集成式臭氧发生单元与装置
技术领域
本发明属于臭氧发生器技术领域,涉及板式臭氧发生装置。
背景技术
随着经济发展,人类对水的污染越来越严重。人类面临如何对其产生的污染妥善处理的问题。大部分有机污染物可以通过微生物降解的方法除去,一些污染物难以被微生物降解,可以通过臭氧将这些难降解污染物氧化成易降解污染物,再利用微生物降解。当然臭氧本身是有机物污染物无害化,污水脱色、水消毒、气体消毒、气体脱色除味等的有效手段。
臭氧一般需要就地产生,因此臭氧发生器技术的发展将对人类未来污水处理技术的提高起到至关重要的作用。
目前国际市场上臭氧发射器以管式为主。相对而言,板式臭氧发射器工作电压更低,更节能,臭氧浓度更高,体积更小,技术优势明显。然而由于材料及结构设计问题,版式臭氧发生器的这些优势目前没有得到有效的发挥。
美国专利2345798(1944)揭示了板式臭氧发射器技术的基本构造,包括一密封外壳和多个包含在该外壳内的臭氧发生单元。每个臭氧发生单元包括一对高压电极板,一对介电板,一对铝质或其他导电金属地电极板和一对臭氧收集盒体。金属线网高压电极板与电介板铸成一体;介电板是玻璃或其他介电材料,在介电板与地电极板之间有多个间隔条,这些间隔条形成了在介电板与地电极板之间的条状空间是臭氧生成电离气隙空间。地电极板是长方形铝或其他合适的导电金属板。美国专利3081215(1963)指出介电板材料可以是玻璃、云母或陶瓷。美国专利4892713(1990)指出类似的间隔条由介电材料制成。这些已知技术奠定了板式臭氧器电离室的技术基础:即电离室包含地电极板、高压电极板、在地电极板和高压电极板之间的介电板和多个间隔条,其中介电板在地电极板侧或高压电极板侧。
中国专利(2005100445491)揭示了一种组合板式高频大型臭氧发生器,由数个臭氧发生小单元并联而成。该组合式臭氧发生器每个臭氧发生小单元均设有对外独立连接的冷却进水口、冷却出水口、进气口和出气口。该臭氧发生小单元包括一弹性板,在该弹性板两侧对称分布一铝合金双层复合高压电极板、6片导热垫片(即间隔条)、一个紧贴地电极的陶瓷片介电体、一个地电级;另外还包括在两个在地电极板板面平行方向两个侧面分别设置的端部密封件,在另外两个地电极板板面平行方向的两个侧面分别设置的一个进气盒和一个出气盒等。该臭氧发生小单元条形进气盒和出气盒与地电极板和端部密封件之间密封困难,虽然可以通过多达15个臭氧发生小单元组合形成约每小时1.5公斤的臭氧产量,但是多达60 个对外管路连接,不易大型化,制造成本高。中国专利申请(2013100979135)提出了在地电极板上设一体化的凸条和凹槽代替间隔条的技术方案,任然没有解决臭氧发生装置对外接口过多、进气盒和出气盒与地电极板和端部密封件之间密封困难等技术问题。
中国专利申请(2015203005914)涉及一种高效模块化平板式臭氧发生放电单元,是由开始集成式地电极、水路前盖板、水路密封后盖板、气路堵头、水路接头、臭氧接头、内密封环、外密封环、内环密封隔断垫、复合高压电极介电质板、密封隔断通气垫、结束集成式地电极、水路环形O形密封圈等零部件组成。该技术方案揭示的复合高压电极介电质板之导电白银图层为六横一纵,其中纵向银图层投影与地极板上的六个突出导电密封条中间部分重叠,该重叠处电阻最低,有产生无功放电风险;该技术方案每个放电单元均在开始集成式地电极和结束集成式地电极的侧面设有对外的两个水路接头、一臭氧接头和一进气接头,在多个放电单元集成时对外接头过多;其中开始集成式地电极和结束集成式地电极只有单面放电,效率较低。中国专利(2015206160625)涉及一种模块化板式等离子臭氧发生器,该发生器由高压电极盒总成、24组放电单元总成、氧气管路总成、臭氧管路总成冷却水进水管总成、冷却水回水管总成、发生器前支撑总成、发生器后支撑总成等构成。其中每个放电单元均与氧气管路总成、臭氧管路总成冷却水进水管总成、冷却水回水管总成分别独立连接,24组放电单元总共有96个接头,连接可靠性降低;同时氧气管路总成、臭氧管路总成冷却水进水管总成、冷却水回水管总成占据了较大体积。
