一种提高板式臭氧发生器氧原子转化效率的方法

技术领域

本发明涉及臭氧制备技术领域，具体地涉及提高板式臭氧发生器氧原子转化效率的方法。

背景技术

臭氧(O

由于臭氧的不稳定性，在工业应用中一般需要现场制备。工业应用臭氧源一般采用气体放电型的板式臭氧发生器。

板式臭氧发生器一般采用微间隙介质阻挡放电模式，包含一系列微米放电微通道，通道中温度较高。而臭氧形成时间很短，只有微秒量级。气体温度平均到间隙需要毫秒量级，在臭氧形成的微秒时间内，气体温度无法通过气流降低。较高的气体温度使放电产生的氧原子转化为臭氧的效率比较低。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种提高板式臭氧发生器氧原子转化效率的方法。

本发明的技术解决方案是：

一种提高板式臭氧发生器氧原子转化效率的方法，该方法的步骤为：

步骤一、给板式臭氧发生器外接电源，使板式臭氧发生器放电，并测量板式臭氧发生器的电流电压波形图，调整外接电源的电压和频率的范围使得每半个周期内只有一个电流脉冲，即辉光放电模式，电压范围为1000V-5000V，频率范围1kHz-50kHz；；

步骤二、测量步骤一中外接电源后的板式臭氧发生器放电通道内的气体温度；

步骤三、根据步骤二测量得到的放电通道内的气体温度计算氧原子转化率，得到氧-臭氧转化率。

所述的步骤一中，板式臭氧发生器的介质为双层介质，双层介质均为氧化铝陶瓷；

所述的步骤二中，采用时间积分光谱仪对板式臭氧发生器的气体分子的转动温度进行测量，在大气压条件下分子之间频繁的碰撞可以是分子的转动能和平动能达到平衡，即可认为等离子体的气体温度与分子的转动温度基本相等，从而得到辉光放电中的通道温度；

所述的步骤三中，计算氧原子转化率的方法为：

设置

其中，k

一种板式臭氧发生器，该板式臭氧发生器包括高压电极、接地电极、双层介质、外接电源、一个工作气体入口和一个臭氧气体出口以及冷却水的进出口，其中双层介质分别与高压电极和接地电极紧密接触；双层介质之间形成0.1-0.5mm的气体间隙，构成放电腔室；双层介质表面均匀、平整，使放电腔室介质阻挡放电沿电极表面处于均匀的辉光放电模式，双层介质之间形成高度0.1mm-0.5mm的腔室，构成气体放电区和臭氧合成区域；所述双层介质表面均匀、光滑，辉光放电均匀分布在整个介质板表面，不出现放电细丝；所述外接电源具有合适的峰值电压和频率，使放电腔室内的放电呈现均匀的辉光放电模式；所述高压电极和接地电极带有冷却系统，使高压电极和接地电极表面温度不致显著升高；所述进气口位于放电腔室的上游，出气口位于放电腔室的下游。

有益效果

(1)本发明采用在均匀辉光放电模式下能有效增大电极之间的放电面积。放电面积上的能量密度适中，能有效减小分子的碰撞面积，进而降低放电通道温度。DBD臭氧发生器放电通道中的温度在均匀辉光放电模式下较低。在相同的外加电压下，辉光放电模式下出口处臭氧浓度更高，臭氧产率更高。臭氧发生器放电模式为丝状放电时，能量集中在狭窄的丝状放电通道内，放电面积上的能量密度较高，导致通道内的电子密度较大，气体分子明显受热。

(2)在该发明的板式臭氧发生器结构和电源驱动下，在大气压氧气中产生了均匀辉光放电，通道是均匀分布在整个电极表面的弥散放电、而不是以往的丝状放电，在相同放电功率下，放电通道和臭氧形成空间区域的气体温度显著降低，氧原子到臭氧分子的转化效率大大提高，从而实现高臭氧浓度和高能量效率。

附图说明

图1为进气口设置在介质板的左侧时本发明的结构示意图；

图2为进气口设置在介质板的上侧时本发明的结构示意图；

图3为放电电流为单脉冲波形示意图；

图4为电压过高时电流波形为多脉冲示意图；

图5为频率过高电流波形为多脉冲示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

参见附图1，一种板式臭氧发生器，它包括：高压电极1、光滑均匀的上层介质2、光滑均匀的下层介质3、接地电极4；

上层介质2和下层介质3采用电介质绝缘材料；上层介质2紧密贴在高压电极1下方，下层介质3紧密贴在接地电极4上方；通过改变介质板之间的距离可改变放电间隙在0.1-0.5mm之间；上层介质和下层介质可采用石英、玻璃、陶瓷等表面光滑且均匀的绝缘材料；

流速为300sccm；

高压电极1与接地电极4为方形结构，厚度在1-3mm之间，二者设置在上层介质2上方与下层介质3的下方；高压电极1与接地电极4的间距在5-10mm之间；高压电极1与接地电极4可采用铝、铜或钨等导电性能良好的金属材料。

高压电极1与接地电极4分别采用连接单独冷却装置，高压电极1通过自吸液体泵与变压器邮箱连接，采用变压油对高压电极1进行冷却；接地电极4通过自吸液体泵与冷却水箱相连，采用水冷对接地电极4进行冷却。

固定电极间隙为0.3mm，工作气体从双层介质板左端流入，从介质板空隙间流过，工作气体平行于介质板连续注入；工作气体可以为氧气、氮气和氧气混合气体、空气，总气体流量控制在300sccm。

利用高压电极1接入高频交流电源，幅度为1000V-5000V，频率为1kHz-50kHz，介质板空隙中产生均匀辉光放电等离子体，并在接地电极4处向外形成辉光放电高效率产生氧原子；放电电流为单脉冲波形，如图3。

如果电压不合适(如过高，大于5.5kV)，则电极间放电为细丝状放电，电流波形为多脉冲，如图4。

如果频率过高(如过高，大于50kHz)，则亦为细丝状放电，电流波形为多脉冲，如图5。

实施例2，在实施例1的基础上，做进一步的限定：

如图2所示，工作气体从介质板上端流入，从介质板空隙间均匀流过，工作气体平行于介质板连续注入。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。