CN108821240A - 板式臭氧发生器的基础构件以及板式臭氧发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种板式臭氧发生器的基础构件，其包括冷却板以及电极板，所述冷却板包括冷却板本体，所述冷却板本体的内部设置有第一换热通道，所述冷却板本体的下表面设置有第一地电极，且第一地电极的外表面设置有若干个向外凸出的第一垫片，所述冷却板本体的上面设置有凹槽；所述电极板包括从上至下依次层叠设置的介质板、高压电极以及高绝缘/高导热材料，且所述电极板以介质板一面向外、高压高绝缘/高导热材料向内的方式设置于所述冷却板的凹槽中。此外，本发明还公开了一种包括至少一组所述基础构件的臭氧发生模块，包括至少一组该臭氧发生模块的板式臭氧发生器，以及包括至少一个所述板式臭氧发生器的大型臭氧发生器机组。
Description
技术领域
本发明涉及一种板式臭氧发生器的基础构件，具体涉及一种利用介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge，DBD)方式生产臭氧的板式臭氧发生器的基础构件。此外，本发明还涉及一种包括所述基础构件的板式臭氧发生器，属于臭氧生产设备制造技术领域。
背景技术
由于臭氧具有极强的氧化性，被广泛应用于环境治理。然而，在某些特殊领域，例如：医药、半导体工业、漂白、高污染废水处理等领域，通常需要较高浓度和较高气压的臭氧。实验表明，在同等条件下，提高臭氧浓度和/或提高臭氧的溶解压，可显著提高臭氧在水中的溶解度，从而显著提高臭氧溶解液的氧化性和利用率。然而，传统的臭氧发生器均设计在常压下工作，无法满足其在高压下运行的要求。
专利CN103130190B公开了一种臭氧发生器放电装置，包括地电极、介质体以及高压电极等，其可有效的降低高压电极的热量，减少臭氧的分解，提高臭氧的生产效率。然而，由于该设备的密封点过多，在运行中跑、冒、滴、漏严重，导致其只能在常压下工作。
专利CN102602896B公开了一种为了得到无损臭氧发生性能下使放电领域增大的臭氧发生器，对平板状的第1电极、与第1电极的主面对向的平板状的第2电极、以及具有设置于第1电极与第2电极间的平板状的感应体板及形成放电领域的撑挡的电极组件进行多层积层……可使在各放电领域的各放电区间发生的臭氧气体集中取出。虽然，其有可能在较高气压下工作，但是由于其使用类似圆形板式电极，受其结构的限制，每一个放电室的有效放电面积过小且难以扩充，因而无法获得高浓度的臭氧。
因此，开发一种既可在高压下工作，又能产生高浓度臭氧的板式臭氧发生器具有紧迫的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于在高压下工作、又能产生高浓度臭氧的板式臭氧发生器的基础构件。此外，本发明的另一目的在于提供一种含有所述基础构件的臭氧发生模块。本发明的再一目的在于提供一种含有所述臭氧发生模块的板式臭氧发生器。本发明的又一目的在于提供一种含有所述板式臭氧发生器的大型臭氧发生器机组。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种板式臭氧发生器的基础构件，其包括冷却板以及电极板，其中，所述冷却板包括冷却板本体，所述冷却板本体的内部设置有第一换热通道，所述冷却板本体的下表面设置有第一地电极，且第一地电极的外表面设置有若干个向外凸出的第一垫片，所述冷却板本体的上面设置有用于放置所述电极板的凹槽；所述电极板包括从上至下依次层叠设置的介质板、高压电极以及高绝缘/高导热材料，且所述电极板以介质板一面向外、高压高绝缘/高导热材料向内的方式设置于所述冷却板的凹槽中。
