專利名稱：一種接地極風(fēng)冷平板式臭氧產(chǎn)生單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體放電物理和大氣壓等離子體物理等領(lǐng)域，涉及一種接地極風(fēng)冷平板式臭氧產(chǎn)生單元。
背景技術(shù)：
當(dāng)代現(xiàn)有的臭氧發(fā)生方法或裝置多種多樣，多數(shù)是用水冷卻接地極，而日本
平板式Otto plate型臭氧產(chǎn)生裝置，是利用絕緣油冷卻放電極、接地極，抑制放電間隙氣體溫度上升，以求產(chǎn)生高濃度臭氧，減少其分解。
但由于受玻璃制造工業(yè)水平的制約，要得到高平坦度，高精確厚度的玻璃電介質(zhì)薄板是困難的。由于玻璃的機(jī)械強(qiáng)度差，易于破碎。存在更大的問題是由于玻璃電介質(zhì)的頻率特性差介電常數(shù)低，隨著頻率的增加，電介質(zhì)層溫度升高，進(jìn)而電介質(zhì)的擊穿電壓降低，易擊穿。由于放電間隙距離大、電介質(zhì)板厚，產(chǎn)生臭氧濃度低，臭氧產(chǎn)生效率不高。
目前臭氧產(chǎn)生裝置存在問題是體積龐大，運(yùn)行成本高，維護(hù)工作量多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜化；采用絕緣油同時(shí)冷卻放電極、接地極，易漏油，同時(shí)又存在復(fù)雜和龐大的冷卻附屬設(shè)置；玻璃電介質(zhì)層厚度大，平坦度低，電介質(zhì)電容量和介電常數(shù)均小，玻璃電介質(zhì)頻率特性差，導(dǎo)致高頻供電時(shí)介質(zhì)溫度升高，易擊穿，促使放電間隙電場(chǎng)強(qiáng)度也隨之降低，放電功率也大幅度下降，電損耗大量增加，所以臭氧濃度、臭氧產(chǎn)生效率均較低；放電間隙距離較大，其放電電場(chǎng)強(qiáng)度偏低，由于nd增大，則折合電場(chǎng)強(qiáng)度下將，電子獲得平均能量遠(yuǎn)低于氧分子的解離能8.4eV，只有很少一部分的氧原子被分解、分解電離成氧原子、氧原子離子由于臭氧分解能量為2eV，現(xiàn)有臭氧發(fā)生裝置的 放電電場(chǎng)強(qiáng)度在40 60kV/cm，其電子具有的電子平均能量在2.0 8.6 eV之 間，其中低于8.4eV的電子與臭氧分子碰撞后使其分解，臭氧濃度降低了；由于 放電間隙的電場(chǎng)強(qiáng)度〈60kV/cm，臭氧產(chǎn)生裝置難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生高濃度臭氧和裝置 的小型化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提出的一種接地極風(fēng)冷平板式 臭氧產(chǎn)生單元。本發(fā)明"一種接地極風(fēng)冷平板式臭氧產(chǎn)生單元"是由放電極、 接地極、隔片和均氣的儲(chǔ)氣槽等構(gòu)成。接地極風(fēng)冷方式是指接地極背面加工成 散熱片，接地極和散熱片是一體金屬材料加工成。放電極是由不銹鋼、鋁合金 或鈦薄板或貼附金、銀、鎢或鋁等金屬薄膜及貼附在其表面上的電介質(zhì)層所構(gòu) 成。由于用高介電常數(shù)、高電阻率的電介質(zhì)形成的電介質(zhì)薄層，將在窄放電間 隙中建立強(qiáng)電離放電電場(chǎng)。接地極是由具有風(fēng)冷卻散熱片的抗氧化金屬和貼附 其上電介質(zhì)層構(gòu)成。在接地極和放電極之間放置數(shù)條用絕緣材料制成的薄條隔 片，并貼附其上，構(gòu)成了放電間隙。進(jìn)而使放電間隙尺寸精確，進(jìn)而保證了均 勻的強(qiáng)電離放電的形成，提高了臭氧濃度和產(chǎn)生效率。
本發(fā)明解決其技術(shù)所采用技術(shù)方案是
本發(fā)明是采用風(fēng)冷卻來(lái)代替目前常用的水冷卻接地極或油冷卻放電極、接地 極，省去復(fù)雜的冷卻設(shè)備，由于采用平板電極與散熱片一體化和窄間隙等技術(shù)， 解決了電離區(qū)域的散熱難題；同時(shí)又采用高介電常數(shù)(210)，高絕緣電阻率 S1014Q cm的Al2O3薄膜(0.2 0.6mm)電介質(zhì)；在放電間隙距離為0.01 0.6mm， 氧氣(或空氣)將以2 20m/s通過(guò)間隙，由于在放電極與接地極之間的放電間 隙里能同時(shí)形成強(qiáng)電場(chǎng)和高流場(chǎng)，進(jìn)而形成了強(qiáng)電離放電電場(chǎng)，在放電間隙中電離放電電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到100 400 kV/cm;電子平均溫度9.7xl04 14xl()5K;并
用電場(chǎng)參數(shù)控制氧分子的分解、分解電離、分解附著過(guò)程產(chǎn)生氧原子、氧原子 離子和自由基等濃度，進(jìn)而控制產(chǎn)生的臭氧濃度，并實(shí)現(xiàn)可控制臭氧再分解。
因此，在風(fēng)冷卻條件下，實(shí)現(xiàn)了臭氧濃度達(dá)到80 160g/Nm3。
