CN106276810A - 一种大型智能化臭氧系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大型智能化臭氧系统，包括工作站子系统以及分别与所述工作站子系统相连的臭氧机组群、工况子系统以及执行子系统，其中：所述臭氧机组群中包括至少一个臭氧机组，所述工况子系统包括气源单元以及冷却单元等，所述执行子系统包括臭氧分配单元等；其中，所述臭氧机组群中的各个臭氧机组的氧气入口与臭氧出口分别与所述气源单元的氧气出口以及臭氧分配单元的臭氧入口相连，所述冷却单元的冷却液出口分别与所述臭氧机组群中的各个臭氧机组的冷却液入口相连，且所述各个臭氧机组的冷却液出口与所述冷却单元的冷却液入口相连。所述系统可实现对臭氧生产、分配、投放的全面监控和管理。

Description

一种大型智能化臭氧系统
技术领域
本发明涉及一种以介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)方式制备臭氧的大型智能化臭氧系统，属于臭氧生产设备制造领域。
背景技术
臭氧具有极强的氧化能力，仅次于氟和原子态氧，用作氧化、消毒、除臭、保鲜等众多用途是具有显著的效果，且不产生二次污染，是大自然馈赠给我们的“绿色”的治理环境的利器。
实践中，特别是在大型工业化的应用中，例如，水处理、工业尾气/废气处理等应用中，通常需要根据当前的工艺状况，对臭氧浓度和产量(流量)进行实时控制和调节。臭氧投放少了达不到应用的效果，过多的投放则会造成臭氧的逸出，对环境造成新的污染。为此，臭氧发生器厂家通常提供一种被称之为“臭氧尾气消解器”或“臭氧尾气破坏器”的装置，以供用户将逸出的、多于的臭氧尾气还原为氧气。然而，该方案的缺陷在于：用户不仅需要购置新的设备，还需要消耗额外的能源去“破坏”本身已消耗了大量的能源才制造出来的臭氧，加大了用户的运营成本。因此，有必要开发一种能够控制臭氧生产过程中的臭氧浓度和产量，以及应用过程中能够控制臭氧精确投放的智能化臭氧制备及分配系统。
CN103392290A《具有精确控制的臭氧生产系统》中公开了一种对输出信号提供改良控制的直流电源。其由交流电源产生的输入信号通过固态继电器接收和斩波，在通过“LC”(电感线圈-电容器)或者“CLC”(电容器-电感线圈-电容器)滤波器滤波之前，斩波后的信号通过桥式整流器整流，然后，输出信号用作直流电源信号。所述电源可用于各种类型的臭氧生产系统中。该技术方案试图通过调节电源来控制臭氧的输出。然而，臭氧的产生是一种复杂的过程，决定臭氧浓度和产量的不仅仅是电源的输出。因此，该技术并不适用于大型工业化应用场合。
CN204873830U《一种可快速调节臭氧浓度的臭氧发生装置》中公开了一种可快速调节臭氧发生浓度的臭氧发生装置，其包括配气装置和两组臭氧发生装置，且两组臭氧发生装置并联在电路中，对两个并联的臭氧发生装置分别进行开闭，产生的臭氧浓度会瞬间发生变化，适用于对实验室臭氧标气的研究。
CN102267687A《一种适应性智能臭氧发生器控制方法》中公开了一种通过检测水压，按照臭氧发生器与浓度的近似关系，根据臭氧发生装置的臭氧产生最大能力，通过适应性智能方法控制臭氧产生量及控制出水量，是一种适用于家用臭氧机的简易装置。
CN201525751U《智能臭氧发生器》中公开了一种智能臭氧发生器，其由箱体、臭氧发生管、电路控制系统、变压器、控制面板等组成，箱体内的臭氧发生管连接电路控制系统，且所述电路控制系统包括整流电路、半桥逆变电路、控制电源电路、稳压电路、恒电流调节电路和高频驱动电路，但其仅是一种使用臭氧发生管的简易装置。
