一种用于高效臭氧合成的可堆叠集成板式单元模块、臭氧发生器的制作方法

本实用新型属于非热放电臭氧发生技术领域，尤其涉及一种用于高效臭氧合成的可堆叠集成板式单元模块、臭氧发生器。

背景技术：

臭氧具有强氧化性，可以快速地对污染物进行处理，且其反应后为氧气，无二次污染，因而被广泛地应用于多个领域，如环境工程、化工、医疗卫生等以及与人类日常生活息息相关的室内空气净化、食品保鲜、美容业、养殖业等。

介质阻挡放电是目前最为常用的臭氧合成技术。其臭氧合成主要源自氧分子与非热等离子体区中活性物种(如高能电子、离子、自由基和激发态分子等)发生的一系列碰撞反应。因此，在放电过程中获得较大的等离子体区面积可显著地提高臭氧合成。虽然加大反应器的尺寸可有效增大等离子体区的面积，但这也势必使反应器的起始电压升高，降低了反应器的整体能效。特别地，对于基于陶瓷介质的板式臭氧发生器而言，限于陶瓷介质的易碎性以及当前的加工工艺，若要获得大尺寸的陶瓷介质层，必须加大介质的厚度，而这又导致放电过程中的热损失增加，臭氧的热分解加剧，使得臭氧的合成效率进一步降低。

技术实现要素：

鉴于现已有技术存在的不足，本实用新型提供了一种用于高效臭氧合成的可堆叠集成板式单元模块、臭氧发生器，该模块可在较小的介质层尺寸下通过构建多重混合放电或多重体相放电进而获得多个放电间隙，这显著扩大了等离子体区域，延长了氧分子与活性物种的碰撞反应时间，同时连续的气体进气方式也使得等离子体区域中的臭氧合成反应表现出明显的协同效应，从而加速臭氧合成反应的有效进程，提高了臭氧浓度及产率。再者，较小的介质层尺寸也降低了超薄介质层的加工难度及易碎率，有效降低了放电过程中的介质损耗，提高了能量的利用效率。同时，对模块的外加水冷设计也有效抑制了臭氧的热分解，进一步提高了臭氧合成效率。本实用新型采用的技术手段如下：

一种用于高效臭氧合成的可堆叠集成板式单元模块，包括密封板件Ⅰ和密封板件Ⅱ，所述密封板件Ⅰ的下表面具有封装放电单元的凹槽Ⅰ，所述密封板件Ⅱ的上表面具有与所述凹槽Ⅰ相匹配的凹槽Ⅱ，所述密封板件Ⅰ和所述密封板件Ⅱ通过所述凹槽Ⅰ和所述凹槽Ⅱ的槽壁顶部贴合紧密组装为一体，所述凹槽Ⅰ和所述凹槽Ⅱ所围空间内设有放电单元；

所述密封板件Ⅰ的上表面设有两个与所述凹槽Ⅰ连通的通槽Ⅰ且设有与所述凹槽Ⅰ连通的出气孔，两个所述通槽Ⅰ之间通过连接孔Ⅰ连通，所述密封板件Ⅰ的一侧侧壁设有分别与两个所述通槽Ⅰ连通的进水孔Ⅰ和出水孔Ⅰ，所述密封板件Ⅰ的上表面还设有密封两个所述通槽Ⅰ的外挡板Ⅰ；

所述密封板件Ⅱ的下表面设有两个与所述凹槽Ⅱ连通且与所述通槽Ⅰ相对应的通槽Ⅱ，还设有与所述凹槽Ⅱ连通且与所述出气孔相对应的进气孔，两个所述通槽Ⅱ之间通过连接孔Ⅱ连通，与所述进水孔Ⅰ和所述出水孔Ⅰ相对应的所述密封板件Ⅱ的侧壁设有分别与两个所述通槽Ⅱ连通的进水孔Ⅱ和出水孔Ⅱ，所述密封板件Ⅱ的下表面还设有密封两个所述通槽Ⅱ的外挡板Ⅱ；

所述出气孔通过所述放电单元与所述进气孔连通；

所述放电单元与电源连接。

所述放电单元包括至少三层介质层，所述介质层的一端与所对应的所述凹槽Ⅰ或所述凹槽Ⅱ的槽壁连接，所述介质层的另一端与所对应的所述凹槽Ⅰ或所述凹槽Ⅱ的槽壁之间具有间隙，所述介质层的材质为高纯度超薄氧化铝板或氧化锆板，位于最上侧的所述介质层的外侧和位于最下侧的所述介质层的外侧分别设有薄片金属电极，位于中间的所述介质层的两侧均具有栅状金属电极或薄片金属电极，所述介质层等间距平行排布，相邻所述介质层之间构成放电间隙；

