CN106966367A - 用于臭氧发生器的电极结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于臭氧发生器的电极结构。该电极结构包括:杆,该杆被配置为是绝缘体;管状电介质,该管状电介质同中心地包封该杆;内电极,该内电极包括第一填充物,该第一填充物有空隙地设置在该电介质与该杆之间;管状外电极,该管状外电极同中心地包封该管状电介质;以及第二填充物,该第二填充物有空隙地设置在该外电极与该电介质之间。
Description
本申请是申请号为201280006009.2、申请日为2012年01月16日、名称为“轻量型本质安全臭氧电极”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于臭氧发生器的电极结构。
背景技术
臭氧是用于含有若干氧化程度的元素的有机物质和无机化合物的强氧化剂。臭氧具有不同的应用领域,其中一个应用领域是臭氧在水处理中的应用。
从技术上讲,臭氧能够通过对含氧气体进行无声放电而产生。与火花放电形成对比,无声放电应当理解为稳定的等离子体放电或电晕放电。分子氧离解成原子氧。随后,活性氧原子在放热反应中自身结合至分子氧并且形成三原子分子,即臭氧。臭氧产量尤其取决于电场强度和操作温度。
此外,已经注意到对气体组成的依赖。对操作温度的依赖在于下述事实:臭氧在较高的温度下更迅速地再次分解为分子氧,并且由于在臭氧与分解臭氧之间的平衡所产生的移位,可获得的臭氧浓度较小。
同样地导致臭氧产量增加的较高磁场强度能够特别地通过减小间隙以及通过选择具有较高的相对介电常数的电介质来实现。掺杂质的玻璃或陶瓷材料用于具有较高的相对介电常数的电介质。然而,由陶瓷材料制成的电介质具有下述缺点:由陶瓷材料制成的电介质是非均质的并且在实践中与均质材料相比可以具有较低的介电击穿强度。此外,呈具有高的尺寸稳定性的模制件形式的高档陶瓷材料是非常昂贵的,并且较薄的电介质增加了介电击穿的风险。
由于不可避免的制造公差连同由于操作中的机械应力和热膨胀引起的弯曲和屈曲,已经存在针对减小间隙的限制。由于通过减小间隙宽度以及通过使用具有高介电常数的电介质而引起的磁场强度的增大导致了制造成本显著增加,此时,已经存在财力方面的限制。
从WO 93/16001已知上面提到的类型的装置。导电的、导热的并透气的结构由形成一系列的曲面的多个螺旋线圈形成,其中,在该结构与相邻的电极之间形成有电晕放电。先前已知的装置基本上是圆柱对称的。在所有实施方式中,该结构连同搁置在该结构内侧的导体形成内电极。所述导体是金属丝或管并且以机械的方式设置且定中心在管状电介质上。该结构本身是没有定中心任务的填充物。
从JP 1-51303已知上面提到的类型的装置,该类型的装置同样是基本上圆柱对称的。两个管通过外围垫片在中心抵靠彼此保持。所述垫片之间的环形间隙由描述为填充物材料的结构填充。这是以不规则的方式进行设置的——这不可避免地是具有填充物材料的情况——,并且其不具有以机械的方式将内管定中心在外管内侧的任务。
在两个引用的文献中,在电极结构的中间设置有作为用于填充物材料的支承的金属导体,该金属导体也用作与填充物材料进行电接触的电接触件。
在EP 0789666B1中公开了最接近的现有技术。所述文献描述了具有直接被冷却的外电极以及杆状金属内电极的臭氧发生器,其中,在外电极与内电极之间搁置有电介质。编织的金属丝网设置在电极与电介质之间,这首先提高了从原料气至被冷却的电极的热传递,并且其次呈现了多个用于无声放电的空腔。
导电的、导热的并透气的结构意味着在电极的强制冷却期间,由于放电以及由于原子与分子氧的放热反应所产生的热量也将在电极与电介质之间的间隙中被更好地传输,这是由于一方面,在电极与电介质之间存在直接的导热连接,以及另一方面,当至间隙内侧的所有点的传热路径减少时,与流动通过的气体热传递的面积大幅增加。由于臭氧具有随升高的温度再次分解的倾向使得依赖温度的平衡自身在臭氧含量与氧含量之间进行调节,因此有效的冷却能够减少臭氧的分解并且因此提高产量。
