电晕放电元件及使用方法

专利名称：电晕放电元件及使用方法
技术领域：
本发明涉及用于产生臭氧的电晕放电元件。
背景技术：
在通过电晕放电制造臭氧的过程中，电晕是通过将电流施加于两个由电介质绝缘体和气隙隔开的金属电极而产生臭氧的。
由于电介质和气隙，因此在电极之间不存在电流。而是在电极之间的间隙中形成通电电晕，它的特征在于发出深蓝色或紫色辉光。
使氧或空气经过此电场，其中一定百分比的氧分子分离、然后重新结合成臭氧，由此产生臭氧。
在我们的发明名称为臭氧产生装置的国际专利申请PCT/AU00/00617中，我们描述了一种电晕放电元件，该元件包括以金属杆形式的细长内电极、与内电极共轴安装的细长电介质套管以及与电介质套管共轴安装的细长外电极。
在某些环境下，例如在具有臭氧发生器的水果蔬菜冷藏室中，水分和寒冷会严重影响电晕放电过程。
电晕放电臭氧元件通常比UV臭氧产生灯提供更为恒定的臭氧输出。
随着臭氧输出量非常迅速地下降，臭氧产生紫外线灯会相当迅速地破坏；电晕放电元件是优选的，允许生产者根据不同水果和蔬菜的处理更好地研究有关臭氧浓度的方案，但是它们的采用依赖于当处于冷储存环境中时能够禁得住寒冷和水分的电晕放电元件的研制。
当采用电晕放电臭氧发生器以在冷、湿环境下产生臭氧空气时，需要合适的防寒冷和水分的电子设备。
电子控制板、变压器、连接器等都需要进行适当地设计和绝缘，从而使它们在这些条件下仍可以工作。
其上由发生器风扇吹空气以产生臭氧的电晕元件装配自身具有防冻和防水功能，这样在这些情况下该装配也可以有效地工作并持续产生足够量的臭氧。
此外，当由定时器或臭氧监测器控制臭氧发生器时，包括产生元件的整个电装配在该机械设备关闭时会变冷。
当发生器打开并恢复时该元件需要迅速地反应，以确保重新建立正常的电晕以产生臭氧。
寒冷增加了电流负荷，作为整体加热，在外电极上和在电介质的任何暴露部分上会出现冷凝现象，从而增加了更多的电流负荷，并增加了出现电弧的机会。
如果出现电弧，元件会损坏、失效。
电流会沿水分而行，所以在外电极或电介质上形成的任何水滴会使电弧从外电极沿着电介质前行并尽力到达内电极或围壁。
如果发生这种情况，会发生短路，导致元件损坏。
水分还可以被发生器风扇携带，可能在内电极和电介质的内表面之间获得。
当采用现成的介质管时，内部的尺寸不一定均匀。
内电极的直径也不一定完全均匀。
结果，当圆柱形电介质放在内电极的上面时，在两元件之间可能存在微小缝隙。
此情况会导致泄漏和电池失效。
当把由空气产生臭氧的臭氧发生器安装在有限的空间中以处理空气或者产生臭氧时，任何残留的臭氧将由臭氧发生器抽出，导致某些产生器组件尤其是电子组件的腐蚀，造成故障，缩短工作寿命。
一个选择是完全封闭在发生器内的电子电源板以确保其与残留的臭氧分离。
另一种电子组件例如电源插座、熔丝架等可以涂覆有合适的环氧树脂以使它们与臭氧分离。
标准风扇具有有限的抗臭氧性。
保证所有的发生器组件耐腐蚀、耐臭氧是会有相当高的花费，致使人们难以承担发生器的费用。
此外，当电晕放电臭氧产生元件用于产生电介质以从空气中产生高质量的臭氧时，会形成所不希望的氮副产品，它同样会影响发生器组件。
当把这种发生器安装在水含量高的冷藏室中时，这会更为明显。
本发明的一个目的是提供一种用于在空气中产生臭氧的电晕放电装置，该装置在干环境及冷湿环境中都可以有效地工作。
根据以实施例方式描述的说明书，本发明的其它目的和优点将变得更为显而易见。

发明内容
根据本发明，提供一种电晕放电装置，包括
(a)细长内电极；(b)安装在内电极上的细长绝缘套管；(c)安装在绝缘套管上的细长外电极；以及(d)在内电极和绝缘套管之间的一对隔开的密封构件，它限定了外电极遍布的臭氧产生区域。
