专利名称：臭氧发生器的制作方法
臭氧为一种强烈的氧化剂，其具有多种的工业和家庭用途。臭氧可有效的杀除细菌，阻止真菌的生长，并对多种的病毒、苞囊和孢子产生惰性。另外，通过臭氧的处理，可使脂肪酸盐、油和氯胺对环境不造成污染。臭氧的杀菌功能可应用于水净化、居室保洁、设备消毒和食物保藏。
公知的有几种通过空气或其他的含氧气体产生臭氧的方法。其中的大多数过程是通过将含氧的气体通过两个电极之间，并通过介电材料隔离，当氧通过电晕时会转化为臭氧。臭氧在室温下的半衰期为22分钟，在更高的温度下臭氧的衰减速度会加快。因此，一种有效的臭氧发生器应在不产生大量热量的情况下产生高浓度的臭氧。
为此，建立在电晕放电基础上的臭氧发生器存在多种的模式。在美国专利U.S.No.5,409,673种揭示了一种臭氧发生器，其特征在于存在一个外部电极，该电极部分覆盖填充有大量螺旋绕组介电管的一部分，其充当内部电极的作用。类似的，U.S.专利No.5,554,344中揭示了一种通过使用具有卵形表面的电极而增强产生臭氧的方法，在U.S.专利No.4,981,856中揭示了一种具有多边形的电极，其在低电压下可提供均匀的放电气体。另外，对于热扩散，在美国专利No.4,770,858中揭示了用无机材料的非-导电粒子覆盖介电管的表面的优点。
正是由于臭氧的多种的有益的用途，在现有技术中人们重复试图发明一种有效的臭氧发生器，至今还未生产出来。现实中生产有效臭氧发生器的失败的原因可归因于三个问题不适当的校准电极；在放电过程中产生累积的热量，和缺少一种装置用于将新鲜制成的臭氧远离装置而运输到要被进行处理的地方。最需要的是一种简单小巧的臭氧发生器，其可有效的产生并快速的释放臭氧，而不会产生累积的热量。
本发明揭示了一种新的装置和方法，用于通过静电放电产生臭氧。这里所述的臭氧发生器包含一个与反射屏相接的静电放电装置。放电装置包含一个长方形的粗表面的介电元件、一个第一电极和一个第二电极。介电元件被夹在第一电极和第二电极之间且两个电极都与高频(HF)转换器相连。
第一电极由多个螺旋绕组构成，绕组与设置在介电元件之上的多个凸缘相接触，而第二电极包含一个电导涂层，其覆盖介电元件的粗表面。长方形的介电元件便于电极的对准，而凸缘可保持此对准的位置。带有介电元件表面的第二电极的熔化通过在产生臭氧时快速的使热量扩散从而可大大的提高臭氧的回收，而反射屏使累积的臭氧远离臭氧发生器并到达用于进行处理的地方。
图1为沿图2的箭头1的被附在HF转换器上的静电放电装置的第一实施例的截面侧视图；图2为静电放电装置的第一实施例的截面示意图；图3为放电装置的第二实施例的截面示意图；图4为根据本发明的第一实施例的无反射屏的臭氧发生器的透视图；图5为根据本发明的第二实施例的臭氧发生器的截面示意图；图6为根据本发明的第三实施例的臭氧发生器的截面示意图；图7为根据本发明的第四实施例的臭氧发生器的截面示意图；图8为根据本发明的第五实施例的臭氧发生器的截面示意图。
下面将参考相应的附图详细的描述本发明，其中示出了本发明的最佳实施例。本发明可用多种的形式进行体现，而并不限于实施例的范围。申请人提供这些实施例目的在于彻底并完整的描述本发明，对本领域中的技术人员而言并不构成对本发明的范围的限定。
如图1-8中所示，臭氧发生器包含放电装置24，其任意的与反射屏22相连。放电装置24与顺次与电源20相连的高频转换器(HF转换器)58相连。电源20可为蓄电池(图6，图8)或来自电网的常规电流(110或220伏)(图4、5、7)。可使用任意的电线28将此高频转换器58与放电装置24和电源20相连。图1-3中揭示出的放电装置24包含长方形的粗表面的介电元件34、中央开孔44、第一电极32、第二电极38和多个凸缘30。电极32和36被连接到高频转换器58上，其顺次与电源20相连。电源可为电池或来自电网的线路电流。
