一种自冷型臭氧发生器的制造方法
【技术领域】
[0001]本专利涉及商用臭氧制备设备领域，更具体的说是一种自冷型臭氧发生器。
【背景技术】
[0002]臭氧是氧的同素异形体，是自然界最强的氧化剂之一。其氧化电位2.07 V，与单质氟的氧化电位2.87 V相比，氧化性能仅次于氟而位居第二位。
[0003]臭氧作为一种高效、广谱、快速的杀虫剂，其杀菌能力是氯气的300?600倍，具有消毒、杀菌、清洗、除臭、脱色的作用。此外还可以氧化去除水中或空气中的微污染物质，很少产生副产物，无二次污染，综合效果非常好。
[0004]目前，已应用于室内空气净化、工业排放气体净化、半导体制造、化工、食品储藏保鲜、饮用水杀菌、水厂或游泳池水处理及工业污水处理、水产养殖、医疗卫生等领域。
[0005]但是，臭氧技术及设备未能广泛应用和迅速发展的主要障碍，源于目前生产的工业臭氧发生器价格昂贵、体积庞大、耗能高、浓度及产量低、维保成本高等。
[0006]臭氧技术的研究、设备的研制及工艺的探讨在我国起步较晚。经过30多年的产业化发展，我国的臭氧生成技术有了很大的提高。无论是它的介电体材料、放电单元的结构、供气设备、冷却系统，还是供电电源、控制、检测等技术都今非昔比，不仅提高了臭氧的产率，而且降低了能耗和改善了运行条件。
[0007]目前，臭氧发生器大多采用介质阻挡放电法(无声放电)。这样的介质阻挡放电臭氧生成单元通常设计成长圆管状，它能够按需要进行串联或并联组合，从而满足工业化大规模制备臭氧的需要。其内外两平行且同轴的电极管之间隔以一层介电体管，并保持一定的放电间隙，内外电极常用水或油加以冷却。
[0008]另一种臭氧发生器属于所谓板型发生器，其结构特点是具有一系列彼此间隔的平行空心电极板，空心电极板之间安置有介电体板并留有放电间隙，空心电极板内用水加以冷却。
[0009]在上述两种传统结构中，以一定速度流经于该放电间隙的氧分子O2在高频高压电形成的强电场作用下，受高能电子激发而获得能量，并相互碰撞形成臭氧分子03。
[0010]这些典型的介质阻挡微放电臭氧发生器，在受高能电子激发放电产生臭氧的过程中，电能会在电晕气隙内大量耗散。
[0011]理论计算表明，臭氧生成所需能耗仅为0.82 Kwh/Kg*03。
[0012]事实上，现在普遍使用的介质阻挡放电臭氧发生器，当用氧气源制造质量分数为21%的臭氧时，实际能耗为7 Kwh/Kg*03左右。也就是说，电晕功率中仅仅只有11.7%的能量用于产生臭氧，其余88.3%的能量则以热量形式损耗掉；
[0013]当使用空气源制造质量分数为21%的臭氧时，实际能耗为15.5Kwh/Kg*03,即电晕功率中仅仅只有5.3%的能量用于产生臭氧，近95%的电晕功率以热量等形式损耗掉。
[0014]这些气体电离和介电体介质的能量耗散会使放电气隙内气体温度急剧升高。由于生成臭氧的反应是可逆反应，因此已经生成的臭氧会在高温下分解还原，如果工作气隙内温度得不到及时有效控制，会造成臭氧产量、浓度和电能利用率大幅度下降，并可能损坏相关器件。
[0015]为了保证臭氧发生管高效稳定工作，提高臭氧产率，防止介电体热击穿，因此大规模工业臭氧发生器中，普遍采用水冷、油冷或者内外电极分别进行水冷和油冷。以便冷却剂带走热量，防止其可逆反应带来的臭氧产率、浓度下降及单位产量能耗增加。
[0016]如前所述，气体电离和介电体介质的能量耗散会使放电气隙内气体温度升高，臭氧会在高温下分解，从而直接影响臭氧的产量、浓度和能耗。因此快速地将这些热量排出臭氧发生单元之外，也就成为保证已经生成的臭氧分子不被分解、臭氧发生器高效稳定工作，提高臭氧产率及浓度，降低能耗，防止介电体热击穿的关键问题。现在的臭氧发生器中，就其结构特点而言，无论是管式还是板式，它们都存在如下亟待解决完善的问题:
[0017]其一:如果采用自来水非循环冷却方式，按照发生10Kg/h臭氧所需冷却水量计算。当工作气源为氧气源时，每天需要480立方米的冷却水量。当工作气源为空气源时，每天需要960立方米的冷却水量。可见资源的浪费严重，运行成本高，而且空排水存在对环境的二次污染。
[0018]若采用自来水循环冷却方式，则需要增加一系列热交换等设备，势必造成设备占空比增大，设备投资加大。
