CN103387212B - 一种模块化板式臭氧发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模块化板式臭氧发生器，属于臭氧生产设备领域。本臭氧发生器，包括左端盖、两个介质阻挡放电模块和右端盖，两个介质阻挡放电模块左右对称放置。介质阻挡放电模块包括回形框和内部构件，内部构件封装在回形框内，内部构件由绝缘框、高压电极板、冷却槽板和地电极等零部件组成。本发明提出的模块化板式臭氧发生器，组态灵活、结构简单，便于组织规模化生产，控制产品质量、降低臭氧发生器的制造成本和维护成本。由于尽可能地将DBD实现要素集中封装，外围管线数量大大减少，降低了臭氧发生器的装配难度。

Description

一种模块化板式臭氧发生器

技术领域

本发明涉及一种模块化板式臭氧发生器，尤其涉及一种以介质阻挡放电（DielectricBarrier Discharge，以下简称DBD）方式生产臭氧的模块化板式臭氧发生器，属于臭氧生产设备领域。

背景技术

利用低温等离子技术生产臭氧已有百年历史。随着技术的发展，近年来出现的板式DBD臭氧发生器，在理论上和实践上已获得突破。与传统的管式结构臭氧发生器相比，可大幅缩小体积、提高效率、降低成本，也为模块化设计提供了可能，具有很好的市场前景和应用前景。然而，模块化板式DBD臭氧发生器在设计、制造和实现方法上还有大量问题需要探讨。

本申请人曾经提出的专利号为201110325970.5、发明名称为《一种用于构建层叠结构式低温等离子反应体的单元模块》的发明专利，展示了一种适用于构建高体积密度的层叠结构式低温等离子反应堆的“三明治”架构的放电室。采用模块化结构，可根据不同应用的需要，灵活组合为不同规模的臭氧发生器。为板式臭氧发生器产品的标准化、系列化、大规模工业化生产、产品质量控制、系统可靠性设计和冗余设计提供了基础。其缺点是模块化之后，外围的气、液、电管线随着模块数量的增加而增加，大大增加了制造成本和难度。

发明内容

本发明的目标是提出一种模块化板式臭氧发生器，改变已有的组成臭氧发生器的模块的结构，以实现臭氧发生器中基本模块的标准化，用于构成任意规模的、面向各种应用的板式DBD臭氧发生器和应用系统。

本发明提出的模块化板式臭氧发生器，包括左端盖、两个介质阻挡放电模块和右端盖，所述的左端盖、两个介质阻挡放电模块和右端盖依次层叠，两个介质阻挡放电模块左右对称放置，左端盖和右端盖上分别开有气体入口、气体出口、冷却液入口和冷却液出口；所述的介质阻挡放电模块包括回形框和内部构件，所述的内部构件封装在回形框内，所述的内部构件由绝缘框、密封隔膜、高压电极板、阻挡介质板、防护背板、电源插座、电源引接件、弹性体、垫片、冷却槽板和地电极组成，所述的阻挡介质板、高压电极板和防护背板封装成一体，阻挡介质板的表面固定有垫片，垫片之间形成放电气室，所述的地电极附着在冷却槽板的表面，冷却槽板的背面加工出多条水槽，地电极与所述的垫片接触，所述的防护背板的表面设置有绝缘框和弹性体，所述的密封隔膜置于防护背板与绝缘框之间，所述的高压电极板上设有电源引出件，所述的回形框上设置有电源插头，电源插头通过导线与高压电极板上的电源引出件相连；回形框的一对相互对称的边框中设置有气体通道，气体通道分别与左端盖、右端盖上的气体入口和气体出口相连通，同时气体通道通过气流狭缝与所述的垫片之间形成的放电气室相连通；所述的回形框的另一对相互对称的边框中设置有冷却液通道，冷却液通道分别与左端盖、右端盖上的冷却液入口和冷却液出口相连通，同时冷却液通道分别与所述的冷却槽板背面的冷却水槽相连通。

本发明提出的模块化板式臭氧发生器，其优点在于：由若干本发明提出的标准化的DBD模块和端盖组成，组态灵活、结构简单。其中的DBD模块，是一种最小化的板式DBD臭氧发生器单体，在狭小的内部空间中集成了高压电极板、地电极、阻挡介质，气体通道、冷却液通道，以及气、液、电的对外接口等基本要素。与配套的模块化高频/高压电源连接，便可构成完整的、最小化的板式DBD臭氧发生器。最小化的DBD模组作为标准组件，可灵活地、轻易地组合成不同规模的DBD臭氧发生器和/或不同的应用系统，最大限度地减少DBD设备零部件和配件的数量，便于组织规模化生产，控制产品质量、降低臭氧发生器的制造成本和维护成本。由于尽可能地将DBD实现要素集中封装，外围管线数量大大减少，降低了臭氧发生器的装配难度。

