CN114275739A - 一种利用臭氧发生器余热汽化液氧的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用臭氧发生器余热汽化液氧的方法及系统，液氧储罐内的液氧，通过输送管道，经液氧进口进入臭氧发生器罐体内的盘管，盘管吸收冷却水室内冷却水的热量，将液氧汽化生成气态的氧气，氧气经氧气出口流入氧气减压阀减压；减压后的氧气进入臭氧发生器罐体内的第一空间内，进入臭氧管，氧气经高频高压电晕放电生成臭氧气体，臭氧气体由臭氧管的另一端进入第二空间，第二空间内的臭氧经臭氧出口输出。本发明利用臭氧发生器工作时产生的余热来汽化液氧，使液氧汽化成气态氧气供臭氧发生器使用，这样既能使液氧得到较好的汽化，又能使臭氧发生器得到冷却，节省了液氧汽化所需要的汽化器，又节省一部分臭氧发生器降温所需冷却水能耗。
Description
技术领域
本发明涉及臭氧发生器技术领域，具体涉及一种利用臭氧发生器余热汽化液氧的方法及系统。
背景技术
现有臭氧制备工艺流程为，液氧储罐中的液氧经汽化器汽化后经减压阀调压输入至臭氧发生器罐体中，经臭氧管后产生臭氧。臭氧发生器工作时是以气态氧气为原料，通过电晕放电电离氧气生成臭氧。电离过程中会产生大量热量，这就需要对发生器进行冷却，把热量及时带走，否则温度升高会使臭氧产量降低，过高会使设备烧坏。臭氧发生器制备臭氧过程中需要通过向罐体中通入循环冷却水，对罐体进行降温，臭氧发生器产生的热量没有很好的被利用，造成了热量的浪费。
臭氧发生器制备臭氧所需原料是氧气。目前工业上氧气获得是PSA变压吸附制氧和对液态空气进行分馏制成液氧两种方法。由于液氧纯度较PSA制氧更高(液氧纯度99.5％，PSA制氧纯度90％)以及使用起来设备故障率低更稳定，所以大部分采用液氧方式。臭氧发生器所需气态氧气是由液氧汽化而成，液氧汽化成气态氧气需要吸收热量。
现有臭氧制备工艺，是通过汽化器吸收热量后氧气由液态变成气态。加热式气化器需要消耗能源，对液氧进行加热汽化。而空温式汽化器是利用空气自然对流加热低温液氧，使其气化，这种换热器虽然节能，但对环境温度特别敏感，环境温度较低时，会造成液氧气化不彻底的问题。同时，液氧汽化器的使用增加了成本，并且占用了部分空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用臭氧发生器余热汽化液氧的方法及系统，利用自身余热汽化液氧，无需使用汽化器，提高了冷却效率和热量利用率，降低了能耗。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
本发明第一方面提供了一种利用臭氧发生器余热汽化液氧的方法。
一种利用臭氧发生器余热汽化液氧的方法，包括以下过程：
液氧储罐内的液氧，通过输送管道，经液氧进口进入臭氧发生器罐体内的盘管，盘管吸收冷却水室内冷却水的热量，将液氧汽化生成气态的氧气，氧气经氧气出口流入氧气减压阀减压；
减压后的氧气进入臭氧发生器罐体内的第一空间内，进入臭氧管，氧气经高频高压电晕放电生成臭氧气体，臭氧气体由臭氧管的另一端进入第二空间，第二空间内的臭氧经臭氧出口输出。
进一步的，盘管围绕所述臭氧管设置，盘管的一端伸出所述罐体连通液氧源，盘管的另一端通过减压阀与臭氧管的一端连通，臭氧管的另一端与臭氧出口连通。