内电极可以是金属杆。
内电极可以设置有内孔，内孔基本上穿过臭氧产生区域延伸。
内电极可以设置有圆形间隔的圆形凹槽，密封构件位于凹槽中。
密封构件可包括弹性O形环密封件。可以将内孔封闭起来。
内电极的外表面可设有由压花、碎片成形、复线螺纹或类似工艺形成的粗修整。
内电极、绝缘套管和外电极可以呈圆柱形。
绝缘套管可以在一端开口、在另一端卷曲。
本发明还提供一种在受控环境下产生臭氧的方法，该方法包括以下步骤在受控环境下设置上述的电晕放电装置，在远离该受控环境的位置上为该装置提供连接电源。
根据本发明的再一个方面，提供一种电晕放电装置，包括(a)细长内电极；(b)安装在内电极上的细长绝缘套管；(c)安装在绝缘套管上的细长外电极；(d)从内电极延伸的一对外围间隔构件，它限定了外电极遍布的臭氧产生区域；(e)在内电极和由间隔件形成的绝缘套管之间的空气间隔；以及
(f)由内电极的各端延伸的中空孔以及由各孔进入该空气间隔的出口。
在出口之间的内电极的外表面可以是粗糙的。
可在臭氧产生区域之外的内电极的至少一端设置外螺纹，以实施该装置向支撑壁的固定。
以弹性O形环和/或凸缘的形式设置间隔件。
可在臭氧产生区域之外的内电极的外表面设置由螺纹或凹槽形成的冷却叶片。
内电极、绝缘套筒和外电极可以呈圆柱形。
内电极可以穿过绝缘套筒并在其两端之外延伸。
可由压花、碎片成形、复线螺纹或类似工艺形成粗糙的表面。
可以把周围空气、烘干空气或氧气用作输送气体，这些输送气体被泵送或吸入该装置以产生臭氧。
设备可以由带有变压器的控制板供电。
在这种设备有利于在水处理系统中提供臭氧的同时，它还可以用于为空气处理提供臭氧。
当用于空气处理时，将输送气体注入设备中，并将所得到的浮在空气中的臭氧简单地引入到将进行处理的空间中。
在水处理中，通常利用文氏管将输送气体抽入装置中，制造臭氧，然后将臭氧注入并溶解到水流中。
该设备可以由固体不锈钢杆制成，优选316级，以具备耐臭氧性。
可以提供螺纹部分，该部分允许两个螺母作为装配部件。
由合适的耐臭氧材料例如维通橡胶或硅树脂制成的两个O形环用作气隙控制件，以确保在不锈钢内电极和绝缘套管之间所需要的气隙贯穿该装置的长度保持恒定。
绝缘套管可以是任何合适的材料，例如石英、陶瓷或硼硅酸盐玻璃(Pyrex)。
当硼硅酸盐玻璃管用于绝缘套管时，其内部尺寸并不完全恒定。
由于O形环收缩，它们抵消了在玻璃管中的这种变化，同时提供了气密性的反应室，阻止了任何臭氧逃逸。
对O形凹槽进行设计，使得O形环保持在该位置，同时提供所需要的气隙。
O形环的尺寸和凹槽的长度和宽度产生了所需要的气隙。
如果O形环设置在反应室本身中，在具有高浓度的臭氧的条件下连续使用一段时间后，O形环会损坏，使一些臭氧泄漏，同时影响气隙的精确度，导致产量降低。
如果把O形环移出到反应室自身之外，它可以由隔板/凸缘进行一些保护，将此隔板/凸缘的尺寸设计为尽可能紧密地与绝缘套管的内部相接触，并尽可能地阻止臭氧泄漏到O形环。
紧接O形环之后可以是另一个隔板/凸缘，该隔板/凸缘同样设计成与绝缘套管的内部尽可能紧密地接触以阻止臭氧逃逸。
紧接第二隔板/凸缘之后可以设置凹槽。
当组装好整个元件之后，将合适的密封件例如以硅树脂为基础的密封件插入到在内不锈钢电极和完全绝缘密封的元件腔室之间的凹槽中。两端密封。
当固化时，密封件同样保持在内电极和绝缘套管之间的气隙中。
如果O形环曾经碎裂，密封件会保持气隙的整体性，允许装置更长的使用寿命。
利用O形环还有助于组装装置，这是因为它们提供了精确地气隙，这样在各段提供密封件是简单的过程不需要单独地夹具加工。
