CN108046216A - 级联式旋转气流臭氧发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种级联式旋转气流臭氧发生器，包括介质管、介质管凸起、导电金属杆和若干个绝缘电极骨架绝缘电极骨架包括骨架底座和骨架圆台，骨架底座的侧表面上安装有金属环，绝缘电极骨架排布于介质管中，导电金属杆轴向贯穿介质管，同时穿过所有绝缘电极骨架的中心，导电金属杆通气骨架固定于介质管的中轴线上，通气骨架上设有通风孔，通气骨架限定在介质管凸起之间，骨架底座上还固定设置导电金属桥，介质管外表面上安装有交替设置的金属箔一和金属箔二，金属箔二位于相邻两个金属箔一之间；具有能够防止对已处理气体重复放电，臭氧产生具有能效比高、浓度高、体积小并且成本低的特点。

Description

级联式旋转气流臭氧发生器

技术领域

本发明属于臭氧技术领域，具体涉及一种级联式旋转气流臭氧发生器。

背景技术

臭氧是一种强氧化剂，不受PH影响，与绝大多数物质都能发生化学反应，具有反应速度快、反应用量小、反应可控的特点，而且不产生有致癌作用的二次污染物，操作方便，可以利用空气就地制备。由于臭氧在杀菌、消毒、脱色、除臭、氧化难降解有机物与改善絮凝效果方面有明显的优势，被广泛应用于化学氧化、废水处理、造纸制浆漂白处理、渔业养殖水处理、食品加工保鲜处理、空气净化、半导体工业、医疗卫生、防治病虫、残留农药的分解与去除等方面。

由于臭氧是极不稳定的物质，很容易转化成氧气，不便于储存，必须在使用点产生。如何提高臭氧的产量及发生装置的小型化，已经成为当今的研究热点。

目前，人工产生臭氧的方法主要有电解法、紫外照射法、放射化学法、介质阻挡放电法。其中介质阻挡放电合成臭氧是利用干燥的含氧气体通过介质阻挡放电区产生臭氧的一种方法。但是现有技术中的臭氧发生器不能防止对已处理气体重复放电，使得臭氧产生能效比较低、浓度较低，同时体积较大，成本较高。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种能够防止对已处理气体重复放电，臭氧产生能效比高、浓度高、体积小并且成本低的级联式旋转气流臭氧发生器。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种级联式旋转气流臭氧发生器，包括介质管、介质管凸起、导电金属杆和若干个绝缘电极骨架，单个所述绝缘电极骨架包括相互连接的骨架底座和骨架圆台，所述骨架底座为圆柱体，且所述骨架底座的直径等于骨架圆台下底面的直径，所述圆台的下底面连接骨架底座，所述骨架圆台的中心与骨架底座的中心在同一条直线上，每个所述骨架底座的侧表面上均贴合安装有金属环，所述绝缘电极骨架等间隔、同向沿轴线平行排布于介质管中，所述导电金属杆轴向贯穿介质管，同时穿过所有绝缘电极骨架的中心，所述导电金属杆通过介质管两端设置的通气骨架固定于介质管的中轴线上，所述通气骨架上设有若干个通风孔，所述通气骨架限定在介质管凸起之间，每个所述骨架底座上还固定设置若干个导电金属桥，所述导电金属桥一端连接导电金属杆，另一端连接金属环，所述介质管外表面上还贴合安装有交替设置的金属箔一和金属箔二，所述金属箔一与金属环宽度相同，并与对应的金属环同心同轴，所述金属箔二位于相邻两个金属箔一之间，并与金属箔一平行。

采用上述技术方案的原理和有益效果：

(1)绝缘电极骨架采用相互连接的骨架底座和骨架圆台结构的好处是可以紧密配合并且符合气体流动性原理，减小气体运动过程中的阻力；

(2)在放电极板之间插入绝缘介质层的条件下实现气体放电形式称为介质阻挡放电。介质层的引入最大程度的阻碍了击穿电流的无休止快速发展，抑制了其向火花放电等的转变，从而使放电维持在冷等离子体范围。介质阻挡放电也因其放电结构简单，容易操作而且成本低、工作参数范围大等优点被越来越多采用。基于以上优点，介质阻挡放电形式也成为气体放电合成臭氧工艺最佳选择，因此介质阻挡放电冷等离子体氛围可以有效抑制臭氧高温分解，提高臭氧产率。

总结起来，臭氧产生过程主要包括氧原子的形成、臭氧分子的合成和臭氧分子的分解这几类反应。氧原子的形成有多途径，例如放电过程中的紫外线分解氧气和臭氧分子，电子分解处在激发状态的氧原子，粒子之问的碰撞而形成氧原子等。其反应过程如下：