在放电装置24的第一实施例中，如图1和2中所示，第一电极32包含多个以对准的位置被固定在中心开孔44中的螺旋绕组。为了保证在低压下的均匀放电及减少在介电元件34和电极32和36处的热量的累积需要将第一电极32相对于中心开孔44、介电元件34、和第二电极36对准。在本说明书中所引用的对准和偏差的词义包含第一电极32相对中心开孔44、介电元件34、和第一电极32之间的位置沿放电装置24的整个的长度在电极32和36之间被隔开恒定的距离。介电元件34的长方形形状确定第一电极32的对准位置，而凸缘30将第一电极32保持在适当的对准位置。第一电极32的螺旋绕组包含螺旋的形状。第一电极通过螺旋形状的弹性性质或弹簧力被保持在介电元件34中的位置。第一电极32的长度等于介电元件34的长度，尽管任何尺寸的第一电极都可被形成并固定在大尺寸介电元件34中。放电装置24的第一实施例的第一电极32每厘米具有1组绕组到100组绕组，或如果需要的话每厘米为2到50组绕组，或更好的每厘米为2到20组绕组。类似的，在此实施例中用于构成螺旋绕组的丝的直径可为0.001mm到1mm，或需要的话为0.01mm到0.5mm，或更好的为0.1到0.14mm。第一电极32的螺旋绕组可由钨、镍-铬合金、钼或其他的适宜的金属构成。
将第一电极32固定在对准位置的凸缘30可为单片介电元件34的一部分，或可包含与介电元件34所不同的材料，并通过传统的方法固定在介电元件34上。凸缘30的直径和其在中心开孔44中的间距可依据臭氧发生器的类型及其应用目的进行确定。介电元件34可包含4到20个凸缘30，或4到10个凸缘30，或更好的为4到8个凸缘30。
放电装置24的第一实施例的第二电极36包含电导涂层，用于覆盖介电元件34的粗糙外表面。适宜的电导涂层可包含铜、银、和铝，虽然对于本领域中的技术人员而言可发现或/和使用更多的等同的涂层用于实现本发明的此元件的功能。可通过溅射或化学沉积的方法将电导涂层施加到厚度为0.1微米到100微米或如果需要的话为0.5微米到50微米或更好的为2到10微米。第二电极36最好跨过介电元件34的整个的长度，或可仅覆盖部分介电元件34。
介电元件34可由陶瓷构成，但对本领域中的技术人员而言，可通过很多其他的适宜的材料诸如玻璃或PYREX生产出介电元件。另外，与第一电极32相对的介电元件34的表面可为由具有不同的介电渗透率和空隙率的材料(诸如陶瓷和玻璃纤维)构成。介电元件34的厚度和中心开孔44的尺寸可依据装置和其用途进行改变，但通常的，电极32和36被厚度为0.01mm到10mm或0.05mm到2mm或更好的0.1到0.7mm的介电元件34隔开，而中心开孔44的直径为0.1到20mm，更好的为1到10mm，和最好的为2到6mm。
介电元件34具有粗表面，一旦介电元件34被作为第二电极36的导电涂层所覆盖，其充当用于第二电极36的基础。介电元件34上的粗表面可通过喷砂、化学处理或通过将表面掩埋在非导电粒子中而形成。适合用于掩埋介电元件表面的粒子可为玻璃或陶瓷，但对本领域中的技术人员而言可具有更多的等同的粒子。另外，有更多的方法用于产生具有粗表面的介电元件34，且对本领域中的技术人员还可产生出其他的用于实现本发明的方法。通过第二电极36的粗表面可提高低压下的放电，第二电极36和介电元件34的紧密结合可使放电装置24所产生的热量快速的扩散。
放电装置24的第一实施例的结构可引导本领域中的技术人员产生或使用图3中所示的放电装置24的第二实施例。在第二实施例中，第一电极32围绕介电元件34的外部缠绕，介电元件34具有一个中心开孔44，其具有粗的内表面。另外，第二电极36的电导涂层覆盖中心开孔44的粗内表面。第一电极32相对中心开孔44和第二电极36对准，而凸缘将第一电极32与介电元件34固定在对准位置。放电装置24的第二实施例的第一电极32每厘米可具有1组到100组绕组，或更需要的话为每厘米2到50组绕组或最好为每厘米2到20组绕组。类似的，用于构成本实施例的螺旋绕组的丝的直径可为0.001mm到1mm，或更需要的为0.01到0.5mm，或最好为0.1到0.14mm。第一电极32的螺旋绕组可由钨、镍-铬合金、钼或其他的适宜的金属构成。