US8,980,189B2《臭氧供应系统》中公开了一种用于去除原材料气体供给部分中的水分的装置，使供给到臭氧供气系统的原材料气体中的水分含量减少，并且提供臭氧气体输出流量管理单元，其被配置为接收来自多个无氮臭氧发生单元的多路臭氧气体输出，并由多个臭氧气体控制阀对两路或多路臭氧气体输出流量进行控制。
US9,186,647B2《臭氧产生单元以及臭氧供应系统》中公开了一种集成了从原料气体输入端口到臭氧气体输出端口诸多元件的臭氧发生器单元以及由所述单元构成的臭氧供应系统。在该单元中，其气路集成块拥有多条内部管路，该多条内部管路连接到臭氧发生器、控制装置、原料气体供应口、臭氧气体输出口和冷却水入口/出口端口，从而，从原料气体输入管路到臭氧气体输出管路均被集成到一个单元之中。原始气体输入管路从臭氧发生器延伸，经过气体过滤器、臭氧浓度计和流量控制器，到臭氧气体输出端口。
ZL2016201589770《一种智能化大型板式模块化臭氧发生器机组》中公开了一种可用于大型系统的智能化臭氧发生器机组，代表了一种智能化臭氧发生器机组的研究趋势。
臭氧发生器作为一个传统行业，在信息化时代，以致工业4.0时代，传统行业如何转型，更好地适应时代的要求，是值得探讨的课题。由以上的专利文献可知，目前针对臭氧发生器的研究多局限于局部控制、开环控制、单因素闭环控制等；采用系统设计的方法、智能化的方法对臭氧发生过程以及应用过程进行全面监控和管理，实现臭氧生产、分配、投放的有序控制，并根据应用系统反馈的信息实时调整臭氧生产的产量和浓度，具有重要的理论价值和实践价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种系统化、智能化的大型臭氧系统，其可对臭氧生产过程以及应用过程进行全面监控和管理，实现对臭氧生产、分配、投放的有序控制。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种大型智能化臭氧系统，包括工作站子系统以及通过总线分别与所述工作站子系统相连的臭氧机组群、工况子系统以及执行子系统，其中：所述臭氧机组群中包括至少一个臭氧机组，所述工况子系统包括气源单元以及冷却单元，所述执行子系统包括臭氧分配单元；其中，所述臭氧机组群中的各个臭氧机组的氧气入口与臭氧出口分别与所述气源单元的氧气出口以及臭氧分配单元的臭氧入口相连，所述冷却单元的冷却液出口分别与所述臭氧机组群中的各个臭氧机组的冷却液入口相连，且所述各个臭氧机组的冷却液出口与所述冷却单元的冷却液入口相连。
优选的是：所述臭氧机组包括受控于所述工作站子系统的电控单元以及受控于所述电控单元的至少一组臭氧发生器模块，其中，所述臭氧发生器模块包括至少一组并联设置的介质阻挡放电组件以及与其相连的电源。
优选的是：每一臭氧发生器模块的氧气入口、臭氧出口、冷却液入口以及冷却液出口与相应的臭氧机组的氧气入口、臭氧出口、冷却液入口以及冷却液出口之间设有监控组件。
优选的是：所述监控组件包括臭氧浓度计、流量计、温度计、压力计中的至少一种。
优选的是：所述臭氧机组群和所述臭氧分配单元之间还设有臭氧母管。
优选的是：所述臭氧机组群所产生的臭氧经臭氧母管汇集后进入到臭氧分配单元和/或所述臭氧机组群所产生的臭氧直接进入到所述臭氧分配单元。
优选的是：所述臭氧分配单元包括与工作站子系统相连的控制单元以及受控于所述控制单元的至少一组并联设置的臭氧分配组件，其中，所述臭氧分配组件包括流量计以及相应的控制阀。
优选的是：所述臭氧分配组件通过相应的阀门与所述臭氧母管直接相连，或者，所述臭氧分配组件与臭氧机组群中的各个臭氧机组分别对应相连。
优选的是：所述工况子系统还包括环境监测单元以及低压配电单元。
