专利名称：臭氧发生器的制作方法
参考相关申请
本申请要求享有提交于2005年8月3日的国际专利申请 PCT/CH2005/000458的优;^&，其内容同时包括在^申请中。
絲领域
才N^M，溪求1的前序，械明涉及一种臭fl^JL器，其包括两个电妙布 !^它们之间的电^h质层。
背景技术：
根据专利DE3220018C2已知的臭IL^器，其包括两个管状电极和布M 它们之间的电介质层，如ith^T置以致在它们之间形成了作为臭氧化间隙的间隙， 通过该间隙可以运J^i含氧气体。臭氧化间隙的间隙宽度在进口端小于出口端。
电^h质的电^:可以在^^氧气体的流动方向上变小。
本发明的目的是创建具有优M:率的臭l^jl器。:t^M将^"^建的臭M 生器，其对于#^#^口的能量产生了高量的臭氧。
通过具有糊要求l的特征的臭litjt器解决该目的。
^"发明的臭IL^器中，以在电介质层和电极中的一个之间形M过其可 以运iH含氧气体的臭氧化间隙的方式布置两个电板和电介质层。电介质层的电
介质电容(didectriccapacity)在气体的流动方向变小。作为i^^或者jH^卜，电介 质层的层厚可以变大。臭氧化间隙的间隙宽;l在近口端大于出口端。臭氧化间 隙的间隙宽度^^^气体流动方向连续或者离散!也变大。当然，间隙宽度也可 以在特定区域离，变大并iUt其它区^续变大。例如，可以通过一个或者 两个电极的类似lW的设计ii^臭氧化间隙的离| 大。
对于较小的臭fL^度，臭Il^生的效率1j^上^1不,温度的。另一方面，
对于较大的臭氧浓度，效率崎增加温度而降低。将能量提供到所谓的放电通 道中导It^部的、瞬间的温度过高。通it^含氧气体的流动方向上设置功率输入可以影响该温>1过高。
通过臭ll^器吸收的功率P (以千瓦计)由下面的公式得出:
其中Upeak为所谓的峰值电压或者所施加的电压的峰值(单位伏特)，Umin
表示所谓的点火电压或者最小电压，达到该最小电压之后，臭H^jl器处i^急 定状态并X^^a交流电压的整个半周期^jl微电，f为所胁的电压频率 (#:赫兹)，Q)为电介质电容，p为Cc/CD的商而CG为气隙或者臭氧化间 隙电容。特别是在部^^荷辦中，可能出现并非整个电介质层辦效。可以 通过将前面彬U的公錄以常数a絲;llii种现象，其中a考虑剖微电的表 面覆盖或电介质J^电介质层表面的微改电的^N 、密度。通过常数a可以考 虑到，相对于每#^电介质层面积#械电量的电介质表面的有^^蓋。
气隙电容和电介质电容Cg/Cd的商M为阻尼。高电介质电M者低阻尼 导致较强较少的微故电以及^^面M或者^^电介质表面的微故电的堆积密 度a。在##14^目同的功率输出P处，于恒定气隙电容下斷氐电介质电容导 致了较高的阻尼P ^大的^Nk密度a。相应地，电介质电容的减小导致臭氧 ;^jl器吸收功率的减少。臭氧化间隙中的温JL取决于功率，正如上面所指出的 那样，由踪高臭ltj!ML下效率斷氐，也^i特别是在臭^i器的出口端。
因此,为了提高效率，建im臭it^生器的进口端到出口端减小电介质电容。
通iiAii口端到出口端增加电介质层的厚度也可以获#"~致的效果。如泉违口 端侧比出口端侧的功率消耗高，将提高臭H^器的效率。
jH^卜，臭氧化间隙的间隙^1朝着出口的方向减小可以提高效率。因此，最 佳间隙tt,气体臭氧含量的增加而减小。例如，在3,5bar^^、 17°C 的^HP7JC温度、3kw/m2的功率密度和975赫兹的频率下，对于具有低臭氧^i: 的空气作为气体(差本上以重^i十1。/。)的效率最大^i^肖大于0,5mm的间隙 同时对于具有高臭氧含量的空气怍为气体(基本上以重量计5%)，其 在小于0.4mm的间隙^^t。当^Jf)纯氧气作为臭氧化气体时一样适用。因此 将(相对)臭氧^^l率定:U7值k/E,其中k是给定的常数以及E是每千克臭 H/斤需的电能。4it^t面，参考国际申请PCT/CH2005/000458，其内容~~#包
