CN107406255A - 具有位置相关放电分布的臭氧发生器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种臭氧发生器，包括高电压电极(5)和至少一个对电极(1)，所述高电压电极(5)和至少一个对电极(1)限定间隙，至少一个电介质(2)布置在所述间隙内，并且气流沿流动方向通过所述间隙，所述高电压电极(5)和所述至少一个对电极(1)与电压源(7)连接，以产生无声放电，所述气流中布置有金属丝织物，所述金属丝织物的密度沿流动方向减小。
Description
技术领域
本公开涉及一种具有方案1的特征的臭氧发生器、一种具有方案8的特征的织物和一种具有方案13的特征的电极布置。
背景技术
通用臭氧发生装置包括多个臭氧发生器，该多个臭氧发生器以管束式热交换器的形式彼此平行地布置在两个管板之间。管件内部形成有空心阴极形式的放电室。具有电介质的阳极棒布置在这些放电室中，操作过程中，高电压冲击阳极棒并且使阳极棒和管件之间产生无声放电。氧化气体或纯氧通过该间隙。无声放电将氧分子转化为氧化气体中的臭氧分子。通过这种方式浓缩为臭氧的气流能够用于例如消毒目的。
大部分供应至臭氧发生器的电功率转化为废热。该废热通过冷却方式消散，例如外电极的液体冷却。其中，冷却水随着它通过管束被加热，然后在回路中通过冷却单元内的热交换器降温至几摄氏度的温度。
影响臭氧发生装置的效率的机制在于：在冷却水入口和冷却水出口之间沿着管件升高的不可避免的温度梯度。
臭氧发生装置的效率高度依赖于放电间隙的温度。臭氧的形成优选在低温下发生。另外，臭氧随着温度升高而越来越多地分解。这种温度感应的臭氧损耗降低了臭氧发生装置的整体效率。因此，为了升高臭氧产量，需要对沿臭氧发生器的有效反应温度进行针对性控制。
从日本专利申请JP-H-0881205已知一种臭氧发生器，该臭氧发生器具有与电介质接触的锥形外电极，在第一实施方式中，锥形外电极的厚度沿臭氧发生器的长度增大，在第二实施方式中，锥形外电极厚度恒定。这些结构的共同点在于输入气隙的功率在臭氧发生器的整个长度上连续减小。通过这种方式，降低了在臭氧发生器的整个长度上的温度增幅，从而有效反应温度能够保持基本恒定。这种方式的弊端在于外电极和电介质的制造相对复杂且成本高昂。
发明内容
本公开的目的是揭示一种臭氧发生器，该臭氧发生器通过降低沿气体的流动方向供给至电极表面单元的电功率以提高效率，其中，该臭氧发生器能够以最简单和低廉的方式构造，本公开还揭示一种用于臭氧发生器的气流中的织物以及一种电极布置，其中，通过降低沿气体的流动方向供给至电极表面单元的电功率以提高该臭氧发生器的效率。
术语“织物”源于纺织工程(纺织物和无纺织物)。织物是指通过纺织技术利用纺织原料制成的任何织物。相应地，在本专利申请中，织物可以理解为任何通过纺织技术制造的平面、弧形或拱形的织物。其中包括如布(cloth)、针织物(knit)、编织物(weave)和网(net)等的无纺织物和如无纺布(non-woven)和填料(wadding)等的纤维复合材料。
该目的通过具有方案1的特征的臭氧发生器、具有方案8的特征的织物以及具有方案13的特征的电极布置实现。
相应地，该臭氧发生器具有高电压电极和至少一个对电极，所述高电压电极和至少一个对电极限定间隙，至少一个电介质布置在所述间隙内，并且气流沿流动方向通过所述间隙，其中所述高电压电极和所述至少一个对电极与电压源连接，以产生无声放电，其中所述气流中布置有金属丝织物，并且所述金属丝织物的密度沿流动方向减小。通过降低织物的密度发生无声放电的表面位置沿臭氧发生器变化，从而减小沿气体的流动方向的供电功率。因此，沿流动方向的温度升高能够得到积极影响，使得臭氧发生器的效率提升。由于所述臭氧发生器能够选择最简单的几何结构并且能够仅通过金属丝织物提升效率，因此该臭氧发生器制造简单且成本低廉。
其中，织物的自由横截面积沿流动方向增大是有利的。在自由横截面积内，施加一定的电压不会发生放电，因为该电压不足以触发该间隙宽度，使得每单位长度的放电次数随着自由横截面积的比例增大而减少。
在一种实施方式中，所述织物为网状结构，所述网状结构的网眼尺寸沿流动方向增大，优选为连续增大。网状结构易于制造，因此是有利的。