中国专利(2014104234130)揭示了一种组合式板式臭氧发生器,将多个介质阻挡放电模块组合到一起,大大减少了臭氧发生器对外接口。所述介质阻挡放电模块,包括带密封圈的一体化高压电极体、带有阻挡介质层的地电极和电源引接件,所述的带密封圈的一体化高压电极体封装在所述带有阻挡介质层的地电极边框内,所述电源引接件安装在所述带有阻挡介质层的地电极上。其中地极板两面为非对称结构。其中一体化高压电极体与带有阻挡介质层的地电极直接接触,该接触面电阻最低,有内部漏电的风险。
中国专利申请(2016102431909)揭示的臭氧发生单元地极板由金属板A、金属板B和位于二者之间多个密封圈压紧组成,金属板A和金属板B相对面设有电离室,电离室分别与进气孔和出气孔联通;气室密封圈和液路密封圈将电离室与冷却液通道密封隔离。该技术方案虽然解决了减少臭氧发生装置对外接口多的问题,但是采用金属板A和金属板 B组合的地极板存在易变形等问题。
中国专利申请(2015101108130)揭示一种用于电晕放电的接地电极组件,包括包含有单板的板组件,其特征在于,所述板组件中设有由相邻单板通过密封连接件密封连接组成的高压电极室、设置在所述高压电极室周围的水通道和与所述高压电极室连通的气通道,所述气通道与外界连接的通道有进气端和出气端,所述水通道与外界连通的通道有进水端和出水端,所述单板中具有的内水通道为单向连通通道。该技术方案将接地电极组件的进水端和出水端设置在端板侧面,所述单板中具有的内水通道为单向连通通道,该种通道在大型化组合时通道狭长,水主力过大,同时冷却水先流经距进水端最近单板的全部流道,再流入下一单板的全部流道,最后流入出水端单板的全部流道,造成出水端单板温度过高问题;另外其单板加工工艺复杂,成本较高。
已知技术中气体电离室均由间隔条或凸条/凹槽限定,气体呈直线运动,缺乏扰动和混合,因此不利于臭氧分子的扩散、界面效应明显、不利于气体成分的均质化、不利于热量的传导,因此影响臭氧生成效率。
总之,已知技术中有对外接口过多问题,地极板结构复杂且制造成本过高问题,内部无功放电风险问题、电离室气体缺乏扰动和混合问题、金属板A和金属板B组合的地极板存在易变形等问题。
发明内容
本发明的目的是解决已知技术中有对外接口过多问题,地极板结构复杂且制造成本过高问题,电离室内部无功放电问题、电离室气体缺乏扰动和混合问题、金属板A和金属板B组合的地极板存在易变形等问题。
为了达到上述目的,集成式臭氧发生单元及装置采用以下技术方案。
集成式臭氧发生单元,包括一个经过防腐处理的两面对称的金属地极板,在该地极板两侧对称分别各设置的一个高压极板和一个密封板;其中所述地极板板面对角处分别设有进气口和出气口,所述地极板板面另外对角处分别设有进水口和出水口;在所述进气口、出气口、进水口、出水口周围,在地极板板面两侧均设有密封圈槽;在地极板板面两侧中间部分各设有一个密封槽,该密封槽有一个对外开放的接线槽;在密封槽内设有一个电离槽,在所述电离槽两侧设有进气槽和出气槽,所述进气槽和出气槽分别与所述进气口和出气口通过进气暗道和出气暗道联通;所述电离槽表面设有多个等高间隔岛;所述地极板内部设有至少一个蛇形冷却水通道,该冷却水通道由地极板内部的穿孔、与所述穿孔联通在地极板两端的联通槽、多个位于联通槽周围的侧面密封圈槽内的密封圈和位于地极板两侧的密封盖组成,所述密封盖通过多个螺丝与地极板主体结合,并通过位于所述侧面密封圈槽的多个密封圈将所述联通槽对外密封;所述蛇形冷却水通道两端分别与所述进水口和出水口通过进水暗道和出水暗道联通;在地极板板面边缘设有多个螺栓孔,在地极板侧面设有接地螺孔。
