專利名稱：一種高濃度臭氧產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體放電物理學、等離子體物理、環(huán)境科學等技術(shù)領(lǐng)域，涉及 一種高濃度臭氧產(chǎn)生裝置。
背景技術(shù)：
產(chǎn)生高濃度臭氧一直是國內(nèi)外研究熱點，日本三菱電機和東芝三菱電機等單
位新研制成功窄間隙(0.3 0.25mm)臭氧發(fā)生器，臭氧濃度分別達到180 g/Nm3、 350g/Nm3。日本富士電機近期研制了放電極、接地極同時水冷卻的臭氧發(fā)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(guān)技術(shù)。
目前臭氧產(chǎn)生裝置存在不足之處是放電間隙還有變窄空間；多數(shù)放電極還沒 有冷卻，由于臭氧熱分解阻礙臭氧濃度進一步地提高；目前臭氧產(chǎn)生器中電離 放電場太長，通常達到0.4~lm，使已產(chǎn)生的臭氧由于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；由于電離放電電場太長，阻礙了臭氧產(chǎn)生
器的進一步小型化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有臭氧產(chǎn)生裝置產(chǎn)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(chǎn)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；并采用高介電常數(shù)、高電阻率的 Al203材料形成的電介質(zhì)薄層，同時又采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(chǎn)生量，同時又可以相應地提高了氧氣流速，有利于抑制臭氧熱分解反應，實現(xiàn)了臭氧產(chǎn)生裝置的小型化。 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(shù)(》10)，高絕緣電阻率(^10""cm)的八1203制成厚度為0.47 1.0mrn 電介質(zhì)薄層。由于采用了上述的方法，實現(xiàn)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(fā)成高濃度活性粒子，在電場參數(shù)調(diào)控作用將產(chǎn) 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l(kV以上，具有2.0 8.0eV的電子數(shù)量將大幅度降低， 因而抑制了臭氧再分解。實現(xiàn)了調(diào)控臭氧濃度及產(chǎn)生效率，提高了臭氧濃度； 同時又控制了臭氧的再分解。
另一方面本發(fā)明采用了 0.04~0.25mm的超窄間隙，將成倍數(shù)提高了氧氣通過 間隙的流速，有助于把生成臭氧產(chǎn)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(chǎn)生效率；同時又利于臭 氧快速輸運出去，減少了臭氧的分解機率，也同樣利于臭氧濃度及效率再提升。
本發(fā)明的效果和益處是在放電極、接地極同時水冷卻條件下，采用了超 窄放電間隙的相應技術(shù)，促使臭氧濃度提升到160 420g/Nm3;由于實現(xiàn)了強電 離放電生成臭氧，并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(xiàn)了臭氧產(chǎn)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(guān)系圖。 圖2是等離子體中電子能量分布圖。圖3是電子平均能量s與折合電場強度關(guān)系曲線圖。
圖4是本發(fā)明實施例1結(jié)構(gòu)示意正視剖面圖。
圖5是本發(fā)明實施例1的側(cè)視剖面圖。
圖6是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)側(cè)視剖面圖。
圖7是本發(fā)明實施例3的結(jié)構(gòu)側(cè)視剖面圖。
其中l(wèi).氧氣；2、 7.冷卻水；3.接地極；4.放電間隙；5.電介質(zhì)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；".離子交換器;15、 16.閥體。
具體實施例方式
下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式
。
從圖1的臭氧分子與氧分子解離截面積與電子能量關(guān)系曲線可知，被電場加
速電子垂直激勵離解氧分子，從^"^g-)基態(tài)激勵到G^3A"+)狀態(tài)時，所需垂 直激勵能量為6.1eV，是禁阻躍遷；從A^m基態(tài)激勵到W^S"—)狀態(tài)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 自由基等并與氧分子碰撞后生成臭氧，可見具有2.0 S.4eV之間能量的電子對產(chǎn) 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尸)+ 0(3尸)+ e
AOdg—) + , ~>02(532>-)+e (2) —0(力)+ (9(3尸)+ e02032g-) + e* — 02( J3""" +e (3)
0 + (92+M —03*+M — 03+似 (4)