含林申请中。在i^r面，特别是参考示出了对于具有变化的臭氧^i:的空气或氧气的臭lt^效率与间隙厚度或狄的相关性的图表和有关部賴描迷。
减小间隙t变的另-"^点A^氧化间隙的横戴面积朝着出口区的方向减小。 这导^M^高的流动歧。从而，包賴臭絲多，将被臭氧化的气体4^ 流动tfc^快。用这种方法，可以减少臭lL^生中降解(degradation)过程的作 用。例如，这种降解过程由来自电錄面的离子的逆弧，^Wl导致以金属氧 4匕物的形式形^^末。^M^t种作用称为'减蚀作用。賴^^的形成导致与电^h质 层相对的电极的粉^A， ^U^限制了臭氧化间隙电容。
就恒^^厚度或者恒定电介质电容而言，在臭lL^jl器运行之后，功率吸收 的局部加WU^者没有功率输入的局部加权，导致不^^得效率的实质增加。 冲Nt本发明通过朝着出口方向的减小电介质电容和/或增加电介质层的层厚和减 少间隙H，通过臭IU^器局部加权功率吸收。单独或结合进^tit些步骤， 有利J4^致功率消耗的稳定并因jH^短臭lL^生器的进口时间。
为了减少所谓的濺蚀作用，通常将tJ^^，特别是N20s加A^将要臭氧 化的气体中。氮氧化物导致紫外线的附加M, ^ 导致更多无限制放电， 因此可以斷氐工作电压的电压7k平。j^卜，氮氧化物包括金属氧化物并用这种 方式阻ifc^末的形成。从而，作为氮氧化物的结果，发生了作为粉;M定积在电 ^面的^^属IU⑩的4^匕。
^^发明的臭IU^器中，因为在朝着出口方向的间隙宽度减小以^气体
:于臭"生器的:部加权;功率消耗，电*面的作用;氐并可以通过功率
消耗的加;(5UMt加臭lL^jt器的鲁棒性。例如，这种的优点^于淀积在电极 表面的金属氧化物的缺化需J^少的M者氮氧化物。例如，使用2000ppm数 量级的氮可以M够的。jHW卜，可以将臭M生器的试运转周期减小到小于12 小时，而在具有恒定的臭氧化间隙、恒定电介质电#恒定电介质层厚厚的常 规臭lL^生器中它大于500小时。
甚#非理想的运行条降下，才缺本发明的臭lL^^^棒W^转并能够 无问皿或者大部分无问;H^行，也可以以比在W恒定的间隙t变、恒定 的电介质电^恒定的电介质层层厚的臭H^生器中常规的臭氧M高的臭氧 浓度下运行。非理想*包括，例如，氮不足、压力波动、臭氧浓度接近有毒 极限、将要臭氧化的气体中冷凝的高露点或高温度和/或碳氬化合物的微量(trace)增加。将要臭氧化的气体中^t^^的微量存在和高露点导致臭氧 化间隙中电tt面变湿。电fet种变湿的结果是臭iu^器开始独立震动。术 语"震动"指一系列周期的相似的乐辦或者火花的出现。由于^jM^C明的臭狄 生器中有局部加权的功率消耗，可以降f^C动在效率方面的影响。
4Nt本发明的m实施方案，提供了单个串联的部分，该各个串联的部分在 各自的部分中具有恒定的电介质电容，其中位于下游的部分具有与位于上游的 部射目同或者较小的电介质电容。另外或者作为选择，可以提供各个串联的部 分，其中在各自的部分中具有恒定的电介质层层厚，其中位于下游的部分具有 与位于上游的部射目同或者较大的层厚。^卜，另夕卜或者作为选棒，可以为各 个串联的部分提供具有恒定的臭氧化间隙的间隙t/变的^^NP分，其中位于下 游的部分具有小于位于上游部分的间隙t变。
#^#别优选的实施方案，部分J^上具有相同的长度和具有第一电介质电 容的部分与具有第二电介质电容的部分的比，其中第二电介质电容大于第一电 介质电容，在部分的总数可以被4整除时所述比等于1: 3的比，以絲部^| 总数可以被3整除而不負^皮4整除时等于1: 2的比。作为选择或者另夕卜，財 第一层厚的部分与具有大于第一层厚的第二层厚的部分的比，在部分的总lt可 以被4整除时可以是1: 3,而在部^总>^可以被3整除而不食^皮4整除时所 述比等于l: 2。 j^卜，作为选择或者另外，具有第一间隙狄的部分与具有第 4小间隙狄的部分的比，在部分总数可以被4整除时可以是1: 3和在部分 总数可以被3整除而不負&皮4整除时等于1: 2。