进一步的，产量为0.5kg/h-1kg/h的臭氧发生器采用DN15盘管，产量为1kg/h-10kg/h的臭氧发生器采用DN32盘管，产量为10kg/h-50kg/h的臭氧发生器采用DN50盘管，产量为50kg/h-100kg/h的臭氧发生器采用DN65盘管。
进一步的，经减压阀减压后的氧气压力小于0.1MPa。
本发明第二方面提供了一种利用臭氧发生器余热汽化液氧的系统。
一种利用臭氧发生器余热汽化液氧的系统，包括：
液氧储罐、臭氧发生器罐体和减压阀；
臭氧发生器罐体臭氧管上缠绕设置有盘管，液氧储罐通过输送管道与盘管的输入端口连通，盘管的输出端口通过输送管道与减压阀的一端连通；
减压阀的另一端与臭氧发生器罐体内的臭氧管输入端口连通，臭氧管输出端口与臭氧发生器罐体的输出端口连通。
进一步的，盘管围绕所述臭氧管设置，盘管的一端伸出所述罐体连通液氧源，盘管的另一端通过减压阀与臭氧管的一端连通，臭氧管的另一端与臭氧出口连通。
进一步的，产量为0.5kg/h-1kg/h的臭氧发生器采用DN15盘管，产量为1kg/h-10kg/h的臭氧发生器采用DN32盘管，产量为10kg/h-50kg/h的臭氧发生器采用DN50盘管，产量为50kg/h-100kg/h的臭氧发生器采用DN65盘管。
进一步的，经减压阀减压后的氧气压力小于0.1MPa。
本发明第三方面提供了一种可利用自身余热汽化液氧的臭氧发生器，包括：
臭氧发生器罐体、设置在臭氧发生器内的臭氧管以及围绕臭氧管设置的盘管；
盘管的一端伸出臭氧发生器罐体用于与液氧储罐连通，盘管的另一端伸出臭氧发生器罐体用于通过减压阀与臭氧发生器罐体内的臭氧管一端连通，臭氧管的另一端与臭氧发生器罐体的出口连通。
进一步的，臭氧发生器罐体的底部设有支撑柱。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、利用臭氧发生器工作时产生的余热来汽化液氧，使液氧汽化成气态氧气供臭氧发生器使用，这样既能使液氧得到较好的汽化，又能使臭氧发生器得到冷却，节省了液氧汽化所需要的汽化器，又节省一部分臭氧发生器降温所需冷却水能耗。
2、本发明彻底解决了空温式气化器因环境温度低会液氧气化不彻底的问题，加一根盘省去了液氧汽化器，一根盘管投资是气化器的十分之一，同时节省了气化器占用空间。
3、本发明节省了能源，臭氧发生器需要冷却降温，利用需要降温这部分热量对液氧汽化，节约降温所需能源7.54％。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所述的利用臭氧发生器余热汽化液氧的系统的工艺原理流程框图。
图2为本发明实施例1所述的利用臭氧发生器余热汽化液氧的系统的结构图。
其中：1-臭氧发生器罐体；2-冷却水室；3-臭氧出口；4-臭氧管；5-盘管；6-第一隔板；7-第二隔板；8-冷却水出口；9-冷却水进口；10-第一空间；11-第二空间；12-减压阀；13-支撑柱；14-液氧储罐；15-液氧进口；16-氧气出口；17-液氧。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
实施例1
如图1和图2所示，本发明实施例1提供了一种利用臭氧发生器余热汽化液氧的系统，液氧储罐14中的液氧进入臭氧发生器罐体1内部，经臭氧发生器罐体1内部加热后，汽化为气态氧气流出臭氧发生器罐体1，经过减压阀12后再进入臭氧发生器罐体1内的臭氧管内，产生臭氧，排出臭氧发生器罐体1。