[0019]重要的是，自来水温度取决于环境温度，波动很大，这对于臭氧发生器所要求的最佳冷却水进水温度来说，无疑是非常不利的。
[0020]其二:如果采用地下水冷却，需要打一口深井，其申报难度可想而知。就其设备来看，要增加水过滤器、深井潜水栗、储水罐等一系列设备，导致设备占空比增大，投资加大。再加上地下水一般都具有硬度高，矿物质含量高，杂质多，易结垢等特点。这会造成臭氧发生器放电管的热量无法快速排出，臭氧产量、浓度会大幅下降，能耗增加。严重时会损坏放电管，造成系统无法正常运行。频繁的修理还会影响整个臭氧消毒系统运营效率、维保费用增加、运行成本加大等等。
[0021]其三:如果采用油来冷却电极，它是用油栗加压使油经过有高压电的电极并将此电极的热量带走，然后经过换热设备冷却油温后再回到油箱形成循环。因为油的粘度大，必需要有足够的功率把油压加大到很高的压力才能循环运转，且需使用复杂昂贵的设备进行热交换，从而导致投资增大。否则油温得不到控制，这对于臭氧发生器所需的最佳冷却油进油温度要求来说，同样是非常不利的。臭氧的产量、浓度和单位产量的能耗也都会受到很大影响。
[0022]其四:理论计算表明，其他相应条件不变的情况下，提高电源的工作频率能大幅度提尚每个臭氧发生单兀的臭氧广量和浓度。
[0023]例如，一个臭氧发生器用50Hz交流电产生臭氧lg，若采用10000Hz交流电则能产生臭氧43g。但是每个臭氧发生单元放电空间里释放的热量也将会增加43倍。此时特别需要迅速地将此热量排出。
[0024]现有电源工作频率一般设计为3000Hz左右，臭氧能耗、产量、浓度都难以达到较高的水平。
[0025]其五:实验结果表明，工作气体的进气温度、露点对臭氧的产量、浓度有很大影响。尤其是工作气体为空气源时，温度随着环境、季节的不同而变化，若进入臭氧发生管的气源温度上升，会使放电气隙内的工作气体温度升高。如果得不到有效控制，会导致臭氧浓度、产量明显下降，单位产量能耗增加。
[0026]此外，为了控制好气源的温度、露点，还需要对气源进行预处理，这样又增加了设备的投资。
[0027]其六:理论计算表明，提高工作电源的电压，由目前普遍采用的中低压提升为中高压，能使产生臭氧的电离放电折合电场强度达到350Td的左右，相应的等离子体中电子平均能量可达到9ev。这时的电子所具有的能量最适于O2的离解反应，臭氧浓度将提高到350mg/L或更高。可见电离电场强度电子平均具有能量是臭氧发生技术的关键参量。
[0028]但是，通过提高电源工作电压建立强场强放电气隙场，会使臭氧发生单元内的温度上升，这就更要求能快速将这部分热量带离放电区域。
[0029]事实上，因为不能及时有效地排出这些热量，即使采用综合性能更好的材料作为介电体，也很难增大工作电源电压。臭氧的浓度、产量仍然得不到大的提高。
[0030]其七:现有的工业臭氧发生器普遍体积庞大，金属材料消耗量大，材料及制造成本过高。对于臭氧用户而言，设备投资相对昂贵，如果用作流动性设备，又过度笨重。
【实用新型内容】
[0031]针对以上所述臭氧发生器存在的问题，本实用新型致力于提供臭氧生成效率高，体积小的自冷型臭氧发生器。
[0032]基于上述目的，本实用新型通过以下方案来解决所述技术问题。
[0033]本专利公开一种自冷型臭氧发生器，其特征在于包括:
[0034]用于制备臭氧的臭氧发生装置；
[0035]用于冷却气体的冷却装置；
[0036]用于驱动气体在臭氧发生装置和冷却装置之间循环流动的循环装置；
[0037]所述臭氧发生装置、冷却装置和循环装置形成一封闭的内循环系统，该内循环系统具有导入工作气源的工作气源进气管和导出臭氧的臭氧气体导出管。
[0038]不同于现有技术采用外界冷源对臭氧发生装置进行冷却的方式，本专利利用放电生成臭氧的工作气体来对臭氧发生装置进行自冷却。通过冷却装置降低工作气体的温度，工作气体流经臭氧发生装置的同时，能够将其热量带离臭氧发生区域，使其温度下降，保证臭氧发生装置的正常高效工作。采用该方法，无需在臭氧发生装置内增加额外的冷却装置，可以大大缩小设备的体积，提高其稳定性。而且较低的温度也有利于臭氧的生成，避免在高温下臭氧还原