CN109455672A - 利用液氧生成臭氧并液化分离的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用液氧生成臭氧并液化分离的系统，包括液氧储存容器、臭氧发生器和混合气体分离装置，混合气体分离装置包括混合气体入口、液体臭氧出口和氧气出口，液氧储存容器内的液氧首先对混合气体分离装置进行热交换，之后通过管路与臭氧发生器的入口连通，臭氧发生器的出口与混合气体分离装置的混合气体入口连通，混合气体分离装置的氧气出口与臭氧发生器的入口连通。本发明通过液氧对混合气体分离装置进行热交换，使混合气体中的臭氧冷凝，而热交换之后的液氧再冲入到臭氧发生器中；通过混合气体分离装置分离后的氧气回充到臭氧发生器中，从而可以高效的利用液氧产生臭氧并液化。本发明还提供一种利用液氧生成臭氧并液化分离的方法。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种利用液氧生成臭氧并液化分离的系统和方法。
背景技术
利用氧气生成臭氧的过程中，臭氧的产率受到环境因素及生产设备的限制，以及臭氧和氧气的可逆反应，生成的是氧气和臭氧的混合气体，这两种气体混合之后通过普通的方法很难进行分离。目前，已知的臭氧和氧气混合气体的分离方法，通过冷却降温使臭氧和氧气进行分离，仅是通过热交换器对混合气体进行冷却，而在使臭氧液化的同时保证氧气不被液化，这样一个过程较难进行有效控制，而且热交换效率相对较低。
发明内容
本发明的目的在于，针对臭氧和氧气混合气体的分离难度问题，提供一种利用液氧生成臭氧并液化分离的系统和方法，解决现有臭氧和氧气混合气体的分离的技术问题。
本发明的技术方案如下：
利用液氧生成臭氧并液化分离的系统，包括液氧储存容器、臭氧发生器和混合气体分离装置，所述混合气体分离装置包括混合气体入口、液体臭氧出口和氧气出口，所述液氧储存容器内的液氧首先对所述混合气体分离装置进行热交换，之后通过管路与所述臭氧发生器的入口连通，所述臭氧发生器的出口与所述混合气体分离装置的混合气体入口连通，所述混合气体分离装置的氧气出口与所述臭氧发生器的入口连通。
可选择地，所述管路与所述臭氧发生器进行热交换之后再与所述臭氧发生器的入口连通。
可选择地，所述管路与进入到所述混合气体入口的混合气体进行热交换之后再与所述臭氧发生器的入口连通。
还包括液氮储存容器，所述液氮储存容器内的液氮用于与进入到所述混合气体入口的混合气体进行热交换。
可选择地，所述液氮储存容器内的液氮，在与所述混合气体进行热交换之后，还用于对所述臭氧发生器进行降温。
所述混合气体分离装置，包括具有夹层壁的筒形体，所述夹层壁上设有冷却流体入口和冷却流体出口，所述冷却流体入口与所述液氧储存容器连通，所述混合气体入口与筒形体内壁连通，所述液体臭氧出口设置在所述筒形体的底部，所述氧气出口设置在所述混合气体入口的上方，其中所述冷却流体入口设置在靠近所述液体臭氧出口的一端，所述冷却流体出口设置在靠近所述氧气出口的一端。
可选择地，所述筒形体为锥筒形状，并且所述液体臭氧出口设置在所述筒形体的直径较小的一端，所述氧气出口设置在所述筒形体的直径较大的一端。
可选择地，所述筒形体为圆筒形状。
可选择地，所述夹层壁内设置有螺旋形的冷却通道。
可选择地，由螺旋管连接形成具有夹层壁的所述筒形体。
可选择地，在所述氧气出口设置有一个自所述氧气出口向所述臭氧液体出口方向延伸的导管。
可选择地，所述混合气体入口的方向与所述筒形体的内壁相切或者与所述筒形体的内壁呈锐角。
可选择地，在所述导管上设有圆盘，所述圆盘位于所述混合气体入口和所述液体臭氧出口之间，所述圆盘的边缘与所述筒形体的内壁之间保留间隙，使混合气体能够通过间隙并贴着所述筒形体的内壁向所述液体臭氧出口的方向流动。
利用液氧生成臭氧并液化分离的方法，包括：
利用液氧对混合气体分离装置进行热交换，使混合气体分离装置内部的臭氧和氧气的混合气体中的臭氧降温冷凝液化；
