阅读说明：本技术 一种气液反应体系的稳压循环系统和清洗设备 (Pressure stabilizing circulation system and cleaning equipment of gas-liquid reaction system ) 是由 左国军 申斌 田源 李雄朋 范生刚 任金枝 于 2020-07-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种气液反应体系的稳压循环系统和清洗设备,包括反应装置,所述反应装置为密闭容器且连接有进气管路、循环管路,其特征在于,所述反应装置上还连接有稳压管路,所述稳压管路包括用于收集所述反应装置内杂质气体的集气管路、用于排出所述集气管路中收集的杂质气体的泄压装置,所述集气管路上还设置有用于检测集气管路气压的气压检测模组,所述集气管路中气压较大时所述气压检测模组将所述泄压装置启动。气液二相物质反应时存在的杂质气体能够及时的通过集气管路排出,且由于气压检测模组可以根据气压大小控制泄压装置的启闭,从而能够及时调节反应装置内的气压大小,维持气压稳定,有利于反应进行,提高反应转化率,提高产能。(The invention discloses a pressure stabilizing circulation system and cleaning equipment of a gas-liquid reaction system, which comprise a reaction device, wherein the reaction device is a closed container and is connected with an air inlet pipeline and a circulation pipeline. The impurity gas that exists can be in time through the discharge of gas collecting line in the reaction of gas-liquid diphasic material, and because the opening and close of pressure relief device can be controlled according to atmospheric pressure size in can in time adjusting reaction unit maintains atmospheric pressure stable, is favorable to the reaction to go on, improves reaction conversion, improves the productivity.)

一种气液反应体系的稳压循环系统和清洗设备

技术领域

本发明涉及光伏臭氧清洗技术领域，尤其涉及一种气液反应体系的稳压循环系统和清洗设备。

背景技术

随着光伏电池转化效率的逐步提高，对制程过程的洁净度要求也越来越高。目前在光伏湿法清洗中，一般采用HF+HCL或RCA清洗来清洗金属杂质和对硅片脱水，但HF+HCL清洗不能很好的去除一些有机污染，而RCA清洗法中的双氧水具有不稳定性，很难达成量产的状态。

臭氧水是臭氧气体和水的混合液体，臭氧是氧气的同素异形体，具有极强的氧化性，其水溶液尤其对有机脏污具有很好的清洗能力，在污水处理、医疗、环保、光伏、半导体等领域具有非常广泛的应用。以往在污水处理等方向上运用臭氧水时对其浓度的要求不是很高，随着近年的技术进步和市场推广，臭氧水清洗工艺在光伏、半导体等产品的生产工艺上表现出优异的清洗效果，因此利用臭氧可实时制备的便利性，用臭氧清洗工艺代替RCA工艺，减少氨氮排放及双氧水的消耗量。

至于臭氧清洗工艺，目前常规使用的臭氧药液混合制备装置是采用文丘里混合器混合循环系统，依靠文丘里混合器把臭氧发生器产生的臭氧混合气体强行充入循环搅拌的药液中，并在混合桶中混合，再进入清洗槽中。如授权公告号为CN206604394U的中国发明专利中，公开了一种臭氧混合器及其臭氧水制备装置，采用文丘里混合器并分别连接第一单向阀和第二单向阀，从而使得经过文丘里混合器的水体能够溶解尽量多的臭氧气体，制备得到臭氧水。

但是采取上述制备装置制备臭氧水时，由于国际常用的臭氧最高气体浓度比为20-25%，未反应的氧气及微量氮气会随着臭氧在文丘里混合器中由于高压环境一起被强行充入药液中，并以气泡的形式存在于药液中。待药液流入清洗槽后，压力降低，药液中未反应的氧气、氮气会以气泡破裂的形式不断释放，在释放的过程中，造成槽液升温，会降低臭氧分解的半衰期，同时带动臭氧加速分解，导致药液内臭氧浓度下降明显甚至不足，因此清洗时只能通过延长清洗时间的方式来达到预定的洁净程度，影响了产能的提升。并且在长时间作业积累下，在清洗槽上部会形成一个局部高浓度氧气层，对设备的安全性也会造成很大的影响。

发明内容

为了解决上述现有技术中光伏臭氧清洗时，臭氧溶液浓度容易下降甚至不足的缺陷，本发明提出一种气液反应体系的稳压循环系统。

本发明采用的技术方案是，一种气液反应体系的稳压循环系统，包括反应装置，所述反应装置为密闭容器且连接有进气管路、循环管路，所述反应装置上还连接有稳压管路，所述稳压管路包括用于收集所述反应装置内杂质气体的集气管路、用于排出所述集气管路中收集的杂质气体的泄压装置，所述集气管路上还设置有用于检测集气管路气压的气压检测模组，所述集气管路中气压较大时所述气压检测模组将所述泄压装置启动。

