申请/专利权人：华南理工大学

申请日：2019-05-27

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN110054160B

主分类号：C01B13/11

分类号：C01B13/11

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2019.08.20#实质审查的生效;2019.07.26#公开

摘要：本发明提供一体化超高气压型臭氧发生管。该发生管主要包括两个接地极、一个高压电极、两个介质层和其他配件。该装置能够承受0.4MPa~0.6MPa的气压，采用单放电空间双接地极结构，其中第一接地极、螺旋高压电极和第一介质层之间构成沿面放电形式，螺旋高压电极、第二介质层和第二接地极构成无声放电形式。由于在同一个放电空间存在两种形式的放电电场，增加了放电空间中高能粒子的数量，有效提高了臭氧生成的效率。其具有产生臭氧的压力大、浓度高、占地面积小等优点，可以满足漂白、废水处理等行业的应用。

主权项：1.一体化超高气压型臭氧发生管，其特征在于，包括电极和介质层；所述电极包括螺旋状高压电极5、第一接地极1和第二接地极3；所述的介质层包括第一介质层6和第二介质层7；所述第一接地极1是单端带法兰盘19的不锈钢管，所述第二接地极3为两端带法兰盘23的不锈钢管，所述第二介质层7为石英玻璃管，所述第一介质层6为陶瓷，通过电镀的方式覆盖在第一接地极1的外表面，第二介质层7嵌套于第二接地极3的内侧，第一接地极1与第二接地极3之间通过法兰连接；所述的螺旋状高压电极5套在第一接地极1的表面，与第二介质层7之间形成放电间隙22；所述的螺旋状高压电极5与第二介质层7之间形成放电间隙22，一体化超高气压型臭氧发生管能够在出口产生压力在0.4MPa～0.6MPa的臭氧，在放电间隙22内，所述的螺旋状高压电极5与第一接地极1之间形成沿面放电，与第二接地极3形成无声放电；还包括法兰密封盖12，法兰密封盖12通过法兰盘19与第二接地极3连接。