进一步地：所述第一换热通道为蛇形结构或梳状结构，且所述冷却板本体上设置有与所述第一换热通道相通的第一冷却液入口和第一冷却液出口。
进一步地：所述冷却板本体上设置有用于密封所述第一冷却液入口以及第一冷却液出口的垫圈。
进一步地：所述第一垫片为长条形；所述电极板还包括从其内部引出的高压引出线。
本发明的另一目的，一种臭氧发生模块，其包括冷却端板以及至少一组如上所述的基础构件，其中，所述基础构件从下至上层叠设置，且所述冷却端板位于最上层的电极板的上方。
进一步地：所述冷却端板包括端板本体，所述端板本体的内部设置有第二换热通道，所述端板本体的下表面设置有第二地电极，且第二地电极的外表面设置有若干个向外凸出的第二垫片。
本发明的再一目的，一种板式臭氧发生器，包括外壳，所述外壳包括壳体，所述壳体内密封设置有至少一个如上所述的臭氧发生模块。
进一步地：当壳体内设置有多个臭氧发生模块时，各臭氧发生模块串联和/或并联设置。
进一步地：所述壳体包括设置于壳体上的氧气入口、臭氧出口、第三冷却液入口、第三冷却液出口以及设置于壳体内的相应的导管，并且，所述第三冷却液入口分别与各臭氧发生模块中的各第一冷却液入口以及第二冷却液入口相通。
进一步地：所述壳体内还设置有导流板。
更进一步地：所述导流板设置于壳体内的氧气入口与臭氧出口之间的空腔内。
本发明的又一目的，一种板式臭氧发生器机组，其包括多个如上所述的板式臭氧发生器。
进一步地：多个板式臭氧发生器串联和/或并联设置。
本发明的有益效果在于，本发明以冷却板以及电极板所构成的基础构件为基础，构建了包括至少一组该基础构件的臭氧发生模块，并最终可由多组该臭氧发生模块组装成适用于在高压状态下工作、且能产生高浓度臭氧的臭氧发生器。具有结构紧凑、空间利用率高、产气效率高、组态灵活且便于维护等特点。
附图说明
图1根据本发明的一种实施方式，示出了本发明所述的板式臭氧发生器的基础构件的剖视图；
图2示出了本发明所述冷却板的剖视图；
图3示出了本发明所述电极板的剖视图；
图4示出了本发明所述的冷却端板的剖视图；
图5根据本发明的一种实施方式，示出了本发明所述的板式臭氧发生器的平面图；
图6示出了图4中所述板式臭氧发生器的A-A向剖视图；
图7示出了图4中所述板式臭氧发生器的B-B向剖视图；
图8示出了图4中所述板式臭氧发生器的C-C向剖视图；
图9根据本发明的一种实施方式，示出了包括三组所述基础构件的板式臭氧发生器的示意图；
图10根据本发明的另一种实施方式，示出了具有圆筒形外壳以及矩形板式电极的板式臭氧发生器的示意图；
图11根据本发明的再一种实施方式，示出了具有圆筒形外壳以及圆形板式电极的板式臭氧发生器的示意图；
图12根据本发明的又一种实施方式，示出了包括多个所述板式臭氧发生器的臭氧发生器机组的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
如图1，本发明所述的板式臭氧发生器的基础构件包括冷却板2以及电极板3，其中，如图2所示，所述冷却板2包括冷却板本体201，所述冷却板本体201上设置有第一冷却液入口206、第一冷却液出口207以及设置于所述冷却板本体21内部、并与所述第一冷却液入口206和第一冷却液出口207相通的第一换热通道202，在本发明中，所述第一换热通道202优选采用蛇形结构或梳状结构或是其它有利于热交换的结构。所述冷却板2还包括设置于冷却板本体201下表面的第一地电极203以及若干个设置于所述第一地电极203的表面的向外凸出的优选为长条形的第一垫片204。其中，所述第一垫片204可与所述冷却板本体201一体加工成型，也可采用耐臭氧材料贴覆在所述第一地电极203的表面。此外，所述冷却板本体201的上表面设置有用于放置所述电极板3的凹槽209，且所述冷却板201的一端还设有电缆引出口210以及用于密封所述第一冷却液入口207和第一冷却液出口207的垫圈205。