所述栅状金属电极和所述薄片金属电极为钛或不锈钢材质；

位于最上侧的所述介质层具有所述出气孔穿过的孔；

位于最下侧的所述介质层具有所述进气孔穿过的孔。

所有介质层和所述凹槽Ⅰ和所述凹槽Ⅱ构成蛇形气体流道；

位于最上侧的所述介质层和位于最下侧的所述介质层的外侧均附着薄片金属电极；

位于中间的所述介质层的两侧均附着栅状金属电极，以实现多重混合放电结构，或以薄片金属电极替代栅状金属电极以实现多重体相放电结构。

处于同一放电间隙中的所述栅状金属电极或所述薄片金属电极连接所述电源的同一端；

处于相邻放电间隙中的所述栅状金属电极或所述薄片金属电极连接所述电源的另一端，

位于最上侧的所述介质层的外侧和位于最下侧的所述介质层的外侧的薄片金属电极均连接与其相邻的所述栅状金属电极或所述薄片金属电极连接的电源端相反的电源端。

所述密封板件Ⅰ的上表面与所述外挡板Ⅰ之间还设有密封垫Ⅰ；

所述密封板件Ⅱ的下表面与所述外挡板Ⅱ之间还设有密封垫Ⅱ。

所述外挡板Ⅰ、所述密封垫Ⅰ、所述通槽Ⅰ和位于最上侧的所述介质层构成水冷槽Ⅰ；

所述外挡板Ⅱ、所述密封垫Ⅱ、所述通槽Ⅱ和位于最下侧的所述介质层构成水冷槽Ⅱ。

所述外挡板Ⅰ和所述外挡板Ⅱ为有机玻璃板，用于密封水冷槽Ⅰ/Ⅱ，其上具有所述电源导线输出孔。

所述密封垫Ⅰ和所述密封垫Ⅱ为硅胶材质。

所述密封板件Ⅰ和所述密封板件Ⅱ(具有很好密封作用的高分子弹性材料)为聚四氟乙烯或硅橡胶；

在放电过程中，含氧气体连续经过所述进气孔、所述蛇形气体流道和所述出气孔排出，即经过所述模块中的每个放电间隙。

所述介质层的厚度为0.1～0.8mm。

本实用新型还公开了一种臭氧发生器，包括框架和位于所述框架上的多个如上述所述的模块。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1、本实用新型结构紧凑、密封性好，可有效防止漏水漏气的发生；

2、本实用新型构建了多个放电间隙，可在相同的条件下使得混合放电/体相放电于多个放电间隙内同时发生，显著地扩大了放电等离子体区，增加了氧分子与活性物种的有效碰撞几率，促进了臭氧的合成；

3、本实用新型采用连续进气的方式，即含氧气体于放电过程中依次流经多个放电间隙，这延长了活性物种的存活时间，使其在臭氧合成反应中表现出了明显的协同效应，从而显著地提高了臭氧浓度和效率；

4、本实用新型所采用的厚度为0.1～0.8mm的超薄介质层，可显著降低臭氧合成模块的放电起始电压，减少介质损耗，进而提高其能量效率；

5、本实用新型具有密封性良好的水冷槽，通入冷却水后可有效地导出放电过程中产生的热量，降低放电等离子体区的气体温度，进而有效抑制臭氧的热分解。

6、本实用新型模块组装灵活方便，易于组装集成为高效的板式臭氧发生器；且组装后的臭氧发生器便于维护和推广。

基于上述理由本实用新型可在非热放电臭氧发生技术领域等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的具体实施方式中密封板件Ⅰ和密封板件Ⅱ装配结构示意图；

图2为本实用新型的实施例1中用于高效臭氧合成的可堆叠集成板式单元模块的剖面示意图；

图3为本实用新型的实施例2中用于高效臭氧合成的可堆叠集成板式单元模块的剖面示意图；

图4为实用新型的具体实施方式中含有多个实施例1所述的用于高效臭氧合成的可堆叠集成板式单元模块的臭氧发生器的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1和图2所示，一种用于高效臭氧合成的可堆叠集成板式单元模块，包括密封板件Ⅰ1和密封板件Ⅱ2，所述密封板件Ⅰ1的下表面具有封装放电单元的凹槽Ⅰ3，所述密封板件Ⅱ2的上表面具有与所述凹槽Ⅰ3相匹配的凹槽Ⅱ4，所述密封板件Ⅰ1和所述密封板件Ⅱ2通过所述凹槽Ⅰ3和所述凹槽Ⅱ4的槽壁顶部贴合紧密组装为一体，通过螺丝5固定，所述凹槽Ⅰ3和所述凹槽Ⅱ4所围空间内设有放电单元；

所述密封板件Ⅰ1的上表面设有两个与所述凹槽Ⅰ3连通的通槽Ⅰ6且设有与所述凹槽Ⅰ3连通的出气孔7，两个所述通槽Ⅰ6之间通过连接孔Ⅰ8连通，所述密封板件Ⅰ1的一侧侧壁设有分别与两个所述通槽Ⅰ6连通的进水孔Ⅰ9和出水孔Ⅰ10，所述密封板件Ⅰ1的上表面还设有密封两个所述通槽Ⅰ6的外挡板Ⅰ11；