所述高压极板包括一个介电板和位于介电板背对地极板一面涂覆的导电层,该导电层尺寸略小于所述介电板,该导电层中间设有多个非导电岛,其中所有非导电岛与所述地极板电离槽中设置的间隔岛位置和形状相对应,非导电岛尺寸略大于间隔岛尺寸;所述导电层除非导电岛以外区域和相互联通,所述导电层与至少一根高压线连接,所述高压线穿透所述密封板经接线槽密封并对外绝缘联接;所述高压极板外形尺寸大于所述电离槽且小于所述密封槽。
所述密封板面对地极板一侧设有一高压极板槽,所述高压极板被镶嵌在该高压极板槽内;密封板背对地极板一侧设有多个弹性凸岛,该弹性凸岛的位置和形状与所述高压极板上非导电岛的位置和形状对应,尺寸略小;所述密封板形状尺寸恰好可以紧密镶嵌在地极板面设置的密封槽内,所述密封板在集成式臭氧发生装置集成时被压紧,并实现所述电槽对外部的密封,同时通过所述弹性岛将所述高压极版压紧定位。
一种集成式臭氧发生装置,依次包括一个端板、一个密封板、至少一个集成式臭氧发生单元、一个密封板、一个端板;还包括多个密封圈、多套压紧螺栓和螺母、至少一个接线盒、至少一个接地联排;所述端板边缘设置多个螺栓孔;所述一个端板、一个密封板、至少一个集成式臭氧发生单元、一个密封板、一个端板和镶嵌在所述多个密封圈槽内的多个密封圈,通过多套螺栓和螺母压紧,同时将所述集成式臭氧发生单元中的密封板与地极板压紧密封;至少一个所述端板上与所述集成式臭氧发生单元地极板上设置的进气口和出气口对应位置分别设有一个进气接口和出气接口;至少一个所述端板上与所述臭氧发生单元地极板上设置的进水口和出水口对应位置分别设有一个入水接口一个出水接口;任一端板与臭氧发生单元之间、多个臭氧发生单元之间设有多个密封圈实现进气接口与臭氧发生单元地极板上设置的进气口的密封连接、出气接口与臭氧发生单元地极板上设置的出气口的密封连接、水进接口与臭氧发生单元地极板上设置的进水口的密封连接、以及水出接口臭氧发生单元地极板上设置的进水口的密封连接;集成式臭氧发生单元的高压线以绝缘方式接入接线盒;臭氧发生单元与接地联排通过接地螺孔导电连接接地。
所述端板内侧面还设有与所述密封板形状尺寸契合的端板凹槽,所述端板凹槽内与所述密封板一面设置的高压极板槽形状尺寸契合的端板凸台,所述端板凹槽和端板凸台用于对所述密封板定位和压紧密封。
所述集成式臭氧发生装置有益效果是:在一体化地极板上四角设置进气口、出气口、进水口和出水口,用以使得臭氧发生装置的对外分别只有一个进气接口、一个出气接口、一个进水口和一个出水接口,有利于大型化;采用地极板的电离槽内设置间隔岛,完全避免了高压极板导电涂层投影与间隔条的重叠,避免内部漏电,提高电效率;采用地极板的电离槽内设置间隔岛,提高电离室气体扰动和混合;简化地极板结构,有利于降低制造成本;一体化地极板不易变形。
附图说明
图1集成式臭氧发生单元地极板分解立体结构示意图
图2集成式臭氧发生单元地极板俯视示意图
图3集成式臭氧发生单元地极板图2AA剖面图
图4集成式臭氧发生单元分解立体结构示意图
图5集成式臭氧发生装置主体分解立体结构示意图
图6集成式臭氧发生装置外观示意图