优选的是：所述执行子系统还包括混合器或反应器、传感器或变送器以及控制器。
本发明的有益效果在于，本发明采用系统化、智能化的设计，通过传感器以及其它控制组件的设置，采集现场数据，实时调整所属设备的工作状况，从而调整臭氧生产的产量和浓度；通过智能化的臭氧分配单元实现多路不同浓度、不同流量的精确分配；系统的每一节点以“感知-通讯-执行”、“感知-判断-执行”以及“相互协同”的机制工作，可有效控制臭氧制备、分配以及投放的每一环节及节点，系统工作稳定，自动化程度高，节省能源，与应用系统高度耦合。
附图说明
图1示出了本发明所述大型智能化臭氧系统的结构方框图；
图2示出了本发明所述大型智能化臭氧系统的气、水、电的连接示意图；
图3示出了本发明所述臭氧机组的方框图；
图4示出了本发明所述大型智能化臭氧系统的臭氧分配单元及其与臭氧机组之间的连接方式；
其中：所述各图中，代表气、水管线；□表示气、水管线接口；○表示接线端子；表示线束、电缆；——表示管线、表示数据线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
如图1所示，本发明所述的大型智能化臭氧系统，包括：工作站子系统、臭氧机组群、工况控制子系统以及执行子系统。其中，所述臭氧机组群、工况控制子系统以及执行子系统均通过现场工业总线与所述工作站子系统相连。此外，本发明所述的大型智能化臭氧系统还可包括应用系统，所述工作站子系统可通过总线接入企业网并与应用系统相连。
在本发明中，所述工作站子系统中可包括但不限于：服务器、工作站、PLC控制单元等本领域已知的操作组件/单元，在此不再赘述。所述臭氧机组群中包括至少一个臭氧机组，并且，当所述臭氧机组群中包括两个以及两个以上的臭氧机组时，所述两个以及两个以上的臭氧机组采用并联的方式设置于所述智能臭氧系统中。所述工况控制子系统可包括气源单元、冷却单元、环境监测单元以及低压配电单元。所述执行子系统包括臭氧分配单元，优选地，所述执行子系统中还可以包括与臭氧分配单元出口与待处理介质管线交汇的混合器或反应器、用于采集现场数据的传感器或变送器以及用于调整现场工艺参数的控制器等。
如图2所示，所述臭氧机组群中的各臭氧机组的氧气入口与气源单元的氧气出口相连，各臭氧机组的臭氧出口与臭氧分配单元的臭氧入口相连，而臭氧分配单元的臭氧出口可根据需求与所述混合器或反应器的臭氧入口和/或应用系统相连。所述冷却单元的冷却液出口与各臭氧机组的冷却液入口相连，来自于冷却单元的冷却液在各组臭氧机组中经过热交换后，通过各组臭氧机组的冷却液出口送出并返回至所述冷却单元中，此外，所述冷却单元的入口还与外部的补充冷却液管道相连。在本发明中，所述气源单元可使用其它单独的冷却单元，但优选与臭氧机组共用冷却单元。此外，所述环境监测单元包括各种监控组件，包括但不限于分布在现场的臭氧浓度计、温度计、风扇以及报警器等，用于实时监测周围环境中泄露臭氧浓度、环境温度、环境湿度等，并报告给工作站子系统；所述低压配电单元用于向整个系统提供相应的电力。
如图3所示，本发明所述的臭氧机组100，其包括配电单元101、受控于所述工作站子系统的电控单元102以及至少一组智能臭氧发生器模块103。其中，所述智能臭氧发生器模块103包括介质阻挡放电(DBD)组件以及与其放电室相连的电源，所述电源优选内嵌CPU的高频/高压电源，所述介质阻挡放电组件可采用本领域已知的任何适用于产生臭氧的DBD组件，在此不再赘述。所述配电单元101为整个臭氧机组100提供相应的电力，而所述电控单元102根据工作站子系统的指令、预设的参数以及所采集的数据等，实现对所述臭氧机组100的实时控制。