CN101001807A - 臭氧发生器及其电极 - Google Patents
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Abstract
本发明的臭氧发生器包括：至少一个管状外部电极(4)；至少一个内部电极(7)，每个内部电极包括多个金属管状段(8)，它们在每一端至少部分地封闭，并且在外部涂覆有陶瓷，这些管状段被彼此前后布置、无机械耦合、具有电学连接；杆(11)，其轴向穿过管状段(8)，并在端部设有将管状段彼此之间轴向夹紧以建立电接触的装置(12、13)。每个金属管状段(8)在其每端设有外凸形端板(8a、8b)，其大致为球形帽形式，并且包括用于电接触的中心区域(18)，还设有由至少两个薄层(9a、9b)构成的陶瓷涂层(9)。
Description
技术领域
本发明涉及下述类型的臭氧发生器，其包括：
—至少一个管状外部电极，
—至少一个内部电极，其包括多个金属管状段，所述管状段在每一端至少部分地封闭，并且在外部涂覆有陶瓷，这些管状段被彼此前后布置、无机械耦合、具有电学连接，
—用于相对于外部电极保持管状段以形成环形放电间隙的装置，
—杆，其轴向穿过管状段，并且在端部设有将管状段相互之间轴向夹紧以建立电接触的装置，
—用于将所有电极连接至交流电源的装置，以及
—用于使含氧气体在所述间隙内流通的装置。
背景技术
这种类型的臭氧发生器已经为我们熟悉了，例如，从美国专利No.5,145,653中。在这种发生器中，通过在电极上施加可满足极限条件的交流电压，电晕放电发生在由陶瓷涂层和外部电极形成的电介质的表面之间的间隙中。这些放电导致了臭氧的产生。使用陶瓷作为电介质涂层使得获得臭氧的生产效率高于使用玻璃作为涂层时的生产效率。特别地，留在发生器中气体中的臭氧含量超过重量的12％。
但是，陶瓷涂层相对较脆并且可能会出现阻碍表面电荷良好分布的裂纹，这可能会导致陶瓷局部超出容许电压的极限。这会引起陶瓷涂层的损坏并导致发生器被取下进行修理。
通过带有陶瓷涂层的管状段的轴向夹紧而产生的机械应力也可能会促进陶瓷涂层中出现破裂。
发明内容
本发明的目的是，首先，提供一种不再具有、或在更少程度上具有上述概括缺点的臭氧发生器。特别地，希望发生器的设计考虑到陶瓷涂层良好地抵抗机械应力和电学应力，以大程度降低陶瓷涂层出现破裂的危险，并且提高装置效率。
根据本发明，前面定义的类型的臭氧发生器的特征在于，每个金属管状段在每一端设有外凸形端板，其大致为球形帽形式，包括用于电接触的中心区域，此外，陶瓷涂层包括被依次连续沉积的至少两个层。这种装置呈现出对机械应力和电学应力的增强的抵抗力。
陶瓷涂层出现破裂的危险在相当大程度上降低了。
优选地，装置被设计成使得每个内部电极能够承受施加于轴向杆端部的至少两倍于额定扭矩的扭矩，而陶瓷涂层不出现破裂。
每个层的厚度优选在50和300μm之间。
有利地，陶瓷涂层的每个层是通过浆料涂覆、粉末涂覆或等离子喷涂而沉积的。
管状段的外表面可以呈现为具有粗糙度，尤其是以凹槽形式，以增强陶瓷涂层的结合力。有利地，凹槽或不规则结构的深度是0.1mm的量级。作为变化，管状段的外表面可以通过喷砂处理而粗糙化。
管状段的每个端板的中心区域包括孔，其由相对于端板在轴向上向外突伸超出陶瓷涂层的圆柱形突缘环限定。
优选地，外部电极和内部电极和管状段由不锈钢制成。
本发明还涉及如前面定义的用于臭氧发生器的内部电极，所述内部电极包括多个金属管状段，它们在每一端至少部分地封闭并且在外部涂覆有陶瓷，这些管状段被彼此前后布置、无机械耦合、具有电学连接，其轴向穿过管状段并在其端部提供有将管状段彼此之间轴向夹紧以建立电接触的装置的杆，其特征在于，每个金属管状段在每一端设有外凸形端板，大致为球状帽形式，其包括用于接触的中心区域，此外，陶瓷涂层包括被依次连续沉积的至少两个层。
附图说明
除了上面描述的特征之外，本发明涉及很多其它特征，下面将关于附图介绍的有关实施例进行清楚的介绍，但本发明决不限制于此。在这些附图中：
图1为根据本发明的臭氧发生器的示意性纵向剖视图。
图2为沿图1中的线II-II剖开、从左面看过去的竖直剖视图。
图3为放大比例后的类似图1的局部纵向剖视图。
图4为沿图3中的线IV-IV剖开、放大比例后的示意性横向剖视图。