附图说明

图1是本发明提出的模块化板式臭氧发生器的结构示意图。

图2为图1所示的模块化板式臭氧发生器的A-A向视图，图中用实线标示气相通道，用虚线标示液相通道。

图3是本发明提出的模块化板式臭氧发生器的一个应用实例。

图1-图3中，1是左端盖，2是回形框，3是右端盖，4是冷却液出口，5是绝缘框，6是密封隔膜，7是高压电极板，8是阻挡介质板，9是防护背板，10是电源插座，11是电源引接件，12是弹性体，13是垫片，14是气体入口，15是下气体通道，16是气流狭道，17是冷却液入口，18是放电气室，19是冷却槽板，20是地电极，21是水槽，22是上气体狭道，23是气体通道、24是气体出口，25是左液体通道，26是右液体通道。

具体实施方式

本发明提出的模块化板式臭氧发生器，其结构如图1所示，包括左端盖1、两个介质阻挡放电模块和右端盖3。左端盖1、两个介质阻挡放电模块和右端盖3依次层叠，两个介质阻挡放电模块左右对称放置，左端盖1和右端盖3上分别开有气体入口14、气体出口23、冷却液入口17和冷却液出口4。介质阻挡放电模块包括回形框2和内部构件，内部构件封装在回形框2内，内部构件由绝缘框5、密封隔膜6、高压电极板7、阻挡介质板8、防护背板9、电源插座10、电源引接件11、弹性体12、垫片13、冷却槽板19和地电极20组成。阻挡介质板8、高压电极板7和防护背板9封装成一体，阻挡介质板8的表面固定有垫片13，垫片13之间形成放电气室。地电极20附着在冷却槽板19的表面，冷却槽板19的背面加工出多条水槽21，地电极20与垫片13接触。防护背板9的表面设置有绝缘框5和弹性体12。密封隔膜6置于防护背板9与绝缘框5之间。高压电极板7上设有电源引出件11。回形框2上设置有电源插头10，电源插头10通过导线与高压电极板7上的电源引出件11相连。回形框2的一对相互对称的边框中设置有气体通道15和23，气体通道分别与左端盖、右端盖上的气体入口14和气体出口23相连通，同时气体通道通过气流狭缝16和22与垫片13之间形成的放电气室16相连通。回形框2的另一对相互对称的边框中设置有冷却液通道25和26（如图2所示），冷却液通道25和26分别与左端盖、右端盖上的冷却液入口17和冷却液出口4相连通，同时冷却液通道分别与冷却槽板19背面的水槽21相连通。

以下结合附图，介绍本发明提出的模块化板式臭氧发生器的工作原理和工作过程：

图3是本发明提出的模块化板式臭氧发生器的一个应用实例，由左端盖1、N个介质阻挡放电模块、右端盖3组成。其中，DBD模块的数量N可按用户和应用的需要任意选择，从而构成不同规模，针对不同应用的DBD臭氧发生器。

本发明臭氧发生器中的DBD模块采用了最小化设计，在狭小的内部空间集成封装了：高压电极总成、水冷地电极、放电气室、气体通道、冷却液通道以及对外的气、液、电接口。外部电源通过外接电源接口10经连接导线、电源引接件11接至高压电极板7，提供工作所需的高频/高压电源；高压电极板7与阻挡介质板8、放电气室18、地电极板20共同构成所需的低温等离子体环境。由氧气源来的富氧气体通过气体入口14、下气体通道15、下气流狭缝16、放电气室18，在低温等离子体氛围中合成臭氧，而后通过上气流狭缝22、上气流通道23、气流出口24导出。图2是图1所示的臭氧发生器的A-A向视图，图中用实线标示气相通道，用虚线标示液相通道。冷却液经过冷却液入口17、左冷却液通道25、水槽21，带走臭氧合成过程中产生的热量，并维持适当的工作环境温度。而后，通过右冷却液通道26、冷却液出口4导出。

本发明DBD模块在内部空间中，合理分配了气、液相的流道分布；工作气体和冷却液逆向流动，从而获得最佳的换热效率，以及最佳的工作温度。此外，DBD模块的气、液接口：气体入口14、冷却液入口17、气体出口24、冷却液出口4，可直接与相邻DBD模块或端盖的对应接口相接。这种内置的、紧凑的结构设计，大大简化了多个基础构件拼装的难度，并大大减少了外部的连接管线。

如图1所示，本发明模块化板式臭氧发生器的DBD模块主要由三个功能部件组成，即：回形框2、高频/高压电极总成和水冷地电极。

回形框：如图1所示，回形框2用铝合金或不锈钢材料精铸成型，为回字形结构。如图1所示，回形框2的上下两侧各有一条气体通道15和23，每条气体通道的中间向内方向各开有一条狭长气缝16和22，分别与位于中间位置的放电室18相通。两条气体通道对外分别与另一个DBD模块或端盖的气体出入通道相接。回形框2的另外两侧各设计了一条冷却液通道25和26，对内与冷却水槽21相接，对外分别与另一个DBD模块或端盖的冷却液出入通道相接。回形框2留有高频/高压电源插座10安装位置。回形框2若采用铝合金材料制作，其内部四壁与高压电极总成相接部分，需要做绝缘强化，采用的方法有：微弧氧化形成较厚的Al₂O₃陶瓷层或粘贴超薄玻璃条带。回形框2若采用铝合金材料制作，成型后，水道腔体应实施化学沉镍或钝化处理，防止冷却水体对铝合金的原电池侵蚀。

