专利名称：一种高浓度臭氧产生装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于气体放电物理学、等离子体物理、环境科学等技术领域， 涉及一种高浓度臭氧产生装置。
背景技术：
产生高浓度臭氧一直是国内外研究热点，日本三菱电机和东芝三菱电机等单
位新研制成功窄间隙(0.3~0.25mm)臭氧发生器，臭氧浓度分别达到180g/Nm3、 350g/Nm3。日本富士电机近期研制了放电极、接地极同时水冷却的臭氧发生器， 臭氧浓度达到200g/Nm3。从理论研究表明，臭氧浓度还有较大的提高空间，尚 须进一步加以研究解决其相关技术。
目前臭氧产生装置存在不足之处是放电间隙还有变窄空间；多数放电极还没 有冷却，由于臭氧热分解阻碍臭氧浓度进一歩地提高；目前臭氧产生器中电离 放电场太长，通常达到0.4 lm，使已产生的臭氧由于活性粒子激励而分解，因 而制约了臭氧浓度的进一步地提高；由于电离放电电场太长，阻碍了臭氧产生 器的进一步小型化。 发明内容
本实用新型的目的是针对现有臭氧产生装置产生的臭氧浓度比较低、体积 大、能耗较高的问题，而提供了一种高浓度臭氧产生装置。该装置的放电极、 接地极同时用去离子水冷却，降低了臭氧的热分解；并采用高介电常数、高电 阻率的Al203材料形成的电介质薄层，同时又釆用超窄放电间隙方法，提高了电 离放电电场强度，强化了氧气解离反应，提高了臭氧产生量，同时又可以相应地提高了氧气流速，有利于抑制臭氧热分解反应，实现了臭氧产生装置的小型 化。
本实用新型解决其技术所采用技术方案是
本实用新型是采用去离子水冷却放电极和接地极；间隙距离为
0.04 0.25mm;介电常数OlO)，高绝缘电阻率(^10"Q.cm)的八1203制成厚 度为0.47 1.0mm电介质薄层。由于采用了上述的方法，实现了放电间隙中放电 通道中的电离折合电场强度达到450 1500Td，电子平均能量达到10~24eV的强 电离放电。这将把更多氧分子电离、解离和激发成髙浓度活性粒子，在电场参 数调控作用将产生更多的臭氧。众所周知，促使臭氧分解的电子能量为 2.0 8.0eV，而强电离放电的电子平均能量达到10eV以上，具有2.0 8.(kV的电 子数量将大幅度降低，因而抑制了臭氧再分解。实现了调控臭氧浓度及产生效 率，提高了臭氧浓度；同时又控制了臭氧的再分解。
另一方面本实用新型采用了 (X04 0.25mm的超窄间隙，将成倍数提高了氧气 通过间隙的流速，有助于把生成臭氧产生的热量带走，降低了放电间隙中的温 度，进而控制了臭氧的热分解反应，进而提高臭氧浓度及产生效率；同时又利 于臭氧快速输运出去，减少了臭氧的分解机率，也同样利于臭氧浓度及效率再 提升。
本实用新型的效果和益处是在放电极、接地极同时水冷却条件下，采用 了超窄放电间隙的相应技术，促使臭氧浓度提升到160 420g/Nm、由于实现了 强电离放电生成臭氧，并将大大地减少了电离放电电场长度(即电极长度)，同 时也实现了臭氧产生装置的小型化。
图1是臭氧与氧分子离解面积与电子能量关系图。
图2是等离子体中电子能量分布图。
图3是电子平均能量e与折合电场强度关系曲线图。
图4是本实用新型实施例1结构示意正视剖面图。
图5是本实用新型实施例1的侧视剖面图。
图6是本实用新型实施例2的结构侧视剖面图。
图7是本实用新型实施例3的结构侧视剖面图。
其中l.氧气；2、 7.冷却水；3.接地极；4.放电间隙；5.电介质层；6.放电极； 8.臭氧和氧气；9.高压电缆；IO.交变高压电源；11.隔片；12.绝缘层；13.冷 却器；14.离子交换器；15、 16.阀体。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图详细叙述本实用新型的具体实施方式
。
从图1的臭氧分子与氧分子解离截面积与电子能量关系曲线可知，被电场加
速电子垂直激励离解氧分子，从A"32^—)基态激励到A^3A"+)状态时，所需垂
直激励能量为6.1eV，是禁阻跃迁；从^Hg-)基态激励到^^3Z"—)状态时，
氧分子垂直激励能量为8.4 eV;然而臭氧离解的激励能量却为2eV，放电间隙中 电子从放电电场取得能量^8.4eV时，氧分子才能分解、电离成氧原子、离子和 自由基等并与氧分子碰撞后生成臭氧，可见具有2.0 8.4eV之间能量的电子对产 生臭氧没有一点用途，这部分能量好像只是为了专门用来分解臭氧之用。氧分 子离解、电离及臭氧生成的等离子体反应式是
—0(3尸)+ (9(3户)+ e02(x3Sg_) + e* — 02(53S"—)+e (2) 4(9(^D) + 0(3尸)+ e
