CN112441563A - 集中传输式氙准分子光源臭氧发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的技术领域属于利用臭氧对病毒、细菌等有害微生物的消杀领域，表述了利用氙准分子光源设计的一种集中传输式氙准分子光源臭氧发生器，发明人冀望于使用本发明所表述的集中传输式氙准分子光源臭氧发生器能够以空气或氧气为气源，制备含有较高臭氧浓度，不含氮氧化合物的气体伴生，从而将臭氧的消杀作用发挥出无与伦比的效果。

Description

集中传输式氙准分子光源臭氧发生器

技术领域

本发明涉及的技术领域属于利用臭氧对病毒、细菌等有害微生物的消杀领域，表述了利用氙准分子光源设计的一种集中传输式氙准分子光源臭氧发生器，发明人冀望于使用本发明所表述的集中传输式氙准分子光源臭氧发生器能够以空气或氧气为气源，制备含有较高臭氧浓度，不含氮氧化合物的气体伴生，从而将臭氧的消杀作用发挥出无与伦比的效果。

背景技术

在当前的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)肆虐全球的情况下，对环境中有害微生物消杀的重要性引起了全人类的特别重视。然而在我国目前新冠肺炎的疫情下，使用最广泛地是以“84消毒液”为代表的氯化物消杀剂，因为这是被普遍认为最安全最环保的消杀剂。其实不然，过多的使用以氯为代表的化学消杀剂对环境的污染不容小觑。以氯为例，目前我国环保对地表水规定的氯的最高含量为0.01mg/L，“84消毒液”的氯含量标准规定为10％左右。不管使用什么形式的配制，“84消杀液”中的氯最终是要进入实施消杀区域的地下水体系。一吨“84 消毒液”所含的氯可以污染1000万m3的地下水。根据有关方面的统计，目前我国“84消毒液”的生产能力可以达到5900吨/日的产能。这些“84消毒液”被使用后，可以导致590亿立方米的地下水被氯污染超标。根据当前新冠肺炎疫情的状态，疫情防控进入常态化阶段，对应的消杀工作也将是长期的工作。如果不对化学消杀剂采取严格的使用控制，在防止疫情传播的同时，导致了化学消杀剂对环境的污染，将是对人类又一个新的灾难。早在新冠肺炎肆虐的高峰期2020年2月29日国务院应对新型冠状病毒肺炎疫情联防联控机制综合组就颁布了《关于进一步规范和加强新冠肺炎流行期间消毒工作的通知》(联防联控机制综发〔2020〕89号)，《通知》提到：“各地要防止过度消毒，不对室外环境开展大规模的消毒，雨雪天气不开展外环境消毒；不对外环境进行空气消毒；不直接使用消毒剂(粉)对人员全身进行喷洒消毒；不对水塘、水库、人工湖等环境中投加消毒剂(粉)；不在有人条件下对室内空气使用化学消毒剂消毒”。

显然寻找更有效和更环保的消杀剂取代化学消杀剂，是当前疫情防控的迫切需要。那么有没有更好的取代品呢？答案是肯定的，最佳的取代品是臭氧。臭氧是目前全球公认的消杀能力最强、没有耐药性、消杀速度最快、最环保的消杀剂。也是中国《消毒技术规范》中规定的8种消毒分类中的一种，是我国法定的消毒方式。但是由于臭氧的性质非常活泼，所以导致臭氧也非常不稳定，可以快速的降解为氧气而失去消毒作用。这是导致臭氧在消杀领域使用受到限制的重要因素。为确保臭氧的消毒作用，中国《消毒技术规范》规定臭氧消毒必须现用现制。因此使用臭氧消杀取代被广泛使用的化学消杀剂目前遇到的瓶颈技术是臭氧现用现制的装备。

在臭氧大气中氧分子分解成氧原子后，氧原子又与周围的氧分子结合而形成的，含有3 个氧原子的3氧分子。目前以空气中的氧气制备臭氧气体的方式主要是两类，一类是利用电晕(介质阻挡放电)激发空气中的氧气产生臭氧，另一种是利用紫外光辐射激发氧气产生臭氧。

当前在我国臭氧发生器绝大多数是采用电晕方法(即介质阻挡放电模式，有些企业将此称之为等离子方法)制备臭氧。但是这种方式制备的臭氧会同时产生氮氧化合物。这是因为在空气中含有78％左右的氮气和21％左右的氧气。其中氮的电离势ev＝15.5KJ·mol^-1，氧的电离势ev＝12.5KJ·mol^-1。氮的一些氧化物的电离势与氧的电离势更加接近，如一氧化氮的电离势ev＝9.5KJ·mol^-1，二氧化的电离势ev＝11.0KJ·mol^-1，氧化二氮的电离势ev＝12.9KJ·mol^-1，等。

采用电晕的方式制备臭氧，会同时产生大量的多组分的氮氧化合物。因为以现在人类对电晕的控制技术很难做到通过控制产生电晕的电压与频率释放的电能只能将氧分子激发成氧原子而不激发空气中的氮分子。所以采用电晕的方式制备臭氧，会伴随同时激发氮气产生氮原子，而氮原子也是非常活泼的物质，他可以迅速地与周围的氧分子产生化学结构不同的众多氮的氧化物，如一氧化氮、二氧化氮、氧化二氮、五氧化二氮等等。这些氮氧化合物本身的电离势与氧的电离势非常接近，同时自身也非常活泼，在电晕电场作用下自身不断地发生变化，同时也与周边氧分子、臭氧分子想相互之间产生反应，生成更加复杂的氮氧化合物。

众所周知，氮氧化合物是一类非常有害的物质，例如一氧化氮就是常见的化学武器“笑气”；二氧化氮与周边空气中的水分生成硝酸，从而形成“酸雨”，硝酸是三大强酸之一，酸性很强，可以腐蚀很多物品。尤其是对食品的腐蚀，对人的呼吸器官的腐蚀，是食品安全和环境保护的重要防备的对象。氮氧化合非常活泼，遇到其它有害化合物，例如硫化物等，会生成危害性更大的有害物质。