图5为放大比例后的管状段壁和其涂层壁的局部纵向剖视图。
图6为放大比例后的管状段壁在涂层之前，外表面上带有凹槽时的局部横向剖视图。
图7为根据本发明的内部电极的管状段的端部的透视图。
图8为与图7比例不同的管状段的端部侧视图。
具体实施方式
在附图的图1中臭氧发生器被示出，其被安置于容器(罐)1中，容器大致为圆柱形、两端封闭。容器1在其每个纵向端部附近包括垂直于容器轴线的壁2、3。每个壁具有对置孔，所述孔中安装有从一个壁2延伸至另一壁3的管4。管4的长度可以为两米或以上的量级。管4的端部分别被焊接到壁2和3上。金属管4组成了与接地电位相连的外部电极。可以认为是一组管4形成了单个外部电极。为了清楚起见，在图1中，所描述的管4的数量被限制了，但是，实际上，管的数目可以大于100。
管4被以***漏的方式被固定到容器的内部和壁2、3上，壁2、3同样以***漏方式，特别通过焊接方式，被固定到容器1的圆柱形壁上。冷却液，例如水，被用来从外部冷却管4。冷却液被通过进口5引入并通过出口6排出。
内部电极7被安置于每个管4的内部。每个内部电极7由多个金属管状段8制成，所述管状段在其每端被至少部分地封闭，并设有外部陶瓷涂层9。管状段8被彼此前后布置，成一直线；通过它们的相互接触的端部，它们是无机械耦合的(即彼此不机械式连接)，并且建立了电学连接。
用于保持管状段8相对于外部电极4的位置的装置10被提供，以在陶瓷涂层9的外表面和外部电极4的内表面之间形成环形放电间隙I。装置10通过例如固定到管4内壁上的绝缘突起而形成。
金属杆11轴向穿过管状段8并从每个端部伸出。杆11的端部截面被加工有螺纹并设有夹紧螺母12、13，它们抵靠在最后一个相邻段8的端板上。每个杆11的一端，在图1中是位于右侧的一个，被与导线14电学连接，导线14反过来与交流电压源15的高电端子连接。绝缘体16在导线14在容器1壁上的进口位置处围绕着该导线。
每个金属管状段8在其每端设有外凸形端板8a、8b，其大致为球形帽形式，尤其大致为半球。端板8a、8b的曲率半径可以不同于管状段8的圆柱形部分的半径。
端板8a、8b的中心区域具有孔17，以使杆11可以从中穿过。这个孔17由相对于端板8a、8b向外定向的圆柱形突缘环18限定。
为获得指定的厚度，陶瓷涂层9由至少两个薄层9a、9b(图5)组成。层9a、9b的厚度之和对应于预期的厚度。层9a、9b被依次连续沉积于管状段8上。层9a、9b的数目可以大于2，尤其等于3。每个层9a、9b的厚度优选在50和300μm之间。
陶瓷涂层9覆盖了管状段的圆柱形部分和外凸形端板8a、8b，但是突缘环18的轴向端部从涂层9突伸出来。这样，当利用杆11和螺母12、13而被轴向夹紧时，两个连续的管状段8的突缘环18可以相互抵靠并且建立电接触。
有利地，管状段8的外表面具有足以增强陶瓷涂层9结合力的粗糙度。
根据第一种可能性，管状段8在其外表面上包括凹槽19(图6中所示)，所述凹槽典型地采用关于段的轴线环形回转的形式，凹槽19的深度为0.1mm量级。作为变化，段8外表面的粗糙度通过在适宜的压缩空气压力下喷砂而获得。
管4和管状段8优选由不锈钢制成，壁2、3和容器1也一样。
用于使发生器内的含氧气体尤其是空气流通的装置包括容器上的进口嘴21，其敞开到位于壁3和容器的相邻端板之间的空间中。气体可以在间隙I内流通以到达由壁2和容器的另一端板所限定的腔内。富含臭氧的气体通过出口嘴20被排放。
用于涂层9的陶瓷的选择要满足下面的要求：
—在钢制管状段8的表面上的强大粘结力；
—对机械应力的高抵抗力；
—合适的热膨胀系数；
—高介电强度，高于10kV/mm；
—可调整的介电常数；
—相对于氧化剂的稳定性。
在这些要求中，前面的两个最难满足。
陶瓷的粘结力可以利用锤子敲击陶瓷表面很容易地试验。由此得到的碎片或裂片的形态应与锥形孔相似，其末端由管状段的壁上的钢材点形成。如果管状段显示出较大面积的钢材壁的形态，则清晰地表明陶瓷的粘结力不足。
根据前面的解释所获得的管状段8的表面粗糙度在相当大程度上增强了陶瓷涂层的结合力。