如图3所示，所述电极板3包括从上至下依次层叠设置的介质板301、高压电极302以及高绝缘/高导热材料304，并以密封材料封住其两端。其中，所述密封材料可以是氟橡胶，或是其他耐臭氧腐蚀的弹性材料。所述电极板3以所述介质板301一面向外、高压高绝缘/高导热材料304所在面向内的方式设置于所述冷却板2的凹槽209中，且从所述电极板3的内部引出一高压引出线305并在所述电极板3的一端设有供该高压引出线305穿出的绝缘套304以对该高压引出线305进行绝缘保护。
由此，包括一块冷却板2以及设置在该冷却板2的凹槽209中的电极板3的基础构件构成了本发明所述的板式臭氧发生器的一个最小放电单元(DBD单元)。在实际使用过程中可根据需要同时层叠若干组该基础构件，此时，下层DBD单元的介质板301与其相邻的上层的DBD单元的地电极203相对，通过位于二者之间的垫片204形成若干电离空间，即，气隙306。在实际使用过程中，可通过调整垫片204的厚度来控制气隙306的间隙，同时，优选为长条形的垫片204还具有导流作用，而良好的导流可提高臭氧的产生效率。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种臭氧发生模块，其包括至少一组如上所述的基础构件以及冷却端板4，且所述冷却端板4位于层叠设置的基础构件中的最上层的基础构件(DBD单元)的上方，即，最上层电极板3的上方。具体地，如图4所示，所述冷却端板4具有与冷却板2相类似的结构，不同之处在于其无需具有用于放置电极板3的凹槽以及相应的电缆引出口。具体地，所示冷却端板4包括端板本体401，所示端板本体401上设置有第二冷却液入口406、第二冷却液出口407以及设置于所述端板本体401内部、并于所述第二冷却液入口406和第二冷却液出口407相通的第二换热通道402。所述第二换热通道402优选采用蛇形结构或梳状结构或是其它有利于热交换的结构。此外，所述冷却端板4还包括设置于所述端板本体401的下表面的第二地电极403以及若干个设置于所述第二地电极403的外表面、并向外凸出的优选为长条形的第二垫片404。与冷却板2相类似，所述第二垫片404也可与所述冷却端板401一体加工成型，也可采用耐臭氧材料贴覆在所述第二地电极403的表面。
根据本发明的另一方面，还提供了一种板式臭氧发生器。如图5-图8所示，所述板式臭氧发生器包括外壳1；所述外壳1包括壳体101以及与所述壳体101相固连的底座109。其中，所述壳体101内设置有至少一个如上所述的臭氧发生模块。
在本发明中，所述外壳1采用耐高压设计，所述壳体101上设置有各种对外的水、电、气接口，具体地，如图5-图8所示，所述壳体101上设置有电源接口108、氧气入口111、臭氧出口112、第三冷却液入口114、第三冷却液出口113，且所述壳体101内设有相应的导管，以及，所述第三冷却液入口114分别与各臭氧发生模块中的各第一冷却液入口206、第二冷却液入口406相通。组装时，将所需的臭氧发生模块按串联或并联的方式装入壳体101中，并在每一臭氧发生模块的冷却端板4的上表面装配密封垫102。例如，当组装如图6所示的臭氧发生器时，可将若干组所需的基础构件以从下至上依次层叠的方式设置于壳体101内，并在位于最上层的基础构件的上表面装配冷却端板4，以及在冷却端板4的上表面装配密封垫102。