氮氧化合物也会与臭氧产生化学反应，例如一氧化氮与臭氧会生成二氧化氮，并将部分臭氧还原成氧气，二氧化氮与水分子形成酸性溶液，酸性溶液与臭氧分子可以将臭氧还原成氧分子和水分。如此复杂混乱的相互转化，其结果是两点，其一是产生有害的氮氧化合物，其二是大幅度自身消耗了电晕放电所产生的臭氧分子，从而降低臭氧的浓度。下表的数据展示了采用电晕方式在不同氧气含量的情况下，所产生的臭氧量与部分氮氧化合物的量。

在表1：电晕激发不同浓度的氧气所产生的臭氧量和部分氮氧化合物的量

O<sub>2</sub>％浓度(v/v％)	O<sub>3</sub>	N<sub>2</sub>O	HNO<sub>3</sub>
				22％(相当于空气)	1021	522	434
41.4％	12194	505	582
				61.1％	25099	379	459
79％	31542	222	409
				95％	36967	91.6	306
100％	40579	0	0

由上表可见，随着气源氧气浓度的提高，臭氧的制备量有显著地升高，但是氮氧化合物氧化二氮的量随着氧气浓度的提升(实际上是氮气的浓度降低)有显著地降低，而二氧化氮 (硝酸HNO₃)的量并不是有显著地降低。需要注意的第二个问题是上表只检测了两种氮氧化合物，实际上氮气被电晕激发后产生的氮原子是非常活泼的，可以与氧气和臭氧反应生成多种氮氧化合物，如一氧化二氮、一氧化氮、三氧化二氮、四氧化二氮、五氧化二氮等。由上表可见，除了100％的纯氧气为气源使用电晕方法制备臭氧不会产生氮氧化合物外，即便是 95％的氧气气源，仍然会产生氮氧化合物。所以采用电晕的方式除非使用100％的氧气为气源，否则都会产生氮氧化合物。而如果产生氮氧化合物，都会产生连锁反应消耗臭氧和产生复杂的有害物的连锁反应。目前有不少的企业将电晕制备臭氧的方法称之为“等离子臭氧发生器”，并由此产生了众多的“负离子空气净化器”、“等离子臭氧消毒柜”等，不管冠以什么名称，都无法避免在制备臭氧的同时产生有害的氮氧化合物。所以一些医术高明的医生已经告诫消费者，在使用这类臭氧空气净化器的时候，要注意通风，尤其是儿童、老人和体弱的病人要谨慎的使用这类臭氧空气净化器，其道理就在于此，同时临床医生也已经接待了不少受到伤害的患者接受医生的治疗，所以才向患者发出了上述警示。

制备臭氧的另一种方式是紫外辐射法。紫外辐射可以发射一定的光子能量，光子能量可以被氧分子吸收，从而激发氧的核外电子发生变化，激发氧分子转化为氧原子而形成臭氧，所以臭氧是氧分子吸收紫外辐射能导致氧分子中两个氧原子之间的双键断裂而产生氧原子。能够导致氧分子的双键断裂的吸收能在118kcal/mol的吸收能量，而如果将氮分子的三键打断产生氮原子，则需要225kcal/mol的吸收能量。氧分子和氮分子的吸收能相差几乎一倍，两者之间有较宽的能量吸收空间，这样就为人类单独激发氧分子产生臭氧，并且不损伤氮分子的稳定性创造了技术机会。目前常见的紫外辐射获得臭氧的方法有两种光源，一种是低压汞灯光源，另一种是氙准分子光源。

低压汞灯可以发射两种紫外光谱谱线，一个是中心波长为253.7nm的紫外宽频波长，另一个是中心波长为184.9nm的紫外窄频波长。184.9nm的紫外窄频波长可以产生125kcal/mol 左右的光子能量，这样就可以较微弱的力量打断周边少部分氧分子的双键产生氧原子，同时由于产生的吸收能量远远低于可以导致氮分子三键断裂的225kcal/mol的吸收能量而不会伤及氮分子之间稳定的三键结构。所以低压汞灯产生的184.9nm的窄频紫外光即便是所产生的光子能量相对较弱，但是仍然可以被周边少量的氧分子吸收，从而产生少量的臭氧，但是因为所产生的光子能量太低，因此不会产生氮氧化合物。

低压汞灯所产生的主峰波长在253.7nm的宽频紫外光所产生的光子能量在75kcal/mol 左右，不具备可以导致氧分子双键断裂的能量。然而令人非常遗憾的是臭氧在254nm有很大的吸收峰，也就是说低压汞灯的184.9nm的谱线激发的臭氧在253.7nm的宽频紫外光的辐射下，又被还原成氧分子。尽管很多人都接受了低压汞灯既可以紫外辐射杀菌，又可以通过产生的臭氧杀菌，具有双重功能。但是截止到目前为止，本发明人还未能见到关于低压汞灯的 253.7nm的宽频紫外光的辐射能杀菌与184.9nm的谱线激发的臭氧杀菌能力分开比较的相关研究报道，更多的是关于低压汞灯辐射能杀菌的相关研究。但是为人什么人们都普遍地接受低压汞灯具有的紫外辐射杀菌和臭氧杀菌的双功能概念呢？这是因为人的嗅觉对臭氧得气味非常敏感，当空气中的臭氧得浓度在0.2ppm的情况下就可以被人闻到明显的臭氧的“腥味”，而中国《消毒技术规范》规定的空气消毒的浓度为30mg/m³＝14.02ppm(一般是指室温条件下)，所以当人类可以闻到的臭氧气味并不具备对有害微生物杀灭的有效浓度。