本發(fā)明的效果和益處是在風(fēng)冷卻條件下，臭氧濃度就可達(dá)到80 160 g/Nm3;本發(fā)明的臭氧產(chǎn)生單元的外形是長(zhǎng)方形平板式，采用風(fēng)冷卻，其散熱片 與接地極是一體加工成的，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)冷卻的臭氧產(chǎn)生單元的小型化。


圖1是臭氧與氧分子離解截面積與電子能量關(guān)系圖。
圖2是等離子體中電子能量分布圖。
圖3是臭氧產(chǎn)生單元的放電間隙中電子能量分布圖。
圖4是電子平均能量e與折合電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系曲線圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例1的正視剖面圖。
圖6是本發(fā)明實(shí)施例1的側(cè)視剖面圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施例2的剖視圖。
圖8是本發(fā)明實(shí)施例3的剖視圖。
其中1、 5.散熱片；2、 3.接地極；4.電介質(zhì)；6.放電間隙；7.金屬放電極； 8.隔片；9.儲(chǔ)氣槽；10.02 (或空氣)；ll.進(jìn)氣管；12.氣體緩沖槽；13.出氣管； 14.含有03的02 (或空氣)氣體；15.高頻高壓電源；16.高壓電纜；17.絕緣套管。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的實(shí)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(guān)系曲線可知，被電場(chǎng)加速電子垂直激勵(lì)離解氧分子，從02(131^—)基態(tài)激勵(lì)到A(^Aw + )狀態(tài)時(shí)，所 需垂直激勵(lì)能量為6.1eV，是禁阻躍遷；從02(X3Zg-)基態(tài)激勵(lì)到02(S32>-)狀
態(tài)時(shí)，氧分子垂直激勵(lì)能量為8.4eV;然而臭氧離解的激勵(lì)能量卻為2eV，放電
間隙中電子從放電電場(chǎng)取得能量^8.4eV時(shí)，氧分子才能分解、電離成氧原子、
離子和自由基等并與氧分子碰撞后生成臭氧，可見具有2.0 8.4eV之間能量的
電子對(duì)產(chǎn)生臭氧沒有一點(diǎn)用途，這部分能量好像只是為了專門用來(lái)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(yīng)式是
02(x3;Eg-) +— (92(J32>+)+e 4(9(3尸)+ (9(3戶)+ 0 ①
02(x3i:g-) + e* "><92CS3I>-)+e 4 (9(1/)) + 0(3尸)+ e (2) 02(x3i:g_) + e* — <92(v43;rw + ) +e 4 (9(3尸)+ 0+(V) + 2e (3)
從等離子體電子能量分布曲線圖2中可知，目前市場(chǎng)生產(chǎn)臭氧產(chǎn)生裝置的放 電間隙里電子平均能量均為5.0 eV，有的更低些。能量大于8.4 eV的電子數(shù)目 僅為17.4%，而占有2.0 8.4eV電子能量的電子數(shù)目高達(dá)58.3%，它們成為離解 臭氧能量的專業(yè)提供者。當(dāng)放電間隙里的電子平均能量達(dá)到23eV時(shí)，占有^8.4eV 能量的電子數(shù)目增加到80.0%，具有2.0 8.4eV之間能量的電子數(shù)目下降到 17.1%。圖3表示了現(xiàn)在生產(chǎn)和本發(fā)明的臭氧產(chǎn)生裝置的放電間隙里電子能量分 布狀況，本發(fā)明的占有28.4 eV能量的電子數(shù)目將比現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)品成數(shù)倍增 加；而具有2.0 8.4eV能量的電子數(shù)目將成倍降低。所以本發(fā)明的風(fēng)冷臭氧產(chǎn) 生單元的臭氧濃度要比目前生產(chǎn)的風(fēng)冷臭氧產(chǎn)生裝置有著大幅度地增加。
放電間隙里的電場(chǎng)強(qiáng)度表達(dá)式
t^/(2^s+1g^) (5) 從式5中可見，只有增加外加峰值電壓KOT、電介質(zhì)的介電常數(shù)^r，減小放電間隙距離l和電介質(zhì)厚度/^才有可能得到強(qiáng)電離放電的電場(chǎng)強(qiáng)度。
通常用折合電場(chǎng)強(qiáng)度E/N (或E/P)來(lái)表征氣體放電強(qiáng)度、電離強(qiáng)度。也將 表征產(chǎn)生臭氧的濃度值多少。圖4表示了折合電場(chǎng)強(qiáng)度與電子取得平均能量值 的關(guān)系曲線。從圖4曲線可知，在電離放電電場(chǎng)中的電子具有平均能量大小取 決于電離放電電場(chǎng)強(qiáng)度，只有強(qiáng)電離放電過(guò)程中電子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，并為合成03提供了大量活性粒 子等基礎(chǔ)材料。