—0(3尸)+ 0+(^o) + 2e
从等离子体电子能量分布曲线图2中可知，目前市场生产臭氧产生装置的放 电间隙里电子平均能量均为5.0eV，有的更低些。能量大于8.4eV的电子数目仅 为17.4%，而占有2.0 8.4eV电子能量的电子数目高达58.3y。，它们成为离解臭 氧能量的专业提供者。当放电间隙里的电子平均能量达到23eV时，占有》8.4eV 能量的电子数目增加到80.0%，具有2.0 8.4eV之间能量的电子数目下降到 17.1%。这表明强电离放电有利于臭氧的产生，臭氧浓度提高；同时又抑制臭氧 的再分解反应。
放电间隙里的电场强度表达式
￡g = ^ s+lg&) (5)
从式5中可见，只有增加外加峰值电压^、电介质的介电常数^;减小放
电间隙距离&和电介质厚度^ ，才有可能得到强电离放电的电场强度。
通常用折合电场强度E/N (或E/P)来表征气体放电强度、电离强度。也将
间接表征产生臭氧的浓度值多少。图4表示了折合电场强度与电子取得平均能 量值的关系曲线。从图4曲线可知，在电离放电电场中的电子具有平均能量大 小取决于电离放电电场强度，只有强电离放电过程中电子所具有能量方可使大 量02气体分子离解成单原子、单原子离子等活性粒子，并为合成03提供了大量 活性粒子等基础材料。根据伯努利气体方程可知AP = G-A「)- ，在放电间隙的气体压力与气体流速 平方成反比。减小气体放电间隙距离，提高放电间隙里气体流速，提高了 E/P (E/N)值，放电间隙里的电子获得能量就增加了。
本实用新型由于采用高强度的高介电常数的电介质薄层即陶瓷材料的厚度 仅为0.47 i.0mm，放电间隙极窄，仅为0.0i 1.0mm，所以大幅度提高了放电间 隙的折合电场强度，进而使放电间隙的高能量电子占有率成倍增加，如图2所 不，进而大幅度提高了臭氧浓度和臭氧产生效率。
图4是本实用新型实施例1的结构图，图5为图4的N N剖视图。在上述 图中，10为频率为400 20000Hz的交变高压电源，经高压电缆9与放电极6相 连。在对应接地极3的放电极6两平面上均贴冶一层厚度为0.47 1.0mm的A1203 电介质层5。贴附在放电极6的电介质层5与对应接地极3之间放置数个隔片 11，形成2个超窄放电间隙4。当对放电极6施加频率为400 20000 Hz交变高 电压时，则在放电问隙4里形成强电离放电电场，放电通道中折合电场强度E/n 达到450 1500Td;电子具有平均能量达到10 24eV。强电离电场将把氧气1电 离、离解和激发成大量的高浓度的活性粒子；在电场参数调控作用下产生高浓 度臭氧8。并对放电极6、接地极3同时用去离子水2、 7冷却，2是入口的去离 子水，7是出口的去离子水，去离子水7通过冷却器13把冷却水温度降到设定 值，根据冷却水纯度的设定值调节阀体15、 16来确定冷却水7通过离子交换器 14的流量；经冷却、去离子的冷却水注入接地极3和放电极6。
图6是本实用新型实施例2的结构侧视剖面图，实施例2与实施例1的不同 之处在于放电极6对应接地极3的表面不贴冶电介质层5;相反对应放电极6的 接地极3的表面却要分别贴冶电介质层5。图7是本实用新型实施例3的结构侧视剖面图，实施例3与实施例1的不同 之处在于对应放电极6的接地极3表面也同样分别贴冶一层电介质层5。
权利要求1.一种高浓度臭氧产生装置，是由放电极、接地极、电介质层、隔片构成，其特征在于a放电极两侧贴冶一层厚度为0.47～1.0mm的Al2O3电介质层；b用隔片在放电极的电介质层及接地极之间形成距离为0.04～0.25mm放电间隙；c放电极、接地极两端连接冷却器，放电极、接地极采用去离子水冷却；d产生的臭氧浓度为160～420g/Nm3。
专利摘要一种高浓度臭氧产生装置属于气体放电物理学、等离子体物理和环境科学等技术领域。其特征在于接地极、放电极同时进行水冷却，放电间隙为超窄间隙，间距为0.04～0.25mm；间隙中放电通道中电离放电折合电场强度达到450～1500 Td，电子平均能量达到10～24eV；并采用电场参数调控氧分子离解、电离等反应生成活性粒子的浓度，进而控制了臭氧再分解，臭氧浓度达到160～420 g/Nm<sup>3</sup>。本实用新型的效果和益处是采用水同时冷却接地极、放电极及超窄放电间隙，实现了臭氧产生装置小型化，并能高效率产生高浓度和大产成量的臭氧。
文档编号C01B13/11GK201347357SQ200820218659
公开日2009年11月18日 申请日期2008年10月21日 优先权日2008年10月21日
发明者宏 冷, 朱玉鹏, 李超群, 毛首蕾, 王永伟, 白希尧, 白敏菂, 文 秦, 薛晓红 申请人:大连博羽环保技术开发有限公司