另一种是氙准分子光源可以产生主峰波长为172nm的窄频紫外光(中心波长为1)。令人鼓舞的是氙准分子发射的172nm的紫外窄频光可以产生160kcal/mol的吸收能量，远远地低于可以导致氮分子三键断裂的225kcal/mol的吸收能量而不会伤及氮分子之间稳定的三键结构。同时由于氙准分子光源发射的172nm的窄频紫外光得光强度非常高，所以可以有效地激发周边的氧分子产生氧原子，从而产生大量的臭氧，而不会产生氮氧化合物。

氙准分子光源的组成部分一般可以分成两个核心部件，一个部件是氙准分子灯管，一个是与灯管配套的逆变器(也可称之为氙准分子灯管的高压高频电源)。采用氙准分子光源激发氧分子制备臭氧的装备被称之为“氙准分子光源臭氧发生器。这是当前从空气中制备臭氧气体效率最高、制备的臭氧气体最纯的臭氧制备技术。

然而应用这种“氙准分子光源臭氧发生器”开发的臭氧消杀装备的产品非常单一，目前只见到有一种产品被开发运用。这种产品的工作原理是，将氙准分子光源的氙准分子灯管灯安装在一个开放式的金属(304或316不锈钢金属)罩内(也可以称之为金属舱)，通过轴流风扇将环境中的空气依次输送到金属容器内的氙准分子灯的周围，氙准分子灯发射的172nm的窄频紫外光将激发空气中的氧分子产生活性氧原子，活性氧原子具有异常强大的氧化性，可以将被依次输送到身边的空气中的挥发性有机化合物(VOC)发生氧化反应，降解VOC，作为与VOC并存的空气中悬浮的有害微生物也会被活性氧氧化杀灭，生成二氧化碳分子气体和水分子，挥发到周边空气中，而不会产生其他的化学物质，所以被称之为最环保的消杀剂。由于这种使用氙准分子光源臭氧发生器开发出来的消杀产品采用了风力弱，且导向性不强的轴流风扇，且容纳氙准分子光源灯管的进入容器是非封闭式的，可以向四周弥散气流，所以在氙准分子光源的灯管四周被激发以后产生的臭氧气体是以弥散传播的方式向四周传播后，与被轴流风扇送来的有VOC的空气相遇而与VOC产生氧化还原反应而发挥消杀作用。本发明人将这种安装有氙准分子光源灯管的金属舱称之为“开放式氙准分子臭氧激发舱”。

本发明人将这种使用“开放式氙准分子臭氧激发舱”开发的臭氧消杀产品的应用模式称之为“弥散传播式氙准分子臭氧发生器”。在技术调研中我们发现，这种“弥散传播式氙准分子臭氧发生器”在使用不久，就会在氙准分子灯附近堆积大量的极细粉末，这是因为氙准分子臭氧发生器的除尘作用。当被消杀的空间空气中有粉尘微粒时，氙准分子灯激发空气产生的活性氧就会与粉尘微粒吸附在一起聚集成更大的粉尘微粒，当粉尘微粒的体积被活性氧聚集增大体积后，较大体积的粉尘就会坠落在氙准分子灯的灯管上以及灯的附近和输送空气的风扇上。这是很不利的现象！因为氙准分子灯管所激发的172nm的窄频紫外光在空间传播时会被很快衰减，所以有效的激发氧分子产生氧原子的范围是在距离氙准分子光源的灯管 2mm～4mm的范围内，距离过远，氙准分子灯管发射的172nm的紫外窄频光的强度被衰减，无法激发周边的氧分子产生氧原子，从而产生臭氧气体。除了在空气洁净的环境，绝大多数需要消杀的环境空气中都会存在或多或少的微尘颗粒，所以这种“弥散传播式氙准分子臭氧发生器”在使用中在灯管的周围出现集尘的现象会在氙准分子灯管的使用寿命期内迟早发生的，这就限制了这种“弥散传播式氙准分子臭氧发生器”的应用场合，以及灯管的应用寿命会大幅度短于灯管的设计使用寿命。尽管这种“弥散传播式氙准分子臭氧发生器”的产品在投放市场后获得了很好的效益，例如在医院、食品加工厂、养老院等场所就发挥了很好的空气消杀和 VOC异味消除的作用。也有人使用这种“弥散传播式氙准分子臭氧发生器”续开发了“氙准分子臭氧消毒舱”用于医疗器械和医疗用品(如病床等)等，也发挥了很好的效果。但是在有微尘产生的场合，随着产品的应用，由于集尘所导致的制备臭氧的能力大幅度下降的缺陷就会逐渐暴露出来。因此，使用氙准分子光源臭氧发生器开发新的后续消杀产品，是将氙准分子光源臭氧发生器这种最好的臭氧制备技术发挥到更高的应用水平，从而将臭氧的消杀作用发挥到无与伦比的效果，这就是本发明人提出本专利申请的初衷。基于此，本发明人提出了本次“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器”的发明申请。

发明内容

图1展示的是氙准分子光源的氙准分子灯管的正视图。在图1中1是氙准分子光源的氙准分子灯管，灯管使用了石英材料，2是灯管的两端基座，基座使用了特殊的陶瓷材料，3是灯管的电源引线，4是灯管石英玻璃管上面的金属网状负电极。经过发明人对氙准分子光源的启动关闭测试，发明人购买的由日本USHIO公司生产的一款包括控制器件在内的表示耗电功率小于37w(单独氙准分子光源的耗电功率大约在27w左右)的氙准分子光源，具有小于 1秒钟重复开启而不影响灯管寿命和开启后立即发射出满能量光谱强度的优良电气特性。

根据对USHIO公开网站的相关资料的阅读，发明人了解到该公司生产的氙准分子光源对周边空气中的氧气产生辐射能导致氧分子激发成臭氧的距离应该控制在2mm～4mm以内。