通过下面所描述的对于本领域技术人员而言的流程实验可生产出图5-8的实施例中所描述的反射屏22。反射屏22通常由塑料或金属构成，但也可通过对本领域技术人员公知的其他的材料构成。在图5中，反射屏22为抛物线形，而放电装置24的介电元件34通过多个固定支架26与反射屏22相连。固定支架28可包含多种类型的连接器，其成分可由塑料构成，但也可包含多种类型的其他种类的绝缘材料。通过将放电装置24放置在反射屏22的抛物线的焦点上，臭氧的方向可直接指向用于灭菌杀毒的地方。
图4中示出了臭氧发生器的第一实施例，其中放电装置24被包含在放电壳体54内。开关48与和电源20及放电装置24相接的高频转换器58相连。在图4中所示的实施例中，电源20为来自电网的线路电流。发光二极管50同样与高频转换器58相连，并指示臭氧发生器的工作。可将氧源接到入口62，从而在氧通过放电装置24时可产生臭氧。另外，可当使用本发明的具有中空介电元件(诸如具有内部电极32的元件)的本发明的实施例时可将入口62直接接到介电元件34。从臭氧发生器产生的臭氧到达所形成的灭菌尖端64，从而可固定多种的物体并对其进行灭菌。可被固定到本实施例的灭菌尖端的物体包含导管、细管、针状物、瓶状物和喷射管等。通过本实施例还可对多种其他的情况进行灭菌，对本领域中的技术人员而言，可对灭菌尖端64进行改进，以容纳下多种医疗装置。
另外，如图5中所示(实施例2)，固定支架26和保护罩38将放电装置24和形状象个盖体的反射屏22和容器相固定。通过将本实施例的臭氧发生器18放置在合适的容器上，可对放置在容器中的物体进行灭菌。根据本发明的一个方面，臭氧发生器的上部空间56容纳下与定时器46相接的开关48、发光二极管50和将电源20和放电装置24相连的高频转换器58(图中的虚线所示)。在此情况下，电源为来自电网的线路电流。放电装置24被固定在臭氧发生器的下部空间60中，而反射屏22构成两个空间部分之间的隔离物。通过打开开关48，设定定时器46，来自电源20的电流从高频转换器58转换到电极32和36及发光二极管50。发光二极管指示臭氧发生器处于工作中，当所设定的时间超时时，断开到达高频转换器58、电极32和36及发光二极管50的电流。
图6中所示的臭氧发生器的结构与图5中所示的类似，形状为挂衣架的形状，并设置有用于消毒衣物等物体的装置。如上所述，电源20(图中虚线所示)、开关48(未示出)、定时器46(图中虚线所示)、高频转换器58和发光二极管50被通过反射屏22形成的隔离物与放电装置24隔开。在此实施例中，电源为电池。
虽然图7中所示的实施例的生产方法与上述的生产臭氧发生器的方法相类似，将转换器52固定到高频转换器58上以使得用户可直接从电插座获得电流。光电管51可用于依据光的强弱自动的开/关开关。例如，在夜晚可自动的对臭氧发生器的工作进行设定。图7中所示的臭氧发生器提供了高效经济的对居室进行净化或除味的装置。
如图8中所示的装置可被用于对鞋进行除臭，此臭氧发生器的结构与图5-7中所示的相同，但其形状适合被放置在鞋中用于除臭。
通过上面及相关附图的描述，本领域中的技术人员可对本发明作出各种的变化和修改，因此本发明并不限于上述的实施例，其范围由所附的权利要求进行限定。
权利要求
1.一种用于通过含氧气体通过放电产生臭氧的装置，其特征在于该装置包含具有粗表面的长方形截面的介电元件；多个与介电元件相接的凸缘；包含多个与凸缘相接触的电导螺旋绕组的第一电极；由电导涂层构成的第二电极，其中电导涂层覆盖介电元件的粗表面。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于还包含一个与介电元件相接并用于导引臭氧的流动的反射屏。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于介电元件为至少包含两种介电渗透率不同材料的合成结构。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于介电元件的表面的粗糙是通过对介电元件表面进行加工获得的。