如图2所示，所述臭氧发生器罐体1内设有冷却水室2，所述臭氧发生器罐体1上设有臭氧出口3，冷却水室2内循环冷却水，吸收臭氧制备过程中产生的热量，对罐体进行降温。
还包括多个臭氧管4，臭氧管4的一端通入氧气，另一端流出臭氧，所述臭氧管4贯穿所述冷却水室2。所述冷却水室2内的冷却水可吸收臭氧管4制备臭氧而产生的热量，对臭氧管4进行降温。
本实施例中，所述臭氧管均采用现有的臭氧管结构，非本发明的创新点，例如可选中国专利CN1565960A中的臭氧管结构，或者中国专利CN1315720C中的臭氧管结构等等，本领域技术人员可以根据具体工况进行现有臭氧管的选择，这里不再赘述。
还包括盘管5，所述盘管5围绕所述臭氧管4设置，所述盘管5的一端伸出所述臭氧发生器罐体1连通液氧源。
本实施例中，液氧源为液氧储罐14，液氧储罐14中的液氧进入盘管5中，由于盘管5围绕臭氧管4设置，臭氧管4的热量可通过冷却水室2中的水传递给盘管5，对盘管5进行加热，从而汽化进入盘管5的液氧。所述冷却水室2中吸收了臭氧管4的热量的冷却水也可将热量传递给盘管5，对盘管5进行加热。
通过在臭氧发生器罐体1内设置盘管5，可利用臭氧发生器产生的热量对液氧进行汽化，提高了液氧汽化率，提高了能量利用率，降低了能耗。
在本实施例中，所述盘管5的另一端连通所述臭氧管4的一端，所述臭氧管4的另一端连通所述臭氧出口3。在所述盘管5内经汽化的氧气进入所述臭氧管4内，被臭氧管4利用制造出臭氧，臭氧由所述臭氧出口3排出。液氧经臭氧管4产生的热量汽化成氧气再被臭氧管4利用，无需另外的汽化器汽化液氧。
所述臭氧发生器罐体1内设有第一隔板6和第二隔板7，所述第一隔板6、所述第二隔板7和所述臭氧发生器罐体1共同围成所述冷却水室2。所述第一隔板6和所述第二隔板7均为与所述臭氧发生器罐体1的内腔的横截面相匹配的形状，第一隔板6、第二隔板7均与臭氧发生器罐体1的内壁表面连接，从而形成密封的空间。如，第一隔板6、第二隔板7可由不锈钢板制成，与臭氧发生器罐体1的内表面焊接连接。
所述冷却水室2的一端设有冷却水出口8，所述冷却水室2的另一端设有冷却水进口9。在本实施例中，冷却水出口8位于所述臭氧发生器罐体1的右端，在所述臭氧发生器罐体1的顶部，所述冷却水进口9位于所述臭氧发生器罐体1的左端，在所述臭氧发生器罐体1的底部。冷却水由冷却水进口9进入冷却水室2内，吸收臭氧管4产生的热量，由冷却水出口8流出，对臭氧管4以及臭氧发生器罐体1进行了降温。
在本实施例中，所述盘管5上连通所述液氧源的一端由所述冷却水室2上设所述冷却水出口8的一端伸出所述臭氧发生器罐体1。靠近冷却水出口8的冷却水的温度较其他部位的温度高，盘管5在该端与液氧储罐14连通，液氧储罐14内流出的液氧17在靠近冷却水出口端的受热效果更好，可对液氧进行充分的汽化。
在本实施例中，所述盘管5的另一端由所述冷却水室2上设所述冷却水进口9的一端伸出所述臭氧发生器罐体1后，与所述臭氧管4连通。所述盘管5的另一端在所述臭氧发生器罐体1的顶部伸出后再与所述臭氧管4连通。经气化后的氧气进入臭氧管4被臭氧管4利用制备臭氧。
所述冷却水室2的一侧为所述第一隔板6与所述臭氧发生器罐体1围成的第一空间10；所述冷却水室2的另一侧为所述第二隔板7与所述臭氧发生器罐体1围成的第二空间11。在本实施例中，所述臭氧发生器罐体1的左侧卧第一空间10，所述臭氧发生器罐体1的右侧为第二空间11。所述臭氧管4的一端连通所述第一空间10，所述臭氧管4的另一端连通所述第二空间11，所述臭氧出口3连通所述第二空间11。所述盘管5的另一端伸出所述臭氧发生器罐体1后连通减压阀12，所述减压阀12连通所述第一空间10。盘管5产生的气态氧气经减压阀12减压后由管道流入第一空间10内，第一空间10内充满气态氧气，第一空间10内的气态氧气可流入臭氧管4内，供臭氧管4利用。臭氧管4产生的臭氧可流入第二空间11内，第二空间11内充满臭氧，第二空间11内的臭氧经臭氧出口3排出。