优选的，所述集气管路包括插接于所述反应装置内的集气管、与所述集气管连通并位于反应装置外部的液位管，所述气压检测模组安装于所述液位管上。

优选的，所述液位管的一端与所述反应装置连通，另一端与所述集气管的顶端连通，所述气压检测模组包括至少两个安装于所述液位管上的液位测量装置。

优选的，所述集气管路上还设置有反吹管路，所述反吹管路一端连接有压缩空气进口。

优选的，所述进气管路的一端连接气源，另一端连通所述反应装置的进气口，且所述进气管路上沿进气路径依次设有第一阀门、液体检测装置、以及单向阀。

优选的，所述循环管路包括储液装置、连接储液装置与所述反应装置的进液管路、连接储液装置与所述反应装置的出液管路。

优选的，所述进液管路上设有循环泵、启闭阀、流量计、浓度检测仪以及单向阀；所述出液管路上连接有排液阀。

优选的，所述反应装置为混合桶，所述混合桶包括桶身和用于密封所述桶身端部的密封盖，所述密封盖固定于所述桶身的至少一端，所述混合桶上还设置有与循环管路连接的进液口和出液口、与稳压管路连接的第一接口和第二接口。

优选的，所述反应装置为混合桶(1)，所述混合桶包括桶身和用于密封所述桶身端部的法兰密封结构，所述法兰密封结构固定于所述桶身的至少一端，所述混合桶上还设置有与循环管路连接的进液口和出液口、与稳压管路连接的第一接口和第二接口。

本发明还提出一种清洗设备，包括设备本体、上述的稳压循环系统、以及控制设备本体和稳压循环系统运行的控制模块。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、气液二相物质反应时存在的杂质气体能够及时的通过集气管路排出，且由于气压检测模组可以根据气压大小控制泄压装置的启闭，从而能够及时调节反应装置内的气压大小，维持气压稳定，有利于反应进行，提高反应转化率，提高产能；

2、未参与反应的氧气、氮气等杂质气体在混合桶中即被排出，从而避免了在工艺反应槽中产生溢出的氧气过多聚集的现象，降低了安全风险；

3、进气管路和进液管路上均设有单向阀，可以防止未参与反应的臭氧直接进入工艺反应槽中，也可以避免药液进入进气管路中影响正常生产和检测，使得整个设备体系安全稳定；

4、设置了反吹管路，可以为设备异常或维护时提供前置保护措施，方便操作人员顺利进行维修维护；

5、本方案可以应用于光伏臭氧清洗技术领域中，因此维持混合桶一定的压强有利于将臭氧全部溶解于药液中，同时该压强下氧气和氮气等杂质气体的溶解度远小于臭氧的溶解度，从而使得氧气和氮气等杂质气体通过集气管顺利排出，并通过气压检测模组和泄压装置的配合保持混合桶的压强维持在一定水平，促进臭氧继续溶解和杂质气体的不断排出，进而完成了臭氧与杂质气体之间的分离，基于此，本方案也可以适用于其他领域的气液二相混合或反应的体系。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明的整体系统图；

图2是本实施例中的混合桶结构示意图；

图3是另一个实施例中的混合桶结构示意图；

图4是第三个实施例中的混合桶结构示意图。

1、混合桶；2、进气管路；3、进液管路；4、出液管路；5、集气管；6、液位管；7、三通气管；8、反吹管路；9、工艺反应槽；10、桶身；11、密封盖；12、密封件；13、出液口；14、第二接口；15、第一接口；16、进液口；17、压紧活接螺帽；18、开孔上法兰；19、下法兰；手动球阀M1；手动球阀M2；气动气液阀门V1；气动气液阀门V2；气动气液阀门V3；单向阀A；流量计H；循环泵X；浓度检测仪B；异径气液三通连接件Z；超高液位检测器LAH；高液位检测器High；正常工作液位检测器L1.1；正常工作液位检测器L1.2；液体回流检测器L1.3；低液位检测器LOW；超低液位检测器LAL；泄压装置Y。