在被分成"M^分的臭I^^生器中，才緣公式计算臭lu^生器消耗的总功
率
<formula>formula see original document page 8</formula>其中符号i表示第i部# n表示部分总数。
对l: 2的部分比，通过与进一步的部射目应尺寸相关的第一部分间隙^/1 和/或电介质电^V或电介质层的层厚的适当选择，可以iiJ'J在第"^分以大约 1/3的能量需^^t得大约2/3的臭W^。因此，由于在第"^P分尽可能高的功 #^员耗，已^M得了高臭IU^，例如目标狄的2/3，同时通过电介质电容的 适当选择在流动方向々條第,分的两转分处斷氐的功率消耗，以获得最终的目标'就
这样的结果是，正好在臭氧^1仍然相对低时出,高的温度，同时温度随
着增加臭HiML而斷氐。这导致臭^Li器效率的提高。
作为选择或者除了间隙H电介质电容和/或电介质层的层厚的变^tt^卜， 可以通过电压供应和/或电核JJL^臭IU^生器的局部加权功率消耗。因此，
例:M目对于出口端的部分来说可以将较高的电压g到进口端的部分或^"值 电压可以M口端到出口端斷氐。
参考附图，W目关的^f'J^求中和以下描述的实^M"案中可以发5iL^发明更 多有利的实施方案，说明
图l臭lul生器的截面示意图，
图2才Mt本发明的臭M生器的电极朝刚的第一实施方案的截面示意图， 图3 ^^本发明的臭IL^生器的电极糸刚的笫二实;aMr案的截面示意图， 图4 #^本发明的臭^生器的电极排列的第三实施方案的截面示意图，
图5才M&本发明的臭li^器的电极朝^]的第四实施^:的截面示意图。 在图中，相同的附图才斜e^示结构或者功肯M目同的部分。
^#^实施方式
在图1中，#^']显示了臭|^器，其包括其中提供许多_1^管状电极#^
2的室1。每个电极排列2具有内电极3和同心氺咧在内电极3周围的管W卜电 极5。在气体流动的方向Ji^去，将内电极3安排^jtbf目继iU (arranged behind one ano也er)的若千实质上圆柱形的电极支架4上。内电极3与高压交 流电源6连接。外电极5接地。由通itii口管线8提Wfii过出口管线9去除 的冶^P水冲洗电极排列2之间的间隙7。
#^皮臭氧化的含氧气体，辆可以是纯氧气，通过开口 10供应到臭l^i 器的进口区絲者输入区11，麟里其通过形絲电极排列2的内电极3和外 电极5之间的臭氧化间隙13流动。在臭氧化间隙13中，通过位于臭氧化间隙 13横向的电极3和5产生的电场，通it^斤谓的静电放电，使气体臭氧化。臭氧 4匕的^^^A^电;^:^^ 2末端的出口区J^者输出区12并，里通it朝卜出孔14排出。通忠殳有特别才封己的箭头表示气体的流动方向。通过其它附图中的 箭头^tL^示了流动的方向。
图2显示了电极朝一J 2的第一实施方案的部賴截面示意图。##^亥第一实 施^,管W卜电极5具有恒定的内径。同样是管状的内电极3具有恒定的外 径。电介质层15位于内电极3朝向外电极5的方向上。也可以在内电极3和外 电极5之间的间隙(没有明确标出)的另外的位置处提供电介质层。电介质层 的层厚在出口端变大。这可以导致臭氧化间隙D (如图所示)间隙H的减小。 代替或者除了电介质层15的层;ffJt加"卜，可以在气体流动的方向上降低电介 质电容。