与包含氧气的气体和所产生的臭氧以几乎层流的方式流动通过的正常间隙形成对比,由于导电的、导热的并透气的结构,湍流被推入间隙中,结果,气体分子一次又一次地到达能够直接被冷却的电极的表面并且因而更好地进行散热。
由于在有效的臭氧发生器中所使用的材料和大量的电极结构,这种臭氧发生器非常重,这增加了材料成本和运输成本。同样,在外电极与内电极或因而以导电方式连接的网之间发生火花放电的情况下的特性是不理想的。由于电介质中的穿孔引起的故障通常导致电极杆与用作外电极的热交换管之间的短路,这导致整个臭氧发生器的关断。
发明内容
从该现有技术出发,本发明的根本问题是改进上面提到的类型的装置,使得该装置的整体重量降低并且使得该装置在发生故障的情况下的特性得到改善。
该问题通过根据本发明的一种用于臭氧发生器的电极结构来解决。
由于下述方面,整个电极结构可以设计成比现有技术中的电极结构轻:在用于臭氧发生器的具有管状外电极的电极结构——该管状外电极以距管状电介质一定距离的方式同中心地包封该管状电介质——中,其中,电介质以距杆一定距离的方式同中心地包封该杆,并且其中,在外电极与电介质之间的空隙中以及在电介质与杆之间的空隙中设置有填充物材料,杆是绝缘体。特别地,在发生由电介质中的穿孔引起的故障的情况下,该电极结构能够展现出本质上安全的电气特性,这是由于在故障期间,完全地由填充物材料组成的基本上较轻的内电极能够在不损坏基本上较大质量的外电极的情况下进行蒸发。尽管发生了故障,该臭氧发生器通常仍能够保持运转。
如果杆是实心的,则生产是特别容易的。杆也可以是中空的,这进一步降低了结构的重量。
如果杆是圆形的,则能够生产出特别结实的结构。然而,方形杆能够简化生产。
该杆优选地由技术玻璃制造,例如由杜兰或高硼硅玻璃制造。
填充物材料特别地由金属丝网制成,优选地由不锈钢制成。然而,在简单的应用中能够使用网或机织织物、网状织物或非结构化的线材。
如果位于电介质与杆之间的空隙中的填充物材料(5)设置有至供电电源的直接连接,则特别地能够实现特别紧凑的设计。
提供了一种用于臭氧发生器的电极结构,该电极结构包括:杆,该杆被配置为是绝缘体;管状电介质,该管状电介质同中心地包封该杆;内电极,该内电极包括第一填充物,该第一填充物有空隙地设置在该电介质与该杆之间;管状外电极,该管状外电极同中心地包封该管状电介质;以及第二填充物,该第二填充物有空隙地设置在该外电极与该电介质之间。
附图说明
下面通过使用附图对本发明的实施方式进行描述。
图1示出了用于臭氧发生器的电极结构的纵向截面图;以及
图2示出了图1中的电极结构的立体图。
附图标记说明
1.外电极
2.电介质
3.杆
4.编织的金属丝网
5.编织的金属丝网
6.流动方向
10.供电电源
具体实施方式
图1示出了用于臭氧发生器的电极结构的纵向断面图,该电极结构具有管状外电极1、同样为管状的电介质2和内部杆3。该结构具有旋转对称性。外电极1、电介质2和杆3相对于彼此同中心地设置。
编织的金属丝网4搁置在外电极1与电介质2之间以填充空隙。编织的金属丝网5相应地设置在电介质2与杆3之间,该编织的金属丝网5同样填充了电介质2与杆3之间的空隙。外电极1以已知的方式形成为不锈钢管,并且在操作期间从外部被冷却。机械构型设计成使得外电极1成为管束式热交换器的一部分,该管束式热交换器具有多个根据图1的电极结构,冷却用水围绕该管束式热交换器的外侧循环。
同样地,以已知的方式,电介质2是玻璃管。编织的金属丝网4和编织的金属丝网5优选地是由不锈钢金属丝网制成所谓的圆形空心绳索。这些部件从通用的现有技术已知。
设置在电极结构的中央的杆3为根据本发明的由例如玻璃或与氧和臭氧兼容的其他材料制成的绝缘体。如图1所示,杆3可以是实心的。
在操作期间,电极结构以已知的方式暴露至含有氧气的原料气,该原料气沿箭头6的方向穿过编织的金属丝网4和编织的金属丝网5。
