CN105271129A

CN105271129A - 一种高浓度臭氧发生装置

Info

Publication number: CN105271129A
Application number: CN201510640120.2A
Authority: CN
Inventors: 李伯平; 陈位
Original assignee: NANJING HBI INSTRUMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Nanjing Hua Boxin Material Co., Ltd.
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: CN105271129B

Abstract

本发明公开了一种高浓度臭氧发生装置，包括进气单元、臭氧发生器单元、冷却单元和臭氧出气单元。当氧气均匀通过微间隙时，在射频电源的作用下，产生浓度很高的臭氧。由于中间阳极板采用钛板制成并进行抛光处理，与上腔板和下腔板相应缝隙的通气面设有一层Al2O3，再经研磨后得到非常光滑耐高温、耐腐蚀表面。在冷却部分的前端，设有温度检测装置，一旦检测到温度超过设定值，系统自动调节射频电源的工作功率，保证该装置工作安全稳定。正常工作时，一旦该装置的冷却单元的流量开关检测到冷却水流量没有或较低时，通过控制系统控制电动阀门，关闭正常冷却管路，启动应急冷却水路，自来水接入进行临时冷却，从而保证该装置安全稳定。

Description

一种高浓度臭氧发生装置

技术领域

本发明涉及一种臭氧发生装置，尤其涉及一种高浓度臭氧发生装置。

背景技术

臭氧发生器是用于制取臭氧气体(O₃)的装置。臭氧易于分解无法储存，需现场制取现场使用(特殊的情况下可进行短时间的储存)，所以凡是能用到臭氧的场所均需使用臭氧发生器。臭氧发生器在饮用水、污水、工业氧化、食品加工和保鲜、医药合成、空间灭菌等领域广泛应用。臭氧发生器产生的臭氧气体可以直接利用，也可以通过混合装置和液体混合参与反应。利用高压电离(或化学、光化学反应)，使空气中的部分氧气分解聚合为臭氧，是氧的同素异形转变过程；亦可利用电解水法获得。臭氧的不稳定性使其很难实现瓶装贮存，一般只能利用臭氧发生器现场生产，随产随用。