该装置的特点在于，内电极的长度可以延伸留出螺纹部分，然后该端部可以用作装配件以便连接输送管。
然后两个螺母可以用作安装件，以便将此输送管牢牢地安装到壳壁上，减少了对装配有管配件的单独隔板的需要。
外电极可以由卷成圆柱形的适当的导电材料制成，例如不锈钢板或铝箔。
在外电极上的耐臭氧环可以在其两端保持紧缩，这样它保持与绝缘套管接触，并且不会沿着绝缘套管移动。


现在，参考附图，仅借助实施例描述本发明的各方面，其中图1是根据本发明一方面的电晕放电装置的截面图；图2、3和4是根据本发明另一方面的电晕放电装置的截面和端面图；以及图5、6和7是根据本发明的电晕放电装置的另外可能的形式的截面图；图8、9和10是用于受控环境例如冷藏室的臭氧产生装置的示意图，以及图11是根据本发明的电晕放电装置的另一种形式的侧面图；图12和13是图11的电晕放电装置分别以XII:XII和XIII:XIII取向的截面图；图14是在控制台中安装的、图3所示的放电装置的侧面图；图15和16是用于本发明的装置的热分散(disapation)装置的平面和侧面图。
图17是示出了粗化的外表面部分的本发明内电极的平面图。
具体实施例方式
首先考虑附图1至10，根据本发明的电晕放电元件典型包括内电极1，其中具有隔开的外围沟槽2，沟槽2限定了电晕放电区域S。
弹性密封件3设置在凹槽2中。
绝缘套管4与内电极1共轴地安装，外电极5安装在绝缘套管4上。
与在我们的上述国际专利申请中描述的电极相似地构造外电极5。
该板(sheet)的自由端卷曲，利用被折叠的(collapsed)角形金属构件拉紧该板，这样金属构件的自由端夹紧该板的自由端，对盖板施加均匀的拉力。金属构件设置有用于连接电源的装置。
将安装支架6(仅在图1中示出)固定到元件的一端，能够使元件安装在臭氧产生装置(未示出)的容器中。
螺纹柄7经过支架6的臂部，提供电源连接。
外电极5同时设有电源连接。
在放电区S之外的绝缘环8邻接支架6。
绝缘套管4的自由端9在内电极1的端部之外延伸，延伸部分的内部填充有密封剂10。
在某些情况下，密封剂可以由密封端或盖帽保护。
在所示的设置中，密封件3隔离放电区域S并防止泄漏到该区域中，密封剂10隔离放电区域并使其与外部环境隔离。
内电极可设置有孔11或者可以是中空金属管(未示出)。
在内电极设有孔11的情况下，向孔11的入口12可以设有塞子，防止密封剂进入孔中。
在图1-5的电晕放电装置在任何情况下在细节上变化的同时，该装置使内电极1与周围条件隔离。
在图1中，密封剂10、密封件3以及塞子12隔离了严格的内电极区域。
在图2中，绝缘环13用在该装置的此端上。
在某些情况下，绝缘套筒4材料可以完全地封闭内电极，这样没有电荷沿着绝缘套筒传送至内电极1的端部。
在图5中，在绝缘套筒4处的自由端14被塑造成圆锥形状，完全地密封端部。
在图6中，绝缘套筒4的自由端15是半球形状，完全地密封端部。
在图7中，绝缘套筒4的自由端16是类似半球的形状。
在绝缘套筒4是硼硅酸盐玻璃管或石英或陶瓷的情况下，围绕内电极在两端处可以研磨成轻微地凹部17(参见图7)，可以使绝缘套筒与凹槽相配以提供密封。
在内电极设置有内孔的情况下，在装配时可以向孔中注入氩气，允许氩气经过针孔18泄漏到绝缘套管和内电极之间的界面。
氩气会占有在界面处任何不规则区域(Irregularities)，提高了电晕生产。
可由例如压花、碎片成形、复线螺纹、激光刻蚀机或等效工艺各种方式对区域S中内电极的外表面进行粗化。
考虑到提供多个峰或点以更有效地控制由内电极发出的微-放电。
认为示出的实施例部分地适用于在冷藏区域中臭氧的产生。
电晕放电装置容器还用作散热装置，有助于经过安装架6驱散热量。
