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：
本實用新型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180g/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歩地提高；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
本實用新型的目的是針對現(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(yīng)，提高了臭氧產(chǎn)生量，同時又可以相應(yīng)地提高了氧氣流速，有利于抑制臭氧熱分解反應(yīng)，實現(xiàn)了臭氧產(chǎn)生裝置的小型 化。
本實用新型解決其技術(shù)所采用技術(shù)方案是
本實用新型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)OlO)，高絕緣電阻率(^10"Q.cm)的八1203制成厚 度為0.47 1.0mm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)成髙濃度活性粒子，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10eV以上，具有2.0 8.(kV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。
另一方面本實用新型采用了 (X04 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(yīng)，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，采用 了超窄放電間隙的相應(yīng)技術(shù)，促使臭氧濃度提升到160 420g/Nm、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e與折合電場強度關(guān)系曲線圖。
圖4是本實用新型實施例1結(jié)構(gòu)示意正視剖面圖。
圖5是本實用新型實施例1的側(cè)視剖面圖。
圖6是本實用新型實施例2的結(jié)構(gòu)側(cè)視剖面圖。
圖7是本實用新型實施例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；14.離子交換器；15、 16.閥體。
具體實施方式
下面結(jié)合技術(shù)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(guān)系曲線可知，被電場加
速電子垂直激勵離解氧分子，從A"32^—)基態(tài)激勵到A^3A"+)狀態(tài)時，所需垂
直激勵能量為6.1eV，是禁阻躍遷；從^Hg-)基態(tài)激勵到^^3Z"—)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 8.4eV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(yīng)式是
—0(3尸)+ (9(3戶)+ e02(x3Sg_) + e* — 02(53S"—)+e (2) 4(9(^D) + 0(3尸)+ e
—0(3尸)+ 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(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58.3y。，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(yīng)。
放電間隙里的電場強度表達式
￡g = ^ s+lg&) (5)
從式5中可見，只有增加外加峰值電壓^、電介質(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。
本實用新型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 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占有率成倍增加，如圖2所 不，進而大幅度提高了臭氧濃度和臭氧產(chǎn)生效率。
圖4是本實用新型實施例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(yīng)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(yīng)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，則在放電問隙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 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(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(shè)定 值，根據(jù)冷卻水純度的設(shè)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是本實用新型實施例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(yīng)接地極3的表面不貼冶電介質(zhì)層5;相反對應(yīng)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是本實用新型實施例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(yīng)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，是由放電極、接地極、電介質(zhì)層、隔片構(gòu)成，其特征在于a放電極兩側(cè)貼冶一層厚度為0.47～1.0mm的Al2O3電介質(zhì)層；b用隔片在放電極的電介質(zhì)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、接地極采用去離子水冷卻；d產(chǎn)生的臭氧濃度為160～420g/Nm3。
專利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450～1500 Td，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(yīng)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C01B13/11GK201347357SQ200820218659
公開日2009年11月18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