一種自冷型臭氧發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利涉及商用臭氧制備設(shè)備領(lǐng)域，更具體的說是一種自冷型臭氧發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]臭氧是氧的同素異形體，是自然界最強的氧化劑之一。其氧化電位2.07 V，與單質(zhì)氟的氧化電位2.87 V相比，氧化性能僅次于氟而位居第二位。
[0003]臭氧作為一種高效、廣譜、快速的殺蟲劑，其殺菌能力是氯氣的300?600倍，具有消毒、殺菌、清洗、除臭、脫色的作用。此外還可以氧化去除水中或空氣中的微污染物質(zhì)，很少產(chǎn)生副產(chǎn)物，無二次污染，綜合效果非常好。
[0004]目前，已應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化、工業(yè)排放氣體凈化、半導體制造、化工、食品儲藏保鮮、飲用水殺菌、水廠或游泳池水處理及工業(yè)污水處理、水產(chǎn)養(yǎng)殖、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。
[0005]但是，臭氧技術(shù)及設(shè)備未能廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展的主要障礙，源于目前生產(chǎn)的工業(yè)臭氧發(fā)生器價格昂貴、體積龐大、耗能高、濃度及產(chǎn)量低、維保成本高等。
[0006]臭氧技術(shù)的研究、設(shè)備的研制及工藝的探討在我國起步較晚。經(jīng)過30多年的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，我國的臭氧生成技術(shù)有了很大的提高。無論是它的介電體材料、放電單元的結(jié)構(gòu)、供氣設(shè)備、冷卻系統(tǒng)，還是供電電源、控制、檢測等技術(shù)都今非昔比，不僅提高了臭氧的產(chǎn)率，而且降低了能耗和改善了運行條件。
[0007]目前，臭氧發(fā)生器大多采用介質(zhì)阻擋放電法(無聲放電)。這樣的介質(zhì)阻擋放電臭氧生成單元通常設(shè)計成長圓管狀，它能夠按需要進行串聯(lián)或并聯(lián)組合，從而滿足工業(yè)化大規(guī)模制備臭氧的需要。其內(nèi)外兩平行且同軸的電極管之間隔以一層介電體管，并保持一定的放電間隙，內(nèi)外電極常用水或油加以冷卻。
[0008]另一種臭氧發(fā)生器屬于所謂板型發(fā)生器，其結(jié)構(gòu)特點是具有一系列彼此間隔的平行空心電極板，空心電極板之間安置有介電體板并留有放電間隙，空心電極板內(nèi)用水加以冷卻。
[0009]在上述兩種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，以一定速度流經(jīng)于該放電間隙的氧分子O2在高頻高壓電形成的強電場作用下，受高能電子激發(fā)而獲得能量，并相互碰撞形成臭氧分子03。
[0010]這些典型的介質(zhì)阻擋微放電臭氧發(fā)生器，在受高能電子激發(fā)放電產(chǎn)生臭氧的過程中，電能會在電暈氣隙內(nèi)大量耗散。
[0011]理論計算表明，臭氧生成所需能耗僅為0.82 Kwh/Kg*03。
[0012]事實上，現(xiàn)在普遍使用的介質(zhì)阻擋放電臭氧發(fā)生器，當用氧氣源制造質(zhì)量分數(shù)為21%的臭氧時，實際能耗為7 Kwh/Kg*03左右。也就是說，電暈功率中僅僅只有11.7%的能量用于產(chǎn)生臭氧，其余88.3%的能量則以熱量形式損耗掉；
