一種半濕式高效臭氧發生裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于臭氧發生技術領域，具體涉及一種半濕式高效臭氧發生裝置。
【背景技術】
[0002]臭氧作為一種強氧化劑，具有極強的消毒滅菌能力和氧化分解能力，被廣泛用于飲用水處理、生活污水和工業廢水治理。與其它氧化劑相比，臭氧消毒氧化迅速，臭氧分解還原產物為氧氣，是一種綠色高效的氧化劑。目前制造臭氧的方法是高壓放電法、電解法、紫外光照射法，高壓放電法臭氧產量較大，在工業上得到最廣泛的利用。理論上，消耗lkffh的電可生成1220g臭氧，然而在實際的生產過程中消耗lkWh電生產的臭氧一般只能達到63-100g，不及理論值的10%，大部分的能量以熱的形式損耗，使得發生器內部溫度升高。臭氧的化學性質不穩定，常溫下會緩慢分解，而且隨溫度升高分解速度加快，當溫度超過100°C時，分解相當劇烈。因此，快速降低發生器的溫度成為提高電能效率及臭氧濃度的關鍵點。
[0003]目前，高壓放電臭氧發生器的冷卻有水冷和風冷兩種方式，其中水冷效果較好應用廣泛，有單電極冷卻和雙電極冷卻兩種應用方式。由于高壓電極被介電體或基板包裹著，不論是單電極冷卻或是雙電極冷卻，在冷卻水高壓電極之間還隔著導熱性能不好的介電體或基板，冷卻效果受到一定的限制。
[0004]專利CN 103818881 A提出一種平行板式臭氧發生裝置，該裝置由多組平行板式臭氧發生單元集成，并設有冷卻腔框，臭氧發生單元通過共用冷卻腔框疊合，在這種結構下，地電極和高壓電極都能受到冷卻水的冷卻作用。然而，高壓放電臭氧發生單元是一種內部產熱的氣相反應器，內部環境的散熱需要通過兩電極間接完成，不能最高效的散去臭氧發生單元內部的熱量。若冷卻水能直接從臭氧發生單元內部通過，就能直接散去臭氧發生單元內部的熱量，提高臭氧的濃度。
[0005]周從直等在《Researchon TNT Removal by Electro-hydraulic pulse plasmain Aqueous Solut1n》文中指出，電液壓脈沖技術可在液相中形成等離子體，并產生高溫、高壓、高密度活性粒子、強烈的紫外光和超聲波。賴世強，廖振方在《凈化水體的水下臭氧發生裝置研究》文中指出，電液壓脈沖能生成產生臭氧需要的足夠數量自由電子，并設計出水下臭氧發生裝置。但該裝置內的水在電液壓脈沖過程中會消耗自由電子發生離解和氧化，與臭氧的產生形成直接競爭關系，直接影響到臭氧濃度；此外，電脈沖過程中產生的大量熱量也會使臭氧的分解速度加快，導致臭氧濃度降低；最后，該水下臭氧發生裝置不能將臭氧輸送到裝置外，就算配套相應的臭氧輸出單元，也不太可能分離出高濃度的臭氧。
[0006]總之，現有高壓放電法臭氧發生器在工作中大量電能以熱量的形式直接損耗，大大降低電能的使用效率，較高的溫度使臭氧的分解速率加快不能保證高濃度的臭氧。因而在實際的生產過程中消耗lkWh電生產的臭氧不及理論值的10%。

【發明內容】

[0007]針對上述問題，本實用新型提供一種半濕式高效臭氧發生裝置，其包括進氣管、臭氧發生器、脈沖放電器；其中所述進氣管為文丘里管，其包括氣體入口 1、收縮管2、液體入口 3、喉管4，氣體入口 1通過收縮管2與喉管4連接，液體入口 3設置在喉管4上并與其連通；臭氧發生器包括外殼8、高壓電極6、接地電極7、冷凝板9，高壓電極6和接地電極7設置在外殼8內，3-5塊的冷凝板9傾斜設置在外殼8內頂端；外殼8上開有進樣通道5，喉管4設置在臭氧發生器的進樣通道5上并與其連通；外殼8上設置有臭氧輸出口 10和冷凝水出口 11 ;高壓電極6、接地電極7分別與脈沖放電器連接，高壓電極6與接地電極7之間的間距為10~50_。
[0008]所述外殼為絕緣外殼。
[0009]所述高壓電極6為柱狀或針狀高壓電極時，接地電極7為環狀接地電極；高壓電極6為板狀高壓電極或空心環狀高壓電極時，接地電極7為板狀接地電極。