本发明的技术特征之一是，将氙准分子光源的氙准分子灯管(以下可简称：灯管)封装在一个两端有通气孔的金属腔体容器中；金属腔体的首选形状为圆柱形，也可以是多边形(如六棱柱、八棱柱)或其他类型的空腔柱体，金属容器内腔的内直径应该控制在氙准分子灯管直径再外扩10mm以内，最佳直径为再外扩5mm，金属容器的内腔长度应该完全包容氙准分子灯，不同耗电功率的氙准分子灯管的直径和长度会有所不同，金属容器内腔的直径与长度也应该随氙准分子灯管的外观变化而变化：当对金属容器两端的孔进行封闭后，金属容器壁厚应该承受满足1MPa气压的耐压，应该根据金属容器的耐压和材质决定金属容器的壁厚；金属容器的材质首选304不锈钢和316不锈钢材质以及与之具有相当耐紫外线辐射和耐氧化的其他材质，例如耐紫外线辐射和耐氧化的复合材料等；氙准分子灯管应该通过合适的固定方式悬空地被固定在金属容器内腔中间的位置，准分子灯管的两端陶瓷材料的基座可以与金属容器相接触，而石英玻璃材料的灯管部分不得与金属容器相接触，距离应该控制在 1mm～10mm之间；氙准分子灯管的两条引线可以通过钻孔密封或隔离引导的方式将灯管的两条引线引出金属容器外部与氙准分子光源的逆变器(氙准分子灯管的高压高频电源)相连接；所谓隔离引线就是在金属容器的一端采用非金属材料(如耐紫外线的复合材料、聚四氟乙烯等)作为密封衬垫，在衬垫上钻孔并镶嵌安装金属导体(一般选择铜或金属材料表面镀金、镀铂金)，应该确保引衬垫上镶嵌的金属不漏气，灯管的引线焊接在衬垫先前的金属导体内侧，通过衬垫镶嵌的金属导体可以将灯管的两条导线向外衍伸到氙准分子光源的逆变器；不管采用哪种引线方式，都应该确保导线处不会导致在大于1MPa气压下产生漏气现象。发明人将上述所描述的安装氙准分子灯管的金属容器命名为“封闭式氙准分子臭氧激发舱”(在图标中，为了叙述简单，将“封闭式氙准分子臭氧激发舱”用一个图标表示，这相当于一个模块，当使用多个“封闭式氙准分子臭氧激发舱”时，就用代表“封闭式氙准分子臭氧激发舱”的图标以模块组合的方式进行表述)，是集中传输式氙准分子光源臭氧发生器的核心组件。而氙准分子光源的逆变器(即氙准分子光源灯管的高压高频电路板)是置于金属容器之外的合适位置，不包括在的“封闭式氙准分子臭氧激发舱”的概念范畴，属于氙准分子的电气控制范畴。

本发明的技术特征之一是，“封闭式氙准分子臭氧激发舱”的两端通气孔的一端气孔通过管道(气体管道)与可以提供一定气压的气源供给装备连接，是封闭式氙准分子臭氧激发舱的进气端，可将该气孔称之为“供气孔”；另一端气孔通过管道与喷嘴连接，是封闭式氙准分子臭氧激发舱的出气端，可将该气孔称之为“排气孔”；封闭式氙准分子臭氧激发舱的两个气孔在使用中可以任意地选定其中的一个作为进气孔，而另一个就是排气孔。将封闭式氙准分子臭氧激发舱的一个孔与气压气源装备连接后，就可以源源不断地向“封闭式氙准分子臭氧激发舱”输送有一定气压的气体，气体在氙准分子灯管的四周通过，从“封闭式氙准分子臭氧激发舱”的排气孔出舱后，通过管道被送到喷嘴后喷出；

如果气源装备输送的是空气，则空气中的氧气在经过氙准分子灯管的四周流经的过程中，如果此时氙准分子光源工作，则氙准分子灯管就会向四周辐射172nm的窄频紫外光，此时流经灯管四周空气中的氧分子就会吸收172nm窄频紫外光的能量，而被激发成活性氧原子，从而在封闭式氙准分子臭氧激发舱内就形成了混合有臭氧的空气，然后从排气孔流出，通过管道被集中输送到喷嘴后被喷射出去。如果氙准分子光源不工作，则流经封闭式氙准分子臭氧激发舱的空气会被原状态从喷嘴中喷出。从喷嘴中喷出的气体不管是含有臭氧的混合气体，还是原来的空气，其输送的方位均受与“封闭式氙准分子臭氧激发舱”另两端气孔连接的管道的长度和方向、以及提供一定气压的气源装备所提供的气压高低所控制。改变管道的长度和方向、以及调节气压的高低，就可以将流经“封闭式氙准分子臭氧激发舱”的气体集中输送到所需要的地方。如果在压力气源供给装备和封闭式氙准分子臭氧激发舱之间的管道上加装气体调节阀调节进入封闭式氙准分子臭氧激发舱的气体压力和气流流量，则流经封闭式氙准分子臭氧激发舱的气体流量就可以控制。当氙准分子灯管的功率一定时，其所激发周边气体中的氧气产生臭氧的量也是一定的，调节流经灯管的气流量，就可以控制气体中的臭氧量。

本发明在研究过程中所使用的氙准分子光源是日本USHIO公司生产的一种氙准分子光源，耗电功率在37W以下，且可以“秒开秒关”而不影响灯的寿命，当通电开启后，灯的发光强度可以瞬间达到峰值强度。这种功率下的氙准分子光源发射的172nm的窄频紫外光(为中心波长)对流经灯管周围的空气中的氧气激发产生臭氧的激发距离在2mm-4mm之内，最佳在2mm左右，如果太远，则172nm的光强度会衰减，将无法激发氧分子转变为臭氧。为了最有效的利用氙准分子光源的激发能力，氙准分子光源灯管周围的空气量不能太多，且空气应该是流动的，这样才能够制备出该灯管功率下的较高浓度的臭氧混合气体(即空气中的氧气部分或全部激发成臭氧气体后的剩余的以氮气为主要成分的其他气体与新激发的臭氧气体的混合气体)。所以应该有压力气源装置与封闭式氙准分子臭氧激发舱配套连接，这样就可以源源不断地向封闭式氙准分子臭氧激发舱提供流动的气体。氙准分子光源的灯管的工作状态有两种，“熄灭”与“点亮”。灯管处于熄灭状态时，不会发射172nm的窄频紫外光，而处于点亮状态时则灯管就会发射172nm的窄频紫外光将流经灯管四周向外扩展2mm-4mm的范围内的空气中的氧气激发成臭氧气体，新激发的臭氧气体在气体压力的作用下与周边空气混和后再一起流出封闭式氙准分子臭氧激发舱。本发明人通过试验获得，氙准分子灯管的“点亮”和“熄灭”的最短控制时间是1秒钟，最长时间可以达到数小时，所以将氙准分子灯管控制电路的灯管“点亮”和“熄灭”的最短控制时间段设计为1秒钟，最长时间不限，是控制封闭式氙准分子臭氧激发舱臭氧的产量的一种有效电控手段。