在本发明中，当设置有两组或两组以上的所述智能臭氧发生器模块103时，各组智能臭氧发生器模块103采用并联的设置，且每组智能臭氧发生器模块103还可各自配置开关104以及与电控单元102相连的数据接口，进而在所述电控单元102的控制下，通过开关104和数据通讯实现对每组智能臭氧发生器模块103的单独控制。进一步地，每组智能臭氧发生器模块103的氧气入口、臭氧出口、冷却液入口以及冷却液出口与臭氧机组的公共氧气入口、公共臭氧出口、公共冷却液入口以及公共冷却液出口之间还分别设有用于监控所述智能臭氧发生器模块103的相应状态的监控组件109、110、111、112。所述监控组件109-112可以是浓度传感器、流量计、压力传感器、温度计、压力计、电动阀、止回阀等。例如，对进入所述智能臭氧发生器模块103的氧气进行监控的氧气浓度传感器、氧气流量计、压力传感器、温度计、压力计等；对流出所述智能臭氧发生器模块103的臭氧进行监控的臭氧浓度计、温度计、压力计等；对进入所述智能臭氧发生器模块103的冷却液进行监控的温度计、压力计、流量计等；对流出所述智能臭氧发生器模块103的冷却液进行监控的温度计等。此外，每组智能臭氧发生器模块103还分别设置有相应的控制阀，如，用于控制进入所述智能臭氧发生器模块103的冷却水流量的球阀105以及电动阀106，用于控制进入所述智能臭氧发生器模块103的氧气流量的球阀107以及电动阀108等。此外，所述臭氧机组100还可设有受控于所述电控单元102的至少一台风扇113，以及，用于检测机柜内臭氧泄露的第一传感器114、用于检测机柜内温度的第二传感器115和用于检测机柜内湿度的第三传感器116等。
本发明如上所述的大型智能化臭氧系统，各节点按照“感知-通讯-执行”、“感知-判断-执行”以及“相互协同”的机制工作，运行过程中，在工作站子系统的控制下，来自气源单元的氧气在相应阀门的控制下经管道进入到各个臭氧机组群的DBD组件中，在等离子状态下变为臭氧和氧气的混合气体，随后经臭氧机组群的臭氧出口送出。与此同时，来自于冷却单元的冷却液在阀门的作用下经管道进入到DBD组件的换热通道中，换热后的冷却液经管道被送回至冷却单元中。在本发明中，臭氧机组群所产生的臭氧可在相应的阀门控制下经管道送入到臭氧分配单元中，特别地，如图4所示，所述臭氧机组群和所述臭氧分配单元之间还可设置臭氧母管400，所述臭氧机组群所产生的臭氧可先在阀门401的作用下经管道先汇集到臭氧母管400中后再在阀门403的作用下进入到臭氧分配单元中，或者，所述臭氧机组群所产生的臭氧可在阀门402的作用下直接进入到臭氧分配单元中；再或者，所述臭氧机组群所产生的臭氧还可同时采用如上所述的两种方式进入到臭氧分配单元中，亦即，部分臭氧机组所产生的臭氧先汇集到臭氧母管400中再进入到臭氧分配单元中，而部分臭氧机组所产生的臭氧则直接进入到不同的臭氧分配单元中，从而实现更加灵活的臭氧分配与投放。在本发明中，所述臭氧分配单元可包括与工作站子系统相连的控制单元以及受控于所述控制单元的多组臭氧分配组件，优选地，所述多组臭氧分配组件并联设置，并与所述臭氧机组群中的各个臭氧机组对应连接。其中，所述臭氧分配组件可包括流量计405以及相应的控制阀404，所述控制单元根据工作站子系统的指令，通过相应的阀门的控制，将来自于臭氧机组的臭氧分配至所述混合器或反应器和/或应用系统中。
本发明如上所述的大型智能化臭氧系统，可具有与不同的臭氧产率相适应的多种规格，例如，10kg/h、100kg/h、200kg/h等，在实际用用过程中，可根据需求选择合适规格和数量的臭氧机组以及相应的臭氧分配单元，以构建不同规格的智能化臭氧系统。系统的自动化程度高，可实现稳定、可靠的运行，可准确控制臭氧生产的产量、质量，并可实现多路不同浓度、不同流量的臭氧分配与投放。
