CN110944939B

CN110944939B - 船舶用臭氧发生机器

Info

Publication number: CN110944939B
Application number: CN201880042139.9A
Authority: CN
Inventors: 于华龙; 斯科特·克里斯蒂·泰勒; 布鲁诺·斯坦林; 蒂托·谢勒; 卢卡·拉蒙诺
Original assignee: Suez Groupe SAS
Current assignee: Vigie Groupe SAS
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2023-02-17
Anticipated expiration: 2038-06-29
Also published as: US11370661B2; WO2019002530A1; JP7044811B2; KR20200026825A; JP2020525381A; EP3421418A1; ES2774071T3; CN110944939A; KR102572284B1; US20200156940A1; EP3421418B1

Abstract

本发明公开了用于在船舶上产生臭氧的臭氧发生机器，包括：臭氧发生器(OG)；液体冷却回路部分；框架，所述框架包括用于放置在地面上的基座(B)，支撑所述臭氧发生器(OG)的顶部子框架(TSF)，和布置在所述基座(B)和所述顶部子框架(TSF)之间的至少一对支柱(P)；其特征在于，所述框架包括：至少一对交叉支撑梁(CB)，用于连接所述支柱(P)；与所述基座(B)的底部连接的多个减震器(D)。

Description

船舶用臭氧发生机器

技术领域

本发明涉及一种臭氧发生机器，该臭氧发生机器包括臭氧发生器，该臭氧发生器具有由臭氧化间隙和介电层隔开的至少两个电极，并且连接到电力单元以在含有氧气并在臭氧化间隙中流动的气体中产生放电。具体而言，本发明涉及设计用于船舶的臭氧发生机器，在船舶中的以下运行条件是特殊且苛刻的：运动/振动、可用空间、温度、湿度……作为一个示例，这种臭氧发生机器可用于处理/消毒在船舶或船只的压舱物所包含的水。

背景技术

文件US 8728402 B2描述了臭氧发生机器的示例，该臭氧发生机器包括布置在水冷的臭氧发生器中的至少两个电极。然而，该文件没有给出任何适当的解决方案来提供适合在恶劣操作条件下的船舶中长期安全使用臭氧发生器。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的上述缺点，并且首次提出被设计成如在船舶上的那种恶劣的操作条件下长期且安全地使用的臭氧发生机器。

为此，本发明的第一方面是一种用于在船舶上产生臭氧的臭氧发生机器，包括：

臭氧发生器，所述臭氧发生器具有由臭氧化间隙和介电层隔开的至少两个电极，该臭氧发生器包括用于接收含有氧气的进料气体的至少一个气体入口，和用于将含有臭氧的气体排出至船舶的臭氧回路的气体出口；

框架，包括用于放置在地面上的基座，支撑臭氧发生器的顶部子框架，以及布置在基座和顶部子子框架之间的至少一对支柱；

其特征在于，该框架包括：

至少一对交叉支撑梁，该交叉支撑梁的每根梁与所述至少一对支柱中的一支柱的顶部部分和所述至少一对支柱中的另一支柱的底部部分连接；

多个减震器，与基座的底部附接，用于接触地面。

根据上述实施方式的臭氧发生机器包括：专门设计用于抗振的框架。实际上，将至少两个支柱连接在一起的交叉支撑梁(例如副对角撑格构梁或对角梁)有助于增加刚度和抗振性。这种振动使船舶上的结构受到应力。对于臭氧发生机器，臭氧发生器(包括电极、液体冷却部分和冷却剂的壳体)是一个笨重的部件(通常为

且长800mm～3000mm)，并且由于维护原因通常必须通过框架来支撑以将其定位在胸部高度。当基座承受振动时，这种在胸部高度处的载荷会对框架产生应力，导致应变和位移，从而影响长期完整性。交叉梁和减震器有助于增强上述装置的抗振性。

有利的是，臭氧发生机器包括液体冷却回路部分，至少包括在臭氧发生器中的冷却路径，并且与船舶的冷却回路连接。这使得能够有效地控制臭氧发生器的温度，并且液体冷却回路部分将与船只的冷却回路连接以形成一体化的机器。