具体实施方式

一种气液反应体系的稳压循环系统，包括反应装置，反应装置为密闭容器且连接有进气管路2、循环管路、以及稳压管路。

具体的说，反应装置为混合桶1，进气管路2的一端为臭氧气源，可以连接有臭氧发生器等设备，另一端通过异径气液三通连接件Z与混合桶1的顶部连通。进气管路2上沿进气路径依次设有第一阀门、液体检测装置、以及单向阀A，第一阀门为气动气液阀门V1，单向阀为气液混合单向阀，液体检测装置为液体检测元件。

设置气动气液阀门V1的作用是当药液循环系统不需要补充臭氧气体时或在紧急时刻需要及时关闭臭氧进入的通道时，及时关闭；液体检测元件是液体回流检测器L1.3，用于检测进气管路2上是否有药液回流；设置单向阀A的作用是使臭氧气体沿进入混合桶1的方向流动，避免臭氧供气管路中有药液进入。进气管道采用PFA制作，整体或局部需要加工成O型或U型的防倒灌结构，有效排除部分水汽、水滴进入气路中产生检测干扰。

循环管路则包括储液装置、连接储液装置与所述反应装置的进液口16的进液管路3、连接储液装置与所述混合桶1出液口13的出液管路4，所述进液管路3和出液管路4是相对于储液装置的进液管路和出液管路，本实施例中的储液装置为工艺反应槽9。

进液管路3的一端与工艺反应槽9连通，另一端通过异径气液三通连接件Z连接混合桶1的上端进液口16，且进液管路3上安装有循环泵X、启闭阀、流量计H、浓度检测仪B以及单向阀A，启闭阀、流量计H和浓度检测仪B位于循环泵X和单向阀A之间，但三者的相对安装位置并无要求。启闭阀采用手动球阀M1，流量计H的作用是可依据需要设定进液管路3内的流量值，当实际流量超过或低于设定值时，可通过手动球阀M1调节，使流量维持在设定值范围内；设置臭氧在线浓度检测仪B的作用是进液管路3中来自工艺反应槽9内的药液含有的臭氧浓度，从而能够实时掌握臭氧浓度数据；设置单向阀A的作用是使药液沿流向混合桶1的方向流动，避免臭氧未经过充分反应直接进入到工艺反应槽9中。出液管路4上连接有排液阀，排液阀选择手动球阀M2，当设备关闭时，或需要将混合桶1内药液排净，可通过手动球阀M2将混合桶1内的药液排出。

药液存储在工艺反应槽9中，在循环泵X的作用下，药液从工艺反应槽9中流向混合桶1，经与臭氧充分混合后，将药液从混合桶1沿着出液管路4再次排进工艺反应槽9中，从而实现工艺反应槽9内的药液循环，维持臭氧浓度符合要求。上述的异径气液三通连接件Z具有三个连接口，一个接口与进液管路3的管道连接，第二个接口与进气管路2的管道连接，第三个接口与混合桶1的进液口16即进气口连接。

稳压管路包括用于收集混合桶1内杂质气体的集气管路、与所述集气管路连通的泄压装置，所述集气管路与所述泄压装置之间设置有检测集气管路气压并根据气压大小控制所述泄压装置启闭的气压检测模组。

臭氧和药液进入混合桶1中进行混合，且臭氧气体中含有氧气和氮气等杂质气体，由于臭氧与氧气、氮气等在药液中的溶解度不同，臭氧更容易溶解，所以维持混合桶1内的压强在一定的范围内时，可以使臭氧基本溶解于药液中，而氧气和氮气等仍以气体形式存在，当然如果气压过大，则会将氧气和氮气等强行混入药液中并以气泡的形式存在，进而导致工艺反应槽9中臭氧浓度下降明显的问题，因此对于混合桶1中的压强维持极为重要。需要说明的是，上述的杂质气体是指相对于待混合的溶液，溶解度较低的气体均可以定义为杂质气体，而溶解度较高的部分气体则为待溶解的目标气体，在本实施例中该杂质气体为氧气、氮气，臭氧气体则为目标气体，在其它功能的循环系统中，杂质气体则可以为另外的气体。

基于此，集气管路包括插接于所述混合桶1内的集气管5、与所述集气管5连通并位于混合桶1外部的液位管6。集气管5的两端为敞开状态，集气管5壁均匀布满集气孔，用于收集臭氧与药液混合时的杂质气体，集气管5上端插接于混合桶1的上端并与液位管6连通，下端接近混合桶1的桶底。液位管6的一端插接在混合桶1的上端并与集气管5连通，其另一端则连通于混合桶1的桶底，而气压检测模组则安装于所述液位管6上。