[0013]當使用空氣源制造質(zhì)量分數(shù)為21%的臭氧時，實際能耗為15.5Kwh/Kg*03,即電暈功率中僅僅只有5.3%的能量用于產(chǎn)生臭氧，近95%的電暈功率以熱量等形式損耗掉。
[0014]這些氣體電離和介電體介質(zhì)的能量耗散會使放電氣隙內(nèi)氣體溫度急劇升高。由于生成臭氧的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，因此已經(jīng)生成的臭氧會在高溫下分解還原，如果工作氣隙內(nèi)溫度得不到及時有效控制，會造成臭氧產(chǎn)量、濃度和電能利用率大幅度下降，并可能損壞相關(guān)器件。
[0015]為了保證臭氧發(fā)生管高效穩(wěn)定工作，提高臭氧產(chǎn)率，防止介電體熱擊穿，因此大規(guī)模工業(yè)臭氧發(fā)生器中，普遍采用水冷、油冷或者內(nèi)外電極分別進行水冷和油冷。以便冷卻劑帶走熱量，防止其可逆反應(yīng)帶來的臭氧產(chǎn)率、濃度下降及單位產(chǎn)量能耗增加。
[0016]如前所述，氣體電離和介電體介質(zhì)的能量耗散會使放電氣隙內(nèi)氣體溫度升高，臭氧會在高溫下分解，從而直接影響臭氧的產(chǎn)量、濃度和能耗。因此快速地將這些熱量排出臭氧發(fā)生單元之外，也就成為保證已經(jīng)生成的臭氧分子不被分解、臭氧發(fā)生器高效穩(wěn)定工作，提高臭氧產(chǎn)率及濃度，降低能耗，防止介電體熱擊穿的關(guān)鍵問題。現(xiàn)在的臭氧發(fā)生器中，就其結(jié)構(gòu)特點而言，無論是管式還是板式，它們都存在如下亟待解決完善的問題:
[0017]其一:如果采用自來水非循環(huán)冷卻方式，按照發(fā)生10Kg/h臭氧所需冷卻水量計算。當工作氣源為氧氣源時，每天需要480立方米的冷卻水量。當工作氣源為空氣源時，每天需要960立方米的冷卻水量?？梢娰Y源的浪費嚴重，運行成本高，而且空排水存在對環(huán)境的二次污染。
[0018]若采用自來水循環(huán)冷卻方式，則需要增加一系列熱交換等設(shè)備，勢必造成設(shè)備占空比增大，設(shè)備投資加大。
[0019]重要的是，自來水溫度取決于環(huán)境溫度，波動很大，這對于臭氧發(fā)生器所要求的最佳冷卻水進水溫度來說，無疑是非常不利的。
[0020]其二:如果采用地下水冷卻，需要打一口深井，其申報難度可想而知。就其設(shè)備來看，要增加水過濾器、深井潛水栗、儲水罐等一系列設(shè)備，導致設(shè)備占空比增大，投資加大。再加上地下水一般都具有硬度高，礦物質(zhì)含量高，雜質(zhì)多，易結(jié)垢等特點。這會造成臭氧發(fā)生器放電管的熱量無法快速排出，臭氧產(chǎn)量、濃度會大幅下降，能耗增加。嚴重時會損壞放電管，造成系統(tǒng)無法正常運行。頻繁的修理還會影響整個臭氧消毒系統(tǒng)運營效率、維保費用增加、運行成本加大等等。
[0021]其三:如果采用油來冷卻電極，它是用油栗加壓使油經(jīng)過有高壓電的電極并將此電極的熱量帶走，然后經(jīng)過換熱設(shè)備冷卻油溫后再回到油箱形成循環(huán)。因為油的粘度大，必需要有足夠的功率把油壓加大到很高的壓力才能循環(huán)運轉(zhuǎn)，且需使用復雜昂貴的設(shè)備進行熱交換，從而導致投資增大。否則油溫得不到控制，這對于臭氧發(fā)生器所需的最佳冷卻油進油溫度要求來說，同樣是非常不利的。臭氧的產(chǎn)量、濃度和單位產(chǎn)量的能耗也都會受到很大影響。