有利的是，所述至少一对交叉支撑梁在基座上的垂直投影被包括在臭氧发生器在基座上的垂直投影内。换句话说，当装置位于水平地面上时，交叉支撑梁位于臭氧发生器的下面或下方(在臭氧发生器壳体的地面投影内)。这种结构避免了悬臂或悬垂，并使框架受到的应力最小化。

有利的是，框架包括：至少一个顶部加强板，与支柱的顶部部分和顶部子框架连接；和/或，至少一个底部加强板，与支柱的底部部分和基座连接。这种加强板增强了支柱末端与框架的顶部部分或底部部分之间的连接刚性。所述顶部加强板/底部加强板垂直于基座或地面。

有利的是，所述至少一个顶部加强板通过两个连接点与支柱的顶部部分连接并且通过两个连接点与顶部子框架连接；和/或，所述至少一个底部加强板通过两个连接点与支柱的底部部分连接并且通过两个连接点与基座连接。通常，连接点是螺栓、螺母或螺钉。

有利的是，交叉支撑梁的每根梁通过顶部加强板与一支柱的顶部部分连接，并且通过底部加强板与另一支柱的底部部分连接。这种与框架、支柱和交叉支撑梁连接的加强板的设计增强了支柱的末端与框架的顶部部分或底部部分之间的连接刚性。

有利的是，交叉支撑梁的梁在相面对的区域内连接在一起。这限制了相对运动。

有利的是，臭氧发生器具有限定轴向方向的轴向长度，该轴向方向与由基座限定的基座平面平行；并且，所述至少一对交叉支撑梁的每根梁的轴向长度平行于纵向平面，其中该纵向平面与上述轴向方向平行且与上述基座平面垂直。换句话说，交叉支撑梁与臭氧发生器纵向对齐。具体而言，当臭氧发生器的壳体为柱形时，其与地面平行并且交叉支撑梁沿机器的纵向方向连接支柱，由此限制框架在其最关键的最长尺寸中的形变。

有利的是，臭氧发生机器包括两对支柱，每对支柱配备有一对交叉支撑梁，其中交叉支撑梁的每根梁与一对支柱中的一支柱的顶部部分和该对支柱的另一支柱的底部部分连接。

有利的是，每对交叉支撑梁的每根梁的轴向长度平行于纵向平面，其中该纵向平面与上述轴向方向平行且与上述基座平面垂直。

有利的是，臭氧发生机器包括：

附接至所述基座的顶表面的至少一个电气器件，例如变压器或转换器；以及

处于框架中的一个开口，以允许移除/安装电气器件，所述开口垂直于轴向方向。两对交叉支撑梁在上述机器的底部部分中与支柱之间沿纵向方向对齐。电气器件(重型部件)也位于臭氧发生器的底部部分。为了简化维护，上述机器包括横向开口，使得能够更换电气器件而不受横撑梁的干扰：电气器件平行于纵向方向平移穿过开口。通常，可以使用门关闭开口以确保密封性，这是海洋环境中所需要的。

有利的是，所述至少一个电气器件布置在两对交叉支撑梁之间。

有利的是，所述至少四个减震器在基座上的垂直投影被包括在臭氧发生器在基座上的垂直投影内。换句话说，当机器放置在水平地面上时，在臭氧发生器的下面或下方(在臭氧发生器壳体的地面投影内)存在至少四个减震器。这种结构避免了悬臂或悬垂，并使框架受到的应力最小化。

有利的是，多个减震器中的至少一个布置成与船舶的地面抵靠。这避免了在船舶倾斜(至多30°)时上述机器的移动、滑动甚至翻倒。

有利的是，臭氧发生机器包括设置在臭氧发生器和顶部子框架之间的至少两个中间减震器。当框架经受振动时，布置在臭氧发生器与臭氧发生机器的其余部分之间的这些中间减震器使臭氧发生器的位移最小化。

在一实施方式中，电极是金属的，并且介电层包括施加在至少一个电极上的陶瓷涂层。

本发明的第二方面涉及一种船舶，其包括根据本发明第一方面的臭氧发生机器。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从下面对本发明的具体非限制性示例的详细描述中更加清楚地显现出来，在附图中：