通过气体压力表控制流经灯管的空气流量就可以控制单位气体体积内臭氧的浓度。所以增加氙准分子灯管的数量和提升流经灯管周边空气的流量就可以获得高臭氧浓度和大流量的臭氧混合气体。反之则臭氧混合气体中臭氧的浓度就会降低以及臭氧混合气体的流量就会减少。基于此，在封闭式氙准分子臭氧激发舱与压力气源装备之间的气流管路上增加气体压力调节阀来根据需要调节进入封闭式氙准分子臭氧激发舱的空气流量是必须的。

如果将灯管处于常开状态仍然不能满足臭氧制备量的需求，就可以通过氙准分子灯管的串联、或并联、或串并联的方式增加氙准分子灯管的个数就可以有效的提升单位时间内臭氧的制备量。

由于氙准分子光源的氙准分子灯管所发射的172nm的光谱强度受灯管的耗电功率所限，所以一支灯管所激发氧分子产生臭氧的量受灯管的耗电功率所限，所以当需要制备更多的臭氧时，可以采用氙准分子灯管并联或串联或串并联的模式增加臭氧的制备量。由于一个“封闭式氙准分子臭氧激发舱”内只安装了一支氙准分子灯管，所以氙准分子灯管并联或串联的模式实际上也就是“封闭式氙准分子臭氧激发舱”串联或并联或串并联的模式。从氙准分子灯管激发氧分子产生臭氧的模式以及现代工业追求模块化设计的角度来说，本发明在一个“封闭式氙准分子臭氧激发舱”内只设计安装了一支氙准分子灯管，但是也不排除扩大“封闭式氙准分子臭氧激发舱”的内容积，使之可以并联或串联或串并联安装两个以上的氙准分子灯管的设计模式。这种设计模式是专业的技术人员在阅读了本发明的文件理解了本发明的技术特征后，依赖于专业领域内的常识就可以容易的设计出来，所以将“封闭式氙准分子臭氧激发舱”的内容积扩大以求安装一支以上的多支氙准分子灯管的设计也属于本发明技术特征的范畴。

所以本发明人将这种由“封闭式氙准分子臭氧激发舱”、压力气源供给装备、气体调节阀(如气体压力调节阀或气体流量调节阀)、喷嘴、管道组成的机械结构，再配套“秒开秒关”的氙准分子灯管“亮”“熄”的控制电路的装备，称之为“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器”，这是一种采用氙准分子172nm窄频深紫外光激发氧气产生臭氧气体、臭氧气体浓度可控、臭氧气流可控的新型臭氧现用现制的臭氧气体发生器。集中传输式氙准分子光源臭氧发生器的工作原理表述起来比较简单，就是采用可以提供气压的压力气源装备，通过气路管道将具有压力的气源送入封闭式氙准分子光源臭氧激发舱的进风口，在压力气源的气压作用下，气流被源源不断地通过氙准分子灯管周边的空间，气流中的氧气组分被172nm的深紫外光辐射产生激发态氧原子，同时还会留下未本激发的原生态气体(如空气、氧气)，被激发的氧原子气体与原生态气体形成混合气体，从封闭式氙准分子光源臭氧激发舱的出后出来，如果在封闭式氙准分子光源臭氧激发舱的出口也连接气管道，则从封闭式氙准分子光源臭氧激发舱出来的混合气体就会沿着气管道传输，则气管道另一头的出口就是混合气体被集中传输的终点。如果混合气体中臭氧的组分占据主导地位，我们可以把混合气体简单的视为臭氧气体，则这种臭氧激发和传输的装置，我们就可以将其称之为“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器”，或称“集中传输式氙准分子臭氧发生器”。

172nm的窄频紫外光属于超短波紫外光，其在空间的传输能力和对物质的穿透能力都是非常有限的。众所周知，我们周边空气中是存在灰尘微粒、各种有机挥发物(VOC)、水分等杂质。当172nm的紫外光将流经其周边的空气中的氧气分子的双键破坏以后会形成带正电荷和带负电荷的臭氧原子(三个电荷的氧原子就组成了臭氧分子)，正负电荷的氧原子会吸附空气中带有正负电荷的微尘和VOC，这样就会有微尘被吸附在灯管的周围，在水分的作用下就会聚集在灯管的表面形成杂质雾膜，从而阻挡172nm的紫外光进入流经的空气，从而削弱激发氧气产生臭氧。为了保持氙准分子光的激发能力，就应该使用气体过滤装置将进入封闭式氙准分子臭氧激发舱的空气中的微尘和VOC和水分尽可能滤除。常用的气体过滤装置有气体微尘过滤器、油水分离器、汽水分离器、有机物质过滤器(如活性炭柱、硅藻土柱)、水分过滤器(常用的有硅胶柱)等。

本发明的技术特征之一是：“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器”中的气源装备首选空气压缩机(或称空气泵)、涡流风机、鼓风机、制氧模块(应采用PSA分子筛制氧机(空气变压吸附)的制氧机或VPSA分子筛制氧机(吸附真空解吸)，这两款制氧机均简称分子筛制氧机，但不限于此)。