并且，在组装时，将每一冷却板2/冷却端板4的冷却液入口和冷却液出口以垫圈进行密封，并将由电极板3内引出的高压引出线305穿过相应的绝缘套304连接至同样位于壳体101内高压电缆104，并在其四周加入绝缘填充料103进行密封，最后通过连接件将壳体101与底座109进行连接固定即可完成所述臭氧发生器的组装。特别地，由于间隙狭小，氧气端与臭氧端之间会形成压差，同时，为获得高浓度的臭氧，故本发明的臭氧发生器优选在氧气端与臭氧端之间，以及电极板3的两端均进行逐层密封，以防止原料氧气未经电离混入到臭氧中，冲淡臭氧浓度。
特别地，本发明的臭氧发生器的壳体101内还设有导流板119，所述导流板119优选设置于壳体101内的、氧气入口111与臭氧出口112之间的空腔内，以减小开机瞬间气流的冲击，并与所述第一垫片204/第二垫片404共同作用，通过改善流场，使得电离室内部的放电更为均匀。进一步地，所述导流板119为薄板，在组装时与所述基础构件一起装配，并且根据需要其可在壳体101内以一定的角度倾斜设置。进一步地，当壳体101内部层叠有多组基础构件时，可根据需要相应地增加导流板119的数量。
本发明如上所述的臭氧发生器，其工作过程为：外部来的高浓度氧气经氧气入口111进入到壳体101内并经导流板119导流通过设置于壳体101内的各层DBD单元的气隙306，以在等离子环境中获得氧气和臭氧的混合气体，并经臭氧出口112送出。本发明的臭氧发生器采用双极单介质冷却的方式，即，地电极以及高压电极均采用冷却水冷却。工作过程中，外部来的冷却液(冷却水)经第三冷却液入口114进入壳体101内并经相应的导管进入各DBD单元的换热通道202中，通过热交换，冷却液带走高压电极和地电极工作过程中所产生的热量，并经相应的导管以及第三冷却水出口113送出壳体101外。与此同时，电离反应过程中所产生的热量，也被流经气隙306的气流快速带走。
本发明的基础构件以及臭氧发生模块可根据需要组装成各种形式进行实施。例如，可根据需要，通过选择层叠基础构件的数量，以及装配不同长度、不同宽度的电极板以获得不同产量和/或不同浓度的臭氧发生模块。而当壳体101内设置有多个臭氧发生模块时，则所述多个臭氧发生模块可串联或并联使用，以构建不同产量和/或不同浓度的臭氧发生器。例如，根据本发明的一种实施方式，图9示出了3个臭氧发生模块5串联使用的臭氧发生器，以增加有效放电面积，获得较高的臭氧浓度。此外，本领域技术人员可以理解的是，本发明所述的臭氧发生器还包括用于提供电力的电源线、用于传输氧气、臭氧以及冷却液的各种导管和各种接口以及各种连接件等，为简明起见，在此不再一一赘述。
另外，本发明的臭氧发生器的壳体101以及臭氧发生模块可根据实际应用具有各种形状。包括但不限于，如图6-图8所示的长方体壳体101以及臭氧发生模块，在该结构中，可通过选择不同长度、不同宽度的电极板来获得不同产量和/或不同浓度的臭氧发生器。或者，如图10所示，可采用圆筒形外壳101以及臭氧发生模块5，在此实施方式中，圆筒形外壳101可耐受更高的工作气压。或者，如图11所示，也了采用圆筒形外壳101以及圆形臭氧发生模块3。在此实施方式中，所述臭氧发生器可具有较好的耐高压性能、较高的空间利用率、较好的流场以及较高的臭氧浓度。
此外，根据本发明的再一方面，如上所述的臭氧发生器可多个串联和/或并联使用，以构成大型的臭氧发生器机组。例如，图12示出了三个臭氧发生器并联使用的结构示意图，其中，每一臭氧发生器100(100-1、100-2-100-3)通过相应的氧气阀门702(702-1、702-2、702-3)连接至氧气母管701，而每个臭氧发生器中所产生的臭氧则通过相应的臭氧阀门703(703-1、703-2、703-3)连接至臭氧母管704。在实际应用中，理论上可进行任意多个的臭氧发生器的串联和/或并联。