图3显示了才Nt本发明的臭IU^器的电极朝刚2的第二实^r^的部分截 面示意图。才Mt第二实施方案，外电极的内^^气体的流动方向上成圆锥形地 减小。当然，内径以另外的方式减小的设计也是可行，例如，通过以,的形 式离lfc^小外电极5的内表面。内电极3具有恒定的夕卜径。电介质层15M 有恒定的外径。另外或者作为选择地，根提另外的实施方案(未显示)，内电极 3的外径可以在流动的方向上增加。
可以将在图l和2中显示的第-^第二实施方案结合在"^，所以，例如在 第二实^T案中，电介质层15的层厚在流动的方向上增加和/或电介质电^^流 动的方向上减小。
14，电介质电^^^口端为9纳法(nF)或者大于9纳法(nF)，特别 是10.63纳法(nF),以^出口端小于9纳法(nF)，特别是7.8纳法(nF)。 臭氧化间隙的间隙tJUtii口W^大于0.35毫米，特别是038毫米，以M 出口端小于0.35毫米，特别是0,32毫米。由此，电介质电^流动的方向上优 选大体上减少2.83纳法(nF)，而臭氧化间隙的间隙宽度在流动的方向上m 大体上减少0.06毫米。气隙电^电介质电容的比M大体Ji^口端为0.2
和^e^出口端大于o.3。通^这种方';^^择电介质电#间隙^1械，使
臭l^器产生特别优良的效率。
图4显示了电极排列2的第三实施方案的-"^分，其中外电极5具有恒定的 内径和内电极3具有恒定的夕卜径。然而，内电极3的夕卜径可以在流动的方向上 增加。相似地，外电极5的内径可以在流动的方向上减小。例如，将电极氺一'J2 ^^成四转分16.1、 16.2、 16.3、 16.4, Wi^目同的狄，由此^fei^^^分的电介质层16.1、 16.2、 16 3、 16.4的电介质层15.1、 15.2、 15.3、 15.4的每 一个具有不同的层厚和/或不同的电介质电仏电^h质层15.1、 15.2、 153、 15.4 的层;i^^流动的方向-t逐^l^^t加，其可以导致臭氧化间隙13的间隙 ^^减小。作为选择或者另外，电介质层15.1、 15.2、 15.3、 15.4的电介质电容 可以在流动的方向上减小。
特别絲地，第一部分16.1具有0.38毫米的间隙宽度，第二部分16.2具有 0.36毫米的间隙M,第三部分16.3具有0.34毫米的间隙fl^和第四部分16.4 具有032毫米的间隙WL在第,分16.1中，电介质电容舰为10.63纳法 UF)，在第二部分中为9.31纳法(nF),在第三部分中为8.41纳法(nF)和 在第四部分中为7.80纳法(nF)。用这种方法，可以以低能量获得特别高的臭 fL^，也IU^可以获4W别高的效率。选棒性的i殳计是可行的。因此，在部 分16.1、 16.2、 16.3、 16.4中的电介质电容也可以以这种序列M，例如下面的 值15纳法(nF )、 113纳法(nF )、 9.2纳法(nF )、 7.8纳法(nF)或者10.63 纳法UF)、 10.21纳法(nF)、 9.82纳法(nF)和9.46纳法(nF)。
特别是在出口端的部分16.3和16.4中，电介质电^N或层厚可以有利iW呆 持恒定。从而，部分16.1、 16.2、 16.3、 16.4的电介质电容也可以以这种序列假 定，例如下面的值10.63纳法(nF)、 8,41纳法(nF)、 7.8纳法(nF)和7.8 纳法(nF)。用这种方法可以获##别好的效率。
图5显示了才M^本发明的臭IU^器的电极朝刚2的第四错别她的实施 方案的部分。例如，提供了四转分16.1、 16.2、 16.3、 16.4，其中第-^分16.1 的电介质层15.1的层厚小于在流动方向^P^第一^分16.1的部分16.2、 16 3、 16.4的电介质层15.5的层厚。对于层厚的变化，另夕卜或者作为选择，第-"^分 16.1中的电介质电容可以大于有利地恒定的部分16.2、 16丄16.4的电介质电容。