申请人研制出一种臭氧系统，以克服在包括潮湿环境的受限的空间中例如冷藏室中臭氧和氮副产品影响发生器内部工作的问题。
此系统确保长寿命和臭氧更相容的工作。
电晕放电产生元件由耐臭氧的材料制成。
因此，电池可以在没有损坏或破坏的条件下在高臭氧气氛下工作。
为了节约成本，这种新型设计允许电子盒安装在处理区域的外部，使其远离寒冷、潮湿、特别是具有相当腐蚀性的臭氧气氛。
相对于图8至10中，系统把臭氧发生器分成两部分ξ通常由箭头20表示的电子单元；以及ξ通常由箭头21表示的臭氧产生元件。
电子单元由电子功率板20构成，它被安装在具有用于冷却的风扇和低电压电源(适配器)的合适的外壳内。
电子单元20安装在臭氧处理区域22的外部。
臭氧产生元件21(它可以是电晕放电、冷等离子等)安装在处理区域的内部并设置在合适的盒或壳23中，防止当工作时工人接触元件，并防止元件损坏。
盒或壳23由合适的材料制成，例如不锈钢筛网、打孔钢板，以允许空气在臭氧产生元件上自由移动。
在冷藏室中，例如，通常设置气体循环系统以使冷空气循环。
这种新型臭氧系统设计允许采用循环空气，允许循环空气几乎没有限制地经过反应器元件，从而产生臭氧。
在盒或壳23中的开口需要为适当的尺寸，以防止在操作时某些人接触该元件，同时要足够大以允许在元件21上的空气很好的流动。
如果在受限的处理区域中没有循环空气，可以在元件盒或壳中安装电扇以使空气流动。
风扇是唯一能够对臭氧具有一些易感性的物品，它不怎么贵，可以经常更换。
如果由于经过元件上的空气流动不够、在冷藏室中的循环空气不能从元件中产生最大的臭氧输出，那么还可以在元件盒或壳23中安装小风扇24，以在元件上提供直接的空气流动。
另一个选择是在处理区域中放置大的循环风扇(未示出)。
元件21优选由耐臭氧的材料制成。当该系统用于冷藏室中时，该元件还应当耐冷防潮。
我们的寒冷和潮湿电晕放电臭氧产生元件对于在此系统中的包含物是理想的。
它是由耐寒冷、潮湿、臭氧和腐蚀的材料制成。
由于电子单元安装在处理区域的外部，因此它不会暴露在臭氧和腐蚀的环境中。该系统使用低压电源以确保使用者安全。
适当绝缘的高压电缆25将能量从电子单元传送到在处理区域中的元件中。
对于附图中的图11至14，另一种形式的电晕放电装置通常由箭头26表示，该装置具有高压和零电压/接地电极27，28，它们分别由气隙29和绝缘套管30隔开。
电极27是管状材料，可能是网板或金属板(可能被涂覆)，电极28是由金属杆加工而成。
绝缘套管30是管状中空构件。
内电极28设置有由杆的端部钻出的两条流体路径，各路径可与由电极28的外壁和绝缘套管30的内壁建立的环形气隙29相联系。
在路径31的内端，交叉孔32提供与环形气隙29的联系。
正如前面的实施例中的那样，在凹槽34中的密封件33在电极28和绝缘套管30之间提供固定的空间。
应注意，密封件33通过在电极28的壁中建立的隔板/凸缘35与气隙29隔开。
凹槽36和开口区域37在绝缘套管30和内电极28之间设置空间，这样有机会在这两个元件之间提供永久地密封。
电极28的一端设置有外螺纹38，实现该装置与金属控制台39的栓接(参见图14)。
内电极28的外表面的平衡可设置有由螺纹或凹槽构成的冷却叶片(未示出)。
由此将该装置放在金属壳上。
当采用粉末涂覆的镀锌铁壳时，在螺母位置处的粉末覆层应当研磨掉，可接合的垫片接触壳件。此外，与金属壳的接触允许金属壳充当大的散热片，非常有效地驱赶在电晕装置中产生的热量，以确保在非常低的温度下工作。在工作过程中高的温度会降低臭氧的产量。
对于附图的图15和16，通常由箭头40表示的根据本发明的热量驱散设备可包括其中设置有多个孔的盘状体41。
