一種高濃度臭氧產生裝置的製作方法
2023-12-05 17:21:36
專利名稱：一種高濃度臭氧產生裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於氣體放電物理學、等離子體物理、環境科學等技術領域， 涉及一種高濃度臭氧產生裝置。
背景技術：
產生高濃度臭氧一直是國內外研究熱點，日本三菱電機和東芝三菱電機等單
位新研製成功窄間隙(0.3~0.25mm)臭氧發生器，臭氧濃度分別達到180g/Nm3、 350g/Nm3。日本富士電機近期研製了放電極、接地極同時水冷卻的臭氧發生器， 臭氧濃度達到200g/Nm3。從理論研究表明，臭氧濃度還有較大的提高空間，尚 須進一步加以研究解決其相關技術。
目前臭氧產生裝置存在不足之處是放電間隙還有變窄空間；多數放電極還沒 有冷卻，由於臭氧熱分解阻礙臭氧濃度進一歩地提高；目前臭氧產生器中電離 放電場太長，通常達到0.4 lm，使已產生的臭氧由於活性粒子激勵而分解，因 而制約了臭氧濃度的進一步地提高；由於電離放電電場太長，阻礙了臭氧產生 器的進一步小型化。 發明內容
本實用新型的目的是針對現有臭氧產生裝置產生的臭氧濃度比較低、體積 大、能耗較高的問題，而提供了一種高濃度臭氧產生裝置。該裝置的放電極、 接地極同時用去離子水冷卻，降低了臭氧的熱分解；並採用高介電常數、高電 阻率的Al203材料形成的電介質薄層，同時又釆用超窄放電間隙方法，提高了電 離放電電場強度，強化了氧氣解離反應，提高了臭氧產生量，同時又可以相應地提高了氧氣流速，有利於抑制臭氧熱分解反應，實現了臭氧產生裝置的小型 化。
本實用新型解決其技術所採用技術方案是
本實用新型是採用去離子水冷卻放電極和接地極；間隙距離為
0.04 0.25mm;介電常數OlO)，高絕緣電阻率(^10"Q.cm)的八1203製成厚 度為0.47 1.0mm電介質薄層。由於採用了上述的方法，實現了放電間隙中放電 通道中的電離折合電場強度達到450 1500Td，電子平均能量達到10~24eV的強 電離放電。這將把更多氧分子電離、解離和激發成髙濃度活性粒子，在電場參 數調控作用將產生更多的臭氧。眾所周知，促使臭氧分解的電子能量為 2.0 8.0eV，而強電離放電的電子平均能量達到10eV以上，具有2.0 8.(kV的電 子數量將大幅度降低，因而抑制了臭氧再分解。實現了調控臭氧濃度及產生效 率，提高了臭氧濃度；同時又控制了臭氧的再分解。
另一方面本實用新型採用了 (X04 0.25mm的超窄間隙，將成倍數提高了氧氣 通過間隙的流速，有助於把生成臭氧產生的熱量帶走，降低了放電間隙中的溫 度，進而控制了臭氧的熱分解反應，進而提高臭氧濃度及產生效率；同時又利 於臭氧快速輸運出去，減少了臭氧的分解機率，也同樣利於臭氧濃度及效率再 提升。
本實用新型的效果和益處是在放電極、接地極同時水冷卻條件下，採用 了超窄放電間隙的相應技術，促使臭氧濃度提升到160 420g/Nm、由於實現了 強電離放電生成臭氧，並將大大地減少了電離放電電場長度(即電極長度)，同 時也實現了臭氧產生裝置的小型化。
圖1是臭氧與氧分子離解面積與電子能量關係圖。
圖2是等離子體中電子能量分布圖。
圖3是電子平均能量e與折合電場強度關係曲線圖。
圖4是本實用新型實施例1結構示意正視剖面圖。
圖5是本實用新型實施例1的側視剖面圖。
圖6是本實用新型實施例2的結構側視剖面圖。
圖7是本實用新型實施例3的結構側視剖面圖。
其中l.氧氣；2、 7.冷卻水；3.接地極；4.放電間隙；5.電介質層；6.放電極； 8.臭氧和氧氣；9.高壓電纜；IO.交變高壓電源；11.隔片；12.絕緣層；13.冷 卻器；14.離子交換器；15、 16.閥體。
具體實施方式
下面結合技術方案和附圖詳細敘述本實用新型的具體實施方式
。
從圖1的臭氧分子與氧分子解離截面積與電子能量關係曲線可知，被電場加
速電子垂直激勵離解氧分子，從A"32^—)基態激勵到A^3A"+)狀態時，所需垂
直激勵能量為6.1eV，是禁阻躍遷；從^Hg-)基態激勵到^^3Z"—)狀態時，
氧分子垂直激勵能量為8.4 eV;然而臭氧離解的激勵能量卻為2eV，放電間隙中 電子從放電電場取得能量^8.4eV時，氧分子才能分解、電離成氧原子、離子和 自由基等並與氧分子碰撞後生成臭氧，可見具有2.0 8.4eV之間能量的電子對產 生臭氧沒有一點用途，這部分能量好像只是為了專門用來分解臭氧之用。氧分 子離解、電離及臭氧生成的等離子體反應式是
—0(3屍)+ (9(3戶)+ e02(x3Sg_) + e* — 02(53S"—)+e (2) 4(9(^D) + 0(3屍)+ e