全文数据：一体化超高气压型臭氧发生管技术领域本发明属于臭氧生成技术领域，涉及一种一体化超高气压型的臭氧发生管，可以用于制浆造纸领域的纸浆漂白和原料预处理。背景技术目前来说，臭氧的使用大都是在食品、医疗以及废水处理领域，这些行业所需要的臭氧压力不高，但是若要将臭氧大批量用于制浆造纸领域，低气压状态下的臭氧传质效率低下，无法满足当前工业的需求。臭氧是工业可用的最强氧化剂，对木素有很好的降解作用，是一种良好的气态漂白剂，又可以用于原料的预处理。臭氧清洁环保，不会产生任何污染物。臭氧用于制浆将会成为未来发展的趋势。但由于臭氧发生装置的限制，生成臭氧的压力低于0.1MPa，使用时需要压缩，压缩过程中会造成臭氧的分解，限制了臭氧的工业化发展。本发明提供了一种一体化超高气压型臭氧发生装置，其产生臭氧的压力可达0.4MPa～0.6MPa，将会为臭氧在制浆上获得更广泛的推广应用。发明内容为了解决目前臭氧发生器生成臭氧的压力较低，不利于制浆工业中漂白和原料预处理的应用，本发明提供了一种一体化超高气压型臭氧发生管。本发明采用的技术方案如下：一体化超高气压型臭氧发生管，包括电极和介质层；所述电极包括螺旋状高压电极、第一接地极和第二接地极；所述的介质层包括第一介质层和第二介质层；所述第一接地极是单端带法兰盘的不锈钢管，所述第二接地极为两端带法兰盘的不锈钢管，所述第二介质层为石英玻璃管，所述第一介质层为陶瓷，通过电镀的方式覆盖在第一接地极的外表面，第二介质层嵌套于第二接地极的内侧，第一接地极与第二接地极之间通过法兰连接；所述的螺旋状高压电极套在第一接地极的表面，与第二介质层之间形成放电间隙；所述的螺旋状高压电极与第二介质层之间形成放电间隙，一体化超高气压型臭氧发生管能够在出口产生压力在0.4MPa～0.6MPa的臭氧，在放电间隙内，所述的螺旋状高压电极与第一接地极之间形成沿面放电，与第二接地极形成无声放电。本发明还包括法兰密封盖，法兰密封盖通过法兰盘与第二接地极连接。本发明还包括绝缘套和导电环，所述第一接地极的前端设有定位止口，所述绝缘套通过定位止口固定在第一接地极上，所述绝缘套的材料为聚四氟乙烯；所述绝缘套上开有通孔和定位凹槽，导线通过通孔连接导电环与高压电极；导电环嵌入绝缘套的定位凹槽中，并压紧导线。进一步地，所述密封法兰盖包括密封绝缘套、螺纹导电杆、密封套环和螺帽；所述的密封法兰盖上设有通孔，所述的密封绝缘套插入通孔，使用高温密封胶将密封绝缘套与通孔之间的间隙密封；所述密封绝缘套设有螺纹孔，所述螺纹导电杆旋入螺纹孔直至与导电环接触，所述密封套环套于螺纹导电杆上，所述螺帽采用螺纹连接方式与螺纹导电杆固定并锁紧，所述密封绝缘套和密封套环的材料为聚四氟乙烯。本发明还包括法兰密封垫、O型圈和密封环；法兰密封垫置于所述法兰盘的密封槽，O型圈置于所述密封法兰盖的密封槽中，密封环置于所述密封法兰盖内侧的环形密封槽中；所述的法兰密封垫、O型圈、和密封环均需采用三元乙丙材料。本发明所述的放电间隙的距离应为2mm～3.5mm。本发明还包括冷却水通道，所述第一接地极的内侧为冷却水通道。本发明还包括氧气进口和臭氧出口；氧气进口位于所述第二接地极靠近密封法兰盖一侧的管体侧面，与第二接地极和密封法兰盖密封面的距离为80～120mm；所述臭氧出口位于所述第二接地极靠近法兰盘一侧的管体侧面，与所述氧气进口在第二接地极的同一侧，与第二接地极和法兰盘密封面的距离为15～30mm。所述的放电间隙的距离应为2mm～3.5mm。所述的一体化超高气压型臭氧发生管还包括冷却通道，所述的第一接地极的内侧为冷却通道。所述的螺旋状高压电极为螺旋状防臭氧腐蚀的不锈钢材质。所述的第一介质层的材质为α-Al2O3，所述的第二介质层的材质为石英玻璃。本发明的一体化超高气压型臭氧发生管是在超高气压环境中工作，传统的臭氧发生管在气压增大时，产生臭氧的效率急剧下降，为了解决上述问题，本发明将管式臭氧发生管经过改造，利用沿面放电和无声放电的原理，将高压电极置于两组接地极和介质层之间，构成两种放电方式，实现了单放电间隙双放电的结构形式。由于在同一空间中存在两种放电形式，也就是存在两种放电电场，因此产生臭氧的效率会大大提高。本发明的一体化超高气压型臭氧发生管通入高气压气体后，由于放电间隙内气压较高，其密封性要求较高。其间隙内气体的泄漏点主要有三处，即第一接地极与第二接地极的连接处、法兰密封盖与第二接地极的连接处和螺纹导电杆处。为了满足超高气压的需求，第一接地极与第二接地极之间通过法兰进行连接，法兰密封盖与第二接地极之间也采用法兰连接，法兰之间的密封垫和O型圈的材质需要采用耐臭氧腐蚀的三元乙丙材料。螺纹导电杆要求既要与第一接地极保持绝缘同时又要与第一接地极保持密封，在这样的要求下，设置了密封绝缘套，将密封绝缘套紧配在法兰密封盖上，并使用高温密封胶将其固定并密封，在密封绝缘套上设螺纹孔，旋入螺纹导电杆后，在螺纹杆上套上密封套环，并用螺帽锁死，将轴向密封转变为端面密封。