具有热管冷却功能的臭氧发生器
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的特征的臭氧产生装置。
臭氧是有机化合物和无机化合物的强大的氧化介质。臭氧有多种应用领域，其中之一就是在水处理中的应用。
从技术上讲，臭氧可以在无声放电条件下从含氧气体中产生。与火花放电相比，无声放电应理解为稳定的等离子体放电或电晕放电。分子氧被分解成原子氧。活性氧原子随后在放热反应中附着至分子氧，由此形成三原子分子，即臭氧。臭氧产生量主要取决于电场强度和工作温度。对工作温度的依赖性取决于这样一个事实，即臭氧在更高的温度下再次分解为分子氧，并且，由于产生的臭氧和分解的臭氧之间的平衡发生位移，因此可利用的臭氧浓度较低。
已知具有多个用于产生臭氧的放电间隙的电极组件。与单间隙系统相比，它们具有几个优点，例如：更好地利用反应器容积、更低的空间需求、更低的投资成本和更大的放电面积。然而，主要的困难在于充分的冷却，这是实现高浓度臭氧和高效率所必需的。
为了避免过多的热量积累，通常采用水直接冷却外部电极。然而，对于多间隙布置，这些已知的冷却系统效率太低。
日本专利文献JP2001-210448公开了一种用于气体处理装置的电晕放电装置，例如具有包括一个间隙的电极布置的除臭器。中央热管与放电电极的内部密封接触。通过去除中央棒状热管在放电过程中产生的热量，可以提高冷却效果。
本发明的目的在于提供一种臭氧产生装置，其能够从至少一个放电间隙和产生装置的部件中去除过多的热量。
上述问题通过具有权利要求1中列出的特征的臭氧产生装置来解决。
因此，提供一种用于从含氧气体中产生臭氧的装置，其具有电极布置，所述电极布置具有至少一个高压电极和至少一个环形接地电极，其中，在所述至少一个高压电极和所述至少一个接地电极之间设有环形电介质，其中，所述至少一个高压电极被至少一个环形热管包围。所述至少一个高压电极、所述至少一个接地电极和/或环形电介质可以被设计成环形热管。
环形热管具有径向间隔开的内壁和外壁，该内壁和外壁在横截面上限定了环形空间。环形热管允许高效率地冷却放电间隙或电极装置的部件。此外，不需要冷却介质和泵送系统，并且，冷却部分可以放置在靠近放电间隙的位置。因此，这些系统要小得多。
优选地，中央高压电极由具有圆形横截面的金属热管形成。由此，可以将热量有效地传递出内部结构。在另一优选实施例中，中央高压电极由布置在具有圆形横截面的热管上的填充材料形成。该热管可以是绝缘体。填充材料可以是不锈钢网或织物。由于电极布置可以表现出本质上安全的电气行为，因此尤其在发生故障的情况下有利，并且，在故障期间，仅由填充材料组成的较轻的内部电极可以蒸发而不会损坏实质上较高质量的外部电极。尽管发生故障，臭氧发生器通常可以继续运行。
有利地，至少一个环形热管形成电极。电极可以直接冷却，由此进一步节省安装空间。
在一实施例中，形成由气体穿过的至少两个放电间隙，其中，所述间隙中的一个间隙形成在高压电极和电介质之间，另一个间隙形成在所述电介质和接地电极之间。在另一实施例中，形成由气体穿过的四个放电间隙，其中，一个高压电极和一个接地电极分别由环形热管形成。用于产生臭氧的多个放电间隙提供了上述优点。通过使用环形热管，即使在内部也可以有效地冷却系统。
优选地，环形热管是带有风冷翅片式冷凝器的热交换系统。在另一优选实施例中，热交换器被设置在环形热管的冷凝区域内，其中，所述热交换器的冷却套直接连接至所述热管。
如果至少一个环形热管中的每一个是封闭式热交换系统，则将有利。
优选地，在无声放电条件下从含氧气体中产生臭氧。
将参考附图描述本发明的优选实施例。在所有附图中，相同的参考符号表示相同的部件或功能相似的部件。
图1为显示具有由玻璃制成的中央热管的臭氧发生器的多间隙放电单元的横截面示意图；
图2为显示具有由金属热管和不锈钢丝网构成的中央高压电极的臭氧发生器的多间隙放电单元的横截面示意图；
图3为显示具有用作高压电极的中央热管的臭氧发生器的多间隙放电单元的横截面示意图；以及
图4为显示放电间隙中的热管布置的示意图。
图1示出了臭氧产生装置的电极布置1，其具有一组环形电极和带有圆形截面的中央热管2，所述热管由以嵌套方式安装的玻璃制成。形成高压电极4的不锈钢网3包围隔离器2(中央热管)。高压电极4被接地电极5同心地包围，其中，在电极4、5之间设有电介质6。接地电极5再次被由高压电极8覆盖的电介质7包围。在高压电极4、8与电介质6、7之间以及在电介质6、7与接地电极5之间形成有间隙9。
中央热管2是一个中空的圆柱形管，其填充了在内部高压电极的工作温度下会蒸发的材料。如图4所示，该管可以延伸至阀盖10中，其中，该阀盖设有一些延伸表面11。延伸表面11可由螺旋缠绕的翅片、螺柱、纵向组织的翅片或其他已知形式的延伸表面来实现。在热管2的冷凝区域中，管2由通过阀盖10循环的空气得到冷却。蒸发和冷凝的材料通常可以是水、甲醇、乙醇或氨。
热管是提供高传热效率的传热装置。热管具有封闭的空腔，该空腔中充满了可冷凝的传热介质。热量被输入到蒸发器部分的热管中，在蒸发器部分，工作流体被蒸发，并且蒸汽流到热管的冷凝器部分，从而释放被辐射或传导到外部负载或水槽的热量。然后，冷凝后的工作流体通常通过回流或通过毛细作用引导液体的芯返回到蒸发器部分。
具有双壁结构的环形热管12形成接地电极5和外部高压电极8。这些热管通常可以由不同等级的钢、铝合金或铬镍铁合金制成。
每个热管2、12优选地具有其自身的封闭式热交换系统。
在图2中，内部高压电极4由网格3和中央热管2形成，它们均由金属制成。
在图3的电极布置中，中央热管2仅形成内部高压电极4。不提供网格。
图4示出了由放电间隙9围绕的中央热管2的布置。冷却部分10位于放电间隙的外部。散热片11被空气得到冷却。
在实际使用中，可以根据实际需要确定至少一个接地电极、至少一个绝缘层和至少一个高压电极的数量。根据本发明的装置可以用于其中一个或多个间隙用于放电的系统。至少一个环形热管允许有效地冷却至少一个放电间隙。不需要用水进行额外冷却。使用环形热管具有显著的设计优势；反应区域不需要直接冷却，也不需要冷却介质和泵送系统，冷却部分可以放置在放电间隙附近。因此，这些系统要小得多，并且可以开发为“即插即用”解决方案。
优选地，在热管的冷凝区域中设有带冷却套的热交换器。这样就可以将由热管产生的热量传递到热交换器的冷却水中。对于具有多个高压电极的大型系统，如果在热交换器的冷却套和热管之间使用联锁连接，则是有利的。
热管可以但不必由导电材料制成。因此，电极布置、高压电极、接地电极、甚至电介质的元件都可以设计成热管。
本发明显著地提高了臭氧发生器的效率和臭氧输出的浓度。由于每个表面积所需的功率输入较少，因此可以实现高温和低温区域之间的热平衡，这会减少氮氧化物的产生。