[0010]所述冷凝板9為帶有氣流通孔12的陶瓷板，冷凝板9之間氣流通孔交錯設置，冷凝板的邊緣、氣流通孔12周圍高出板面5~10_ ;通過脈沖放電產生的臭氧中會混有少量水蒸汽，混合氣體通過冷凝板時水蒸汽被冷凝，冷凝水經冷凝板由冷凝水出口 11排出。
[0011 ] 所述電極材料可以是鈦、鐵、不銹鋼中的一種或兩種。
[0012]所述脈沖放電器是滿足脈沖放電頻率50~300kHz，額定電壓25~70kV，額定電流2A
的常規市售產品。
[0013]其中脈沖放電器與臭氧發生器中的放電電極相連，即高壓電極6與接地電極7的放電電壓由脈沖放電器提供；進氣管為文丘里管，為臭氧發生器輸送高速的氧氣與水霧混合氣體；氧氣或高壓空氣由氣體入口 1進入，經收縮管2后氣體流速增大，靜壓降低，進入喉管4時流速達最大值；水從液體入口 3進入并在高速氣流下霧化，使氣體和水霧混合高速輸送至臭氧發生器中。
[0014]上述裝置的實現方法，該方法將臭氧發生的過程設在半濕的環境里，結合脈沖放電技術，利用氧分子和部分水分子制取臭氧，解決現有臭氧發生技術中存在的，電能效率低、內部溫度高、臭氧濃度低等問題。
[0015]方法具體方案如下:
[0016](1)將水與氧氣或高壓空氣按體積比為0.05-0.1的比例混合，形成水霧氧氣混合物高速通入兩放電電極間；
[0017](2)在脈沖放電下，兩電極間生成等離子體通道，同時產生紫外光和熱量，水霧被氣化，氧分子和水分子在自由電子的碰撞中離解生成臭氧，其中脈沖放電頻率為50~300kHz，額定電壓25~70kV，額定電流2A ；
[0018](3)混有水氣的臭氧經冷凝板冷凝分離后輸出純凈的臭氧。
[0019]所述的步驟(1)中，水霧氧氣混合物通入兩放電電極間的速度為40~60m/s。
[0020]所述的步驟(2)中，臭氧發生器中兩電極間發生脈沖放電形成等離子體通道，產生大量高能電子、紫外光和熱量，氧分子和水分子在這個過程中發生一系列物理化學過程形成臭氧。具體過程包括:(1)與氧氣同時輸入的水霧在高溫下被迅速氣化，更容易離解出氧原子，同時吸收熱量降低臭氧發生單兀內部的溫度；(2)氧氣分子和水分子分別與自由的高能電子碰撞電離成氧原子，經過三體碰撞后生成臭氧[見式(1)~ (3)] ;(3)脈沖放電產生的紫外光能使氧氣轉變為臭氧[見式:(4)~(5)] ; (4)水分子在陽極的作用下會直接被電解生成臭氧(式6)。
[0021 ] e +02 — 20.+e(1)
[0022]e + H20 — 0.+.0H+ e(2)
[0023]0.+02+M — 03+M ；(3)
[0024]02+hr — 0.+0.(4)
[0025]02+0.+Μ —03+M(5)
[0026]3H20 — 03+6H++6e(6)。
[0027]本實用新型的優點和技術效果:
[0028](1)冷卻性能好:實現了臭氧發生單元的內部冷卻，冷卻效果好；
[0029]( 2 )臭氧濃度高:由于系統中的氣流是在高速狀態下的，生成的臭氧能快速離開高溫環境，使被分解的臭氧數量減少；同時，作為冷卻物質的水霧在脈沖放電的作用下也能產生臭氧，使產生的臭氧數量增加；此外，通過內部冷卻，有效降低臭氧發生單元內部的溫度，使臭氧的分解速率降低；
[0030](3)電能效率高:水霧吸收脈沖放電產生的熱量氣化后更利于水的離解，在減少高溫對臭氧負面影響的同時，將這部分能量重新利用，使電能的利用率增加。
【附圖說明】
[0031]圖1為本實用新型環狀電極半濕式高效臭氧發生裝置；圖中:1_氣體入口，2-收縮管，3-液體入口，4-喉管、5-進樣通道，6-柱狀高壓電極，7-環狀接地電極，8-外殼，9-冷凝板，10-臭氧輸出口，11-冷凝水出口 ；12_氣流通孔；
[0032]圖2為本實用新型板狀電極半濕式高效臭氧發生裝置，圖中:1-氣體入口，2-收縮管，3-液體入口，4-喉管、5-進樣通道，6-板狀高壓電極，7-板狀接地電極，8-外殼，9-冷凝板，10-臭氧輸出口，11-冷凝水出口，12-氣流通孔；
[0033]圖3為本實用新型空心環狀電極半濕式高效臭氧發生裝置，圖中:1_氣體入口，2-收縮管，3-液體入口，4-喉管、5-進樣通道，6-空心環狀高壓電極，7-板狀接地電極，8-外殼，9-冷凝板