由于在高压电极以及接入高压电的导线不能接触第一接地极和第二接地极，本发明的一体化超高气压型臭氧发生管的高压电的连接方式是螺纹导电杆旋入后接触导电环，导电环固定在绝缘套的凹槽中，绝缘套的内部开有通孔，供连接高压电极与导电环的导线通过。为了延长臭氧发生管的使用寿命，本发明的第一接地极、第二接地极和密封法兰盖采用316L的不锈钢材质。本发明的第一介质层选择介电常数高的陶瓷材料，并且为了保证贴合度，采用电镀的方式陶瓷覆盖在第一接地极的外表面。第二介质层选用硬度较高、成型较容易、介电常数相对较高的石英玻璃。本发明的冷却通道设置在与高压电极紧密贴合的第一接地极的内侧，采用水冷的方式可以带走放电产生的大量热量，防止产生的臭氧受热分解，影响生成臭氧的效率。与现有技术相比，本发明的优势在于：本发明的臭氧发生管无需利用臭氧压缩机二次加压，所产生的臭氧压力最高即可达0.6MPa，远远高于现有臭氧发生器的0.1MPa，抑制了臭氧在压缩过程中的分解，并且在高气压的条件下，产生的臭氧浓度最高可达115gm3，可以大大提升臭氧的应用领域。本发明是在同一个放电间隙中提供两种放电电场，缓解了传统臭氧发生管中，气压升高时，高能电子数量不足的缺陷，有效增加了放电间隙中高能电子的数量，提高了臭氧发生管的工作效率。附图说明图1是一体化超高气压型臭氧发生管的剖面结构图；图2是第一接地极的剖面结构图；图3是绝缘套的剖面结构图；图4是密封法兰盖上螺纹导电杆的绝缘方式和密封方式剖面结构图。图中附图标记说明如下：第一接地极1、法兰密封垫2、第二接地极3、臭氧出口4、高压电极5、第一介质层6、第二介质层7、氧气进口8、绝缘套9、导电环10、O型圈11、法兰密封盖12、密封环13、密封绝缘套14、导电螺杆15、通孔16、凹槽17、止口18、法兰盘19、密封套环20、螺帽21、放电间隙22、冷却水通道23、螺纹孔28。具体实施方式下面结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实例仅仅是本发明的部分实例。参照图1～图4，一体化超高气压型臭氧发生管，包括电极和介质层；所述电极包括螺旋状高压电极5、第一接地极1和第二接地极3；所述的介质层包括第一介质层6和第二介质层7；所述第一接地极1是单端带法兰盘19的不锈钢管，所述第二接地极3为两端带法兰盘23的不锈钢管，所述第二介质层7为石英玻璃管，所述第一介质层6为陶瓷，通过电镀的方式覆盖在第一接地极1的外表面，第二介质层7嵌套于第二接地极3的内侧，第一接地极1与第二接地极3之间通过法兰连接；所述的螺旋状高压电极5套在第一接地极1的表面，与第二介质层7之间形成放电间隙22；所述的螺旋状高压电极5与第二介质层7之间形成放电间隙22，一体化超高气压型臭氧发生管能够在出口产生压力在0.4MPa～0.6MPa的臭氧，在放电间隙22内，所述的螺旋状高压电极5与第一接地极1之间形成沿面放电，与第二接地极3形成无声放电。还包括法兰密封盖12，法兰密封盖12通过法兰盘19与第二接地极3连接。还包括绝缘套9和导电环10，所述第一接地极的前端设有定位止口18，所述绝缘套9通过定位止口18固定在第一接地极上，所述绝缘套9的材料为聚四氟乙烯；所述绝缘套9上开有通孔16和定位凹槽17，导线通过通孔16连接导电环10与高压电极5；导电环10嵌入绝缘套9的定位凹槽17中，并压紧导线。所述密封法兰盖12包括密封绝缘套14、螺纹导电杆15、密封套环20和螺帽21；所述的密封法兰盖12上设有通孔16，所述的密封绝缘套14插入通孔16，使用高温密封胶将密封绝缘套14与通孔16之间的间隙密封；所述密封绝缘套14设有螺纹孔28，所述螺纹导电杆15旋入螺纹孔28直至与导电环10接触，所述密封套环20套于螺纹导电杆15上，所述螺帽21采用螺纹连接方式与螺纹导电杆15固定并锁紧，所述密封绝缘套14和密封套环20的材料为聚四氟乙烯。还包括法兰密封垫2、O型圈11和密封环13；法兰密封垫2置于所述法兰盘19的密封槽25，O型圈11置于所述密封法兰盖12的密封槽26中，密封环13置于所述密封法兰盖内侧的环形密封槽27中；所述的法兰密封垫2、O型圈11、和密封环13均需采用三元乙丙材料。所述的放电间隙22的距离应为2mm～3.5mm。还包括冷却水通道24，所述第一接地极1的内侧为冷却水通道24。还包括氧气进口8和臭氧出口4；氧气进口8位于所述第二接地极3靠近密封法兰盖12一侧的管体侧面，与第二接地极3和密封法兰盖12密封面的距离为80～120mm；所述臭氧出口4位于所述第二接地极3靠近法兰盘19一侧的管体侧面，与所述氧气进口8在第二接地极3的同一侧，与第二接地极3和法兰盘19密封面的距离为15～30mm。冷却水通道24在第一接地极1的设置在第一接地极1的内侧，可以及时有效的带走放电产生的热量。通入氧气后，氧气从氧气进口8流入，经过一些列放电反应后，生成的臭氧从臭氧出口4流出。