—0(3屍)+ 0+(^o) + 2e
從等離子體電子能量分布曲線圖2中可知，目前市場生產臭氧產生裝置的放 電間隙裡電子平均能量均為5.0eV，有的更低些。能量大於8.4eV的電子數目僅 為17.4%，而佔有2.0 8.4eV電子能量的電子數目高達58.3y。，它們成為離解臭 氧能量的專業提供者。當放電間隙裡的電子平均能量達到23eV時，佔有》8.4eV 能量的電子數目增加到80.0%，具有2.0 8.4eV之間能量的電子數目下降到 17.1%。這表明強電離放電有利於臭氧的產生，臭氧濃度提高；同時又抑制臭氧 的再分解反應。
放電間隙裡的電場強度表達式
￡g = ^ s+lg&) (5)
從式5中可見，只有增加外加峰值電壓^、電介質的介電常數^;減小放
電間隙距離&和電介質厚度^ ，才有可能得到強電離放電的電場強度。
通常用折合電場強度E/N (或E/P)來表徵氣體放電強度、電離強度。也將
間接表徵產生臭氧的濃度值多少。圖4表示了折合電場強度與電子取得平均能 量值的關係曲線。從圖4曲線可知，在電離放電電場中的電子具有平均能量大 小取決於電離放電電場強度，只有強電離放電過程中電子所具有能量方可使大 量02氣體分子離解成單原子、單原子離子等活性粒子，並為合成03提供了大量 活性粒子等基礎材料。根據伯努利氣體方程可知AP = G-A「)- ，在放電間隙的氣體壓力與氣體流速 平方成反比。減小氣體放電間隙距離，提高放電間隙裡氣體流速，提高了 E/P (E/N)值，放電間隙裡的電子獲得能量就增加了。
本實用新型由於採用高強度的高介電常數的電介質薄層即陶瓷材料的厚度 僅為0.47 i.0mm，放電間隙極窄，僅為0.0i 1.0mm，所以大幅度提高了放電間 隙的折合電場強度，進而使放電間隙的高能量電子佔有率成倍增加，如圖2所 不，進而大幅度提高了臭氧濃度和臭氧產生效率。
圖4是本實用新型實施例1的結構圖，圖5為圖4的N N剖視圖。在上述 圖中，10為頻率為400 20000Hz的交變高壓電源，經高壓電纜9與放電極6相 連。在對應接地極3的放電極6兩平面上均貼冶一層厚度為0.47 1.0mm的A1203 電介質層5。貼附在放電極6的電介質層5與對應接地極3之間放置數個隔片 11，形成2個超窄放電間隙4。當對放電極6施加頻率為400 20000 Hz交變高 電壓時，則在放電問隙4裡形成強電離放電電場，放電通道中折合電場強度E/n 達到450 1500Td;電子具有平均能量達到10 24eV。強電離電場將把氧氣1電 離、離解和激發成大量的高濃度的活性粒子；在電場參數調控作用下產生高濃 度臭氧8。並對放電極6、接地極3同時用去離子水2、 7冷卻，2是入口的去離 子水，7是出口的去離子水，去離子水7通過冷卻器13把冷卻水溫度降到設定 值，根據冷卻水純度的設定值調節閥體15、 16來確定冷卻水7通過離子交換器 14的流量；經冷卻、去離子的冷卻水注入接地極3和放電極6。
圖6是本實用新型實施例2的結構側視剖面圖，實施例2與實施例1的不同 之處在於放電極6對應接地極3的表面不貼冶電介質層5;相反對應放電極6的 接地極3的表面卻要分別貼冶電介質層5。圖7是本實用新型實施例3的結構側視剖面圖，實施例3與實施例1的不同 之處在於對應放電極6的接地極3表面也同樣分別貼冶一層電介質層5。
權利要求1.一種高濃度臭氧產生裝置，是由放電極、接地極、電介質層、隔片構成，其特徵在於a放電極兩側貼冶一層厚度為0.47～1.0mm的Al2O3電介質層；b用隔片在放電極的電介質層及接地極之間形成距離為0.04～0.25mm放電間隙；c放電極、接地極兩端連接冷卻器，放電極、接地極採用去離子水冷卻；d產生的臭氧濃度為160～420g/Nm3。
專利摘要一種高濃度臭氧產生裝置屬於氣體放電物理學、等離子體物理和環境科學等技術領域。其特徵在於接地極、放電極同時進行水冷卻，放電間隙為超窄間隙，間距為0.04～0.25mm；間隙中放電通道中電離放電折合電場強度達到450～1500 Td，電子平均能量達到10～24eV；並採用電場參數調控氧分子離解、電離等反應生成活性粒子的濃度，進而控制了臭氧再分解，臭氧濃度達到160～420 g/Nm3。本實用新型的效果和益處是採用水同時冷卻接地極、放電極及超窄放電間隙，實現了臭氧產生裝置小型化，並能高效率產生高濃度和大產成量的臭氧。
文檔編號C01B13/11GK201347357SQ200820218659
公開日2009年11月18日 申請日期2008年10月21日 優先權日2008年10月21日
發明者宏 冷, 朱玉鵬, 李超群, 毛首蕾, 王永偉, 白希堯, 白敏菂, 文 秦, 薛曉紅 申請人:大連博羽環保技術開發有限公司