臭氧为混合气体，其浓度通常按质量比和体积比来表示。质量比是指单位体积内混合气体中含有多少质量的臭氧，常用单位mg/L、mg/m³或g/m³等表示。体积比是指单位体积内臭氧所占的体积含量或百分比含量，使用百分比表示如2％、5％、12％等。卫生行业常用ppm表示臭氧浓度，即每立方臭氧混合气体中臭氧占该体积的百万分之一为1ppm。臭氧浓度是衡量臭氧发生器技术含量和性能的重要指标。同等的工况条件下臭氧输出浓度越高其品质度就越高。影响臭氧浓度的主要因素有：1、臭氧发生器的结构和加工精度；2、冷却方式和条件；3、驱动电压和驱动频率；4、介电体材料；5、原料气体中氧的含量及洁净和干燥度。6、发生器电源系统的效率(效率高，热量转化少。)；臭氧是一种氧化性极强的不稳定气体，臭氧输出浓度受多种因素的影响，其中腔体温度是极重要的因素之一；臭氧在30℃左右时会在1分钟内衰减一半，在40－50℃时衰减达到80％。超过60℃臭氧会马上分解。臭氧产量是指臭氧发生器单位时间内臭氧的产出量；臭氧浓度数值与进入臭氧发生器总气量数值的乘积即为臭氧产量；通常使用mg/h、g/h或kg/h单位表示。臭氧发生器工作原理为按臭氧产生的方式划分，臭氧发生器主要有三种：高压放电式、紫外线照射式、电解式。1、高压放电式发生器。该类臭氧发生器是使用一定频率的高压电流制造高压电晕电场，使电场内或电场周围的氧分子发生电化学反应，从而制造臭氧。这种臭氧发生器具有技术成熟、工作稳定、使用寿命长、臭氧产量大(单机可达1Kg/h)等优点，所以是国内外相关行业使用最广泛的臭氧发生器。在高压放电式臭氧发生器中又分为以下几种类型：按发生器的高压电频率划分，有工频(50-60Hz)、中频(400-1000Hz)和高频(>1000Hz)三种。工频发生器由于体积大、功耗高等缺点，已基本退出市场。中、高频发生器具有体积小、功耗低、臭氧产量大等优点，是现在最常用的产品。2、按使用的气体原料划分，有氧气型和空气型两种。氧气型通常是由氧气瓶或制氧机供应氧气。空气型通常是使用洁净干燥的压缩空气作为原料。由于臭氧是靠氧气来产生的，而空气中氧气的含量只有21％，所以空气型发生器产生的臭氧浓度相对较低，而瓶装或制氧机的氧气纯度都在90％以上，所以氧气型发生器的臭氧浓度较高。3、按冷却方式划分，有水冷型和风冷型。臭氧发生器工作时会产生大量的热能，需要冷却，否则臭氧会因高温而边产生边分解。水冷型发生器冷却效果好，工作稳定，臭氧无衰减，并能长时间连续工作，但结构复杂，成本稍高。风冷型冷却效果不够理想，臭氧衰减明显。总体性能稳定的高性能臭氧发生器通常都是水冷式的。风冷一般只用于臭氧产量较小的中低档臭氧发生器。在选用臭氧发生器时，应尽量选用水冷型的。4、按介电材料划分，常见的有石英管(玻璃的一种)、陶瓷板、陶瓷管、玻璃管和搪瓷管等几种类型。使用各类介电材料制造的臭氧发生器市场上均有销售，其性能各有不同，玻璃介电体成本低，性能稳是人工制造臭氧使用最早的材料之一，但机械强度差。陶瓷和玻璃类似但陶瓷不宜加工特别在大型臭氧机中使用受到限制。搪瓷是一种新型介电材料，介质和电极于一体机械强度高、可精密加工精度较高，在大中型臭氧发生器中广泛使用，但制造成本较高。5、按臭氧发生器结构划分，介质阻挡放电式(DBD)和开放式两种。6、按臭氧发生器放电室结构划分，管式和板式两种。通电其反应的化学方程式为3O₂＝＝＝＝2O_3。

目前，大多数臭氧发生装置在工业生产、医疗或食品领域主要用于清洗或消毒、杀菌，虽然其中有不少能产生较大量的臭氧发生设备，但其浓度普遍较低。随着臭氧的应用越来越广泛，工业半导体生产已经开始应用高浓度臭氧或臭氧水进行工艺生产，如太阳能电池硅片抗PID处理，黑硅干法刻蚀等，特别是黑硅生产方面，所需臭氧水浓度较高，制备臭氧水的臭氧在13000PPM左右。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题在于提供一种工作安全稳定、耐腐蚀和产生臭氧浓度高的高浓度臭氧发生装置。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高浓度臭氧发生装置，包括进气单元、臭氧发生器单元、冷却单元和臭氧出气单元，进气单元包括管路、阀门、流量计和过滤器，阀门包括球阀、减压阀、电动阀和单向阀，进气单元设有两条管路，一条氧气管路和另一条氮气/二氧化碳管路，每条管路上从左到右顺次均设有球阀、减压阀、过滤器、电动阀、流量计和单向阀，且电动阀与控制系统电路连接；臭氧出气单元包括臭氧出气单元管路、臭氧浓度检测仪、球阀、电控阀和单向阀，臭氧出气单元管路上从左到右顺次设有臭氧浓度检测仪、球阀、电控阀，单向阀，且臭氧浓度检测仪和电控阀均与控制系统电路连接；所述臭氧发生器单元包括进气部分、臭氧生产部分和臭氧冷却部分，其中，臭氧生产部分包括上腔板、下腔板、绝缘护板、中间阳极板、密封条和间隙隔片，上腔板、下腔板与中间阳极板之间均设有绝缘护板、密封条和间隙隔片，且均设有微间隙，在上腔板和下腔板上均设有负电极，中间阳极板上设有正电极，在上、下腔板外侧设有冷却水管，臭氧生产部分与射频电源电路连接，在臭氧生产部分的前端设有进气部分，进气部分包括前端板、进气芯和密封进气板，前端板上设有进气芯，中间设有进气孔；臭氧冷却部分包括上冷却板、下冷却板、中间密封板和S形臭氧出气通道，上冷却板和下冷却板的外侧设有冷却水管。

