專利名稱：一種接地極風(fēng)冷平板式臭氧產(chǎn)生單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于氣體放電物理和大氣壓等離子體物理等領(lǐng)域，涉及一種接 地極風(fēng)冷平板式臭氧產(chǎn)生單元。
背景技術(shù)：
當(dāng)代現(xiàn)有的臭氧發(fā)生方法或裝置多種多樣，多數(shù)是用水冷卻接地極，而日本
平板式Otto plate型臭氧產(chǎn)生裝置，是利用絕緣油冷卻放電極、接地極，抑制 放電間隙氣體溫度上升，以求產(chǎn)生高濃度臭氧，減少其分解。
但由于受玻璃制造工業(yè)水平的制約，要得到高平坦度，高精確厚度的玻璃電 介質(zhì)薄板是困難的。由于玻璃的機械強度差，易于破碎。存在更大的問題是由 于玻璃電介質(zhì)的頻率特性差介電常數(shù)低，隨著頻率的增加，電介質(zhì)層溫度升高， 進而電介質(zhì)的擊穿電壓降低，易擊穿。由于放電間隙距離大、電介質(zhì)板厚，產(chǎn) 生臭氧濃度低，臭氧產(chǎn)生效率不高。
目前臭氧產(chǎn)生裝置存在問題是體積龐大，運行成本高，維護工作量多，結(jié) 構(gòu)復(fù)雜化；采用絕緣油同時冷卻放電極、接地極，易漏油，同時又存在復(fù)雜和 龐大的冷卻附屬設(shè)置；玻璃電介質(zhì)層厚度大，平坦度低，電介質(zhì)電容量和介電 常數(shù)均小，玻璃電介質(zhì)頻率特性差，導(dǎo)致高頻供電時介質(zhì)溫度升高，易擊穿， 促使放電間隙電場強度也隨之降低，放電功率也大幅度下降，電損耗大量增加， 所以臭氧濃度、臭氧產(chǎn)生效率均較低；放電間隙距離較大，其放電電場強度偏 低，由于nd增大，則折合電場強度下將，電子獲得平均能量遠低于氧分子的解 離能8.4eV，只有很少一部分的氧原子被分解、分解電離成氧原子、氧原子離子和自由基等，不利于臭氧產(chǎn)生；由于臭氧分解能量為2eV，現(xiàn)有臭氧發(fā)生裝置的 放電電場強度在40 60kV/cm,其電子具有的電子平均能量在2.0 8.6 eV之 間，其中低于8.4eV的電子與臭氧分子碰撞后使其分解，臭氧濃度降低了；由于 放電間隙的電場強度〈60kV/cm，臭氧產(chǎn)生裝置難以實現(xiàn)產(chǎn)生高濃度臭氧和裝置 的小型化。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提出的一種接地極風(fēng)冷平 板式臭氧產(chǎn)生單元。本實用新型"一種接地極風(fēng)冷平板式臭氧產(chǎn)生單元"是由 放電極、接地極、隔片和均氣的儲氣槽等構(gòu)成。接地極風(fēng)冷方式是指接地極背 面加工成散熱片，接地極和散熱片是一體金屬材料加工成。放電極是由不銹鋼、 鋁合金或鈦薄板或貼附金、銀、鎢或鋁等金屬薄膜及貼附在其表面上的電介質(zhì) 層所構(gòu)成。由于用高介電常數(shù)、高電阻率的電介質(zhì)形成的電介質(zhì)薄層，將在窄 放電間隙中建立強電離放電電場。接地極是由具有風(fēng)冷卻散熱片的抗氧化金屬 和貼附其上電介質(zhì)層構(gòu)成。在接地極和放電極之間放置數(shù)條用絕緣材料制成的 薄條隔片，并貼附其上，構(gòu)成了放電間隙。進而使放電間隙尺寸精確，進而保 證了均勻的強電離放電的形成，提高了臭氧濃度和產(chǎn)生效率。
本實用新型解決其技術(shù)所采用技術(shù)方案是
本實用新型是采用風(fēng)冷卻來代替目前常用的水冷卻接地極或油冷卻放電極、 接地極，省去復(fù)雜的冷卻設(shè)備，由于采用平板電極與散熱片一體化和窄間隙等 技術(shù)，解決了電離區(qū)域的散熱難題；同時又采用高介電常數(shù)(210)，高絕緣電 阻率^10"Q.cm的八1203薄膜(0.2 0.6mm)電介質(zhì)；在放電間隙距離為0.01 0.6mm，氧氣(或空氣)將以2 20m/s通過間隙，由于在放電極與接地極之間 的放電間隙里能同時形成強電場和高流場，進而形成了強電離放電電場，在放電間隙中電離放電電場強度達到100 400 kV/cm;電子平均溫度9.7><104 14xl05K;并用電場參數(shù)控制氧分子的分解、分解電離、分解附著過程產(chǎn)生氧原 子、氧原子離子和自由基等濃度，進而控制產(chǎn)生的臭氧濃度，并實現(xiàn)可控制臭 氧再分解。因此，在風(fēng)冷卻條件下，實現(xiàn)了臭氧濃度達到80 160g/Nm3。