根據(jù)伯努利氣體方程可知Ap 二 C(-AK)—2 ，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，提高放電間隙里氣體流速，提高了 E/P (E/N)值，放電間隙里的電子獲得能量就增加了。
本發(fā)明由于采用高強(qiáng)度的高介電常數(shù)的電介質(zhì)薄層即陶瓷材料的厚度僅為 0.2 0.5mm，放電間隙極窄，僅為0.01 1.0mm，所以大幅度提高了放電間隙的 折合電場(chǎng)強(qiáng)度，則放電間隙的高能量電子占有率成倍增加，如圖2所示，進(jìn)而 大幅度提高了臭氧濃度和臭氧產(chǎn)生效率。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例1的正剖視圖，圖6為圖5的N N剖視圖。在上述圖 中，15為高頻高壓電源，經(jīng)高壓電纜16與金屬放電極7相連，高壓電纜16經(jīng) 絕緣套管17固定在接地極2上。在對(duì)應(yīng)金屬放電極7的對(duì)面接地極2、 3平面 上貼冶一層"203電介質(zhì)4薄層。金屬放電極7與接地極2、 3上的電介質(zhì)4之 間放置數(shù)個(gè)隔片8，形成2個(gè)放電間隙6，在放電間隙6里建立了均勻強(qiáng)電離放 電電場(chǎng)，形成了密集的流光放電，分解大量的02并生成03。在接地極2、 3的 外側(cè)加工成多個(gè)散熱片1、 5，把放電過(guò)程產(chǎn)生熱量傳導(dǎo)出去。02 (或空氣)10 經(jīng)進(jìn)氣管11進(jìn)入儲(chǔ)氣槽9勻速后，再通過(guò)放電間隙6后生成含有03的02 (或 空氣)氣體14，再經(jīng)過(guò)氣體緩沖槽12和出氣管13輸出含有高濃度03的氣體。圖7是本發(fā)明實(shí)例2的剖視圖，實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同之處在于金屬放 電極7外表貼冶一層A1203電介質(zhì)層。
圖8是本發(fā)明實(shí)例3的剖視圖，實(shí)施例3與實(shí)施例2的不同之處在于放電極 7對(duì)應(yīng)接地極2、 3的表面不貼冶一層電介質(zhì)。
權(quán)利要求
1. 一種接地極風(fēng)冷平板式臭氧產(chǎn)生單元，是氧氣通過(guò)風(fēng)冷卻接地極與放電極之間的窄間隙里的強(qiáng)電離放電電場(chǎng)，經(jīng)電場(chǎng)參數(shù)調(diào)控其離解、離解電離等反應(yīng)生成臭氧，其特征是a通道中電離電場(chǎng)強(qiáng)度為100～400kV/cm；b電子平均溫度達(dá)到9.7×104～14×105K；c臭氧產(chǎn)生單元產(chǎn)生臭氧濃度達(dá)到80～160g/Nm3；d放電間隙距離為0.01～0.6mm；e氧氣或空氣以2～20m/s通過(guò)放電間隙電離電場(chǎng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接地極風(fēng)冷平板式臭氧產(chǎn)生單元，其特征是 接地極、放電極均為長(zhǎng)方形平板式，接地極與其背面的散熱片是用一整塊合鋼 鋁、不銹鋼或鈦材料制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接地極風(fēng)冷平板式臭氧產(chǎn)生單元，其特征是 臭氧產(chǎn)生單元的電離電場(chǎng)有效長(zhǎng)度僅為80 160cm。
全文摘要
一種接地極風(fēng)冷平板式臭氧產(chǎn)生單元，屬于氣體電離放電、等離子體化學(xué)和環(huán)境工程等應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于接地極、放電極均為長(zhǎng)方形平板式，接地極與背面的散熱片是用同一塊合鋼鋁、不銹鋼、鈦等金屬制成；在放電極與風(fēng)冷卻接地極之間的窄間隙里形成強(qiáng)電離放電電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到100～400kV/cm；并采用電場(chǎng)參數(shù)調(diào)控氧分子離解、離解電離反應(yīng)產(chǎn)生氧原子、氧原子離子和自由基濃度，進(jìn)而控制臭氧產(chǎn)生量和濃度，實(shí)現(xiàn)可控制臭氧再分解，進(jìn)而臭氧濃度達(dá)到80～160mg/L。本發(fā)明的效果和益處是風(fēng)冷卻代替了水冷卻或油冷卻，平板式臭氧發(fā)生單元代替管式臭氧發(fā)生單元，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)冷卻平板式小型化的臭氧產(chǎn)生單元，并高效率產(chǎn)生高濃度和大產(chǎn)成量臭氧。
文檔編號(hào)C01B13/11GK101497431SQ20081001274
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2008年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月7日
發(fā)明者宏 冷, 朱玉鵬, 李超群, 王永偉, 白希堯, 白敏菂 申請(qǐng)人:大連博羽環(huán)保技術(shù)開發(fā)有限公司