本发明的技术特征之一是：“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器”中的喷嘴采用一流体喷嘴和二流体喷嘴。

本发明的技术特征之一是：“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器”可以采用单气源供气，也可以采用双气源供气，双气源供气一般采用空气气源和氧气气源，空气气源一般采用空气压缩机、涡流风机或鼓风机。氧气气源应首选分子筛制氧机。制氧机的氧气纯度在80％～95％之间均可，虽然氧气的纯度越高越有利于提高封闭式氙准分子臭氧激发舱的臭氧生成量，但是使用分子筛制氧机制备高纯度的氧气的成本也就会相应提升。根据我国目前分子筛制氧机普遍达到的氧气纯度，将分子筛制氧机制备氧气的纯度控制的在85％以上是可行的，但是当纯度超过95％以上时，分子筛制氧机制备的氧气纯度将会难以提升，除非是采用更高性能的分子筛，这对于本项目来说，将会大幅度提升制备臭氧的成本，所以本发明人推荐的首选氧气供给纯度在80％以上即可满足需求。当然在不过度提升制氧成本的前提下，氧气的纯度越高越好。另外当集中传输式氙准分子光源臭氧发生器采用空气和氧气双气源供气时，空气一般采用空气泵供给，氧气一般采用分子筛制氧机供给，封闭式氙准分子臭氧激发舱应该先与制氧机连接，将制氧机提供的高纯度氧气制备成高纯度的臭氧气体后，通过文丘里管 (简称：文氏管、射流器)将来自于空气泵的空气与来自于封闭式氙准分子臭氧激发舱的高浓度臭氧气体混合，从而形成气压更高的臭氧混合气体。

本发明的技术特征之一是：在“封闭式氙准分子臭氧激发舱”的排气孔与喷嘴之间的管路上必须安装单向阀，以防在使用二流体喷嘴时，来自于二流体喷嘴的液体倒灌“封闭式氙准分子臭氧激发舱”而导致氙准分子灯管遭遇水汽或水分时产生故障，甚至爆裂。

本发明的技术特征之一是：必须在“封闭式氙准分子臭氧激发舱”的进气孔与气源装备之间的管路上安装气体过滤装备，这些装备包括油气分离器、和/或水汽分离器、和/或空气过滤器(如活性炭过滤器、硅胶柱过滤器、微尘过滤器，等)；通过这些过滤方式将进入“封闭式氙准分子臭氧激发舱”气体中的油、水分、微尘和有机挥发物(VOC)控制到最小程度。

在氙准分子光源工作时，氙准分子灯管会产生热量，这有可能会是对灯管的寿命，所以本发明的技术特征之一是：在“封闭式氙准分子臭氧激发舱”的壳体外部增加散热方式，所采取的散热方式常规有三种，一种是通过增加散热片利用散热片与周边空气的温差形成的气流散热，第二种是在散热片上安装散热风扇强制散热，第三种是在壳体上安装液体管道或液体夹层进行强制散热，首选的散热液体是水。

由于灯管发射的是172nm的超短波窄频紫外线具有较强的紫外辐射能量，臭氧的氧原子具有很强的氧化能力，所以在“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器”中凡是可以与172nm 的超短波窄频紫外线和臭氧的部位应该选择耐紫外线辐射和耐臭氧氧化的材料，例如不锈钢材料(首选304不锈钢、316不锈钢)、聚四氟乙烯材料、耐紫外线的复合材料等。

与本发明专利申请文件提交的同日，本申请人同时提交了“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器的臭氧喷洒架构”专利申请文件以及多个与本专利应用配套的发明专利申报文件。以本专利申请文件所表述的“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器”为核心建成多种类型的集中传输式氙准分子光源臭氧发生器的衍生架构的内容，将在“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器的臭氧喷洒架构”专利申请文件中展开表述，本专利重点阐述集中传输式氙准分子光源臭氧发生器的技术特点，其它不再赘述。在需要深入了解集中传输式氙准分子光源臭氧发生器的应用场合时，请结合参阅“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器的臭氧喷洒架构”专利申请文件以及与之配套申报的多个发明专利申报文件。

附图说明

图1中的1是氙准分子发光体，2是灯管固定基座，3是灯管电源线，4是金属网状电极。

图2中，1是封闭式氙准分子臭氧激发舱的舱壁，2、3是封闭式氙准分子臭氧激发舱的两个气孔，4是封闭式氙准分子臭氧激发舱内部的空腔体，5是氙准分子灯管的发光部分，6 是氙准分子灯管的陶瓷基座，7是封闭式氙准分子臭氧激发舱的封头。

图3中，1是封闭式氙准分子臭氧激发舱，2是金属散热片。

图4中，1是封闭式氙准分子臭氧激发舱，2是金属散热片，3是散热风扇，4是散热风扇吹风的方向。

图5中，1是封闭式氙准分子臭氧激发舱，2是金属散热片，3是散热风扇，4是散热风扇吹风的方向。

图6中，1是封闭式氙准分子臭氧激发舱，2是液体冷却管，3是液体冷却管的液体进入端，4是液体冷却管的液体出口.

