CN112225181A - 一种紫外激光光纤臭氧发生器 - Google Patents
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Abstract
一种紫外激光光纤臭氧发生器，氧气罐与臭氧发生器之间连通管道上设有减压阀与流量变送器；臭氧发生器上端的光纤耦合器通过传导光纤连接紫外激光光源，下端联通臭氧发生器内的弥散光纤；紫外激光光源一端通过电压调节器连接控制系统；流量变送器连接控制系统；臭氧发生器内部上下方各设有一个弥散光纤固定板，光纤固定板内设有气体通道，臭氧发生器下方设有出气口，工作时，纯氧减压，进入臭氧发生器，氧气通过光纤固定板分布进入紫外激光激发室，紫外激光经弥散光纤将紫外光向四周辐射，氧气吸收紫外光的能量成为氧单子，氧单子与氧原子结合生产臭氧。本装置增加了光照接触面积，光分布更为均匀，减少了传质限制，使光的利用率得到显著提高。
Description
技术领域
本发明属于化工设备发生器技术领域，具体涉及一种紫外激光光纤臭氧发生器。
背景技术
臭氧的氧化还原电位仅次于氟气，由于这一特性臭氧可应用于消毒、杀菌、脱色、废气及水处理等方面。近年来特别是全球疫情状态下，臭氧发生器的需求量大大增加，但市面上臭氧发生器并未细分，家用、商用、工业等并未完全开发，臭氧发生器自身结构亦有待改进。
臭氧的产生一般有3种方式：高压放电式，电解式和紫外线照射式。高压放电式臭氧发生器是使用一定频率的高压电流制造高压电晕电场，使氧分子发生电化学反应生成臭氧，特点是技术成熟、臭氧产量大，但产生臭氧的浓度存在很大的波动，难以精准控制。
电解式是通过电解纯净水而产生臭氧，能制取高浓度的臭氧水、使用和维修简单，但臭氧产量无法做大、电极使用寿命短、臭氧不容易收集等方面的缺点，使其适用范围受到限制。
紫外线照射式，利用紫外光照射方式使氧分子(O2)吸收紫外光的能量将化学键拆开，成为氧单子，氧单子与氧原子结合生产臭氧(O3)。现阶段紫外臭氧发生器因紫外光强度不足、反应接触面有限造成能耗较高、产生臭氧浓度低。尽管如此，由于紫外辐射具备制备臭氧纯度高，反应器对温度、湿度不敏感，且易调节控制的优点，仍然有很大的拓展潜力。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种紫外激光光纤臭氧发生器，通过改变紫外线波长和辐射强度、改进反应腔体构造等方式提高臭氧生成效果，目的在能极大限度提升紫外激发氧分子分解并聚合成臭氧反应效率的臭氧发生器系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种紫外激光光纤臭氧发生器，包括氧气罐，氧气罐与臭氧发生器之间连通管道上设有减压阀与流量变送器；臭氧发生器上端的光纤耦合器通过传导光纤连接紫外激光光源，下端联通臭氧发生器内的弥散光纤；紫外激光光源一端通过电压调节器连接控制系统；流量变送器连接控制系统；臭氧发生器内部上下方各设有一个光纤固定板，光纤固定板设有气体通道，臭氧发生器下方设有出气口。
所述的光纤包括传导光纤、弥散光纤，紫外激光器产生的紫外光通过传导光纤及光纤耦合器后送至弥散光纤，弥散光纤侧面透出紫外光，弥散光纤的上下两端分别固定在上下光纤固定板上，上下光纤固定板的间隙留有气体通道。
所述的紫外激光光源采用生成臭氧紫外光效率最高185nm紫外激光器（配套冷却系统）作为激发光源，能量密度不小于280 mW/cm2。
所述的氧气罐作为氧气源，采用纯度质量百分比≥90%的氧气或液氧，减压至0.2MPa。
所述的臭氧发生器内腔为不锈钢、聚四氟乙烯内衬，其密封接触面可采用耐腐蚀能力强的硅橡胶等材料。