放电过程中，主要是由于三体碰撞过程形成臭氧的，其具体反应式如下所示：

此外在介质阻挡放电过程中还会有紫外线产生，紫外线照射使氧分子分解后再聚合为臭氧的方法。总反应方程为：

1.5O₂→O₃

具体反应过程为：

O₂+hv→2O

O+O₂+M→O₃+M

生成臭氧的过程是一个动态可逆的过程，臭氧最终的浓度是臭氧合成与臭氧分解过程共同决定的。上述技术方案提供的臭氧发生器，可以很大程度上减少臭氧的损失，高速旋转的气流可以把在介质管内产生的臭氧迅速吹出反应装置，防止臭氧分解，并且可以带走热量，给装置降温。

在高压放电的负半周期，电源电极发出的电子可以大量积聚在浮动电极上。在这个过程中，电子被电场加速并与中性气体分子碰撞产生更多的电子和离子。然后，在接下来的正半周期间，电子将移向正电极参与臭氧发生的反应。由于介质阻挡放电需要高电压激励，造成了较大的能量损耗，实验证明，加装浮动电极可以显著提高能量的利用效率，降低放电阈值电压，从而降低反应器功耗，提高臭氧产生的能效比。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述介质管呈圆筒状，内径处处相等，一端为进气口，另一端为出气口，所述骨架圆台一侧对应进气口，所述骨架底座一侧对应出气口。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述通气骨架平行于金属环设置，并且侧面与介质管的内壁相接。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述通风孔的数量为3-5个。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述导电金属桥的数量为3-6个。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述金属环采用不锈钢环。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述相邻两个所述金属箔一的间距与金属箔二的宽度的比例为1.8:1。

采用上述技术方案的原理和有益效果：

所述金属箔二为本发明的臭氧发生器的浮动电极，加装浮动电极会使得各相邻放电单元间产生一定程度的放电串扰，当工作电压过高时，所述金属环作为的高压电极与浮动电极之间还会产生热放电，这种热放电和放电串扰都是极不规律的放电，影响了正负电极间的均匀放电，造成了反应器工作不稳定，并消耗电源功率增加，从而导致臭氧产生的能效比降低。为了防止放电串扰和热放电的产生，装置对各放电单元间浮动电极的宽度与放电单元间距之比对放电串扰和热放电的产生的影响进行了探讨，通过实验发现，在放电单元间距固定的情况下，浮动电极的宽度与放电单元间距之比决定了放电串扰和热放电的强度。在一系列的实验中，当所述相邻两个所述金属箔一的间距与金属箔二的宽度的比例为1.8:1时，放电串扰几乎为零，此时热放电也未出现。反应器将这个参数定为浮动电极宽度的最终设置参数，既提高了放电的稳定性，又降低了反应器的功耗，明显提高了臭氧产生的能效比。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述介质管的材料采用聚四氟乙烯、高密度聚丙烯、陶瓷或者石英。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述通风孔具有30°-75°的斜度。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述导电金属桥通过螺钉固定于绝缘电极骨架上。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述通气骨架通过开口部位进入凸起内指定位置，然后进行旋转，通气骨架卡在介质管凸起之间。

本发明的有益效果为：

(1)与现有技术相比，本发明采用金属环作为正电极结构在介质管内间断放电，防止对已处理的气体重复进行放电，减少了臭氧的损失且提高了臭氧产生的能效比；

(2)本发明取代传统的直通式气流结构，使气流以高速旋转的姿态通过放电区域，通气孔洞设计的有一定的斜度，使放电电流在空间上更加均匀；

(3)本发明为减少大气压下等离子体射流放电的细丝的形成，采用了金属箔作为浮动电极，使得放电由细丝转变为弥散状，从而提高整体臭氧发生装置的效能。

(4)本发明提供的级联式旋转气流臭氧发生器具有臭氧产生能效比高、浓度高、体积小并且成本低的显著特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明金属环、导电金属杆、螺钉和绝缘电极骨架的正面剖面图；

图3是本发明金属环、导电金属杆、螺钉和绝缘电极骨架的侧面剖面图；

图4是本发明金属环的结构示意图；

图5是本发明的通气骨架的结构示意图；

附图标记说明：

1、介质管；11、进气口；12、出气口；2、导电金属杆；3、绝缘电极骨架；31、骨架底座；32、骨架圆台；33、介质管凸起；4、通气骨架；41、通风孔；5、导电金属桥；6、金属环；7、金属箔一；8、金属箔二；9、螺钉。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