[0022]其四:理論計算表明，其他相應(yīng)條件不變的情況下，提高電源的工作頻率能大幅度提尚每個臭氧發(fā)生單兀的臭氧廣量和濃度。
[0023]例如，一個臭氧發(fā)生器用50Hz交流電產(chǎn)生臭氧lg，若采用10000Hz交流電則能產(chǎn)生臭氧43g。但是每個臭氧發(fā)生單元放電空間里釋放的熱量也將會增加43倍。此時特別需要迅速地將此熱量排出。
[0024]現(xiàn)有電源工作頻率一般設(shè)計為3000Hz左右，臭氧能耗、產(chǎn)量、濃度都難以達到較高的水平。
[0025]其五:實驗結(jié)果表明，工作氣體的進氣溫度、露點對臭氧的產(chǎn)量、濃度有很大影響。尤其是工作氣體為空氣源時，溫度隨著環(huán)境、季節(jié)的不同而變化，若進入臭氧發(fā)生管的氣源溫度上升，會使放電氣隙內(nèi)的工作氣體溫度升高。如果得不到有效控制，會導致臭氧濃度、產(chǎn)量明顯下降，單位產(chǎn)量能耗增加。
[0026]此外，為了控制好氣源的溫度、露點，還需要對氣源進行預處理，這樣又增加了設(shè)備的投資。
[0027]其六:理論計算表明，提高工作電源的電壓，由目前普遍采用的中低壓提升為中高壓，能使產(chǎn)生臭氧的電離放電折合電場強度達到350Td的左右，相應(yīng)的等離子體中電子平均能量可達到9ev。這時的電子所具有的能量最適于O2的離解反應(yīng)，臭氧濃度將提高到350mg/L或更高。可見電離電場強度電子平均具有能量是臭氧發(fā)生技術(shù)的關(guān)鍵參量。
[0028]但是，通過提高電源工作電壓建立強場強放電氣隙場，會使臭氧發(fā)生單元內(nèi)的溫度上升，這就更要求能快速將這部分熱量帶離放電區(qū)域。
[0029]事實上，因為不能及時有效地排出這些熱量，即使采用綜合性能更好的材料作為介電體，也很難增大工作電源電壓。臭氧的濃度、產(chǎn)量仍然得不到大的提高。
[0030]其七:現(xiàn)有的工業(yè)臭氧發(fā)生器普遍體積龐大，金屬材料消耗量大，材料及制造成本過高。對于臭氧用戶而言，設(shè)備投資相對昂貴，如果用作流動性設(shè)備，又過度笨重。
【實用新型內(nèi)容】
[0031]針對以上所述臭氧發(fā)生器存在的問題，本實用新型致力于提供臭氧生成效率高，體積小的自冷型臭氧發(fā)生器。
[0032]基于上述目的，本實用新型通過以下方案來解決所述技術(shù)問題。
[0033]本專利公開一種自冷型臭氧發(fā)生器，其特征在于包括:
[0034]用于制備臭氧的臭氧發(fā)生裝置；
[0035]用于冷卻氣體的冷卻裝置；
[0036]用于驅(qū)動氣體在臭氧發(fā)生裝置和冷卻裝置之間循環(huán)流動的循環(huán)裝置；
[0037]所述臭氧發(fā)生裝置、冷卻裝置和循環(huán)裝置形成一封閉的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，該內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)具有導入工作氣源的工作氣源進氣管和導出臭氧的臭氧氣體導出管。
[0038]不同于現(xiàn)有技術(shù)采用外界冷源對臭氧發(fā)生裝置進行冷卻的方式，本專利利用放電生成臭氧的工作氣體來對臭氧發(fā)生裝置進行自冷卻。通過冷卻裝置降低工作氣體的溫度，工作氣體流經(jīng)臭氧發(fā)生裝置的同時，能夠?qū)⑵錈崃繋щx臭氧發(fā)生區(qū)域，使其溫度下降，保證臭氧發(fā)生裝置的正常高效工作。采用該方法，無需在臭氧發(fā)生裝置內(nèi)增加額外的冷卻裝置，可以大大縮小設(shè)備的體積，提高其穩(wěn)定性。而且較低的溫度也有利于臭氧的生成，避免在高溫下臭氧還原