高频/高压电极板部分：如图1所示，高频/高压电极板部分（亦称为高压电极总成）由：高压电极板7、阻挡介质板8、防护背板9、电源引接件11、高频/高压电源插头10、弹性材料体12、四氟乙烯复合隔膜6、带有平衡气道的绝缘材料围框5、垫片13、放电气室18组成。高频高压电极板部分将高压电极板7、阻挡介质板8、防护背板9复合为一个整体，并沿其四周进行再次强化封装，从而提高了高压结构部分的绝缘性能、防爬电性能、介电性能和防腐蚀性能。阻挡介质板8采用0.55mm～1.1mm规格的高铝陶瓷基板或玻璃基板，单面（背面）金属化处理形成图形化厚铜箔金属电极，边缘留白5～10mm左右的绝缘防护带，然后贴覆玻璃防护背板9，并留有高压电源引接点11。阻挡介质板8正面的气隙垫片10可用精密玻璃丝棒，用无机粘结剂固定成平行气道，也可以使用超薄玻璃小片，用无机粘结剂粘结成散点状支点，支撑点之间的距离应根据介质板材的力学强度计算得出。无论采用何种方法，应该保证可以实现0.1mm～0.5mm的空气间隙，以确保臭氧发生器的性能。绝缘密封层由：带有平衡气道的绝缘材料围框5、四氟乙烯复合隔膜6、弹性材料体12和电源引接件11组成。绝缘密封层的围框5可以采用机械强度和加工工艺性好的工程塑料注塑成型，并加工出平衡气道。聚四氟乙烯复合隔膜6，可以采用0.05mm～0.3mm四氟薄膜和0.5mm～2.5mm硅橡胶或三元乙丙橡胶复合成型。绝缘密封层中放置的弹性体12可以采用硅橡胶加工成蜂窝板，蜂窝形状不限但要联通，厚度超过围框厚度的20～40%以保持恢复弹力。

为防止进气气压波动对高压电极总成的冲击，在上述绝缘隔离密封层与进气气道15之间有一连通通道，使得瞬间波动气压同时施加在高压电极总成的正反面，而得到平衡和抑制。由于绝缘隔离密封层内的气体来自进气气源故无臭氧侵蚀之虞。高压电极板的引出线，采用焊接方法从高压电极板引接点11上直接引出到回形框2上的高压插座10；也可采用欧姆接触的方法，通过在聚四氟乙烯复合隔膜片6上和高压电极板总成上分别设置欧姆接触片的方式引出。为了保证长期接触稳定良好，需要在两接触片的接触面上镀金。

水冷地电极部分：

如图1所示，水冷地电极用铝合金/不锈钢复合材料或导热性能良好的特种不锈钢材料加工成形，而后与回形框2焊接封装成为一体。所述水冷地电极的上部表面为不锈钢材质，作为低温等离子体放电室的地电极7；下部设计有多条水槽21。将水冷地电极单独加工后与回形框2焊合，使得地电极表面的加工制造更为灵活方便。更可根据具体应用，以及不同应用对低温等离子体工作环境提出的不同要求，加工成各种不同性能的电极表面。水冷地电极若采用铝合金材料制作，需在工作面贴覆0.05～0.35mm厚316冷轧不锈钢板超薄精轧板。水冷地电极若采用铝合金材料制作，水槽腔体应实施化学沉镍或钝化处理，防止冷却水体对铝合金的原电池侵蚀。

Claims (1)

1.一种模块化板式臭氧发生器，其特征在于该臭氧发生器包括左端盖、两个介质阻挡放电模块和右端盖，所述的左端盖、两个介质阻挡放电模块和右端盖依次层叠，两个介质阻挡放电模块左右对称放置，所述的左端盖上开有气体出口和冷却液入口，所述的右端盖上开有气体入口和冷却液出口；所述的介质阻挡放电模块包括回形框和内部构件，所述的内部构件封装在回形框内，所述的内部构件由绝缘框、密封隔膜、高压电极板、阻挡介质板、防护背板、电源插座、电源引接件、弹性体、垫片、冷却槽板和地电极组成，所述的阻挡介质板、高压电极板和防护背板封装成一体，阻挡介质板的表面固定有垫片，垫片之间形成放电气室，所述的地电极附着在冷却槽板的表面，冷却槽板的背面加工出多条水槽，地电极与所述的垫片接触，所述的防护背板的表面设置有绝缘框和弹性体，所述的密封隔膜置于防护背板与绝缘框之间，所述的高压电极板上设有电源引出件，所述的回形框上设置有电源插头，电源插头通过导线与高压电极板上的电源引出件相连；回形框的一对相互对称的边框中设置有气体通道，气体通道分别与左端盖、右端盖上的气体入口和气体出口相连通，同时气体通道通过气流狭缝与所述的垫片之间形成的放电气室相连通；所述的回形框的另一对相互对称的边框中设置有冷却液通道，冷却液通道分别与左端盖、右端盖上的冷却液入口和冷却液出口相连通，同时冷却液通道分别与所述的冷却槽板背面的冷却水槽相连通。