本发明已通过优选的实施方式进行了详尽的说明。然而，通过对前文的研读，对各实施方式的变化和增加也是本领域的一般技术人员所显而易见的。申请人的意图是所有这些变化和增加落在了本发明权利要求的保护范围中。
相似的编号通篇指代相似的元件。为清晰起见，在附图中可能有将某些线、层、元件、部件或特征放大的情况。
本文中使用的术语仅为对具体的实施例加以说明，其并非意在对本发明进行限制。除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)均与本发明所属领域的一般技术人员的理解相同。还须明确的是，除在本文中有明确的定义外，诸如字典中通常定义的术语应该解释为在本说明书以及相关技术的语境中可具有一致的意思，而不应解释的理想化或过分形式化。公知的功能或结构出于简要和清楚地考虑或不再赘述。

Claims (10)

1.一种大型智能化臭氧系统，包括工作站子系统以及通过总线分别与所述工作站子系统相连的臭氧机组群、工况子系统以及执行子系统，其特征在于：所述臭氧机组群中包括至少一个臭氧机组，所述工况子系统包括气源单元以及冷却单元，所述执行子系统包括臭氧分配单元；其中，所述臭氧机组群中的各个臭氧机组的氧气入口与臭氧出口分别与所述气源单元的氧气出口以及臭氧分配单元的臭氧入口相连，所述冷却单元的冷却液出口分别与所述臭氧机组群中的各个臭氧机组的冷却液入口相连，且所述各个臭氧机组的冷却液出口与所述冷却单元的冷却液入口相连。
2.根据权利要求1所述的大型智能化臭氧系统，其特征在于：所述臭氧机组包括受控于所述工作站子系统的电控单元以及受控于所述电控单元的至少一组臭氧发生器模块，其中，所述臭氧发生器模块包括至少一组并联设置的介质阻挡放电组件以及与其相连的电源。
3.根据权利要求2所述的大型智能化臭氧系统，其特征在于：每一臭氧发生器模块的氧气入口、臭氧出口、冷却液入口以及冷却液出口与相应的臭氧机组的氧气入口、臭氧出口、冷却液入口以及冷却液出口之间设有监控组件。
4.根据权利要求3所述的大型智能化臭氧系统，其特征在于：所述监控组件包括臭氧浓度计、流量计、温度计、压力计中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的大型智能化臭氧系统，其特征在于：所述臭氧机组群和所述臭氧分配单元之间还设有臭氧母管。
6.根据权利要求5所述的大型智能化臭氧系统，其特征在于：所述臭氧机组群所产生的臭氧经臭氧母管汇集后进入到臭氧分配单元和/或所述臭氧机组群所产生的臭氧直接进入到所述臭氧分配单元。
7.根据权利要求1或6所述的大型智能化臭氧系统，其特征在于：所述臭氧分配单元包括与工作站子系统相连的控制单元以及受控于所述控制单元的至少一组并联设置的臭氧分配组件，其中，所述臭氧分配组件包括流量计以及相应的控制阀。
8.根据权利要求7所述的大型智能化臭氧系统，其特征在于：所述臭氧分配组件通过相应的阀门与所述臭氧母管直接相连，或者，所述臭氧分配组件与臭氧机组群中的各个臭氧机组分别对应相连。
9.根据权利要求1-6中任意一项或权利要求8所述的大型智能化臭氧系统，其特征在于：所述工况子系统还包括环境监测单元以及低压配电单元。
10.根据权利要求1-6中任意一项或权利要求8所述的大型智能化臭氧系统，其特征在于：所述执行子系统还包括混合器或反应器、传感器或变送器以及控制器。
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