变间隙H。因而，例如，^v^—部分16.1到第二部分16.2的过渡中，外电 极5可以通过,变窄和/或内电极可以通过一个1^#扩展，因此部分16.2、 16.3、 16,4中的间隙MA恒定的并且小于第一部分16.1中的间隙t变。
因此，^i^，处了分为两部分的功率消耗，由jtb^L第一段16.1中吸收 尽可能多的功率，以及^^部分16.2、 16.3、 16.4中的剩*^^圣上的功率消耗更
多膽减。在第"~^分16.1中功率消^&以较低的阻;L^行，例如以大约0.2的阻尼，由此在部分16.2、 16.3、 16.4中的阻^it大于0.3。将阻M义为气 隙电容与电介质电容的商。
如图5所示，如果提供了总共四个部分，进口端的部分^i^具有高的功率消 耗，同时临近进口端部分的部分M较低的功率消耗。因此，在图5中，显示 了具有高的功率消耗的部分16.1和具有较低的功率消耗的三个部分16.2、 16.3、 16.4,因此，可以提供具有高功率消耗的两个部分16.1和具有较低的功率消耗 的六^NP分，所述具有较低的功率消耗的六^P分在流动方向上^^有高功 率消耗的进口端的两个部分16.1。
如果总^5l提供三^分,那么在近口端的部^t具有高的功率消耗而在 流动的方向上邻接它的两^NP分具有低功率消耗。如果总共提供了六个部分， 那么^^4进口端的开始的两^分具有高功率消耗而，它的四^HP分具有 i^f氐的功率消耗。
如泉悉共提供五个部分，那么在进口端的部分^i^具有高功率消耗而在流动 方向々條它的四^15:^具有4氐的功率消耗。
jW^卜，各部^^g沐它们的功率消^l^于部分的总翁jl:可行的，由此犹 选以如下方式设计臭lul生器，即，至少20-40 %的功率消^_生在流动方向上 臭氧化间隙13总长复的最初15-35 %,
虽然在^申请中描述了本发明的优选实^"案，与此同时注意到并不限于它 们并JIJi可以在下面的权矛漆求的范围内进行不同地i殳计。
权利要求
1、一种臭氧发生器，包括两个电极(3，5)和布置在它们之间的电介质层(15)，使得在电介质层(15)和所述电极(5)中的一个之间形成了臭氧化间隙(13)，通过该臭氧化间隙(13)可以运送含氧气体，其中，在气体的流动方向上，电介质层(15)的电介质电容(CD)变小和/或电介质层(15)的层厚变大，其特征在于臭氧化间隙(13)的间隙宽度在进口端大于出口端。
2、 如W'要求1所述的臭l^器，^#絲于将所述两个电极(3， 5)i5^;内电极(3)和围绕内电极(3)的外电极(5)。
3、 如^f'澳求2所述的臭fUl生器，*#征在于外电极(5)的内径在 流动方向上减小。
4、 M5U，漆求2或3所述的臭l^生器，^#征在于内电极(3 )的外 才^5E流动方向上增加。
5、 如前述^^可一项^U'J^"求所述的臭lt^生器，其特4i^于臭氧化间 隙(13)的间隙宽度在气体的流动方向Jii^续或者离，变大。
6、 如前述^^一项权利要求所述的臭l^器，^##于提供单个 串联的部分(16.1、 16.2、 16.3、 16.4),所述糾个串联的部分(16.1、 16.2、 16.3、 16.4 )具有在^HP分(16.1、 16.2、 16.3、 16.4)中恒定的电介质电容(Co)， 使鹏于下游的部分(16.2、 16.3、 16.4)具有与位于上游的部分(16.1、 16.2、 16.3)相tM目同或者较小的电介质电容(Cd)。
7、 如前述^H—项^U，虔求所述的臭lL^器，^#棘于提供单个 串联的部分(16.1、 16.2、 16.3、 16,4)，所述鲜个串联的部分(16.1、 16.2、 16.3、 16.4)具有在M部分中层厚恒定的电介质层(15)，使得位于下游的部 分(16.2、 16.3、 16.4)具有与位于上游的部分(16.1、 16.2、 16.3)相》bt目同或 者较大的层厚。
