CN108367920B - 用直接冷却等离子体通道的臭氧发生 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种臭氧发生器，该臭氧发生器具有高压电极和至少一个反电极，所述高压电极和所述反电极限定有间隙，所述间隙内设置有至少一个电介质和不导电结构，并且所述间隙内沿流动方向流过气流，其中所述高压电极和所述至少一个反电极设置为与电源连接，以产生无声放电，所述不导电结构具有标称孔径(x)为100μm<x<1mm的孔。

Description

用直接冷却等离子体通道的臭氧发生
技术领域
本发明涉及一种具有高压电极和至少一个反电极的臭氧发生器，该高压电极和至少一个反电极之间限定有间隙，该间隙内设置有至少一个电介质和不导电结构，本发明还涉及相应的不导电结构。
背景技术
臭氧发生器的效率在很大程度上取决于放电间隙的温度。一方面，这是由于臭氧形成反应在低温下进行地更好，另一方面，臭氧消耗机制的动力学随温度呈指数增长。因此气流空间的有效冷却对于臭氧的高效产生是至关重要的。在现有技术中已知的是在一侧或两侧水冷的臭氧发生器。它们在传热方面的限制因素是放电间隙内的热导率。与流过放电间隙的气体相比，电极材料，例如不锈钢，导热的效率高了两到三个数量级。
在US 5,855,856中实现了几种不同的臭氧发生器的冷却方式。管式臭氧发生器具有内部冷却和外部冷却。细屑或纤维形式的吸热物体布置在这些冷却空间内。这些物体可以由具有高导热性和无腐蚀性的材料制成。将气体切向供给臭氧发生器以产生额外用于冷却内部电极的螺旋流。另外，一部分产品气体被抽出、冷却并供给气体。整个结构非常复杂，但并没有改善从放电间隙输送热量的限制步骤。
说明书EP 0369366A3描述了一种布置方式，其中大量导热固体布置在反应空间中。这些固体用于在臭氧反应器内的较高温度和较低温度区域之间产生热平衡。为了实现这一点，这些固体需要彼此接触，并且需要与电介质和/或一个电极和/或两个电极接触。
在专利说明书US 648,764中描述了一种导电和不导电材料的材料混合物。由两种材料制成的珠状物或板状物像珠串一样排列。由于通过导体和介质分离器之间的更大距离实现了臭氧产量的提高，所以不导电材料的珠状物的尺寸更大。
介质材料的引入通常用于调节间隙宽度(间隔件)、作为扰流材料(气体混合)或用于导流。
发明内容
本发明的目的是提供一种臭氧发生器，其在放电间隙中具有良好的热传递。本发明的目的还在于提供一种用于臭氧发生器的腔室中的不导电结构，流过该结构的气流有效地导出热量。
术语“织物”(纺织或无纺织物)在纺织技术领域是已知的。纺织物可以指任何使用纺织技术由纺织原料制造的平面结构。因此，在本专利申请的上下文中，织物是指使用纺织技术制造的任何平坦、弯曲或凸起的平面结构。除了别的之外，这些包括例如绵纸(tissue)、针织物、网状织物和网等的无纺织物(non-woven fabrics)，以及例如非织造织物(non-wovens)和棉毛等的纤维复合材料。另一方面，结构被理解为意指任何类型的织物和更坚固的结构，例如格子。
上述目的通过如下所述的臭氧发生器实现。
在一般类型的臭氧发生器中，由于所述不导电结构具有孔，其中标称孔径(x)为100μm<x<1mm，单次放电中释放的热量可以快速且直接地转移到所述不导电结构，从而减少温度引起的臭氧损耗。这导致所述臭氧发生器的效率提高。
如果所述不导电结构是织物，则形成一个易于制造的结构。特别地，所述不导电结构可以是纺织物(woven fabric)或网状物。
如果所述不导电结构至少部分地与所述至少一个电介质平面接触，则热量的进一步消散得到增强。
有利地，所述织物具有大于100μm且小于1000μm，特别是小于750μm的标称孔径。具体而言，所述标称孔径(x)有利地小于500μm，特别优选小于250μm。
所述不导电结构优选由陶瓷和/或玻璃制成。
如果所述高压电极也至少部分地由金属织物形成，则取得特别高的效率。
该目的还通过一般类型的不导电结构实现，该结构具有标称孔径(x)为100μm<x<1mm的孔。优选地，所述不导电结构是由玻璃纤维或陶瓷纤维制成的织物。
为了取得特别高的效率，如果所述标称孔径(x)为100μm<x<250μm，则是优选的，因为在这种情况下可以取得特别有效的散热。
附图说明
下面参照附图更详细地描述本发明的实施例。
在附图中：
图1：显示单间隙臭氧发生器的电极布置；
图2：显示组合电极和织物布置；以及
图3：显示非金属织物。
具体实施方式
图1示出了一种单间隙臭氧发生器1的电极布置的截面示意图，该发生器为板式臭氧发生器构造形式，且在其间隙中没有设置织物。在这方面，图1对应于现有技术。根据应用领域，这样的臭氧发生器1可以设计为板式臭氧发生器或管式臭氧发生器。
板式臭氧发生器具有高压电极2和至少一个设计为板状的反电极4。电极2，4限定了含氧气体6流过的间隙5，并且间隙5中设置有电介质3。通常，板式臭氧发生器通过沿电极2，4外侧流过的冷却介质在一侧或两侧进行冷却。空气和水用作冷却介质。
管式臭氧发生器通常成组用于臭氧发生器中。臭氧发生器由此以管束式热交换器的方式相互平行地布置在两个管板之间。与板式臭氧发生器类似地，管式臭氧发生器具有管状的高压电极2，管状的电介质3和管状的反电极4。该设置是旋转对称的。高压电极2和反电极4互相同轴地定向。它们限定了含氧气体流过的间隙5，并且间隙5中布置有电介质3。外部布置的反电极4被设计成不锈钢管的形式。在臭氧生产过程中产生的废热通过沿反电极4的外侧通过的冷却水(在图1中标记为H2O)被冷却。由于冷却水也从内侧流过高压电极2，发生器1也可以在两侧被冷却。
为了产生臭氧，分子氧首先分解成原子氧，然后原子氧通过与氧分子反应形成臭氧。产生臭氧分子所需的1.47eV的理论值实际上并不能取得。由于在多级反应过程中产生的损失，臭氧产生的效率明显更低。氧分子的分解首先通过氧分子的不同激发态进行。在激发的氧分子分解期间或在臭氧形成期间释放出的能量不能用于氧分子的进一步分解，但会使气体加热。这些过程直接发生在微放电中。
根据本发明，在示例性实施例的图2中示出一种不导电结构7，该不导电结构7被引入到臭氧发生器1(板式或管式发生器)的气流6或放电间隙中。不导电结构7由有效导热且多孔的材料组成。不导电材料的孔隙率由标称孔径限定，标称孔径对应于平均孔径(算术平均值)。孔径是可穿过孔隙的最大球形球的直径。不导电材料的标称孔径与放电间隙中微放电的尺寸相匹配。微放电的直径约为100μm。因此，不导电材料的孔径优选地在100μm和1mm之间。因此，不导电结构7体现了放电与相邻的冷电极及电介质表面的直接热耦合。结构7在多个点处或至少部分地以平面方式与电介质3和电极2接触。因此接触表面尽可能大。不导电材料是耐臭氧且耐腐蚀的。因此优选地，结构7是由玻璃纤维或陶瓷纤维9制成的织物。由于结构7中有孔，热量直接耦合到微放电。
图3中示出了优选结构7，其显示了由陶瓷丝制成的纺织物的显微照片。
所有描述的实施例既用于管式臭氧发生器也用于板式臭氧发生器。根据本发明的结构布置在多间隙系统中是特别优选的，该多间隙系统具有比单间隙臭氧发生器更长的传热路径。因此不导电结构7可以设置在外部间隙中和/或至少一个内部间隙中。
可以使用或不使用载体材料将该结构引入放电间隙。载体材料可以设计为任意形式，例如作为棒、管、板等。
高压电极可以完全或部分地由金属织物形成。在图2中可以看出，多个导体8与由陶瓷纤维9制成的结构编织在一起。
由于放电间隙中的传热增强，根据本发明的臭氧发生器及其不导电多孔结构提高了臭氧发生器的效率。除了直接与微放电耦合并将热量导出的孔之外，不导电结构与相邻电极和/或电介质表面具有最大可能的接触表面。以这种方式，即使在更大的间隙宽度下也可以实现非常高的冷却效率。而且，高效的热耦合使得臭氧可以在高于40℃的高温下产生。