所述冷却单元包括球阀、压力表、过滤器、电动阀门、流量计、流量开关、水温检测和水路，冷却单元设有两水路，一路为正常冷却水路，另一路为应急冷却水路，两水路上顺次均设有球阀、压力表、过滤器、电动阀门、流量计、流量开关、水温检测、电动阀门和球阀，且共用流量计、流量开关和水温检测，电动阀门和流量开关均与控制系统电路连接。

所述中间阳极板采用钛板制成并进行抛光处理，在上腔板与中间阳极板和下腔板与中间阳极板之间相应所述微间缝的通气面上均设有一层Al₂O₃，再经研磨后得到的表面。

所述密封进气板上设有进气管、进气微孔、进气芯安装孔和安装孔。

在所述臭氧发生器单元的臭氧冷却部分的前端，设有温度检测装置。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：由于采用了上述结构，当氧气均匀通过微间隙时，在射频电源的作用下，产生浓度很高的臭氧。由于所述中间阳极板采用钛板制成并进行抛光处理，在上腔板与中间阳极板和下腔板与中间阳极板之间相应微间缝的通气面上均设有一层Al₂O₃，再经研磨后得到非常光滑耐高温、耐腐蚀表面。从而保证微间隙均匀，防止放电受热变形及臭氧腐蚀。上腔板、下腔板外侧，嵌有冷却水管，生产中，通入冷却水进行冷却。在冷却部分的前端，设有温度检测装置，一旦检测到温度超过设定值，系统自动调节射频电源的工作功率，从而保证该装置工作安全稳定。正常工作时，一旦该装置的冷却单元的流量开关检测到冷却水流量没有或较低时，通过控制系统控制电动阀门，关闭正常冷却管路，启动应急冷却水路，自来水接入进行临时冷却，从而保证系统安全。

附图说明

图1是本发明布局结构示意图；

图2是本发明的进气单元管件连接结构示意图；

图3是本发明的冷却单元管件连接结构示意图；

图4是本发明的臭氧出气单元管件连接结构示意图；

图5是本发明的臭氧发生器单元主视图；

图6是本发明的臭氧发生器单元A-A刨视图；

图7是本发明的臭氧发生器单元俯视图。

图8是本发明的臭氧发生器单元的进气部分的密封进气板主视图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1—图8示出了本发明一种高浓度臭氧发生装置，如图1所示，包括进气单元200、臭氧发生器单元100、冷却单元300和臭氧出气单元400；进气单元200包括管路207、阀门、流量计205和过滤器203，阀门包括球阀201、减压阀202、电动阀204和单向阀206，进气单元200设有两条管路207，一条氧气管路和另一条氮气/二氧化碳管路，每条管路207上从左到右顺次均设有球阀201、减压阀202、过滤器203、电动阀204、流量计205和单向阀206，且电动阀204与控制系统电路连接。

如图6所示，所述臭氧发生器单元100包括进气部分、臭氧生产部分和臭氧冷却部分，其中，臭氧生产部分包括上腔板101、下腔板102、绝缘护板103、中间阳极板104、密封条105和间隙隔片106，上腔板101、下腔板102与中间阳极板104之间均设有绝缘护板103、密封条105和间隙隔片106，且均设有微间隙，在臭氧生产部分各零件组合后，在上腔板101与中间阳极板104、下腔板102与中间阳极板104之间沿前后方向各形成高度最好是0.8毫米左右的窄长缝隙(微间隙)，在上腔板101和下腔板102上均设有负电极109，在中间阳极板104通过电极绝缘套107向外接出电极108设为正电极，为了保证窄长缝的间隙均匀，防止放电受热变形及臭氧腐蚀，所述中间阳极板104采用钛板制成并进行抛光处理，与上腔板101和下腔板102相应窄长缝隙(微间隙)的通气面经表面复合一层厚最好是1毫米Al2O3,再经研磨后得到非常光滑耐高温、耐腐蚀表面。另外，在上腔板101、下腔板102外侧设有冷却水管110，冷却水管110最好是冷却铜管，其形状为S形。臭氧生产部分与射频电源E电路连接，当氧气均匀通过窄长缝(微间隙)时，在射频电源的作用下，产生浓度很高的臭氧。