本實用新型的效果和益處是在風(fēng)冷卻條件下，臭氧濃度就可達到80 160 g/Nm3;本實用新型的臭氧產(chǎn)生單元的外形是長方形平板式，采用風(fēng)冷卻，其散 熱片與接地極是一體加工成的，實現(xiàn)了風(fēng)冷卻的臭氧產(chǎn)生單元的小型化。

圖1是臭氧與氧分子離解截面積與電子能量關(guān)系圖。
圖2是等離子體中電子能量分布圖。
圖3是臭氧產(chǎn)生單元的放電間隙中電子能量分布圖。
圖4是電子平均能量e與折合電場強度關(guān)系曲線圖。
圖5是本實用新型實施例1的正視剖面圖。
圖6是本實用新型實施例1的側(cè)視剖面圖。
圖7是本實用新型實施例2的剖視圖。
圖8是本實用新型實施例3的剖視圖。
其中1、 5.散熱片；2、 3.接地極；4.電介質(zhì)；6.放電間隙；7.金屬放電極； S.隔片；9.儲氣槽；10.02 (或空氣)；ll.進氣管；12.氣體緩沖槽；13.出氣管； 14.含有03的02 (或空氣)氣體；15.高頻高壓電源；16.高壓電纜；17.絕緣套管。
具體實施方式
下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本實用新型的實施方式。 從圖1的臭氧分子與氧分子解離截面積與電子能量關(guān)系曲線可知，被電場加速電子垂直激勵離解氧分子，從02(132^-)基態(tài)激勵到^(^A" + )狀態(tài)時，所
需垂直激勵能量為6.1eV，是禁阻躍遷；從02(Hg-)基態(tài)激勵到02(#1>-)狀
態(tài)時，氧分子垂直激勵能量為8.4eV;然而臭氧離解的激勵能量卻為2eV，放電
間隙中電子從放電電場取得能量^8.4eV時，氧分子才能分解、電離成氧原子、
離子和自由基等并與氧分子碰撞后生成臭氧，可見具有2.0 8.4eV之間能量的
電子對產(chǎn)生臭氧沒有一點用途，這部分能量好像只是為了專門用來分解臭氧之
用。氧分子離解、電離及臭氧生成的等離子體反應(yīng)式是
02(x3Zg—) +— O20432>+)+e — 0(3p) + 0(lP) + e (D
02( Eg-) + — <92(S3:Eir)+e — + 0(3戶)+ e (2) 02(xK) + e、 <92(爿3， + ) +e —(9(3尸)+ 0+(V) + 2e (3) (9 + (92+M~>03*+M4(93+Af ④
從等離子體電子能量分布曲線圖2中可知，目前市場生產(chǎn)臭氧產(chǎn)生裝置的放 電間隙里電子平均能量均為5.0 eV，有的更低些。能量大于8.4 的電子數(shù)目 僅為17.4%，而占有2.0 8.4eV電子能量的電子數(shù)目高達58.3%，它們成為離解 臭氧能量的專業(yè)提供者。當(dāng)放電間隙里的電子平均能量達到23eV時，占有^8.4eV 能量的電子數(shù)目增加到80.0%，具有2.0 8.4eV之間能量的電子數(shù)目下降到 17.1%。圖3表示了現(xiàn)在生產(chǎn)和本實用新型的臭氧產(chǎn)生裝置的放電間隙里電子能 量分布狀況，本實用新型的占有^8.4eV能量的電子數(shù)目將比現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)品 成數(shù)倍增加；而具有2.0 8.4eV能量的電子數(shù)目將成倍降低。所以本實用新型 的風(fēng)冷臭氧產(chǎn)生單元的臭氧濃度要比目前生產(chǎn)的風(fēng)冷臭氧產(chǎn)生裝置有著大幅度 地增加。
放電間隙里的電場強度表達式
"、從式5中可見，只有增加外加峰值電壓Fw、電介質(zhì)的介電常數(shù)S^減小 放電間隙距離/g和電介質(zhì)厚度/^才有可能得到強電離放電的電場強度。
通常用折合電場強度E/N (或E/P)來表征氣體放電強度、電離強度。也將 表征產(chǎn)生臭氧的濃度值多少。圖4表示了折合電場強度與電子取得平均能量值 的關(guān)系曲線。從圖4曲線可知，在電離放電電場中的電子具有平均能量大小取 決于電離放電電場強度，只有強電離放電過程中電子具有能量方可使大量02氣 體分子離解成單原子、單原子離子等活性粒子，并為合成03提供了大量活性粒 子等基礎(chǔ)材料。
根據(jù)伯努利氣體方程可知Ap = C(-AF)4，在放電間隙的氣體壓力與氣體
流速平方成反比。減小氣體放電間隙距離，提高放電間隙里氣體流速，提高了
E/P (E/N)值，放電間隙里的電子獲得能量就增加了。