图2以示意性立体图示出了图1的电极结构,其中,各个部件示出为在轴向方向上剖开。如图2所示,杆3也可以构造为管,例如玻璃管。
供电电源10被示意性地暗示,该供电电源10首先与外电极1接触,其次与网5接触。由供电电源10提供的工作电压在网4和网5的空腔中产生无声放电,这从沿箭头6的方向穿过网4和网5的氧气产生臭氧。
在图1和图2中示出的构型中,内电极仅由网5形成,而杆3作为绝缘体执行支承作用,从而保证电介质的内部由编织的金属丝网5均匀填充。杆3也能够有利于编织金属丝网5在电介质2中进行组装。
由此看来,构造为绝缘体的杆3与从现有技术已知的导电性不锈钢中心电极相比具有多个优点,而对电性能并且特别是对电极结构在臭氧产生方面的有效性水平不具有消极影响。构造为绝缘体的杆3的优点首先在于较轻的重量。通常使用的不锈钢具有约7,900km/m3的密度,而能够用于杆3的技术玻璃的密度被指定为2,230km/m3。由于在高效率的臭氧发生器中的大量电极,因此减轻了整体重量。
为用于臭氧产生的阻挡放电所需的导电表面能够减少至所需的最小尺寸。
重要方面在于外电极1与用作反电极5的编织的金属丝网之间的质量比。外电极由每米重约350g的不锈钢管制成,而反电极由具有约0.2mm的金属丝直径并且每米仅重约12g的不锈钢金属丝制成。因此,编织的金属丝网5明显比外电极1轻。用于外电极1和用于编织的金属丝网5的材料的热容量、熔化温度以及熔化能量或多或少是相同的。杆3在发生故障的情况下不涉及电处理并且在这方面能够忽略不计。
这意味着,在发生绝缘误差——该绝缘错误可能由于因机械应力在电介质2中产生的穿孔而引起——的情况下,电极结构将展示本质上安全的特性。如果在外电极1与编织的金属丝网5之间存在短路,则编织的金属丝网5由于上述质量比将通过火花放电被蒸发,直到在编织的金属丝网5与外电极1之间重新建立足够大的距离为止。外电极1由于其相当大的质量将不会被损坏或对处理造成不利地影响。因此,已损坏的电极能够保留在臭氧发生器中,并且不需要立即替换。如果金属导体用作中央杆3并且因而在电极结构的中央用作反电极,则不能够实现该本质上安全的特性。
技术玻璃为用于杆3的主要材料,杆3能够构造为实心圆杆、实心正方形杆或构造为管。电极结构的其他部件与上述通用的现有技术相对应,其中,供电电源10直接接触网,而在现有技术中,可以在中央电极处实现接触。
Claims (8)
1.一种用于臭氧发生器的电极结构,所述电极结构包括:
杆,所述杆被配置为是绝缘体;
管状电介质,所述管状电介质同中心地包封所述杆;
内电极,所述内电极包括第一填充物,所述第一填充物有空隙地设置在所述电介质与所述杆之间;
管状外电极,所述管状外电极同中心地包封所述管状电介质;以及
第二填充物,所述第二填充物有空隙地设置在所述外电极与所述电介质之间。
2.根据权利要求1所述的电极结构,其特征在于,所述杆是实心的。
3.根据权利要求1所述的电极结构,其特征在于,所述杆是中空的。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的电极结构,其特征在于,所述杆是圆形的。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的电极结构,其特征在于,所述杆由玻璃制成。
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的电极结构,其特征在于,所述第一填充物和所述第二填充物均由编织的金属丝网制成。
7.根据权利要求1-3中的任一项所述的电极结构,其特征在于,所述第一填充物设置有用于供电电源的连接。
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的电极结构,其特征在于,设置在所述电极结构的中央的所述杆(3)由玻璃或与氧和臭氧兼容的其他材料制成。
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