图7中，1是封闭式氙准分子臭氧激发舱、2、3是封闭式氙准分子臭氧激发舱的两个气孔，4是液体冷却套(舱)，5是液体冷却套(舱)的液体进入端，6是液体冷却套(舱)的液体出端。

图8中，1是封闭式氙准分子臭氧激发舱，2是气体管路。

图9中，1是封闭式氙准分子臭氧激发舱，2是气体管路。

图10中，1是封闭式氙准分子臭氧激发舱，2是气体管路。

图11中，1是空气泵，2是气体压力调节阀，3制臭氧模块(封闭式氙准分子臭氧激发舱)，4是单向阀，5是一流体喷嘴，6是气管道。

图12中，1是空气泵，2是气体压力调节阀，3制臭氧模块(封闭式氙准分子臭氧激发舱)，4是单向阀，5是一流体喷嘴，6是气管道，7是文丘里管，8是分子筛制氧机。

具体实施方式

上面已详述本发明，本领域技术人员在熟知本发明后可作许多改进和变化而并不背离本发明精神范围。现在结合实施例或实施方案进一步详述本发明，实施例仅供说明绝非限制。

实施例1：一种“封闭式氙准分子臭氧激发舱”的设计，如图2所示。在图2中，1是封闭式氙准分子臭氧激发舱的舱壁，2、3是封闭式氙准分子臭氧激发舱的两个气孔，其中一个可以作为进气孔，另一个可以作为出(排)气孔；4是封闭式氙准分子臭氧激发舱内部的空腔体，5是氙准分子灯管的石英管部分，6是氙准分子灯管的陶瓷基座，7是封闭式氙准分子臭氧激发舱的封头。在图2所示的封闭式氙准分子臭氧激发舱在两个端口封闭后，封闭式氙准分子臭氧激发舱应该能够承受的气体压力装置所产生的气体压力，但是压力气体装置所产生的气压应该小于氙准分子光源的石英玻璃灯管可以承受的压力。经过试验获得封闭式氙准分子臭氧激发舱所承受的气压范围应该是0.01MPa＜P≤1MPa之间为好。

实施例3：一种安装了金属散热片的“封闭式氙准分子臭氧激发舱”的设计，如图3所示。在图3中，设计人员对于封闭式氙准分子臭氧激发舱仍然采用了实施例2的设计，所不同的是在封闭式氙准分子臭氧激发舱的外壁上，设计安装了金属散热片。在图3中，1是封闭式氙准分子臭氧激发舱，2是金属散热片。这种散热方式是利用金属散热片上的温差产生的气流将来自于封闭式氙准分子臭氧激发舱的热量自动散布到周边空气，从而降低由于氙灯点亮工作所产生的热量。

实施例4：一种安装了金属散热片和散热风扇的“封闭式氙准分子臭氧激发舱”的设计，如图4所示。在图4中，设计人员对于封闭式氙准分子臭氧激发舱仍然采用了实施例2的设计，所不同的是在封闭式氙准分子臭氧激发舱的外壁上，设计安装了带有散热风扇金属散热片。在图4中，1是封闭式氙准分子臭氧激发舱，2是金属散热片，3是散热风扇，4是散热风扇吹风的方向。在图4的设计中，设计人员增加了向散热片吹风的风扇，将外部周边的冷空气吹向散热片，将封闭式氙准分子臭氧激发舱传导到散热片的热量吹走。这种方式与图3 的设计项目较，属于主动散热方式，散热效果要提升很多。所采用的风扇一般采用轴流风扇。图5是散热风机向外吹风的另外一种设计，在图5中，1是封闭式氙准分子臭氧激发舱，2是金属散热片，3是散热风扇，4是散热风扇吹风的方向。风机向外吹风，相当于将周边的冷空气吸入到散热片。图4和图5的两种设计方式是根据具体设备的结构进行选择，选择的原则是设备的冷空气的温度哪个方向较低，就将温度较低的冷空气引到散热片，由此产生更好的散热效果。

实施例5：一种安装了液体冷却水管的“封闭式氙准分子臭氧激发舱”的设计，如图6 所示。在图6中，设计人员对于封闭式氙准分子臭氧激发舱仍然采用了实施例2的设计，所不同的是在封闭式氙准分子臭氧激发舱的外壁上，设计安装了液体水管，在图6中，1是封闭式氙准分子臭氧激发舱，2是液体冷却管，3是液体冷却管的液体进入端，4是液体冷却管的液体出口。所述液体应首选水作为冷却液。

实施例7：一种安装了液体冷却套(舱)的“封闭式氙准分子臭氧激发舱”的设计，如图7所示。在图7中，设计人员对于封闭式氙准分子臭氧激发舱仍然采用了实施例2的设计，所不同的是在封闭式氙准分子臭氧激发舱的外壁上，设计安装了液体冷却套(舱)。在图7中， 1是封闭式氙准分子臭氧激发舱、2、3是封闭式氙准分子臭氧激发舱的两个气孔，4是液体冷却套(舱)，5是液体冷却套(舱)的液体进入端，6是液体冷却套(舱)的液体出端，5 和6的作用可以互换。冷却液体进入封闭式氙准分子臭氧激发舱的液体冷却套(舱)的内腔，将封闭式氙准分子臭氧激发舱所产生热量带走。这种设计由于冷却液直接与封闭式氙准分子臭氧激发舱的外壁接触，所产生的散热效果要好于液体冷却水管的效果。缺点在于制作成本较高一些。同样冷却液是应该首选水。

实施例8：图8是三个封闭式氙准分子臭氧激发舱串联使用的模式，图8中，1是封闭式氙准分子臭氧激发舱，2是气体管路。封闭式氙准分子臭氧激发舱串联使用的优点在于由于流经封闭式氙准分子臭氧激发舱的气流较大，一个封闭式氙准分子臭氧激发舱内安装一支氙准分子灯管所激发臭氧的能力没有将流经气体中的氧气消耗完毕时，可以通过串联使用封闭式氙准分子臭氧激发舱的模式进一步消耗剩余的氧气，从而在一定流量的气流下提升气流中臭氧的浓度。封闭式氙准分子臭氧激发舱串联使用的数量受制于流经气体中的氧气的量，通过对气体臭氧浓度的动态测定发现再继续串联封闭式氙准分子臭氧激发舱不能导致臭氧浓度继续增加时就是封闭式氙准分子臭氧激发舱串联使用的上限。如果此时提升流经封闭式氙准分子臭氧激发舱的气流流量，则可以继续串联使用封闭式氙准分子臭氧激发舱的个数。