权利要求：1.一体化超高气压型臭氧发生管，其特征在于，包括电极和介质层；所述电极包括螺旋状高压电极（5）、第一接地极（1）和第二接地极（3）；所述的介质层包括第一介质层（6）和第二介质层（7）；所述第一接地极（1）是单端带法兰盘（19）的不锈钢管，所述第二接地极（3）为两端带法兰盘（23）的不锈钢管，所述第二介质层（7）为石英玻璃管，所述第一介质层（6）为陶瓷，通过电镀的方式覆盖在第一接地极（1）的外表面，第二介质层（7）嵌套于第二接地极（3）的内侧，第一接地极（1）与第二接地极（3）之间通过法兰连接；所述的螺旋状高压电极（5）套在第一接地极（1）的表面，与第二介质层（7）之间形成放电间隙（22）；所述的螺旋状高压电极（5）与第二介质层（7）之间形成放电间隙（22），一体化超高气压型臭氧发生管能够在出口产生压力在0.4MPa~0.6MPa的臭氧，在放电间隙（22）内，所述的螺旋状高压电极（5）与第一接地极（1）之间形成沿面放电，与第二接地极（3）形成无声放电。2.根据权利要求1所述的一体化超高气压型臭氧发生管，其特征在于：还包括法兰密封盖（12），法兰密封盖（12）通过法兰盘（19）与第二接地极（3）连接。3.根据权利要求1所述的一体化超高气压型臭氧发生管，其特征在于：还包括绝缘套（9）和导电环（10），所述第一接地极的前端设有定位止口（18），所述绝缘套（9）通过定位止口（18）固定在第一接地极上，所述绝缘套（9）的材料为聚四氟乙烯；所述绝缘套（9）上开有通孔（16）和定位凹槽（17），导线通过通孔（16）连接导电环（10）与高压电极（5）；导电环（10）嵌入绝缘套（9）的定位凹槽（17）中，并压紧导线。4.根据权利要求2所述的一体化超高气压型臭氧发生管，其特征在于：所述密封法兰盖（12）包括密封绝缘套（14）、螺纹导电杆（15）、密封套环（20）和螺帽（21）；所述的密封法兰盖（12）上设有通孔（16），所述的密封绝缘套（14）插入通孔（16），使用高温密封胶将密封绝缘套（14）与通孔（16）之间的间隙密封；所述密封绝缘套（14）设有螺纹孔（28），所述螺纹导电杆（15）旋入螺纹孔（28）直至与导电环（10）接触，所述密封套环（20）套于螺纹导电杆（15）上，所述螺帽（21）采用螺纹连接方式与螺纹导电杆（15）固定并锁紧，所述密封绝缘套（14）和密封套环（20）的材料为聚四氟乙烯。5.根据权利要求1所述的一体化超高气压型臭氧发生管，其特征在于：还包括法兰密封垫（2）、O型圈（11）和密封环（13）；法兰密封垫（2）置于所述法兰盘（19）的密封槽（25），O型圈（11）置于所述密封法兰盖（12）的密封槽（26）中，密封环（13）置于所述密封法兰盖内侧的环形密封槽（27）中；所述的法兰密封垫（2）、O型圈（11）、和密封环（13）均需采用三元乙丙材料。6.根据权利要求1所述的一体化超高气压型臭氧发生管，其特征在于：所述的放电间隙（22）的距离应为2mm~3.5mm。7.根据权利要求1所述的一体化超高气压型臭氧发生管，其特征在于：还包括冷却水通道（24），所述第一接地极（1）的内侧为冷却水通道（24）。8.根据权利要求1所述的一体化超高气压型臭氧发生管，其特征在于：还包括氧气进口（8）和臭氧出口（4）；氧气进口（8）位于所述第二接地极（3）靠近密封法兰盖（12）一侧的管体侧面，与第二接地极（3）和密封法兰盖（12）密封面的距离为80~120mm；所述臭氧出口（4）位于所述第二接地极（3）靠近法兰盘（19）一侧的管体侧面，与所述氧气进口（8）在第二接地极（3）的同一侧，与第二接地极（3）和法兰盘（19）密封面的距离为15~30mm。

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