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于介电元件的粗糙是通过化学处理介电元件表面而获得的。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于介电元件的粗糙是通过将介电元件表面埋入到非电导的粒子中获得的。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于第二电极包含非固态结构的电导材料。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于非固态结构的电导材料包含凝胶。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于非固态结构的电导材料包含胶体。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于介电元件包含一个开孔。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于凸缘位于开孔中而第一电极与凸缘接触。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于凸缘位于开孔的外边而第一电极与凸缘接触。
13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于介电元件的凸缘位于开孔的内部而第二电极的电导涂层被覆盖在开孔外部介电元件的表面上。
14.根据权利要求10所述的装置，其特征在于介电元件的凸缘位于开孔的外部而第二电极的电导涂层被覆盖在开孔内部的介电元件的表面上。
15.根据权利要求10所述的装置，其特征在于第一电极相对开孔对准而第二电极和凸缘保持对准的位置。
16.一种用于通过含氧气体通过放电产生臭氧的方法，其特征在于该方法包含如下的步骤提供一个长方形截面的介电元件，其具有一个带有多个与介电元件相接的凸缘的表面和一个与带有多个凸缘的表面相对的表面，第一电极包含多个与多个凸缘相对的电导绕组，第二电极包含位于与具有多个凸缘的表面相对的介电元件的表面上的电导涂层；通过电源激发第一和第二电极以产生放电；及将包含气体的氧通过放电以产生臭氧。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于还包括将臭氧导引通过抛物线形反射屏的步骤。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于介电元件为包含至少两个不同介电渗透率材料的合成结构。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于第二电极包含电导材料层。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于还包含与第一电极接触的凸缘。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于凸缘将第一电极保持在对准位置。
22.一种用于消毒容器中物质的方法，其特征在于包含如下的步骤向容器提供一个盖形的臭氧发生器，臭氧发生器包括一个长方形截面的介电元件，该元件具有一个带有多个凸缘的表面和一个与带有多个凸缘的表面相对的表面，第一电极，包含多个与带有多个凸缘的表面相对的电导螺旋绕组，第二电极，包含一个电导涂层，该电导涂层位于与带有多个凸缘的表面相对的表面上，和与介电元件相接的反射屏；将要进行消毒的材料放置在容器中；将臭氧发生器与容器相连；通过电源激发第一和第二电极以产生放电；将包含气体的氧通过放电以产生臭氧。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于臭氧发生器还包含一个定时器、一个与定时器相接的开关和一个与电极相接的高频转换器。