实施例

如图1所示，级联式旋转气流臭氧发生器，包括介质管1、介质管1包括介质管凸起33，导电金属杆2和若干个绝缘电极骨架3，单个绝缘电极骨架3包括相互连接的骨架底座31和骨架圆台32，骨架底座31为圆柱体，且所述骨架底座31的直径等于骨架圆台32下底面的直径，圆台的下底面连接骨架底座31，骨架圆台32的中心与骨架底座31的中心在同一条直线上，每个所述骨架底座31的侧表面上均贴合安装有金属环6，绝缘电极骨架3等间隔、同向沿轴线平行排布于介质管1中，导电金属杆2轴向贯穿介质管1，同时穿过所有绝缘电极骨架3的中心，导电金属杆2通过介质管1两端设置的通气骨架4固定于介质管1的中轴线上，通气骨架上设有若干个通风孔41，通气骨架卡在介质管凸起33之间，每个骨架底座31上还固定设置若干个导电金属桥5，导电金属桥5一端连接导电金属杆2，另一端连接金属环6，介质管1外表面上还贴合安装有交替设置的金属箔一7和金属箔二8，金属箔一7与金属环6宽度相同，并与对应的金属环6同心同轴，金属箔二8位于相邻两个金属箔一7之间，并与金属箔一7平行。

本实施例中的介质管1呈圆筒状，内径处处相等，一端为进气口11，另一端为出气口12，骨架圆台32一侧对应进气口11，骨架底座31一侧对应出气口12。

本实施例中的通气骨架4平行于金属环6设置，并且侧面与介质管1的内壁相接。

本实施例中的通风孔41的数量为3-5个。

本实施例中的导电金属桥5的数量为3-6个。

本实施例中的金属环6采用不锈钢环。

本实施例中的相邻两个所述金属箔一7的间距与金属箔二8的宽度的比例为1.8:1。

本实施例中的介质管1的材料采用聚四氟乙烯、高密度聚丙烯、陶瓷或者石英。

本实施例中的通风孔41具有30°-75°的斜度。

本实施例中的导电金属桥5通过螺钉9固定于绝缘电极骨架3上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种级联式旋转气流臭氧发生器，其特征在于，包括介质管、介质管凸起、导电金属杆和若干个绝缘电极骨架，单个所述绝缘电极骨架包括相互连接的骨架底座和骨架圆台，所述骨架底座为圆柱体，且所述骨架底座的直径等于骨架圆台下底面的直径，所述圆台的下底面连接骨架底座，所述骨架圆台的中心与骨架底座的中心在同一条直线上，每个所述骨架底座的侧表面上均贴合安装有金属环，所述绝缘电极骨架等间隔、同向沿轴线平行排布于介质管中，所述导电金属杆轴向贯穿介质管，同时穿过所有绝缘电极骨架的中心，所述导电金属杆通过介质管两端设置的通气骨架固定于介质管的中轴线上，所述通气骨架上设有若干个通风孔，所述通气骨架限定在介质管凸起之间，每个所述骨架底座上还固定设置若干个导电金属桥，所述导电金属桥一端连接导电金属杆，另一端连接金属环，所述介质管外表面上还贴合安装有交替设置的金属箔一和金属箔二，所述金属箔一与金属环宽度相同，并与对应的金属环同心同轴，所述金属箔二位于相邻两个金属箔一之间，并与金属箔一平行。

2.根据权利要求1或2所述的级联式旋转气流臭氧发生器，其特征在于，所述介质管呈圆筒状，内径处处相等，一端为进气口，另一端为出气口，所述骨架圆台一侧对应进气口，所述骨架底座一侧对应出气口。

3.根据权利要求1或2所述的级联式旋转气流臭氧发生器，其特征在于，所述通气骨架平行于金属环设置，并且侧面与介质管的内壁相接。

4.根据权利要求1或2所述的级联式旋转气流臭氧发生器，其特征在于，所述通风孔的数量为3-5个。

5.根据权利要求1或2所述的级联式旋转气流臭氧发生器，其特征在于，所述导电金属桥的数量为3-6个。

6.根据权利要求1或2所述的级联式旋转气流臭氧发生器，其特征在于，所述金属环采用不锈钢环。

7.根据权利要求1或2所述的级联式旋转气流臭氧发生器，其特征在于，相邻两个所述金属箔一的间距与金属箔二的宽度的比例为1.8:1。

8.根据权利要求2所述的级联式旋转气流臭氧发生器，其特征在于，所述介质管的材料采用聚四氟乙烯、高密度聚丙烯、陶瓷或者石英。

9.根据权利要求4所述的级联式旋转气流臭氧发生器，其特征在于，所述通风孔具有30°-75°的斜度。

10.根据权利要求5所述的级联式旋转气流臭氧发生器，其特征在于，所述导电金属桥通过螺钉固定于绝缘电极骨架上。