图中,100.地极板,101.密封圈槽,111.进气口,112.出气口,113.进气暗道,114.出气暗道,115.工艺孔封堵,121进水口,122出水口,123.穿孔,124.联通槽,125.密封盖,126.侧面密封圈槽,127.进水暗道,128.出水暗道,129.螺丝,130.密封槽,131.接线槽,133.密封水线,140.电离槽,141.进气槽,142.出气槽,145.间隔岛,146气栅,200.高压极板,210.介电板,220.导电层,245.非导电岛,300.密封板,310.高压极板槽,345.弹性凸岛,360.密封水线,400.集成式臭氧发生单元,500.集成式臭氧发生装置,510.端板,511. 进气接口,512.出气接口,521.入水接口,522.出水接口,530.密封圈,540.端板凹槽,550. 端板凸台,601.高压线,602.接线盒,603,接地联排,604.接地螺孔,700.螺栓孔,701. 螺杆,702.螺母
具体实施方式
参见图1-3,集成式臭氧发生单元(400),包括一个经过防腐处理两面对称的金属地极板(100),在该地极板(100)两侧对称分别各设置的一个高压极板(200)和一个密封板(300);其中所述地极板(100)板面对角处分别设有进气口(111)和出气口(112),所述地极板(100)板面另外对角处分别设有进水口(121)和出水口(122);在所述进气口(111)、出气口(112)、进水口(121)、出水口(122)周围,在地极板(100)板面两侧均设有密封圈槽(101);在地极板(100)板面两侧中间部分各设有一个密封槽(130),该密封槽(130)有一个对外开放的接线槽(131);在密封槽(130)内设有一个电离槽(140),在所述电离槽(140)两侧设有进气槽(141)和出气槽(142),所述进气槽(141)和出气槽(142)分别与所述进气口(111)和出气口(112)通过进气暗道(113)和出气暗道 (114)联通;所述电离槽(140)表面设有多个等高间隔岛(145);所述地极板(100) 内部设有至少一个蛇形冷却水通道,该冷却水通道由地极板(100)内部的穿孔(123)、与所述穿孔(123)联通在地极板两端的联通槽(124)、多个位于联通槽(124)周围的侧面密封圈槽(126)内的密封圈和位于地极板两侧的密封盖(125)组成,所述密封盖(125) 通过多个螺丝(129)与地极板(100)主体结合,并通过位于所述侧面密封圈槽(102) 的多个密封圈将所述联通槽(124)对外密封;所述蛇形冷却水通道两端分别与所述进水口(121)和出水口(122)通过进水暗道(127)和出水暗道(128)联通;在地极板(100) 板面边缘设有多个螺栓孔(700),在地极板(100)侧面设有接地螺孔(604);
地极板侧面还包括至少一个工艺孔封堵(115)。
该地极板(100)采用一体化设计,避免了两块金属板带来的变形问题;在一体化地极板(100)上四角设置进气口(111)、出气口(112)、进水口(121)和出水口(122),多个地极板(100)可以通过位于期间的密封圈(530)形成进气通道、出气通道、进水通道和出水通道,使得臭氧发生装置的对外分别只有一个进气接口、一个出气接口、一个进水口和一个出水接口,有利于大型化。
所述高压极板(200)包括一个介电板(210)和位于介电板(210)背对地极板(100)一面涂覆的导电层(220),该导电层(220)尺寸略小于所述介电板(210),该导电层(220) 中间设有多个非导电岛(245),其中所有非导电岛(245)与所述地极板(100)电离槽(140) 中设置的间隔岛(145)位置和形状相对应,非导电岛(245)尺寸略大于间隔岛(145) 尺寸;所述导电层(220)除非导电岛(245)以外区域相互联通,所述导电层(220)与至少一根高压线(601)连接,所述高压线(601)穿透所述密封板(300)经接线槽(131) 绝缘密封对外联接;所述高压极板(200)外形尺寸大于所述电离槽(140)且小于所述密封槽(130)。