如图5所示，为了进气均匀，在臭氧生产部分的前端设有进气部分，进气部分包括前端板122、进气芯121和密封进气板123，前端板122上设有进气芯121，中间设有进气孔；当气体从前端板121的中间进气孔进入后，经过进气芯122径向小孔进入由上述三零件组成的静压腔124，再从静压腔124经过密封进气板123上对着臭氧生产部分的窄长缝(微间隙)的微孔中进入窄长缝(微间隙)中。如图8所示，所述密封进气板123上设有进气管1231、进气微孔1232、进气芯安装孔1233和安装孔1234。

氧气通过窄长缝(微间隙)生成臭氧后到达臭氧发生器单元100后面的冷却部分，臭氧冷却部分包括上冷却板131、下冷却板132、中间密封板133和S形臭氧出气通道135(如图7所示)，在上冷却板131、下冷却板132、中间密封板133等零件组合后，在内部形成S形的臭氧出气通道135(如图7所示)，臭氧经过此通道后经充分冷却，从出气口流入臭氧出气单元400。上冷却板131和下冷却板132的外侧设有冷却水管110，冷却水管110最好是冷却铜管,其形状为S形。

在所述臭氧发生器单元100的臭氧冷却部分的前端，设有温度检测装置134，一旦检测到温度超过设定值，系统自动调节射频电源的工作功率，保证该装置工作安全稳定。

如图3所示，所述冷却单元300包括球阀301、压力表302、过滤器303、电动阀门304、流量计305、流量开关306、水温检测307和水路308，冷却单元300设有两水路，一路为正常冷却水路A，另一路为应急冷却水路B，两水路308上顺次均设有球阀301、压力表302、过滤器303、电动阀门304、流量计305、流量开关306、水温检测307、电动阀门304和球阀301，且共用流量计305、流量开关306和水温检测307，电动阀门304和流量开关306均与控制系统电路连接。正常工作中，一旦流量开关306检测到冷却水A流量没有或较低时，通过控制系统控制电动阀门304，关闭正常冷却水A路，启动应急水路自来水B接入进行临时冷却，确保该装置工作安全稳定。

如图4所示，所述臭氧出气单元400包括臭氧出气管路405、臭氧浓度检测仪401、球阀402、电控阀403和单向阀404，臭氧出气单元管路405上从左到右顺次设有臭氧浓度检测仪401、球阀402、电控阀403，单向阀404，且臭氧浓度检测仪401和电控阀403均与控制系统电路连接。

该高浓度臭氧水装置的工作原理为：

如图1所示，氧气和氮气(二氧化碳)在进气单元200各元件的控制下，均匀进入臭氧发生器单元100，氧气在射频电源E的射频电的作用下，被电离分解成阳离子，重新结合生成臭氧。由于在电离过程中产生大量的热量，通过冷却单元300对臭氧发生器单元进行冷却控制，使臭氧到达臭氧出气单元400时温度大幅度降低，臭氧出气单元400对出气的浓度进行检测，反馈到进气单元200，以调节臭氧的浓度。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以对其做出种种变化。