高电压电极优选至少部分地由所述织物制成。也可以设置为完全地由所述织物形成高电压电极。
在两种优选实施方式中，所述至少一个对电极和所述高电压电极形成板状或管状的臭氧发生装置，其中所述至少一个对电极和所述高电压电极均呈管状且彼此同轴排列，所述织物为圆形空心线。其中板状的臭氧发生装置优选用于通常为空气冷却的小型臭氧发生装置中。另一方面，管状的臭氧发生装置优选用于多数为水冷却且具有多个臭氧发生器的大型臭氧发生装置中。
优选地，提供一种具有单个对电极的单间隙系统，其中所述高电压电极由所述织物形成，并且其中所述电介质布置为与所述对电极接触。
还提供一种用于臭氧发生器的气流中的金属丝织物，位于所述气流中的所述金属丝织物的密度沿所述气流决定的流动方向减小。
所述织物的自由横截面积沿流动方向连续增大或成段地增大是有益的。在一种优选实施方式中，所述织物为网状结构，所述网状结构的网格尺寸沿流动方向增大。
在一种实施方式中，还可以设置为所述织物为具有独立部分的多部分设计，其中所述独立部分的织物具有不同的密度。每个独立部分具有恒定的网格宽度，所述网格宽度沿流动方向依次增大是有益的。
金属丝织物能够作为与电压源连接的电极使用。
还提供一种电极布置，包括中心绝缘杆、织物和电介质管，所述织物包围所述中心绝缘杆，所述电介质管包围所述织物，通过所述织物的气流能够冲击所述电极布置，位于所述气流中的所述织物的密度沿气流决定的流动方向减小。所述织物可以进一步地具有上述特征。
附图说明
下文将结合附图对本公开的优选实施方式进行详细说明，其中：
图1示出现有技术的电极布置的立体图；
图2示出根据本公开的织物的示意图。
具体实施方式
图1示出了德国专利申请DE 10 2011 008 947 A1中已知的臭氧发生器(ozonegenerator)的电极布置。这种臭氧发生器在单个臭氧发生装置(ozoniser)中组合使用。其中臭氧发生器以管束式热交换器的形式彼此平行地布置在两个管板之间，并且并联电连接。图中所示的臭氧发生器具有管状外电极1、相似的管状电介质2和内部杆件3，其中，各个零件沿轴向被截断并分开示出。该电极布置呈旋转对称状。外电极1、电介质2和内部杆件3彼此同轴排列。外电极1和电介质2之间有用于填充间隙的金属丝网4。电介质2和内部杆件3之间设置有同样用于填充间隙的金属丝网5形式的对应的织物。外电极1形成为不锈钢管件。生产臭氧产生的废热通过冷却水冷却，冷却水经过管板之间的外电极的外侧。电介质2为玻璃管。金属丝网4和5优选为类似的不锈钢金属丝网制成的已知的圆形空心线。设置在电极布置的中心的内部杆件3为绝缘体，例如由玻璃或其他与氧和臭氧相容的材料制成。内部杆件3能够为实体设计。操作过程中，氧化供给气体冲击电极布置，并且沿箭头方向6流经金属丝网4和5。图中示意性地示出电压源7的一端与外电极1接触，另一端与金属丝网5接触。电压源7提供的操作电压在电极1、5和电介质2之间的空间中引发无声放电，从而由沿箭头方向6流经金属丝网4和5的氧气生成臭氧。
在图示的结构中，内电极仅由金属丝网5形成，而内部杆件3作为绝缘体起到支撑作用，同时确保金属丝网5能够填充电介质2的内部。间隙宽度或点火距离(strikingdistance)d为电极和电介质之间的距离。电压源10为臭氧发生器提供正弦电压。电极的形状导致体积叠加与表面放电。
与具有固定间隙宽度的臭氧发生器相比，因为高电压电极5或织物5的成型能够产生发生无声放电的特定表面位置。
气隙处的温度尤其依赖于壁温(冷却剂温度)和供电功率。供电功率又依赖于触发间隙宽度(gap width ignited)和放电次数。
根据本公开，适于放电的表面位置通过织物的设计沿臭氧发生器变化，使得供电功率沿气体的流动方向减小。其中，平均间隙宽度基本保持恒定，并且每单位长度的放电次数减少。
其中，织物的密度可以连续或非连续变化。
沿臭氧发生器的每单位长度的放电次数受发生放电的表面位置的分布变化影响，织物形成表面位置。其中，外电极和内电极之间的平均距离以及点火距离(strikingdistance)保持恒定。