图1示出了根据本发明的臭氧发生机器的透视图；

图2示出了图1的臭氧发生机器的第二透视图，其中，示出了内部框架结构而没有示出一些外部的门；

图3示出了图1的臭氧发生机器的臭氧发生器的简化横截面；

图4示出了图1的臭氧发生机器的示意图；

图5示出了配备有根据本发明的臭氧发生机器的船舶。

具体实施方式

图1、图2和图3所示的臭氧发生机器主要包括：臭氧发生器OG，两个电气柜C1和C2，以及用于支撑臭氧发生器OG和电气柜C1、C2的框架F。当然，该机器还包括多个阀门、传感器、管道、电气器件，以确保自动产生臭氧。具体而言，所描述的机器被设计用于需要对压舱水进行消毒以避免跨港水污染的船舶或船只。图5表示船舶S，其包括压舱物BA(充满水)和与船舶S的臭氧回路O3C连接的臭氧发生器OGM，用于向压舱物BA供应臭氧。实际上，压舱物BA中所包含的水在被释放之前需要进行处理/消毒，并且臭氧由臭氧回路O3C被直接供应到压舱物BA中，在压舱物BA中臭氧气泡是可见的。

臭氧发生器OG包括置于壳体H内的多个电极组ES，如图3所示。每个电极组包括由臭氧化间隙OZ和介电层(为了清楚起见，图中未示出)隔开的两个电极E1和E2。如图4所示，臭氧发生机器OGM还包括用于向每个电极组提供电流的电力单元EPU。当臭氧发生机器运行时，每个臭氧化间隙OZ在上游连接到臭氧发生器OG的用于接收含氧气的气体的气体入口O2IN，并且在下游连接到用于排出含臭氧的气体的气体出口O3OUT。

含有氧气的气体可以由船舶气网(ship network)、气瓶来提供，或者可以是空气。当向电极提供电力并且建立气流时，在电极之间的臭氧化间隙OZ中发生放电，从而产生电晕效应，并且气体入口O2IN供应的氧气的一部分被转化为臭氧，该臭氧在气体出口O3OUT以给定量排出。

为了在产生臭氧的过程中确保稳定的条件，液体冷却回路包括在臭氧发生器OG内的冷却路径，使得冷却液体能够流过臭氧发生器OG，以直接冷却每个电极组ES。图3示出了冷却水WC存在于臭氧发生器OG的壳体H内。臭氧发生器包括水冷入口WCIN和水冷出口WCOUT。

通常，臭氧发生机器OGM可以在以下范围内的条件下运行：

功率密度范围：0.1kw/平方米电极至10kw/平方米电极

电流频率范围：10Hz至30000Hz

峰值电压上限范围：2kV至20kV

气体出口处的臭氧浓度：1wt％至16wt％

进料气体的绝对压力范围：0.5巴(a)至6巴(a)

可能需要氮气(N2)和/或氩气(Ar)在进料气体中至少以浓度0.1wt％至5wt％存在，并且其余为氧气。可替代地，可以向臭氧发生器OG提供空气。

臭氧发生机器OGM还配备有足够多的传感器来监测和确保臭氧的产生，如图4所示，该机器可以包括氧浓度传感器OCS、氧压力传感器OPS、氧流量传感器OFS、臭氧浓度传感器O3S、臭氧压力传感器O3PG、臭氧循环流量传感器O3Q、入口水冷却温度传感器IWCTS和出口水冷却温度传感器OWCTS，入口水冷却流量传感器IWCQS和出口水冷却流量传感器OWCQS，具有例如电极强度传感器、电极电压传感器和频率传感器的电极功率测量装置EPS。

框架F通过顶部子框架TSF支撑臭氧发生器OG，通过基座B放置在地面上，并且包括位于顶部子框架TSF和基座B之间的支柱P。

通常，基座B和顶部子框架TSF是包括焊接梁和焊接板的金属结构，以确保具有足够大的搁置表面或平板区域，以用于臭氧发生器的部件的连接。焊接技术是组装的一个示例，但是梁和板可以通过螺母/螺栓/螺钉连接在一起，以便于框架F的拆卸/运输/安装。实际上，由于该臭氧发生机器被设计用于安装在船舶上，因此应当考虑在狭小且通道有限的空间内进行安装。这使得选择对具有较小尺寸/覆盖面积的零件进行焊接组装以及对具有较大尺寸/覆盖面积的零件进行螺母组装。