所述密封板件Ⅱ2的下表面设有两个与所述凹槽Ⅱ4连通且与所述通槽Ⅰ6相对应的通槽Ⅱ12，还设有与所述凹槽Ⅱ4连通且与所述出气孔7相对应的进气孔13，两个所述通槽Ⅱ12之间通过连接孔Ⅱ14连通，与所述进水孔Ⅰ9和所述出水孔Ⅰ10相对应的所述密封板件Ⅱ2的侧壁设有分别与两个所述通槽Ⅱ12连通的进水孔Ⅱ15和出水孔Ⅱ16，所述密封板件Ⅱ2的下表面还设有密封两个所述通槽Ⅱ12的外挡板Ⅱ17；

所述出气孔7通过所述放电单元与所述进气孔13连通；

所述放电单元与电源连接。

所述放电单元包括三层介质层，所述介质层的一端与所对应的所述凹槽Ⅰ3或所述凹槽Ⅱ4的槽壁连接，所述介质层的另一端与所对应的所述凹槽Ⅰ3或所述凹槽Ⅱ4的槽壁之间具有间隙，所述介质层的材质为高纯度超薄氧化铝板或氧化锆板，位于最上侧的所述介质层18的外侧和位于最下侧的所述介质层19的外侧分别设有薄片金属电极20，位于中间的所述介质层21的两侧均具有栅状金属电极22，所述介质层等间距平行排布，相邻所述介质层之间构成放电间隙23；

所述栅状金属电极22和所述薄片金属电极20为钛或不锈钢材质；

位于最上侧的所述介质层18具有所述出气孔7穿过的孔；

位于最下侧的所述介质层19具有所述进气孔13穿过的孔。

处于同一放电间隙23中的所述栅状金属电极22连接所述电源的同一端；

处于相邻放电间隙23中的所述栅状金属电极22连接所述电源的另一端，

位于最上侧的所述介质层18的外侧和位于最下侧的所述介质层19的外侧的薄片金属电极20均连接与其相邻的所述栅状金属电极22连接的电源端相反的电源端。

本实施例中，位于最上侧的所述介质层18外侧的薄片金属电极20与地线24连接，位于最下侧的所述介质层19外侧的薄片金属电极20接高压线25；

所述密封板件Ⅰ1的上表面与所述外挡板Ⅰ11之间还设有密封垫Ⅰ26；

所述密封板件Ⅱ2的下表面与所述外挡板Ⅱ17之间还设有密封垫Ⅱ27。

所述外挡板Ⅰ11和所述外挡板Ⅱ17为有机玻璃板，其上具有所述电源导线输出孔。

所述密封垫Ⅰ26和所述密封垫Ⅱ27为硅胶材质。

所述密封板件Ⅰ1和所述密封板件Ⅱ2为聚四氟乙烯或硅橡胶；

在放电过程中，含氧气体连续经过所述进气孔13、每个放电间隙23和所述出气孔7排出，如图2中箭头所示。

通过在相同条件下与常规混合放电臭氧合成模块的对比，以验证本实施例中所述模块的优异特性。高纯度氧气经质量流量控制器精确控制计量后流入两个模块内；氧分子与混合放电等离子体区中的活性物种经碰撞化学反应合成臭氧；臭氧浓度检测仪用于对两个模块出气孔排出的气体的臭氧浓度进行检测。常规交流电源为两个模块供能；此外，为计算放电功率，实验采用示波器对放电过程进行了在线监测。同时，放电过程中，循环水制冷机对两个模块进行水冷降温处理。两个模块的臭氧合成结果如表一所示。可见，相同条件下，本实施例中的所述模块的臭氧合成浓度以及臭氧产率要远高于常规混合放电模块，大约分别是其的2倍。

表一 实施例1臭氧合成对比

如图4所示，一种臭氧发生器，包括框架28和位于所述框架上的多个如上述所述的模块。

实施例2

如图3所示，一种用于高效臭氧合成的可堆叠集成板式单元模块，其与实施例1所述的用于高效臭氧合成的可堆叠集成板式单元模块的区别特征为用薄片金属电极20代替栅状金属电极22。

同样地，将本实施例中所述模块的多重体相放电臭氧合成与常规体相放电的臭氧合成进行了对比，以验证本实施例的优越性。表二是实验对比结果。相同条件下，本实施例中所述模块的臭氧合成浓度和效率亦均远高于常规体相放电的结果，大约分别是其的2倍。

表二 实施例2臭氧合成对比

由上述实施例1和2的臭氧合成对比结果可得，本实用新型可在相同的输入功率下将更多的能量注入到等离子体区内，减少了能量浪费，使其更多地用于臭氧的合成，显著地提高了能量的利用效率。同时，因本实用新型采用连续的进气方式(即氧气依次流经放电单元中的放电间隙23)，延长了放电等离子体区活性反应物种的存活时间，从而使其在臭氧合成反应中表现出明显的协同效应，因而进一步提高了臭氧合成浓度和效率。此外，外加水冷处理也显著地降低了放电过程中的温升效应，有效地抑制了臭氧的热分解，促进了臭氧合成。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。