CN1275849C - 臭氧发生器层叠单元板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及臭氧发生器层叠单元板，属于臭氧发生器技术领域，该单元板包括：气隙垫片、带有水冷通道的地电极板及在其上、下表面分别覆盖的保护介质层和导热绝缘介质层、高压电极板及其下覆盖的绝缘介质层，各层结构叠压成一体构成单元板；气隙垫片支撑在本单元板的顶层与上一个单元板的底层之间，形成间隙，可将间隙分割成若干个工作气隙小区域，各小区域与贯穿单元板的臭氧收集孔道相通，以形成放电工作气隙。本发明的特点为单面放电层结构，使得高、低压电极板得到有效散热，使臭氧生成的产率提高、功耗降低；有利于经过简单的重复堆叠和连接就可以组合成为任意臭氧产量的设备，可在提高产品质量可靠性的同时降低产品制造、维修与保养的成本。

Description

臭氧发生器层叠单元板

技术领域

本发明属于臭氧发生器技术领域，尤其是涉及平板臭氧发生器的简洁紧凑高效的单面放电高密度层臭氧发生器层叠单元板结构设计。

背景技术

一对电极之间施加适当的交流电压产生电晕放电，就可以通过电离空气或氧气等源气体而源源不断的生产臭氧；然而电晕放电产生的热量又会将已经生成的臭氧破坏掉。如何形成有效的电离微放电同时抑制电晕温升成为设计臭氧发生装置者所追求的目标。大规模工业生产的臭氧应用需要设备的大型化，要在紧密层积的放电单元实现有效高频高压绝缘和充分的水冷散热，具有比较大的技术难度。

图1所示日本三菱机电株式会社03140937.7号专利提出的平板式叠层臭氧发生装置，代表了板式电极技术路线。图中，低压电极板11内有水冷通道16，两个水冷的低压电极板之间夹持着高压电极板12，其上两面分别分布着多个工作电极凸起121，凸起121支撑着感应介质板13，两面感应介质板外侧通过分布着多个放电气隙撑块14与低压电极11相连接，由此低压电极板、感应介质板、高压电极板、感应介质板、低压电极板层叠紧固后形成一个臭氧发生器层叠单元板，多个臭氧发生器层叠单元板层叠在一起成为平板式叠层臭氧发生装置。该装置工作时，在感应介质板与低压电极板之间形成放电工作气隙15，源气体流经该气隙就会被电离产生臭氧。显然由于采用双面放电方式，加之层流气体不易传热，其放电气隙中高压电极板12附近积聚的高温难于有效散热。已有的许多技术方案包括上述专利的基本结构，并提出了增加高压电极内部水冷通道，但是要解决高低电压回路之间两套水冷却系统同时接地、相互之间又必须绝缘的技术难题；或长期大量使用循环高纯水的实际维护困难、设备结构复杂无法被大量采用。

发明内容

本发明的目的是为解决已有板式臭氧发生器所存在的问题，提出一种臭氧发生器层叠单元板，具有高密度单面放电的特点，使得高、低压电极板都得到有效散热，以使得臭氧生成的产率提高、功耗降低；还可使得臭氧发生基本单元模块化，有利于经过简单的重复堆叠和连接就可以组合成为任意臭氧产量的设备，可在提高产品质量可靠性的同时降低产品制造、维修与保养的成本。

本发明提出的一种臭氧发生器层叠单元板，其特征在于，由上至下包括：气隙垫片、带有水冷通道的地电极板及在其上、下表面分别覆盖的保护介质层和导热绝缘介质层、高压电极板及其下覆盖的绝缘介质层，所述各层结构叠压成一体构成单元板；所述的气隙垫片支撑在本单元板的顶层与上一个单元板的底层之间，形成间隙与贯穿单元板的臭氧收集孔道相通，以形成单面放电的工作气隙。

随功率增大需要，可将上述间隙分割成若干个工作气隙小区域，各小区域所述每个工作气隙小区域面积不大于500cm²并至少含有一个臭氧收集孔道。

本发明的特点及技术效果

本发明通过合理的结构设计，将单面放电层结构与导热绝缘介质相结合，使得高、低压电极板都得到有效散热，以使得臭氧生成的产率提高、功耗降低；还可使得臭氧发生基本单元模块化，有利于经过简单的重复堆叠和连接就可以组合成为任意臭氧产量的设备，在提高产品质量可靠性的同时降低产品制造成本。

本发明的结构使放电气隙面积与相应结构体积的比值尽可能大，使得整个臭氧发生设备结构紧凑，为使用设备部门提供了足够的安装空间。

本发明可由小功率模块并联形成的大功率阵列臭氧发生设备，所有模块单元的臭氧生成流程是并联的，电力供应也是由独立单元并联的，局部单元的切投(切开或投入)不会影响系统的连续运行，为调整系统整体功率大小提供方便，保证大系统长期运行的连续性，实现系统不间断运行的局部设备维修保养。