Claims (11)

1.臭氧发生器(1)，该臭氧发生器(1)具有高压电极(2)和至少一个反电极(4)，所述高压电极(2)和所述反电极(4)限定有间隙(5)，所述间隙(5)内设置有至少一个电介质(3)和不导电结构(7)，且所述间隙(5)内沿流动方向流过气流(6)，其中所述高压电极(2)和所述至少一个反电极(4)设置为与电源连接，以产生无声放电，其中所述不导电结构(7)具有标称孔径x为100μm<x<1mm的孔，其特征在于，所述不导电结构为织物。
2.根据权利要求1所述的臭氧发生器(1)，其特征在于，所述不导电结构(7)为纺织物和/或无纺织物。
3.根据权利要求2所述的臭氧发生器(1)，其特征在于，所述不导电结构(7)为网状织物。
4.根据权利要求1所述的臭氧发生器(1)，其特征在于，所述不导电结构(7)至少部分地与所述至少一个电介质(3)平面接触。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的臭氧发生器(1)，其特征在于，所述标称孔径x为100μm<x<750μm。
6.根据权利要求5所述的臭氧发生器(1)，其特征在于，所述标称孔径x为100μm<x<500μm。
7.根据权利要求6所述的臭氧发生器(1)，其特征在于，所述标称孔径x为100μm<x<250μm。
8.根据权利要求1所述的臭氧发生器(1)，其特征在于，所述不导电结构(7)由陶瓷和/或玻璃制成。
9.根据权利要求1所述的臭氧发生器(1)，其特征在于，所述高压电极(2)至少部分地由金属织物形成。
10.用于权利要求1中所述的臭氧发生器(1)的气流中的不导电结构(7)，所述不导电结构(7)具有标称孔径x为100μm<x<1mm的孔，其特征在于，所述不导电结构(7)为由玻璃纤维和/或陶瓷纤维制成的织物。
11.根据权利要求10所述的不导电结构(7)，其特征在于，所述标称孔径x为100μm<x<250μm。
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