本发明已通过多个实施形态和实施例进行了详尽的说明。然而，通过对前文的研读，对各实施方式的变化和增加也是本领域的一般技术人员所显而易见的。申请人的意图是所有这些变化和增加落在了本发明权利要求的保护范围中。
相似的编号通篇指代相似的元件。为清晰起见，在附图中可能有将某些线、层、元件、部件或特征放大的情况。
本文中使用的术语仅为对具体的实施例加以说明，其并非意在对本发明进行限制。除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)均与本发明所属领域的一般技术人员的理解相同。还须明确的是，除在本文中有明确的定义外，诸如字典中通常定义的术语应该解释为在本说明书以及相关技术的语境中可具有一致的意思，而不应解释的理想化或过分形式化。公知的功能或结构处于简要和清楚地考虑或不再赘述。
Claims (13)
1.一种板式臭氧发生器的基础构件，其特征在于：包括冷却板以及电极板，其中，所述冷却板包括冷却板本体，所述冷却板本体的内部设置有第一换热通道，所述冷却板本体的下表面设置有第一地电极，且第一地电极的外表面设置有若干个向外凸出的第一垫片，所述冷却板本体的上面设置有用于放置所述电极板的凹槽；所述电极板包括从上至下依次层叠设置的介质板、高压电极以及高绝缘/高导热材料，且所述电极板以介质板一面向外、高压高绝缘/高导热材料向内的方式设置于所述冷却板的凹槽中。
2.根据权利要求1所述的基础构件，其特征在于：所述第一换热通道为蛇形结构或梳状结构，且所述冷却板本体上设置有与所述第一换热通道相通的第一冷却液入口和第一冷却液出口。
3.根据权利要求2所述的基础构件，其特征在于：所述冷却板本体上设置有用于密封所述第一冷却液入口以及第一冷却液出口的垫圈。
4.根据权利要求1所述的基础构件，其特征在于：所述第一垫片为长条形；所述电极板还包括从其内部引出的高压引出线。
5.一种臭氧发生模块，其特征在于：包括冷却端板以及至少一组如权利要求1-4中任意一项所述的基础构件，其中，所述基础构件从下至上层叠设置，且所述冷却端板位于最上层的电极板的上方。
6.根据权利要求5所述的臭氧发生模块，其特征在于：所述冷却端板包括端板本体，所述端板本体的内部设置有第二换热通道，所述端板本体的下表面设置有第二地电极，且第二地电极的外表面设置有若干个向外凸出的第二垫片。
7.一种板式臭氧发生器，包括外壳，其特征在于：所述外壳包括壳体，所述壳体内密封设置有至少一个如权利要求5或6所述的臭氧发生模块。
8.根据权利要求7所述的板式臭氧发生器，其特征在于：当壳体内设置有多个臭氧发生模块时，各臭氧发生模块串联和/或并联设置。
9.根据权利要求7所述的板式臭氧发生器，其特征在于：所述壳体包括设置于壳体上的氧气入口、臭氧出口、第三冷却液入口、第三冷却液出口以及设置于壳体内的相应的导管，并且，所述第三冷却液入口分别与各臭氧发生模块中的各第一冷却液入口以及第二冷却液入口相通。
10.根据权利要求7-9中任意一项所述的板式臭氧发生器，其特征在于：所述壳体内还设置有导流板。
11.根据权利要求10所述的板式臭氧发生器，其特征在于：所述导流板设置于壳体内的氧气入口与臭氧出口之间的空腔内。
12.一种板式臭氧发生器机组，其特征在于：其包括多个如权利要求7-11所述的板式臭氧发生器。
13.根据权利要求12所述的板式臭氧发生器机组，其特征在于：多个板式臭氧发生器串联和/或并联设置。
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