Claims

1.一种高浓度臭氧发生装置，包括进气单元(200)、臭氧发生器单元(100)、冷却单元(300)和臭氧出气单元(400)，进气单元(200)包括管路(207)、阀门、流量计(205)和过滤器(203)，阀门包括球阀(201)、减压阀(202)、电动阀(204)和单向阀(206)，进气单元(200)设有两条管路(207)，一条氧气管路和另一条氮气/二氧化碳管路，每条管路(207)上从左到右顺次均设有球阀(201)、减压阀(202)、过滤器(203)、电动阀(204)、流量计(205)和单向阀(206)，且电动阀(204)与控制系统电路连接；臭氧出气单元(400)包括臭氧出气单元管路(405)、臭氧浓度检测仪(401)、球阀(402)、电控阀(403)和单向阀(404)，臭氧出气单元管路(405)上从左到右顺次设有臭氧浓度检测仪(401)、球阀(402)、电控阀(403)，单向阀(404)，且臭氧浓度检测仪(401)和电控阀(403)均与控制系统电路连接；其特征在于：所述臭氧发生器单元(100)包括进气部分、臭氧生产部分和臭氧冷却部分，其中，臭氧生产部分包括上腔板(101)、下腔板(102)、绝缘护板(103)、中间阳极板(104)、密封条(105)和间隙隔片(106)，上腔板(101)、下腔板(102)与中间阳极板(104)之间均设有绝缘护板(103)、密封条(105)和间隙隔片(106)，且均设有微间隙，在上腔板(101)和下腔板(102)上均设有负电极(109)，中间阳极板(104)上设有正电极(108)，在上腔板(101)、下腔板(102)外侧设有冷却水管(110)，臭氧生产部分与射频电源(E)电路连接，在臭氧生产部分的前端设有进气部分，进气部分包括前端板(122)、进气芯(121)和密封进气板(123)，前端板(122)上设有进气芯(121)，中间设有进气孔；臭氧冷却部分包括上冷却板(131)、下冷却板(132)、中间密封板(133)和S形臭氧出气通道(135)，上冷却板(131)和下冷却板(132)的外侧设有冷却水管(110)。

2.如权利要求1所述的高浓度臭氧发生装置，其特征在于：所述冷却单元(300)包括球阀(301)、压力表(302)、过滤器(303)、电动阀门(304)、流量计(305)、流量开关(306)、水温检测(307)和水路(308)，冷却单元(300)设有两水路，一路为正常冷却水路(A)，另一路为应急冷却水路(B)，两水路上顺次均设有球阀(301)、压力表(302)、过滤器(303)、电动阀门(304)、流量计(305)、流量开关(306)、水温检测(307)、电动阀门(304)和球阀(301)，且共用流量计(305)、流量开关(306)和水温检测(307)，电动阀门(304)和流量开关(306)均与控制系统电路连接。

3.如权利要求1或2所述的高浓度臭氧发生装置，其特征在于：所述中间阳极板(104)采用钛板制成并进行抛光处理，在上腔板(101)与中间阳极板(104)和下腔板(102)与中间阳极板(104)之间相应所述微间缝的通气面上均设有一层Al₂O₃，再经研磨后得到的表面。

4.如权利要求1或2所述的高浓度臭氧发生装置，其特征在于：所述密封进气板(123)上设有进气管(1231)、进气微孔(1232)、进气芯安装孔(1233)和安装孔(1234)。

5.如权利要求3所述的高浓度臭氧发生装置，其特征在于：所述密封进气板(123)上设有进气管(1231)、进气微孔(1232)、进气芯安装孔(1233)和安装孔(1234)。

6.如权利要求1或2所述的高浓度臭氧发生装置，其特征在于：在所述臭氧发生器单元(100)的臭氧冷却部分的前端，设有温度检测装置(134)。

7.如权利要求3所述的高浓度臭氧发生装置，其特征在于：在所述臭氧发生器单元(100)的臭氧冷却部分的前端，设有温度检测装置(134)。

8.如权利要求4所述的高浓度臭氧发生装置，其特征在于：在所述臭氧发生器单元(100)的臭氧冷却部分的前端，设有温度检测装置(134)。

9.如权利要求1或2所述的高浓度臭氧发生装置，其特征在于：所述冷却水管(110)均为冷却铜管。

10.如权利要求3所述的高浓度臭氧发生装置，其特征在于：所述冷却水管均(110)为冷却铜管。