附图说明

图1为已有的一种平板式叠层臭氧发生装置结构示意图。

图2为本发明的臭氧发生器层叠单元板总体结构示意图。

图3为本发明的臭氧发生器层叠单元板层叠成一体的示意图。

图4为本发明的带有水冷通道的地电极板实施例结构截面示意图。

图5为本发明的带有水冷通道的地电极板实施例装配示意图。

图6为本发明的导热绝缘介质层及高压电极板的实施装配示意图。

图7为本发明的另一工作气隙区域实施示意图。

图8为采用本发明的多个臭氧发生器层叠单元板装配成一个臭氧发生器的示意图。

具体实施方式

本发明提出的臭氧发生器层叠单元板结合附图及实施例详细说明如下：

本发明的臭氧发生器层叠单元板(以下简称单元板)结构如图2所示，它包括(由上至下)气隙垫片24、带有水冷通道的地电极板(以下简称地电极板)21及在其上、下表面21-A、21-B覆盖的保护介质层26、和导热绝缘介质层23、高压电极板22及其下覆盖的绝缘介质层27，上述各层结构叠压成一体构成单元板；其中，最上层的气隙垫片24支撑在本单元板的顶层与上一个单元板的底层之间，形成间隙，并将间隙分割成两个或两个以上的工作气隙小区域，各小区域与贯穿单元板的臭氧通道管相通，以形成放电工作气隙25，每个小区域无论为何种几何图形，其面积不大于500cm²并至少含有一个臭氧收集孔道。地电极板21是整个单元模块的基础结构部件，同时提供作为接地的低压电极与散热功能的水冷却通道。地电极板21的上表面21-A上覆盖保护介质层26，用于对地电极表面防护。地电极板21的下表面21-B上附着着导热绝缘介质层23，它在支撑着高压电极22的同时维持着高压电极板对地极板之间的电气绝缘，还将高压电极板放电产生的热量直接传导给地电极板内部的冷却水。单元板的底层是高压电极板及其上覆盖的绝缘介质层27，它与其相邻层叠的另一个臭氧单元顶部的地电极板，组合成另一对电极板所夹持的单面放电工作气隙。

以地电极板21为骨架，将气隙垫片24、保护介质层26、地电极板21、导热绝缘介质层23、高压电极板22及绝缘介质层27各层顺序层叠接合成为本发明的单元板。进一步将若干个单元板顺序层叠起来即构成臭氧发生器，如图3所示，图中，虚线框310内为一个单元板。

本发明的单元板各层结构及装配的一种实施例分别说明如下：

本发明的带有水冷通道的地电极板的结构如图4、5所示，是采用两块厚1.5～5mm的导热好结构强度高的金属材料制成，如用冷轧铜或铝合金等材料金属板，两个表面21-A、21-B之间用相同的金属板条212作为侧面焊接成一个中空板体，(本实施例可采用2.5mm的冷轧铜板， 板体总体尺寸为40×20× 1.0cm)，其内设有冷却水通道垫212；本实施例的冷却水通道垫212采用多个开有通孔的条形垫块，地电极板两侧面对角处分别开有进水口51和出水口53，使地电极的中空形成冷却水通道。本实施例还开设有贯穿两个表面21-A、21-B的高压电杆插孔52、紧固螺杆的通孔54和多个臭氧收集孔道55，本实施例的紧固螺杆的通孔54位于地电极板的中心线上两端并贯穿整个单元板，用于通过螺栓紧固多块单元板叠层成一体之用。本实施例的高压插孔为两个位于地电极板的两端并贯穿整个单元板，用于通过高压插杆将各个单元板的高压金属板电极的连接。

21-A表面的保护介质层的实施例为用公知的技术涂覆的一层薄而连续的陶瓷材料如氮化铝、三氧化二铝或氮化硼等陶瓷材料作为地电极表面的保护性介质层。保护性介质层厚度＜0.1mm(本实施例采用0.08mm的氮化铝膜层)。

21-A表面上的工作气隙垫片实施例为将21-A表面分割成互嵌的六个底边为10cm、高为20cm的等腰三角形放电气隙工作区域25的垫片，该垫片包括设在21-A表面两端起支撑作用的两个梯形垫片241和设在中间的起隔离作用的条形垫片242，紧固螺杆的通孔54和高压电极插杆的通孔52位于两个梯形垫片241上；由条形垫片242分隔成的每个工作区域中至少含有一个臭氧收集孔道55。本发明的工作气隙厚度一般为0.3～1.5mm，可根据厚度要求选取气隙垫片，垫片材料可采用耐氧化有机片材，本实施例选用0.8mm的硅橡胶板冲裁成型，作为保证气隙厚度和分隔工作气隙小区的垫片。电场强度、频率、微放电状况、散热条件等对厚度选取都有很大影响，最终通过臭氧产率和功耗试验决定选取。