從等離子體電子能量分布曲線圖2中可知，目前市場生產(chǎn)臭氧產(chǎn)生裝置的放 電間隙里電子平均能量均為5.0eV，有的更低些。能量大于8.4eV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58.3%，它們成為離解臭 氧能量的專業(yè)提供者。當放電間隙里的電子平均能量達到23eV時，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%。這表明強電離放電有利于臭氧的產(chǎn)生，臭氧濃度提高；同時又抑制臭氧 的再分解反應。
放電間隙里的電場強度表達式
從式5中可見，只有增加外加峰值電壓^、電介質(zhì)的介電常數(shù)"；減小放
電間隙距離^和電介質(zhì)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)來表征氣體放電強度、電離強度。也將
間接表征產(chǎn)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(guān)系曲線。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 小取決于電離放電電場強度，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，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 =C(—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 0.47~1.0mm，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 折合電場強度，進而使放電間隙的高能量電子占有率成倍增加，如圖2所示， 進而大幅度提高了臭氧濃度和臭氧產(chǎn)生效率。
圖4是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)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(jīng)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(zhì)層5。貼附在放電極6的電介質(zhì)層5與對應接地極3之間放置數(shù)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，則在放電間隙4里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 1500 Td;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(fā)成大量的高濃度的活性粒子；在電場參數(shù)調(diào)控作用下產(chǎn)生高濃度臭 氧8。并對放電極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(jù)冷卻水純度的設定值調(diào)節(jié)閥體15、 16來確定冷卻水7通過離子交換器14的 流量；經(jīng)冷卻、去離子的冷卻水注入接地極3和放電極6。
圖6是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)側(cè)視剖面圖，實施例2與實施例1的不同之處 在于放電極6對應接地極3的表面不貼冶電介質(zhì)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(zhì)層5。
圖7是本發(fā)明實施例3的結(jié)構(gòu)側(cè)視剖面圖，實施例3與實施例1的不同之處 在于對應放電極6的接地極3表面也同樣分別貼冶一層電介質(zhì)層5。
權(quán)利要求
1. 一種高濃度臭氧產(chǎn)生裝置，是氧氣通過被水同時冷卻的接地極與放電極之間的間隙，同時對電極施加交變電壓，在放電間隙中建立了強電離放電電場，氧氣被電離、離解、離解電離成活性粒子，經(jīng)電場參量調(diào)控后定向反應生成臭氧，其特征在于a對電極施加頻率為400～20000Hz的交變電壓，在放電極與接地極之間的間隙里形成放電通道中的電離放電折合電場強度達到450～1500Td，電子平均能量達到10～24eV；b臭氧濃度達到160～420g/Nm3；c放電間隙距離為0.04～0.25mm；d放電極和接地極同時用水冷卻，冷卻水純度為1～18MΩ·cm。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種高濃度臭氧產(chǎn)生裝置，其特征是接地極與放 電極為平板式或圓筒式，其電離電場長度為60 160cm。
全文摘要
一種高濃度臭氧產(chǎn)生裝置屬于氣體放電物理學、等離子體物理和環(huán)境科學等技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于接地極、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450～1500Td，電子平均能量達到10～24eV；并采用電場參數(shù)調(diào)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160～420g/Nm³。本發(fā)明的效果和益處是采用水同時冷卻接地極、放電極及超窄放電間隙，實現(xiàn)了臭氧產(chǎn)生裝置小型化，并能高效率產(chǎn)生高濃度和大產(chǎn)成量的臭氧。
文檔編號C01B13/11GK101428765SQ200810228248
公開日2009年5月13日 申請日期2008年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月21日
發(fā)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(huán)保技術(shù)開發(fā)有限公司