支柱P支撑顶部子框架TSF，并与基座B连接。

如图1和图2所示，出于维护原因，臭氧发生器OG通常位于胸部高度(离地面1m至1.6m)，以容易地接近如图3所示的位于臭氧发生器OG内的电极E1、E2。

臭氧发生器OG的重量和尺寸相当大(

约为300mm～800mm，长度为800mm～3000mm，重量为50kg至1500kg)，加上臭氧发生机器OGM的其他部件(电气柜C1、C2；管道；阀门……)的重量导致当机器受到海洋应用中常常出现的振动时导致应力、应变和位移。

例如，OGM的电气柜C1、C2或任何部件可能需要必须满足2Hz至100Hz振动的振动范围，并且比较基础框架和尤其是处于臭氧发生机器OGM顶部的其它部件(如2006年4月用于认证的D.N.V标准No.2.4“仪器和自动化设备环境测试规范”中所述)：

在2Hz至13.2Hz的共振频率下位移不能超过1mm；且

在13.2Hz至100Hz的共振频率下，加速度不能超过6860mm/s²。

为了在承受振动时最小化加速度和/或位移，框架F以下述特定的方式来设计。如图2所示，将交叉支撑梁CB定位在机器的纵向方向，以连接位于臭氧发生器OG下方的成对支柱P。第一对交叉支撑梁CB在图2中可见，但是另一个同样布置在臭氧发生器OG的下面，但是在它的另一侧。因此，支柱P被交叉支撑梁连接在一起而牢固地保持在一起。

此外，框架F包括加强板，且尤其是顶部加强板TRE，其通过两个螺栓连接到支柱P的顶部部分，并通过两个螺栓连接到顶部子框架TSF，由此增加连接处的刚性。类似地，底部加强板BRE通过两个螺栓连接到支柱P的底部部分，并通过两个螺栓连接到基座B，由此增加连接处的刚性。

交叉支撑梁通过两个螺栓还连接到加强板上，以提供简单而坚固的结构。

此外，减震器D位于地面和基座B之间，以使传递到框架F的振动最小化。在臭氧发生器OG的正下方至少放置四个减震器D，但是如图1所示，总共有十个减震器连接到基座B的底面。这些减震器中的一些直接抵靠地面，以防止地面和臭氧发生机器OGM之间的任何相对运动(滑动、翻倒……)。

所选择的减震器D应具有小的垂直尺寸(小于100mm)并且能够承受臭氧发生机器的重量。通常，这种减震器D包括橡胶，该橡胶布置在与框架F连接的第一连接部分和抵靠地面或铺设在地面上的第二连接部分之间。

至少四个减震器D位于臭氧发生器OG的垂直下方，并且中间减震器ID位于臭氧发生器OG和顶部子框架TSF之间，以尽可能地使臭氧发生机器OGM的最重部分(臭氧发生器OG)的振动最小化。

此外，应该注意的是，交叉支撑梁CB被定位成与臭氧发生机器OGM的纵向尺寸平行，该纵向尺寸由臭氧发生器OG的轴向方向限定。因此，部件或装置可以放置在两对交叉支撑梁CB之间，并且上述机器包括至少一个门D1以用于关闭框架F中的开口，其中通过该开口，出于维护原因可以移除或移入放置在两对交叉支撑梁CB之间的部件或装置。具体而言，有利的是，在臭氧发生机器的底部部分放置和连接大型电气器件，如变流器或转换器，以增加稳定性。横向门D1及其开口被布置得足够大以允许这些器件通过，避免移除交叉支撑梁的必要。

当然，应当理解，对于本领域技术人员来说，可以实施明显的改进和/或修改，这些仍然在由所附权利要求书限定的本发明的范围内。

Claims

1.用于在船舶上产生臭氧的臭氧发生机器(OGM)，包括：

臭氧发生器(OG)，具有由臭氧化间隙(OZ)和介电层隔开的至少两个电极，所述臭氧发生器(OG)包括用于接收含有氧气的进料气体的至少一个气体入口(O2IN)，和用于将含有臭氧的气体排出至所述船舶的臭氧回路的气体出口(O3OUT)；