24.一种使用臭氧对衣物进行处理的方法，其特征在于包含如下的步骤提供一个臭氧发生器，臭氧发生器为挂衣架的形状，包含一个长方形截面的介电元件，该元件具有一个带有多个凸缘的表面和一个与带有多个凸缘的表面相对的表面，第一电极，包含多个与带有多个凸缘的表面相对的电导螺旋绕组，第二电极，包含一个电导涂层，该电导涂层位于与带有多个凸缘的表面相对的表面上，和与介电元件相接的反射屏；将要进行消毒的材料放置在臭氧发生器中；通过电源激发第一和第二电极以产生放电；将包含气体的氧通过放电以产生臭氧。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于臭氧发生器还包含一个便携电源、一个与便携电源相接的定时器、一个与定时器相接的开关和一个与电源和电极相接的高频转换器。
26.一种用于对鞋进行除臭的方法，其特征在于包含如下的步骤提供一个椭圆形的臭氧发生器，臭氧发生器包括一个长方形截面的介电元件，该元件具有一个带有多个凸缘的表面和一个与带有多个凸缘的表面相对的表面，第一电极，包含多个与带有多个凸缘的表面相对的电导螺旋绕组，第二电极，包含一个电导涂层，该电导涂层位于与带有多个凸缘的表面相对的表面上，和与介电元件相接的反射屏；将臭氧发生器放置在鞋中；通过电源激发第一和第二电极以产生放电；将包含气体的氧通过放电以产生臭氧。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于臭氧发生器还包含一个便携电源、一个与便携电源相接的定时器、一个与定时器相接的开关和与电源及电极相接的高频转换器。
28.一种对居室进行除臭的方法，其特征在于包含如下的步骤提供一个臭氧发生器，臭氧发生器包括一个长方形截面的介电元件，该元件具有一个带有多个凸缘的表面和一个与带有多个凸缘的表面相对的表面，第一电极，包含多个与带有多个凸缘的表面相对的电导螺旋绕组，第二电极，包含一个电导涂层，该电导涂层位于与带有多个凸缘的表面相对的表面上，和与介电元件相接的反射屏；通过电源激发第一和第二电极以产生放电；将包含气体的氧通过放电以产生臭氧。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于臭氧发生器还包含一个定时器、一个与定时器相接的开关和一个与电源和电极相接的高频转换器。
30.根据权利要求28所述的方法，其特征在于臭氧发生器还包含一个用于电源插座的适配器。
31.一种用于对医疗器械进行消毒的方法，其特征在于包含如下的步骤提供一个臭氧发生器，臭氧发生器包括一个长方形截面的介电元件，该元件具有一个带有多个凸缘的表面和一个与带有多个凸缘的表面相对的表面，第一电极，包含多个与带有多个凸缘的表面相对的电导螺旋绕组，第二电极，包含一个电导涂层，该电导涂层位于与带有多个凸缘的表面相对的表面上，一个管状的反射屏，其一端与入口相连，入口与含氧气体源相连，和一个消毒尖端，其在与和入口相连的一端相对的一端与反射屏相接；将含氧气体源与入口相连；通过电源激发第一和第二电极以产生放电；将包含气体的氧通过放电以产生臭氧。
全文摘要
本发明涉及一个臭氧发生器,其包含一个放电装置和一个反射屏。放电装置包含一个粗表面的介电元件,该元件具有一个中心开孔和一个夹在第一电极和第二电极之间的长方形截面。第一电极包含多个螺旋绕组,这些绕组与介电元件上的凸缘相接,第二电极包含电导涂层,其覆盖介电元件的粗表面。第一电极与中心开孔、介电元件和第二电极对准,从而沿放电装置的整个长度保持电极之间的恒定的间隔距离。通过多个固定支架与放电装置相接的反射屏使累积的臭氧远离臭氧发生器并将其导引到用于进行处理的地方。所揭示的发明可高效的将氧转化为臭氧,具有介电元件表面的第二电极的熔化可通过快速的扩散由放电装置产生的热而提高臭氧的再生。
文档编号A47G25/60GK1277557SQ98810610
公开日2000年12月20日 申请日期1998年10月22日 优先权日1997年10月23日
发明者罗伯特·G·凯特卡纯, 阿绍特·P·凯特卡纯, 阿丝米克·阿特宛彦, 莫列夫·色雷·尼古拉耶维奇 申请人:中技中心有限公司