中央孔42具有内螺纹，围绕孔43可以是开口或者填充有冷凝胶。
外边缘或主体41可设置有凹槽44。
设备40可以用作螺母以连接内电极到隔板，已经发现大大地增加了热量散失。
对于图17，内电极的区域S1具有由压花、碎片成形、复线螺纹、刻蚀、激光机械加工或等效工艺形成的粗化表面。
粗化表面设置有多个峰或点，以更有效地控制由内电极发出的微放电。
粗化后的区域S1与外电极的长度基本上相同，并在电晕放电区域S所限制的区域内。
仅借助实施例描述了本发明的几个方面，应当理解，在不脱离其范围的情况下可以对其进行修改和增加，正如在附加权利要求中所限定的那样。
权利要求
1.电晕放电装置，包括(a)细长内电极；(b)安装在内电极上的细长绝缘套管；(c)安装在绝缘套管上的细长外电极；以及(d)在内电极和绝缘套管之间的一对隔开的密封构件，它限定了臭氧产生区域，外电极遍布臭氧产生区域。
2.根据权利要求1的电晕放电装置，其中内电极是金属杆。
3.根据权利要求1的电晕放电装置，其中内电极设置有内孔，内孔基本上贯穿臭氧产生区域延伸。
4.根据权利要求1的电晕放电装置，其中内电极设置有圆形间隔的圆形凹槽，密封构件位于凹槽中。
5.根据权利要求1的电晕放电装置，其中密封构件包括弹性O形环密封件。
6.根据权利要求3的电晕放电装置，其中将内孔封闭起来。
7.根据权利要求1的电晕放电装置，其中内电极的外表面设有由压花、碎片成形、复线螺纹、蚀刻、激光机械加工或类似工艺形成的粗修整。
8.根据权利要求1的电晕放电装置，其中内电极、绝缘套管和外电极呈圆柱形。
9.根据权利要求1的电晕放电装置，其中绝缘套管在一端开口、在另一端卷曲。
10.一种在受控环境下产生臭氧的方法，该方法包括以下步骤在受控环境下设置如权利要求1所述的电晕放电装置，在远离该受控环境的位置上为该装置提供连接电源。
11.一种电晕放电装置，包括(a)细长内电极；(b)安装在内电极上的细长绝缘套管；(c)安装在绝缘套管上的细长外电极；(d)从内电极延伸的一对外围间隔构件，它限定了臭氧产生区域，外电极遍布此臭氧产生区域；(e)在内电极和由间隔件形成的绝缘套管之间的空气间隔；以及(f)由内电极的各端延伸的中空孔以及由各孔进入该空气间隔的出口。
12.根据权利要求11所述的电晕放电装置，其中在出口之间的内电极的外表面是粗糙的。
13.根据权利要求11所述的电晕放电装置，其中在臭氧产生区域之外的内电极的至少一端设置外螺纹，以实施该装置向支撑壁的固定。
14.根据权利要求11所述的电晕放电装置，其中以弹性O形环和/或凸缘的形式设置间隔件。
15.根据权利要求11所述的电晕放电装置，其中在臭氧产生区域之外的内电极的外表面设置由螺纹或凹槽形成的冷却叶片。
16.根据权利要求11所述的电晕放电装置，其中内电极、绝缘套筒和外电极呈圆柱形。
17.根据权利要求11所述的电晕放电装置，其中内电极穿过绝缘套筒并在其两端之外延伸。
18.根据权利要求11的电晕放电装置，其中内电极是由金属杆制造。
19.根据权利要求12的电晕放电装置，其中由压花、碎片成形、复线螺纹刻蚀、激光机械加工或类似工艺形成粗糙的表面。
全文摘要
用于产生臭氧的电晕放电元件分别由金属杆制成的内电极、绝缘套管和外电极制成。间隔件和/或收缩环将电晕放电区域与周围环境隔开。内电极的表面被粗化以增加在电晕放电区域内的臭氧产生。
文档编号H01T19/00GK1470090SQ01817517
公开日2004年1月21日 申请日期2001年8月17日 优先权日2000年8月18日
发明者约翰·莱昂内尔·布罗埃, 载维·凯琳·利·诺勒, 凯琳 利 诺勒, 约翰 莱昂内尔 布罗埃 申请人:开端技术有限公司