图9三个封闭式氙准分子臭氧激发舱并联使用的模式，图10是9个封闭式氙准分子臭氧激发舱串并联使用的模式。

实施例9：集中传输式氙准分子光源臭氧发生器的基础架构展示设计如图11所示。在图11中，1是空气泵，2是气体压力调节阀，3是制臭氧模块(封闭式氙准分子臭氧激发舱)，4是单向阀，5是一流体喷嘴，6是气管道。其工作原理是空气泵提供了压力空气，压力空气经过气体压力调节阀进行降压和调节气体的流量，气体进入封闭式氙准分子臭氧激发舱，当氙准分子光源的灯管点亮时，将激发空气中的氧气产生臭氧，当气体流量一定时，气体中的臭氧含量与灯的点亮时间相关。在封闭式氙准分子臭氧激发舱产生臭氧气体通过单向阀被输送到喷嘴，系统中的气管道所连接的喷嘴可以将臭氧气体对准需要臭氧消杀的部位或局部空间喷射，在被喷射的部位和局部空间会形成高浓度的足以对有害微生物杀灭的臭氧气体，从而完成局部和局部空间消杀。由于臭氧在从喷射的部位和空间向外扩散的过程中，会被周围空气快速稀释，同时臭氧自身的降解也很快，所以在使用集中传输式氙准分子光源臭氧发生器进行消杀工作时，合理地控制臭氧浓度和需要消杀的部位与局部空间距离人体(或动物) 的呼吸部位的距离，就可以形成臭氧对消杀部位有效的消杀而不会伤及人体(动物)，这就是集中传输式氙准分子光源臭氧发生器的技术优势。图11所展示的集中传输式氙准分子光源臭氧发生器的架构是一种最基础的架构，其目的是说明集中传输式氙准分子光源臭氧发生器的工作原理。

实施例10：集中传输式氙准分子光源臭氧发生器的双气源基础架构展示设计如图12所示。在图12中，1是空气泵，2是气体压力调节阀，3是制臭氧模块(封闭式氙准分子臭氧激发舱)，4是单向阀，5是一流体喷嘴，6是气管道，7是文丘里管，8是分子筛制氧机。其工作原理是分子筛制氧机向封闭式氙准分子臭氧激发舱输送高浓度的氧气，在封闭式氙准分子臭氧激发舱中产生高浓度的臭氧气体。通过文丘里管的负压虹吸作用与来自于空气泵较高气压的空气混合后，经过单向阀被送到喷嘴处喷射高气压的高浓度臭氧气体。

Claims (8)

1.集中传输式氙准分子光源臭氧发生器，其特征是集中传输式氙准分子光源臭氧发生器是由封闭式氙准分子臭氧激发舱通过管道与压力气源供给装置、气体调节阀、喷嘴、单向阀、气体过滤装置以及氙准分子光源秒开秒关控制电路组成，压力气源供给装置可以向封闭式氙准分子臭氧激发舱提供有气压的气体，并且在气压的作用下将在封闭式氙准分子臭氧激发舱产生的臭氧混合气体沿着管道集中输送的装置。

2.根据权利要求1集中传输式氙准分子光源臭氧发生器，其特征是封闭式氙准分子臭氧激发舱的结构是将氙准分子光源的灯管封装在一个两端有通气孔的金属腔体容器中；金属腔体的首选形状为圆柱形，也可以是多边形或其他类型的空腔体，金属空腔的内直径应该控制在氙准分子灯管直径再外扩1mm-10mm之间，金属容器的内腔长度应该完全包容氙准分子灯，不同耗电功率的氙准分子灯管的直径和长度会有所不同，金属容器内腔的直径与长度也应该随氙准分子灯管的外观变化而变化，当对金属容器两端的孔进行封闭后，金属容器壁厚应该承受1MPa气压以下的压力，金属容器的材质首选304不锈钢和316不锈钢材质以及与之具有相当耐紫外线辐射和耐氧化的其他复合材料，氙准分子灯管应该通过合适的固定方式悬空地被固定在金属容器内腔中间的位置，灯管的两端陶瓷材料的基座可以与金属容器相接触，而灯管的石英材料部分不得与金属容器相接触，距离应该控制在2mm～10mm之内，氙准分子灯管的两条引线可以通过钻孔密封或隔离引导的方式将灯管的两条引线引出金属容器外部与氙准分子光源的逆变器相连接，应该确保导线处不会导致在1MPa气压下产生漏气现象，氙准分子光源的逆变器是置于金属容器的之外的合适位置，这种安装氙准分子灯管的金属容器，这种金属容器称之为封闭式氙准分子臭氧激发舱，在使用时封闭式氙准分子臭氧激发舱可以多个串联使用，也可以多个并联使用，也可以多个串并联使用。

3.根据权利要求1集中传输式氙准分子光源臭氧发生器，其特征是封闭式氙准分子臭氧激发舱的壳体外部取散热片散热，或采取在散热片上安装强制散热风扇强制散热，或采取在壳体上安装液体管道或液体夹层进行液体冷却散热，首选的散热液体是水。

4.根据权利要求1集中传输式氙准分子光源臭氧发生器，其特征是氙准分子光源控制电路的灯管点亮和熄灭的最短时间段是1秒钟，最长时间不限。

5.根据权利要求1集中传输式氙准分子光源臭氧发生器，其特征是压力气源供给装置空气泵、或鼓风机、或涡流风机，或/和PSA分子筛制氧机以及VPSA分子筛制氧机，当采用空气和氧气双气源向封闭式氙准分子臭氧激发舱供气时，应事先采用文丘里管将空气和氧气进行混合。

6.根据权利要求1集中传输式氙准分子光源臭氧发生器，其特征是压力气体是空气、或氧气，其中氧气的纯度应该优选在80％以上。

7.根据权利要求1集中传输式氙准分子光源臭氧发生器，其特征是气体过滤装置水汽过滤器、微尘过滤器、硅胶过滤柱、活性炭过滤柱。

8.根据权利要求1集中传输式氙准分子光源臭氧发生器，其特征是喷嘴是一流体喷嘴、或二流体喷嘴。

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