所述的控制系统控制紫外灯点亮，并在应用范围内调节其亮度，控制紫外灯正常工作并维持稳定的光照强度，同时控制反应气体的流量稳定。
所述的传导光纤由50根光纤构成，每根光纤约1.3mm。
所述的光纤固定板设有均匀的气体通道的通孔及弥散光纤。
本发明的有益之处在于：
光纤型反应器以光纤作为紫外光的传输媒介，直接将光传导至反应物中，极大地增加了光照接触面积，提升两个数量级以上，同时令光分布更为均匀，减少了传质限制，使光的利用率得到显著提高。
采用激光光源，能量密度是普通紫外光源的10倍以上；同时能量密度可线性调节。
经上述反应强化，紫外激发氧分子分解并聚合成臭氧反应效率提升至少两个数量级，臭氧浓度达到主流臭氧发生器最高浓度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明光纤固定板的结构示意图。
其中， 1为氧气罐、2为减压阀、3为臭氧发生器、4为光纤耦合器、5为光纤、6为紫外激光光源、7为控制系统、8为气体通道、9为光纤固定板、10为流量变送器、11为电压调节器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步叙述。
如图1所示，一种紫外激光光纤臭氧发生器，包括氧气罐1，其特征在于，氧气罐1与臭氧发生器3之间连通管道上设有减压阀2与流量变送器10；臭氧发生器3上端的光纤耦合器4通过传导光纤5连接紫外激光光源6，下端联通臭氧发生器内的弥散光纤；紫外激光光源6一端通过电压调节器11连接控制系统7；流量变送器10连接控制系统7；臭氧发生器3内部上下方各设有一个光纤固定板9，光纤固定板9设有气体通道8，臭氧发生器3下方设有出气口。
所述的光纤5包括传导光纤、弥散光纤，紫外激光器产生的紫外光通过传导光纤及光纤耦合器后送至弥散光纤，弥散光纤侧面透出紫外光，弥散光纤的上下两端分别固定在上下光纤固定板9上，上下光纤固定板9的间隙留有气体通道。
所述的紫外激光光源6采用生成臭氧紫外光效率最高185nm紫外激光器配套冷却系统作为激发光源，能量密度不小于280 mW/cm2，实现紫外光源低发散、高光强，降低功耗。激光器冷却方式分为水冷却和空气冷却。
所述的氧气罐1作为氧气源，采用纯度质量百分比≥90%的氧气或液氧，减压至0.2MPa。
所述的臭氧发生器3内腔为不锈钢、聚四氟乙烯内衬，其密封接触面可采用耐腐蚀能力强的硅橡胶等材料。
所述的控制系统7控制紫外灯点亮，并在应用范围内调节其亮度，控制紫外灯正常工作并维持稳定的光照强度，同时控制反应气体的流量稳定。
所述的传导光纤5由50根光纤构成，每根光纤约1.3mm。大量光纤可使光照比表面积扩大近百倍，且通过紧密排列可使光的均匀度大大提高。
如图2所示，所述的光纤固定板9设有均匀的气体通道8的通孔及臭氧发生器3的弥散光纤。
所述的传导光纤、光纤耦合器、弥散光纤、光纤固定板组成弥散光纤发光系统，紫外激光器产生的紫外光通过传导光纤及光纤耦合器后送至弥散光纤，弥散光纤侧面透出紫外光，弥散光纤的上下两端分别固定在光纤上固定板和光纤下固定板上，光纤上固定板和光纤下固定板的间隙留有气体通道；
本发明的工作原理是：
氧气罐1纯氧，通过减压阀2减压至0.2 MPa后，经流量变送器10进入臭氧发生器3进气口，氧气通过光纤固定板9分布的气体通道8进入紫外激光激发室，紫外激光光源经弥散光纤将紫外光向四周辐射，光纤周围的纯氧在紫外光的照射下，氧气吸收紫外光的能量将化学键拆开，成为氧单子，氧单子与氧原子结合生产臭氧，产出的臭氧经下方光纤定位架9的气体通道8至臭氧发生器3出气口。
