，即便出现个别介质管或介质管的局部有一定的缺陷、甚至该层介质管局部损坏，由于还存在另一个完好的介质管，可以有效的避免出现设备故障、停机或烧断保护装置的现象，有效的提高了双介质臭氧发生单元的可靠性；另外，由于采用双层介质，在高压电极和接地电极之间形成第一放电气隙、第二放电气隙和第三放电气隙，通过三层放电气隙进行制备臭氧，可以有效的提高臭氧的产量和浓度，并可以充分利用电能有效的降低能耗，从而降低了臭氧发生器的能耗并提高了臭氧发生器的可靠性，同时提高了臭氧发生器的产量和臭氧浓度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种双介质臭氧发生单元，包括高压电极和接地电极，其特征在于，还包括第一介质管和第二介质管；所述第一介质管插在所述接地电极中，所述第二介质管插在所述第一介质管中，所述高压电极插在所述第二介质管中；所述第一介质管与所述接地电极之间形成第一放电气隙，所述第二介质管与所述第一介质管之间形成第二放电气隙，所述高压电极与所述第二介质管之间形成第三放电气隙;所述第二介质管上设置有多个支撑带，所述支撑带缠绕在所述第二介质管的外部形成螺旋形结构；所述第二介质管插在所述第一介质管中后，所述支撑带紧密的抵靠在所述第一介质管的内壁上；所述第二放电气隙的厚度为0.15毫米-0.5毫米，所述第二介质管上每隔0.5米-0.6米缠绕有所述支撑带。

2.根据权利要求1所述的双介质臭氧发生单元，其特征在于，所述第一介质管上设置有第一螺旋支撑装置，所述第一介质管通过所述第一螺旋支撑装置设置在所述接地电极中；所述高压电极上设置有第二螺旋支撑装置，所述高压电极通过所述第二螺旋支撑装置设置在所述第二介质管中。

3.根据权利要求2所述的双介质臭氧发生单元，其特征在于，所述第一螺旋支撑装置为缠绕在所述第一介质管上的第一金属细条；或者，所述第一螺旋支撑装置为固设在所述第一介质管上的第一金属弹簧。

4.根据权利要求3所述的双介质臭氧发生单元，其特征在于，所述第二螺旋支撑装置为缠绕在所述高压电极上的第二金属细条；或者，所述第二螺旋支撑装置为固设在所述高压电极上的第二金属弹簧；或者，所述高压电极为螺杆结构，所述螺杆结构中凸出的螺纹为所述第二螺旋支撑装置。

5.根据权利要求4所述的双介质臭氧发生单元，其特征在于，当所述第二螺旋支撑装置为缠绕在所述高压电极上的第二金属细条时，所述高压电极上开设有螺旋凹槽，所述第二金属细条位于所述螺旋凹槽中。

6.根据权利要求1所述的双介质臭氧发生单元，其特征在于，所述第一介质管上设置有第一透气支撑套，所述第一介质管通过所述第一透气支撑套设置在所述接地电极中；所述高压电极上设置有第二透气支撑套，所述高压电极通过所述第二透气支撑套设置在所述第二介质管中。

7.根据权利要求6所述的双介质臭氧发生单元，其特征在于，所述第一透气支撑套和所述第二支撑套可以为金属丝制成的网套结构或金属制成的具有孔隙结构的套结构。

8.一种臭氧发生器，其特征在于，包括如权利要求1-7任一所述的双介质臭氧发生单元。

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