热交换之后的液氧生成氧气并充入到臭氧发生器进行反应；
臭氧发生器反应产生的混合气体冲入到混合气体分离装置中；
混合气体分离装置分离出的氧气回充到臭氧发生器。
可选择地，热交换之后的液氧生成氧气，与臭氧发生器进行热交换或者与充入到混合气体分离装置的混合气体进行热交换之后再充入到臭氧发生器进行反应。
可选择地，还包括通过液氮对混合气体进行冷却。
本发明提供的利用液氧生成臭氧并液化分离的系统，通过液氧对混合气体分离装置进行热交换，使混合气体中的臭氧冷凝，而热交换之后的液氧再冲入到臭氧发生器中；通过混合气体分离装置分离后的氧气回充到臭氧发生器中，从而可以高效的利用液氧产生臭氧并液化。
进一步地，通过混合气体分离器的筒形体的内壁对混合气体进行降温，从而使混合气体中的臭氧的温度降低到凝露点而冷凝形成液体，并通过底部的臭氧液体出口流出进而进行收集；而氧气的凝露点更低，氧气不会凝结，并通过氧气出口排出，从而实现了对氧气和臭氧的分离并使臭氧冷凝形成液体；当选用液氧作为冷却流体对夹层壁进行冷却时，可以不需要对温度进行控制而实现对氧气和臭氧的分离。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的利用液氧生成臭氧并液化分离的系统的结构示意图。
图2为本发明一实施例提供的利用液氧生成臭氧并液化分离的系统的结构示意图。
图3为本发明一实施例提供的利用液氧生成臭氧并液化分离的系统的结构示意图。
图4为本发明一实施例提供的混合气体分离装置的结构示意图。
图5为本发明一实施例提供的混合气体分离装置的结构示意图。
图6为本发明一实施例提供的混合气体分离装置的结构示意图。
图中：
10、筒形体；11、夹层壁；12、混合气体入口；13、液体臭氧出口；14、氧气出口；15、冷却流体入口；16、冷却流体出口；17、导管；18、圆盘。
20、液氧储存容器；30、臭氧发生器；40、混合气体分离装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，本发明的实施例提供一种利用液氧生成臭氧并液化分离的系统，包括液氧储存容器20、臭氧发生器30和混合气体分离装置40，所述混合气体分离装置40包括混合气体入口12、液体臭氧出口13和氧气出口14，所述液氧储存容器20内的液氧首先对所述混合气体分离装置40进行热交换，之后通过管路与所述臭氧发生器30的入口连通，所述臭氧发生器30的出口与所述混合气体分离装置40的混合气体入口12连通，所述混合气体分离装置40的氧气出口14与所述臭氧发生器30的入口连通。
利用液氧对混合气体分离装置40进行热交换时，不需要增加对温度检测，而可以实现对臭氧和氧气的分离。利用液氧气化时吸热以对混合气体进行降温，从而使混合气体中的臭氧液化，同时液氧气化之后充入到臭氧发生器反应产生臭氧，从而可以有效利用液氧自身的能量。
可选择地，如图2所示，所述管路与所述臭氧发生器30进行热交换之后再与所述臭氧发生器的入口连通，使液氧在气化之后再进一步与臭氧发生器进行热交换，从而提高臭氧发生器的工作效率，提高臭氧的产率。
可选择地，如图3所示，所述管路与进入到所述混合气体入口的混合气体进行热交换之后再与所述臭氧发生器的入口连通，以提前对混合气体进行降温处理，使混合气体中的臭氧在混合气体分离装置40内更容易被液化。
还包括液氮储存容器(图中未示出)，所述液氮储存容器内的液氮用于与进入到所述混合气体入口的混合气体进行热交换。
可选择地，所述液氮储存容器内的液氮，在与所述混合气体进行热交换之后，还用于对所述臭氧发生器进行降温。由于液氮的沸点更低，所以液氮与混合气体热交换之后仍然可以进一步对臭氧发生器进行降温，以提高臭氧发生器的工作效率。
如图4-6所示，所述混合气体分离装置40，包括具有夹层壁11的筒形体10，所述筒形体10的两端封堵并且分别开口,其中在所述筒形体10上还设置有与筒形体10内壁连通的混合气体入口12，所述筒形体10的底部设有液体臭氧出口13，在所述混合气体入口12的上方的所述筒形体10上设有氧气出口14，所述夹层壁11上设有冷却流体入口15和冷却流体出口16，其中所述冷却流体入口15设置在靠近所述液体臭氧出口13的一端，所述冷却流体出口16设置在靠近所述氧气出口14的一端。