陶瓷涂层的机械强度可以通过在发生器内装配管状段8而证实。为了这一目的，大于额定扭矩的扭矩被施加到位于轴向杆11端部的螺母12或13上。例如，试验扭矩大于额定扭矩的两倍。这样，当螺母12、13的扭矩被设计为1Nm的量级时，陶瓷涂层上的机械抵抗力试验使用大约3Nm的扭矩进行。根据本发明，被涂覆有至少两个层9a、9b的带有外凸形端板的管状段8承受扭矩，而陶瓷涂层中不出现裂纹。
管状段的端部8a、8b的外凸形表面，其大致为球形帽形式，具有的曲率半径可以保证电场的最优迁变。端部8a、8b的圆形形状使其可能地避免了外部电极和内部电极之间电场的过分尖角和过分陡变。
根据本发明的发生器很好地抵抗压力和/或电压和/或温度的冲击。特别地，当臭氧含量超过重量的12％时，由于臭氧分解带来的不稳定性，紧接着就会出这种冲击。对于这个臭氧含量，当臭氧分解时，带有热释放的压力冲击就会发生。
根据本发明的发生器的操作可以从上述解释直接得出。
从嘴21进入的空气流经间隙I，并且因为内部电极7、8和外部电极4之间的电压而遭遇电荷放电。臭氧被产生并且富有臭氧的空气从嘴20流出。
根据本发明的发生器以下述条件正确操作：
—以高试验电压为16kV，而非通常提供的10kV；
—在正常操作中，以最高达12kw/m2的级别放电，而非6kw/m2，才会激发外部绝缘失效；
—施加到螺母12或13上的机械扭矩最高达6Nm，而非通常提供的2Nm。
尽管在这些极端条件下工作，管状段8的陶瓷涂层中不会出现裂纹。
Claims (12)
1.一种臭氧发生器，包括：
-至少一个管状外部电极(4)，
-至少一个内部电极(7)，其包括多个金属管状段(8)，所述管状段在每一端至少部分地封闭，并且在外部涂覆有陶瓷，这些管状段被彼此前后布置、无机械耦合、具有电学连接，
-用于相对于外部电极保持管状段以形成环形放电间隙(I)的装置(10)，
-杆(11)，其轴向穿过管状段(8)，并在端部设有将管状段彼此之间轴向夹紧以建立电接触的装置(12、13)，
-用于将所有电极连接至交流电源的装置(14)，以及
-用于使含氧气体在所述间隙内流通的装置(20、21)，
其特征在于，每个金属管状段(8)在其每端设有外凸形端板(8a、8b)，其大致为球形帽形式，并且包括用于电接触的中心区域(18)，此外，陶瓷涂层(9)包括被依次连续沉积的至少两个层(9a、9b)。
2.根据权利要求1所述的发生器，其特征在于，其被设计为可承受施加到轴向杆(11)端部上的至少为额定扭矩两倍的扭矩，而陶瓷涂层(9)不破裂。
3.根据权利要求1或2所述的发生器，其特征在于，陶瓷涂层的每个层(9a、9b)的厚度在50和300μm之间。
4.根据权利要求1至3中任一所述的发生器，其特征在于，陶瓷涂层的每个层(9a、9b)是通过浆液涂覆、粉末涂覆或等离子喷涂沉积而成的。
5.根据前面任一权利要求所述的发生器，其特征在于，管状段(8)的外表面具有适于增强陶瓷涂层结合力的粗糙度。
6.根据权利要求5所述的发生器，其特征在于，管状段(8)的外表面被加工出凹槽(19)。
7.根据权利要求6所述的发生器，其特征在于，凹槽(9)的深度为0.1mm的量级。
8.根据权利要求5所述的发生器，其特征在于，管状段(8)的外表面通过喷砂处理而被粗糙化。
9.根据前面任一权利要求所述的发生器，其特征在于，管状段的每个端板的中心区域包括孔(17)，所述孔由相对于端板在轴向上向外突伸超出陶瓷涂层(9)的圆柱形突缘环(18)限定。
10.根据前面任一权利要求所述的发生器，其特征在于，外部电极(4)、内部电极(7)和管状段(8)由不锈钢制成。
11.根据前面任一权利要求所述的发生器，其特征在于，管状段(8)的端板(8a、8b)的曲率半径大致等于管状段(8)的圆柱形部分的半径。
12.用于根据前面任一权利要求所述的臭氧发生器中的内部电极，其包括多个金属管状段(8)，所述管状段在每一端至少部分地封闭，并且在外部涂覆有陶瓷，这些管状段被彼此前后布置、无机械耦合、具有电学连接，杆(11)轴向穿过管状段，并且在端部设有将管状段彼此之间轴向夹紧以建立电接触的装置(12、13)，其特征在于，每个金属管状段(8)在其每端设有外凸形端板(8a、8b)，其大致为球形帽形式，并且包括用于电接触的中心区域，此外，陶瓷涂层(9)包括被依次连续沉积的至少两个层(9a、9b)。
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