所述密封板(300)面对地极板(100)一侧设有一高压极板槽(310),所述高压极板(200)被镶嵌在该高压极板槽(310)内;密封板(300)背对地极板(100)一侧设有多个弹性凸岛(345),该弹性凸岛(345)的位置和形状与所述高压极板(200)上非导电岛(245)的位置和形状对应,尺寸略小;所述密封板(300)形状尺寸恰好可以紧密镶嵌在地极板(100)面设置的密封槽(130)内,所述密封板(300)在集成式臭氧发生装置集成时被压紧,并实现所述电槽(140)对外部的密封,同时通过所述弹性岛(345)将所述高压极版(200)压紧定位。
所述集成式臭氧发生单元(400)摒弃已知技术中间隔条或地极板凸条设计,在地极板(100)的电离槽(140)内设置间隔岛(145),并与高压极版(200)上设置的非导电岛温和,完全避免了高压极板导电层投影与间隔条的重叠,避免内部漏电,提高电效率;采用地极板的电离槽内设置间隔岛,提高电离室气体扰动和混合;简化地极板结构,有利于降低制造成本。
所述地极板(100)电离槽(140)表面上进气槽(141)和出气槽(142)内边缘处还设有气栅(146),用于均匀分配进气和出气。
所述密封板(300)周围设置至少一个突出的密封水线(360),用于强化密封板(300) 的密封效果。
参见图4-5,一种集成式臭氧发生装置,依次包括一个端板(510)、一个密封板(300)、至少一个集成式臭氧发生单元(400)、一个密封板(300)、一个端板(510);还包括多个密封圈(530)、多套压紧螺栓(701)和螺母(702)、至少一个接线盒(602)、至少一个接地联排(603);所述端板(510)边缘设置多个螺栓孔(700);所述一个端板(510)、一个密封板(300)、至少一个集成式臭氧发生单元(400)、一个密封板(300)、一个端板 (510)和镶嵌在所述多个密封圈槽(101)内的多个密封圈(530),通过多套螺栓(701) 和螺母(702)压紧,同时将所述集成式臭氧发生单元(400)中的密封板(300)与地极板(100)压紧密封;至少一个所述端板(510)上与所述集成式臭氧发生单元(400)地极板(200)上设置的进气口(111)和出气口(112)对应位置分别设有一个进气接口(511) 和出气接口(512);至少一个所述端板(510)上与所述臭氧发生单元(400)地极板(200) 上设置的进水口(121)和出水口(122)对应位置分别设有一个入水接口(521)一个出水接口(522);任一端板(510)与臭氧发生单元(400)之间、多个臭氧发生单元(400) 之间设有多个密封圈(530)实现进气接口(511)与臭氧发生单元(400)地极板(200) 上设置的进气口(111)的密封连接、出气接口(512)与臭氧发生单元(400)地极板(200) 上设置的出气口(112)的密封连接、水进接口(521)与臭氧发生单元(400)地极板(200) 上设置的进水口(121)的密封连接、以及水出接口(522)臭氧发生单元(400)地极板(200)上设置的进水口(122)的密封连接;集成式臭氧发生单元(400)的高压线(601) 以绝缘方式接入接线盒(602);臭氧发生单元(400)与接地联排(603)通过接地螺孔(604) 导电连接接地。
所述端板(510)内侧面还设有与所述密封板(300)形状尺寸契合的端板凹槽(550),所述端板凹槽(540)内与所述密封板(300)一面设置的高压极板槽(310)形状尺寸契合的端板凸台(550),所述端板凹槽(540)和端板凸台(550)用于对所述密封板(300) 定位和压紧密封。
集成式臭氧发生装置结构更简单,集成化程度高,电效率高,制造成本低,有利于臭氧氧化技术的推广应用。