本實用新型由于采用高強度的高介電常數(shù)的電介質(zhì)薄層即陶瓷材料的厚度 僅為0.2 0.5mm，放電間隙極窄，僅為0.01 1.0mm，所以大幅度提高了放電 間隙的折合電場強度，則放電間隙的高能量電子占有率成倍增加，如圖2所示， 進而大幅度提高了臭氧濃度和臭氧產(chǎn)生效率。
圖5是本實用新型實施例1的正剖視圖，圖6為圖5的N N剖視圖。在上 述圖中，15為高頻高壓電源，經(jīng)高壓電纜16與金屬放電極7相連，高壓電纜 16經(jīng)絕緣套管17固定在接地極2上。在對應(yīng)金屬放電極7的對面接地極2、 3 平面上貼冶一層Al203電介質(zhì)4薄層。金屬放電極7與接地極2、 3上的電介質(zhì) 4之間放置數(shù)個隔片8，形成2個放電間隙6，在放電間隙6里建立了均勻強電 離放電電場，形成了密集的流光放電，分解大量的02并生成03。在接地極2、 3的外側(cè)加工成多個散熱片1、 5，把放電過程產(chǎn)生熱量傳導(dǎo)出去。02 (或空氣) 10經(jīng)進氣管11進入儲氣槽9勻速后，再通過放電間隙6后生成含有03的02(或空氣)氣體14，再經(jīng)過氣體緩沖槽12和出氣管13輸出含有高濃度03的氣體。 圖7是本實用新型實例2的剖視圖，實施例2與實施例1的不同之處在于金
屬放電極7外表貼冶一層A1203電介質(zhì)層。
圖8是本實用新型實例3的剖視圖，實施例3與實施例2的不同之處在于放
電極7對應(yīng)接地極2、 3的表面不貼冶一層電介質(zhì)。
權(quán)利要求1.一種接地極風(fēng)冷平板式臭氧產(chǎn)生單元，是由放電極、接地極、電介質(zhì)層、隔片及散熱片、儲氣罐、進出氣管接頭及高壓接頭等組成的矩形臭氧產(chǎn)生單元，其特征是a.接地極、放電極和電介質(zhì)層均為長方形平板式，接地極背面貼附在散熱片上或接地極與其背面的散熱片是用一整塊合鋼鋁、不銹鋼或鈦材料制成；b.電介質(zhì)為Al2O3壓制成的薄片，其厚度為0.2～0.6mm；c.放電極是由不銹鋼、鋁合金或鈦薄板，或貼附在電介質(zhì)層表面上的金、銀、鎢或鋁等金屬薄膜構(gòu)成；d.電介質(zhì)層貼附在放電極兩面，在一個放電極兩側(cè)與接地極之間形成2個放電間隙；e.放電間隙距離為0.01～0.6mm。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接地極風(fēng)冷平板式臭氧產(chǎn)生單元，其特征是: a:通道中電離電場強度為100 400kV/cm;b:電子平均溫度達到9.7X1()4 14X105K;c:氧氣或空氣以2 20m/s通過放電間隙電離電場；d:臭氧產(chǎn)生單元產(chǎn)生臭氧濃度達到80 160g/Nm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接地極風(fēng)冷平板式臭氧產(chǎn)生單元，其特征是 臭氧產(chǎn)生單元的電離電場有效長度僅為80 160cm。
專利摘要一種接地極風(fēng)冷平板式臭氧產(chǎn)生單元，屬于氣體電離放電、等離子體化學(xué)和環(huán)境工程等應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于接地極、放電極均為長方形平板式，接地極與背面的散熱片是用同一塊合鋼鋁、不銹鋼、鈦等金屬制成；在放電極與風(fēng)冷卻接地極之間的窄間隙里形成強電離放電電場，電場強度達到100～400kV/cm；并采用電場參數(shù)調(diào)控氧分子離解、離解電離反應(yīng)產(chǎn)生氧原子、氧原子離子和自由基濃度，進而控制臭氧產(chǎn)生量和濃度，實現(xiàn)可控制臭氧再分解，進而臭氧濃度達到80～160mg/L。本實用新型的效果和益處是風(fēng)冷卻代替了水冷卻或油冷卻，平板式臭氧發(fā)生單元代替管式臭氧發(fā)生單元，實現(xiàn)了風(fēng)冷卻平板式小型化的臭氧產(chǎn)生單元，并高效率產(chǎn)生高濃度和大產(chǎn)成量臭氧。
文檔編號C01B13/11GK201347356SQ20082001553
公開日2009年11月18日 申請日期2008年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月8日
發(fā)明者宏 冷, 朱玉鵬, 李超群, 王永偉, 白希堯, 白敏菂 申請人:大連博羽環(huán)保技術(shù)開發(fā)有限公司