含有臭氧和氧气的混合气体通过混合气体入口12进入到筒形体10内部，由于冷却流体的作用，使夹层壁11的内壁降温，与筒形体10内部的混合气体进行热交换，将混合气体中的热量带走，从而对混合气体进行降温，混合气体向筒形体10内部充入的过程中，混合气体本身具有一定的流速，从而使混合气体在进入到筒形体10内部之后，不断地与筒形体的夹层壁11之间进行热交换，使混合气体降温，当混合气体降温到臭氧的凝露点以下时，臭氧开始液化，而氧气仍保持气体状态，液化后的臭氧在重力作用下通过底部的液体臭氧出口流出，而氧气则通过氧气出口排出。
所述夹层壁11可以覆盖整个筒形体10的外部，也可以部分地覆盖所述筒形体10的外部，当所述夹层壁11覆盖整个筒形体10的外部时，其冷却效果更好，夹层壁的外壁需尽量采用隔热材料制造，使夹层壁减少与外部空间的热交换，而夹层壁的内壁需要尽量采用导热材料制造，使夹层壁能够更多的与筒形体内部的混合气体进行热交换，促使混合气体降温进而使混合气体中的臭氧液化。
可选择地，所述筒形体10为锥筒形状，并且所述液体臭氧出口13设置在所述筒形体10的直径较小的一端，本实施例中，所述液体臭氧出口13位于底部，所述氧气出口14设置在所述筒形体10的直径较大的一端，本实施例中，所述氧气出口14位于顶部。采用锥筒形状的筒形体10，当混合气体进入到筒形体10的内部之后，混合气体沿着筒形体的内壁旋转，旋转的过程中，由于臭氧分子的质量大于氧气分子的质量，从而使臭氧分子与筒形体10内壁之间的接触更大，使臭氧更易于降温并冷凝；并且由于内壁的直径逐渐缩小，使气体的离心力逐渐增大，从而由于臭氧与筒形体10内壁的接触几率进一步增大，进一步有效地对混合气体中的臭氧进行降温，促使臭氧冷凝。
可选择地，所述筒形体10为圆筒形状，相应地，所述夹层壁也是围绕所述筒形体10设计为圆筒形状，其臭氧冷凝的原理请参考锥筒形状的筒形体10的原理阐述。
可选择地，所述夹层壁11内设置有螺旋形的冷却通道，采用螺旋形的冷却通道，一方面使冷却流体对筒形体10的降温效果更均衡，另一方面也可以延长冷却流体的行进时间，使冷却流体的热交换更充分。
可选择地，由螺旋管连接形成具有夹层壁的所述筒形体10。
可选择地，如图5所示，在所述氧气出口14设置有一个自所述氧气出口14向所述臭氧液体出口13方向延伸的导管17。导管17可以避免混合气体直接通过氧气出口排出，使混合气体必须行进到导管17的管口的位置才能够沿着导管排出，从而使混合气体与筒形体10进行更充分的换热。
可选择地，所述混合气体入口12的方向与所述筒形体10的内壁相切或者与所述筒形体10的内壁呈锐角。
可选择地，如图6所示，在所述导管上设有圆盘18，所述圆盘位于所述混合气体入口12和所述液体臭氧出口13之间，所述圆盘18的边缘与所述筒形体的内壁之间保留间隙，使混合气体能够通过间隙并贴着所述筒形体的内壁向所述液体臭氧出口的方向流动。
本发明提供的氧气和臭氧混合气体分离装置，通过筒形体的内壁对混合气体进行降温，从而使混合气体中的臭氧的温度降低到凝露点而冷凝形成液体，并通过底部的臭氧液体出口流出进而进行收集；而氧气的凝露点更低，氧气不会凝结，并通过氧气出口排出，从而实现了对氧气和臭氧的分离并使臭氧冷凝形成液体；当选用液氧作为冷却流体对夹层壁进行冷却时，可以不需要对温度进行控制而实现对氧气和臭氧的分离。
本发明实施例还提供一种利用液氧生成臭氧并液化分离的方法，包括：
利用液氧对混合气体分离装置进行热交换，使混合气体分离装置内部的臭氧和氧气的混合气体中的臭氧降温冷凝液化；
热交换之后的液氧生成氧气并充入到臭氧发生器进行反应；
臭氧发生器反应产生的混合气体冲入到混合气体分离装置中；
混合气体分离装置分离出的氧气回充到臭氧发生器。