在本实施例中，为了实现臭氧管4贯穿冷却水室2，在所述第一隔板6和所述第二隔板7上均匀设有多个相对的通孔，所述臭氧管4的两端分别穿过所述第一隔板6上的通孔和所述第二隔板7上的通孔，所述臭氧管4和所述通孔间设有密封圈。
在本实施例中，所述臭氧发生器罐体1的底部设有支撑柱13，支撑柱13用来支撑臭氧发生器罐体1，保证臭氧发生器罐体1的稳定性，且可方便在臭氧发生器罐体1的底部设置冷却水进口9以及臭氧出口3，方便冷却水的进入以及臭氧的排出。
实施例2
本发明实施例2提供了一种利用臭氧发生器余热汽化液氧的方法，以液氧为气源，生产1kg/h臭氧的臭氧发生器为例说明臭氧发生器余热的可利用性：
根据GB/T37894-2019《水处理用臭氧发生器技术要求》，正常工作状态下，生产1kg/h臭氧，消耗液氧10kg，臭氧发生器循环冷却水流量1.5m3/h，水温升高2℃(通常是进水温度22℃，出水温度24℃)。
水的热容是4.2KJ/kg·℃，1.5m3水每升高2℃需要热量为：
Q＝cm△t＝1000×1.5×4.2×2＝12600kj。
氧气汽化热是3.04kj/mol，1kg液氧汽化吸收热量3.04kj/32×1000＝95kj，10kg液氧气化吸收热量：95×10＝950kj。
12600KJ远大于950kj，也就是说，臭氧发生器工作时产生的热量足可以使液氧汽化，并且可以使冷却系统节省降温能量950kj/12600kj×100％≈7.54％。
在本实施例中，液氧储罐14内的液氧，通过输送管道，经液氧进口15进入臭氧发生器罐体1内的盘管5，盘管5吸收冷却水室2内冷却水的热量，将液氧17汽化生成气态的氧气，氧气经氧气出口16流入氧气减压阀12减压，减压后的氧气进入臭氧发生器罐体内的第一空间10内，进入臭氧管4，氧气经高频高压电晕放电生成臭氧气体，臭氧气体由臭氧管4的另一端进入第二空间11，第二空间11内的臭氧经臭氧出口3输出。
在本实施例2中，液氧储罐14内的液氧出口和臭氧发生器罐体4上的液氧进口15连接，连接用304不锈钢管道，管道壁厚≥3mm。
在全部臭氧管4的外周缠绕吸热盘管5，盘管长度≥5mm，保证液氧完全汽化，当然，盘管5长度以及绕臭氧管4的圈数也可以根据实际情况设定，只要能够保证液氧完全汽化即可。
盘管5的直径根据臭氧发生器臭氧产量大小相应调整，如，0.5-1kg/h臭氧发生器采用DN15盘管，1-10kg/h臭氧发生器采用DN32盘管，10-50kg/h臭氧发生器采用DN50盘管，50-100kg/h臭氧发生器采用DN65盘管。
汽化后氧气输出采用304不锈钢管道连接氧气减压阀12，经减压阀12减压后压力＜0.1MPa。再流入第一空间10内。
综上所述，本发明实施例所述的可利用自身余热对液氧进行汽化的臭氧发生器，利用臭氧发生器电离过程中产生的热量，对液氧进行汽化，既解决了空温式气化器因环境温度低会液氧气化不彻底的问题，又节省了汽化器，同时也节省了能源。
实施例3：
本发明实施例3提供了一种可利用自身余热汽化液氧的臭氧发生器，包括：