工作时，源气体从21-A表面两侧缝隙流入，加速通过三角形放电区域，形成臭氧后进入处于三角形顶端的臭氧通道口55被收集。

本发明的导热绝缘介质层23及高压电极板22的实施例及装配如图6所示，本实施例的导热绝缘介质层23由多块5cm、高为10cm的等腰三角形小块氮化铝、氮化硼或三氧化二铝陶瓷材料的DCB高导热陶瓷61(如选用氮化铝)散热板如610所示拼接，形成导热绝缘介质层23工作区域(采用多块材料是为制作容易)，其它非工作区域612用廉价介质材料(如Al₂O₃)填充(主要为降低制作成本)，如图6(a)所示。(在图6的两部分下面分别加上(a)、(b)，)，DCB陶瓷基板的厚度根据材料的介电强度和气隙电场的强度确定，本实施例的厚度可在0.3～2.0mm之间(如1.8mm)。当多块DCB拼接时，相邻的DCB块之间充填绝缘粘接材料63，使多块DCB形成一整片导热绝缘介质层，该介质层的一面贴有厚度为0.1～0.6mm的铜或铝箔作为高压电极板22(本实施例采用厚度为0.5mm的铜箔)。另一面也贴有铜箔66与21-B板表面贴焊成一体，如图6(b)所示。

本实施例的高压电极板的表面通过外表面热喷涂或低温阳极氧化成0.1～0.8mm氮化铝、氮化硼或三氧化二铝陶瓷材料形成绝缘介质层27(如采用0.6mm的氮化铝膜层)。

本发明的导热绝缘介质层及高压电极板的另一实施例结构与上述的实施例不同的是：本实施例的地电极板采用表面为500cm²厚1.5cm的铝合金中空板体，总体尺寸为25×20×1.5cm。本实施例的地电极的21-A表面的保护介质层采用公知的低温氧化技术形成三氧化二铝层，厚度为0.03mm。

本实施例的21-A表面上的工作气隙垫片实施例为将21-A表面分割成两个棱形放电气隙工作区域25的垫片，该垫片包括设在21-A表面两端起支撑作用的两个长方形垫片741和设在中间的起隔离作用的三角形垫片742，垫片的厚度决定工作气隙的高度，每个电气隙工作区域25中部设有一个臭氧收集孔道75，如图7所示。

本实施例的导热绝缘介质层是在地电极21-B侧热喷涂一层厚度为0.3mm的三氧化二铝导热陶瓷材料；其上依次热喷涂0.2mm厚的金属铜高压电极板和0.2mm厚的三氧化二铝绝缘介质层。

本发明的上述实施例单元板的尺寸，各层选用的材料以及厚度均为举例说明，不能用以限定本发明的保护范围。根据上述技术方案所作任何变形方案，均属于本发明的保护范畴。

将本发明的多个单元板层叠在一起即可方便地组合成一个臭氧发生器，如图8所示，采用本发明的单元板可以层叠至5～50层以上，本实施例的一个臭氧发生器为25层；装配时将紧固螺杆81通过各单元板的紧固螺杆孔，将层叠的单元板紧固在一起。将高压电极插杆86插入各单元的高压电极杆插孔连通所有臭氧发生单元板的高压电极，源气体由进气孔隙82进入，由臭氧收集管道84收集电晕放电产生的臭氧，冷却水从进水管85进入地电极板内，从冷却水出水管83出，带走各单元板单面放电工作气隙工作产生的热量，保证臭氧发生器正常工作。

Claims (8)

1、一种臭氧发生器层叠单元板，其特征在于，由上至下包括：气隙垫片、带有水冷通道的地电极板及在其上、下表面分别覆盖的保护介质层和导热绝缘介质层、高压电极板及其下覆盖的绝缘介质层，所述各层结构叠压成一体构成单元板；所述的气隙垫片支撑在本单元板的顶层与上一个单元板的底层之间，形成间隙与贯穿单元板的臭氧收集孔道相通，以形成单面放电工作气隙。

2、如权利要求1所述的臭氧发生器层叠单元板，其特征在于，所述的放电工作气隙分割成若干个工作气隙小区域，所述每个工作气隙小区域面积不大于500cm2并至少含有一个臭氧收集孔道。

3、如权利要求1所述的臭氧发生器层叠单元板，其特征在于，该工作气隙的厚度为0.3～1.5mm。

4、如权利要求1所述的臭氧发生器层叠单元板，其特征在于，所述带有水冷通道的地电极板采用一金属中空板体，该板体的上、下两个板的厚度为1.5～5mm，其内设有冷却水通道垫，该板体两侧面分别开有进水口和出水口，使该地电极的中空形成冷却水通道。

5、如权利要求1所述的臭氧发生器层叠单元板，其特征在于，所述的保护介质层选用氮化铝、三氧化二铝或氮化硼陶瓷材料制成，该保护介质层的厚度＜0.1mm。

6、如权利要求1所述的臭氧发生器层叠单元板，其特征在于，所述导热绝缘介质层采用氮化铝、氮化硼或三氧化二铝陶瓷材料制成的高导热陶瓷散热板，其厚度为0.3～2.0mm。

7、如权利要求1所述的臭氧发生器层叠单元板，其特征在于，所述高压电极采用厚度为0.1～0.6mm的铜或铝导电金属箔材料。

8、如权利要求1所述的臭氧发生器层叠单元板，其特征在于，所述绝缘介质层选用厚度为0.1～0.8mm的氮化铝、氮化硼或三氧化二铝陶瓷材料膜层。

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