可选择地，热交换之后的液氧生成氧气，与臭氧发生器进行热交换或者与充入到混合气体分离装置的混合气体进行热交换之后再充入到臭氧发生器进行反应。
可选择地，还包括通过液氮对混合气体进行冷却。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.利用液氧生成臭氧并液化分离的系统，包括液氧储存容器、臭氧发生器和混合气体分离装置，所述混合气体分离装置包括混合气体入口、液体臭氧出口和氧气出口，所述液氧储存容器内的液氧首先对所述混合气体分离装置进行热交换，之后通过管路与所述臭氧发生器的入口连通，所述臭氧发生器的出口与所述混合气体分离装置的混合气体入口连通，所述混合气体分离装置的氧气出口与所述臭氧发生器的入口连通。
2.如权利要求1所述的利用液氧生成臭氧并液化分离的系统，其特征在于，
所述管路与所述臭氧发生器进行热交换之后再与所述臭氧发生器的入口连通；
和/或，所述管路与进入到所述混合气体入口的混合气体进行热交换之后再与所述臭氧发生器的入口连通。
3.如权利要求1所述的利用液氧生成臭氧并液化分离的系统，其特征在于，
还包括液氮储存容器，所述液氮储存容器内的液氮用于与进入到所述混合气体入口的混合气体进行热交换；
和/或，所述液氮储存容器内的液氮，在与所述混合气体进行热交换之后，还用于对所述臭氧发生器进行降温。
4.如权利要求1所述的利用液氧生成臭氧并液化分离的系统，其特征在于，
所述混合气体分离装置，包括具有夹层壁的筒形体，所述夹层壁上设有冷却流体入口和冷却流体出口，所述冷却流体入口与所述液氧储存容器连通，所述混合气体入口与筒形体内壁连通，所述液体臭氧出口设置在所述筒形体的底部，所述氧气出口设置在所述混合气体入口的上方，其中所述冷却流体入口设置在靠近所述液体臭氧出口的一端，所述冷却流体出口设置在靠近所述氧气出口的一端。
5.如权利要求4所述的利用液氧生成臭氧并液化分离的系统，其特征在于，
所述筒形体为锥筒形状，并且所述液体臭氧出口设置在所述筒形体的直径较小的一端，所述氧气出口设置在所述筒形体的直径较大的一端；
和/或，所述筒形体为圆筒形状；
和/或，所述夹层壁内设置有螺旋形的冷却通道；
和/或，由螺旋管连接形成具有夹层壁的所述筒形体；
和/或，所述混合气体入口的方向与所述筒形体的内壁相切或者与所述筒形体的内壁呈锐角。
6.如权利要求1所述的利用液氧生成臭氧并液化分离的系统，其特征在于，
在所述氧气出口设置有一个自所述氧气出口向所述臭氧液体出口方向延伸的导管。
7.如权利要求6所述的利用液氧生成臭氧并液化分离的系统，其特征在于，
在所述导管上设有圆盘，所述圆盘位于所述混合气体入口和所述液体臭氧出口之间，所述圆盘的边缘与所述筒形体的内壁之间保留间隙，使混合气体能够通过间隙并贴着所述筒形体的内壁向所述液体臭氧出口的方向流动。
8.利用液氧生成臭氧并液化分离的方法，包括：
利用液氧对混合气体分离装置进行热交换，使混合气体分离装置内部的臭氧和氧气的混合气体中的臭氧降温冷凝液化；
热交换之后的液氧生成氧气并充入到臭氧发生器进行反应；
臭氧发生器反应产生的混合气体冲入到混合气体分离装置中；
混合气体分离装置分离出的氧气回充到臭氧发生器。
9.如权利要求8所述的利用液氧生成臭氧并液化分离的方法，其特征在于，
热交换之后的液氧生成氧气，与臭氧发生器进行热交换或者与充入到混合气体分离装置的混合气体进行热交换之后再充入到臭氧发生器进行反应。
10.如权利要求8所述的利用液氧生成臭氧并液化分离的方法，其特征在于，还包括通过液氮对混合气体进行冷却。
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2018
- 2018-12-31 CN CN201811652263.5A patent/CN109455672A/zh active Pending
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