臭氧发生器罐体、设置在臭氧发生器内的臭氧管以及围绕臭氧管设置的盘管；
盘管的一端伸出臭氧发生器罐体用于与液氧储罐连通，盘管的另一端伸出臭氧发生器罐体用于通过减压阀与臭氧发生器罐体内的臭氧管一端连通，臭氧管的另一端与臭氧发生器罐体的出口连通。
具体的臭氧发生器罐体内的结构见实施例1中所述，这里不再赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用臭氧发生器余热汽化液氧的方法，其特征在于：
包括以下过程：
液氧储罐内的液氧，通过输送管道，经液氧进口进入臭氧发生器罐体内的盘管，盘管吸收冷却水室内冷却水的热量，将液氧汽化生成气态的氧气，氧气经氧气出口流入氧气减压阀减压；
减压后的氧气进入臭氧发生器罐体内的第一空间内，进入臭氧管，氧气经高频高压电晕放电生成臭氧气体，臭氧气体由臭氧管的另一端进入第二空间，第二空间内的臭氧经臭氧出口输出。
2.如权利要求1所述的利用臭氧发生器余热汽化液氧的方法，其特征在于：
盘管围绕所述臭氧管设置，盘管的一端伸出所述罐体连通液氧源，盘管的另一端通过减压阀与臭氧管的一端连通，臭氧管的另一端与臭氧出口连通。
3.如权利要求1所述的利用臭氧发生器余热汽化液氧的方法，其特征在于：
产量为0.5kg/h-1kg/h的臭氧发生器采用DN15盘管，产量为1kg/h-10kg/h的臭氧发生器采用DN32盘管，产量为10kg/h-50kg/h的臭氧发生器采用DN50盘管，产量为50kg/h-100kg/h的臭氧发生器采用DN65盘管。
4.如权利要求1所述的利用臭氧发生器余热汽化液氧的方法，其特征在于：
经减压阀减压后的氧气压力小于0.1MPa。
5.一种利用臭氧发生器余热汽化液氧的系统，其特征在于：
包括：
液氧储罐、臭氧发生器罐体和减压阀；
臭氧发生器罐体臭氧管上缠绕设置有盘管，液氧储罐通过输送管道与盘管的输入端口连通，盘管的输出端口通过输送管道与减压阀的一端连通；
减压阀的另一端与臭氧发生器罐体内的臭氧管输入端口连通，臭氧管输出端口与臭氧发生器罐体的输出端口连通。
6.如权利要求5所述的利用臭氧发生器余热汽化液氧的系统，其特征在于：
盘管围绕所述臭氧管设置，盘管的一端伸出所述罐体连通液氧源，盘管的另一端通过减压阀与臭氧管的一端连通，臭氧管的另一端与臭氧出口连通。
7.如权利要求5所述的利用臭氧发生器余热汽化液氧的系统，其特征在于：
产量为0.5kg/h-1kg/h的臭氧发生器采用DN15盘管，产量为1kg/h-10kg/h的臭氧发生器采用DN32盘管，产量为10kg/h-50kg/h的臭氧发生器采用DN50盘管，产量为50kg/h-100kg/h的臭氧发生器采用DN65盘管。
8.如权利要求5所述的利用臭氧发生器余热汽化液氧的系统，其特征在于：
经减压阀减压后的氧气压力小于0.1MPa。
9.一种可利用自身余热汽化液氧的臭氧发生器，其特征在于：
包括：
臭氧发生器罐体、设置在臭氧发生器内的臭氧管以及围绕臭氧管设置的盘管；
盘管的一端伸出臭氧发生器罐体用于与液氧储罐连通，盘管的另一端伸出臭氧发生器罐体用于通过减压阀与臭氧发生器罐体内的臭氧管一端连通，臭氧管的另一端与臭氧发生器罐体的出口连通。
10.如权利要求9所述的可利用自身余热汽化液氧的臭氧发生器，其特征在于：
臭氧发生器罐体的底部设有支撑柱。
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