紫外激光器6带有恒温装置，发出的紫外激光经传导光纤5和光纤耦合器4，将紫外激光传导至弥散光纤3，使得紫外光被充分利用。
经实验室测试：
光强，选用生成臭氧紫外光效率最高185nm紫外激光器（配套空冷系统）作为激发光源，能量密度不小于280 mW/cm2，输入电压220V。
反应面积反应器的总体积为63 L，其中直径为200mm，高为2000mm，多达5000束弥散光纤，有效玻纤表面积达38.5m2，当气体流速100L/min，纯氧源时，单位臭氧电耗≤15kWh/kg，臭氧浓度100mg/L，氧气转化率约10wt%，可匹配现阶段主流介质阻挡放电工业化设备参数。
Claims (8)
1.一种紫外激光光纤臭氧发生器，包括氧气罐（1），其特征在于，氧气罐（1）与臭氧发生器（3）之间连通管道上设有减压阀（2）与流量变送器（10）；臭氧发生器（3）上端的光纤耦合器（4）通过传导光纤（5）连接紫外激光光源（6），下端联通臭氧发生器（3）内的弥散光纤；紫外激光光源（6）一端通过电压调节器（11）连接控制系统（7）；流量变送器（10）连接控制系统（7）；臭氧发生器（3）内部上下方各设有一个弥散光纤固定板（9），光纤固定板（9）内设有气体通道（8），臭氧发生器（3）下方设有出气口。
2.根据权利要求1所述的一种紫外激光光纤臭氧发生器，其特征在于，所述的紫外激光光源（6）经传导光纤（5）传输至光纤耦合器（4），经光纤耦合器（4）改变紫外激光的光斑大小及射入角度后，将光射入由光纤固定板（9）固定的弥散光纤内。
3.根据权利要求1所述的一种紫外激光光纤臭氧发生器，其特征在于，所述的紫外激光光源（6）采用生成臭氧紫外光效率最高185nm紫外激光器（配套冷却系统）作为激发光源，能量密度不小于280 mW/cm2。
4.根据权利要求1所述的一种紫外激光光纤臭氧发生器，其特征在于，所述的氧气罐（1）作为氧气源，采用纯度质量百分比≥90%的氧气或液氧，减压至0.2 MPa。
5.根据权利要求1所述的一种紫外激光光纤臭氧发生器，其特征在于，所述的臭氧发生器（3）内腔为不锈钢、聚四氟乙烯内衬，其密封接触面可采用耐腐蚀能力强的硅橡胶等材料。
6.根据权利要求1所述的一种紫外激光光纤臭氧发生器，其特征在于，所述的控制系统（7）控制紫外灯点亮，并在应用范围内调节其亮度，控制紫外灯正常工作并维持稳定的光照强度，同时控制反应气体的流量稳定。
7.根据权利要求1所述的一种紫外激光光纤臭氧发生器，其特征在于，所述的传导光纤（5）由50根光纤构成，每根光纤约1.3mm。
8.根据权利要求1所述的一种紫外激光光纤臭氧发生器，其特征在于，所述的光纤固定板（9）设有均匀的气体通道（8）的通孔及弥散光纤。
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| PB01 | Publication | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: No.61 Xiyan Road, Xi'an City, Shaanxi Province 710054 Applicant after: Shaanxi Chemical Research Institute Co.,Ltd. Address before: No.61 Xiyan Road, Xi'an City, Shaanxi Province 710054 Applicant before: SHAANXI RESEARCH DESIGN INSTITUTE OF PETROLEUM CHEMICAL INDUSTRY |