8、 如前述4沐一项;M'J要求所述的臭I^器，^#棘于提供单个 串联的部分(16.1、 16.2、 16.3、 16.4)，所述各单个串联的部分(16.1、 16.2、 16.3、 16.4)具有在^NP分中间隙tt恒定的臭氧化间隙(13),使#^于下 游的部分(16.2、 16.3、 16.4)具有与位于上游的部分(16.1、 16.2、 16.3 )相比较小的间隙tt。
9、 如前述任何一项权利要求所述的臭氧发生器，其特征在于电介质电 容(CD) M口端为9nF或者大于9nF，特别是10.63nF，而在出口端为小于 9nF,特别是7.8nF。
10、 如前述任何一项权利要求所述的臭氧发生器，其特征在于臭氧化间 隙(13)的间隙^l诚口端大于035mm，特别是0,38mm，而在出口端小于 0.35mm,特别是0.32加111。
11、 如前述任何一项权利要求所述的臭氧发生器，其特征在于电介质电 容(CD)在气体的流动方向J^^上减小2.83nF。
12、 如前述任何一项权利要求所述的臭氧发生器，其特征在于臭氧化间 隙(13)的间隙宽度在气体的流动方向上J^Ui减小0，06mm。
13、 如前述任何一项权利要求的臭氧发生器，其特征在于气隙电容(C。 与电介质电容(CD)的H^^口端^w上是0.2，而在出口端大于0.3。
14、 如权利要求6-13中^-~项^'涹求所述的臭氧发生器，其特征在于 所述部分(16.1、 16.2、 163、 16.4)具有^^M目同的狄，并且具有第一电 介质电容的部分(16.1)与具有笫二电介质电容的部分(16.2、 163、 16.4 )之 tk^部分(16.1、 16.2、 16.3、 16.4)的总数能够被4整除的情况下是1: 3，而 在部分的总数能够被3整除而不肯W皮4整R^I情况下是1: 2，其中第二电介质 电容大于第一电介质电容。
15、 权利要求7-13中^-"项权矛J^求所述的臭氧发生器，其特征在于 所述部分(16.1、 16.2、 163、 16.4)具有^^J^目同的长度，并且具有第一层 厚的部分(16.1)与具有第二层厚的部分(16.2、 163、 16.4)之tb^部分(16.1、 16.2、 16.3、 16.4)的总数能够被4整除的情况下是1: 3，而在部分的总数能够 被3整除而不能被4整除的情况下是1: 2，其中第二层厚大于第一层厚。
16、 H5l禾'J^求8-14中^-"项^^要求所述的臭氧发生器，其特征在于 所述部分(16.1、 16.2、 16.3、 16.4)具有^iJ^J^目同的狄，并且具有第一间 隙狄的部分(16.1)与具有第二间隙宽度的部分(16.2、 16.3、 16.4)之比在 部分(16.1、 16.2、 16.3、 16.4)的总数能够被4整除的情况下是1: 3,而在部 ^!总数能够被3整除而不能故4整除的情况下是1: 2，其中第二间隙^L小 于第一间隙t变。
17、 如前述任何项权利要求所述的臭氧发生器，其特征在于以如下方式i^l臭^A器:至少2(M0 %的功率消^Li^流动方向上的臭氧化间隙(13) 的总M的最初15-35%。
全文摘要
本发明涉及一种臭氧发生器，其包括两个电极(3，5)和布置在上述电极之间的电介质层(15)，以便在电介质层(15)和电极(5)中的一个之间形成臭氧化间隙(13)，通过其可以运送含氧气体。在气体的流动方向上，气体的电介质层(15)的电介质电容(CD)变小和/或电介质层(15)的层厚变大，以便臭氧化间隙(13)的间隙宽度在进口端大于出口端。
文档编号C01B13/11GK101300193SQ200680021557
公开日2008年11月5日 申请日期2006年5月22日 优先权日2005年8月3日
发明者G·维祖 申请人:德格雷蒙股份公司