框架，所述框架包括用于放置在地面上的基座(B)，支撑所述臭氧发生器(OG)的顶部子框架(TSF)，和布置在所述基座(B)和所述顶部子框架(TSF)之间的至少一对支柱(P)；

其特征在于，所述框架包括：

至少一对交叉支撑梁(CB)，所述交叉支撑梁(CB)的每根梁与所述至少一对支柱(P)中的一支柱(P)的顶部部分和所述至少一对支柱(P)中的另一支柱(P)的底部部分连接；

多个减震器(D)，所述多个减震器与所述基座(B)的底部附接，用于与地面接触。

2.根据权利要求1所述的臭氧发生机器(OGM)，其中，所述至少一对交叉支撑梁(CB)在所述基座(B)上的垂直投影被包括在所述臭氧发生器(OG)在所述基座(B)上的垂直投影内。

3.根据权利要求1所述的臭氧发生机器(OGM)，其中，所述框架包括：至少一个顶部加强板(TRE)，所述至少一个顶部加强板与支柱(P)的顶部部分和所述顶部子框架(TSF)连接；和/或，至少一个底部加强板(BRE)，所述底部加强板与支柱(P)的底部部分和所述基座(B)连接。

4.根据权利要求3所述的臭氧发生机器(OGM)，其中，所述至少一个顶部加强板(TRE)通过两个连接点与支柱(P)的顶部部分连接并且通过两个连接点与所述顶部子框架(TSF)连接；和/或，所述至少一个底部加强板(BRE)通过两个连接点与支柱(P)的底部部分连接并且通过两个连接点与所述基座(B)连接。

5.根据权利要求3或4所述的臭氧发生机器(OGM)，其中，所述交叉支撑梁(CB)的每根梁通过顶部加强板(TRE)与一支柱(P)的顶部部分连接，并且通过底部加强板(BRE)与另一支柱(P)的底部部分连接。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的臭氧发生机器(OGM)，其中，所述臭氧发生器(OG)具有限定轴向方向的轴向长度，所述轴向方向与由所述基座(B)限定的基座(B)平面平行；并且其中，所述至少一对交叉支撑梁(CB)的每根梁的轴向长度与纵向平面平行，所述纵向平面与所述轴向方向平行且与所述基座(B)平面垂直。

7.根据权利要求6所述的臭氧发生机器(OGM)，包括两对支柱(P)，每对支柱(P)配备有一对交叉支撑梁(CB)，其中，所述交叉支撑梁(CB)的每根梁与一对支柱(P)中的一个支柱(P)的顶部部分和该对支柱(P)的另一支柱(P)的底部部分连接。

8.根据权利要求7所述的臭氧发生机器(OGM)，其中，每对交叉支撑梁(CB)的每根梁的轴向长度与纵向平面平行，所述纵向平面与所述轴向方向平行且与所述基座(B)平面垂直。

9.根据权利要求8所述的臭氧发生机器(OGM)，包括：

附接至所述基座(B)的顶表面的至少一个电气器件；以及

处于所述框架中的一个开口，以允许移除/安装所述电气器件，所述开口垂直于所述轴向方向。

10.根据权利要求9所述的臭氧发生机器(OGM)，其中，所述至少一个电气器件为变压器或转换器。

11.根据权利要求9或10所述的臭氧发生机器(OGM)，其中，所述至少一个电气器件布置在所述两对支柱(P)配备的两对交叉支撑梁(CB)之间。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的臭氧发生机器(OGM)，包括至少四个减震器(D)，其中，所述至少四个减震器(D)在所述基座(B)上的垂直投影被包括在所述臭氧发生器(OG)在所述基座(B)上的垂直投影内。

13.根据权利要求1至4中任一项所述的臭氧发生机器(OGM)，其中，所述多个减震器(D)中的至少一个布置成与所述船舶的地面附接。

14.根据权利要求1至4中任一项所述的臭氧发生机器(OGM)，包括布置在所述臭氧发生器(OG)和所述顶部子框架(TSF)之间的至少两个中间减震器(ID)。

15.船舶(S)，包括根据前述权利要求中任一项所述的臭氧发生机器(OGM)。