第一实施方式提供通过改变织物的密度产生的表面位置分布。织物产生发生放电的特定的表面位置分布。电极的其余表面不能发生放电。通过沿气体的流动方向改变织物或织物的自由横截面的密度，从而能够减少每单位长度的放电次数。一种可能的变形方式是改变金属丝网电极的网格宽度W、W’，如图2所示。其中网格宽度W、W’沿流动方向S增大，从而沿流动方向S的每单位长度的放电次数减小。
高电压电极为导电材料，优选为不锈钢。高电压电极可以是金属丝网(wire mesh)或网、织物或金属丝绕线物(wire winding)。如羊毛织物(fleece)或毛毡(felt)等的纤维结构也同样适用。
在一种实施方式中，高电压电极与电介质延伸地一样长，例如，存在网或织物等抵靠在电介质上的位置。
根据本公开的臭氧发生器不限于管状电极布置。根据应用，该臭氧发生器可以为管状或板状的臭氧发生器。可以应用于单间隙系统和多间隙系统。电极的导电材料可以通过或不通过载体材料置于电极空间中。由于根据本公开的发生放电的织物密度变化，因此能够使供给电极表面单元的电功率沿气体流动方向减小，从而影响放电间隙内的气体温度并提高臭氧发生器的效率。由于电极布置的几何结构十分简单，因此该臭氧发生器能够易于制造，成本低廉。
Claims (15)
1.一种臭氧发生器，包括高电压电极(5)和至少一个对电极(1)，所述高电压电极(5)和至少一个对电极(1)限定间隙，至少一个电介质(2)布置在所述间隙内，并且气流沿流动方向通过所述间隙，其中所述高电压电极(5)和所述至少一个对电极(1)与电压源(7)连接，以产生无声放电，其特征在于，所述气流中布置有金属丝织物，其中所述织物的密度沿所述流动方向减小。
2.根据权利要求1所述的臭氧发生器，其特征在于，所述织物的自由横截面积沿所述流动方向增大。
3.根据权利要求1或2所述的臭氧发生器，其特征在于，所述织物为网状结构，所述网状结构的网格尺寸沿所述流动方向连续增大。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的臭氧发生器，其特征在于，所述高电压电极(5)至少部分地由所述织物形成。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的臭氧发生器，其特征在于，所述至少一个对电极(1)和所述高电压电极为板状并且形成板状的臭氧发生器。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的臭氧发生器，其特征在于，所述至少一个对电极(1)和所述高电压电极(5)为管状且彼此同轴排列，并且所述织物为圆形空心线。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的臭氧发生器，其特征在于，包括单个对电极，所述高电压电极(5)由所述织物形成，其中所述电介质(2)布置为与所述对电极(1)接触。
8.一种用于臭氧发生器的气流中的金属丝织物，其特征在于，位于所述气流中的所述织物的密度沿所述气流决定的流动方向减小。
9.根据权利要求8所述的织物，其特征在于，所述织物的自由横截面积沿所述流动方向连续增大或成段地增大。
10.根据权利要求8或9所述的织物，其特征在于，所述织物为网状结构，所述网状结构的网格尺寸沿所述流动方向增大。
11.根据权利要求8所述的织物，其特征在于，所述织物为具有独立部分的多部分设计的金属丝网，其中所述独立部分的织物具有不同的密度。
12.根据权利要求11所述的织物，其特征在于，每个独立部分具有恒定的网格宽度，其中所述网格宽度沿所述流动方向依次增大。
13.一种电极布置，包括中心绝缘杆、织物和电介质管，所述织物包围所述中心绝缘杆，所述电介质管包围所述织物，通过所述织物的气流能够冲击所述电极布置，其特征在于，位于所述气流中的所述织物的密度沿所述气流决定的流动方向减小。
14.根据权利要求13所述的电极布置，其特征在于，所述织物的自由横截面积沿所述流动方向连续增大或成段地增大。
15.根据权利要求13或14所述的电极布置，其特征在于，所述织物为网状结构，所述网状结构的网格尺寸沿所述流动方向增大。
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