气压检测模组包括至少两个分别用于检测高气压和低气压的检测装置，在本实施例中，气压检测模组包括多个安装于所述液位管6上的液位测量装置，具体有六个，分别从液位管6连接集气管5的一端向液位管6连接混合桶1底部的一端依次排布为：

超高液位检测器LAH；起到保护性检测作用，表示混合桶1内气液混合压力不均衡，气压过低，可以配置强制警示效果，提醒操作人员注意；

高液位检测器High；起到位置检测作用，表示混合桶1内气液混合压力过低，检测到液位管6中液位达到该位置时，将泄压装置关闭；

正常工作液位检测器L1.1/L1.2；起到位置检测的作用，表示混合桶1内气液混合压力均匀；

低液位检测器LOW；起到位置检测的作用，表示混合桶1内气液混合压力过高，检测到液位管6中液位达到该位置时，将泄压装置开启；

超低液位检测器LAL；起到系统保护性检测作用，表示混合桶1内气液混合压力不均衡，气压过高，可以配置强制警示效果，提醒操作人员注意。

只有液位管6中的液位处于高液位检测器High与低液位检测器LOW之间的范围内，混合桶1内的杂质气体才能较为顺畅的排出；当处于正常工作液位检测器L1.1-L1.2之间时，混合桶1内的混合压力最佳，此时臭氧溶解度和氧气氮气等杂质气体的分离效果俱佳。

液位管6上安装有用于连接泄压装置Y的三通气管7，三通气管7位于集气管5和超高液位检测器LAH之间，本实施例中泄压装置Y为排风装置如排气扇等。同时，集气管路上还设置有反吹管路8，所述反吹管路8为常闭，且一端连接有压缩空气进口，另一端与液位管6连通，为设备异常或维护时的前置保护性管路。

如图1和2所示，混合桶1包括上端开口的桶身10、固定连接于所述桶身10开口处的密封盖11和密封件12，所述桶身10的底端设有与出液管路4连通的出液口13、与所述液位管6连通的第二接口14，所述密封盖11上设有与进液管路3和进气管路2连通的进液口16、与所述液位管6连通的第一接口15，所述集气管5位于桶身10内且上端通过一段连接管插接于第一接口15中从而与液位管6连接。

至于密封盖11与混合桶1之间的连接形式，本实施例中密封盖11上扣合有压紧活接螺帽17，所述压紧活接螺帽17螺纹连接于所述桶身10的周向侧壁上，并将所述密封盖11抵紧于所述桶身10端部。混合桶1的上端面还开有一圈凹进的槽，槽内放置密封件12即密封圈，当压紧活接螺帽17将密封盖11抵紧在混合桶1上端面上时，也压紧于密封圈上从而形成良好的密封效果，压紧活接螺帽17开设有通孔，其数量及大小应与密封盖11上的进液口16和上接口15相适配。

在另一个实施例中，如图3所示，密封盖11可以包括开孔上法兰18和下法兰19，混合桶1由耐腐蚀氧化的PVDF/PTFE注塑而成，混合桶1上端开口处的周侧侧壁上加工有螺纹槽，而下法兰19内壁则加工有与其配套的螺纹，下法兰19与桶身10螺纹装配后，再双面焊接形成固定，最后将开孔上法兰18固定安装于下法兰19上。同样的，下法兰19与开孔上法兰18的装配面上开有一圈槽用于放置密封件12即密封圈，安装之后形成良好的密封效果。开孔上法兰18由PVDF加工而成，且进液口16和第一接口15则开设于开孔上法兰18上。

在第三个实施例中，如图4所示，为减低加工难度，节省成本，混合桶1的两端均为开口设置，且两端均固定连接有密封盖11，所述桶身10上下两端的两个所述密封盖11均包括开孔上法兰18和下法兰19，所述下法兰19同样通过螺纹和焊接固定套接于所述桶身10的周向侧壁上，所述开孔上法兰18与所述下法兰19固定连接并设置有密封圈。此时，出液口13和第二接口14则开设于混合桶1底端的上开孔法兰上了。

需要说明的是，三通气管7上安装有耐腐蚀氧化的气动气液阀门V2，气动气液阀门V2一端采用耐腐蚀管道并与液位管6连通，另一端连接泄压装置；反吹管路8上配置有耐腐蚀氧化的气动气液阀门V3，气动气液阀门V3一端采用耐腐蚀管道并与液位管6连通，另一端则连接压缩空气设备如空气压缩机等；进气管路2上的气动气液阀门V1也为耐腐蚀耐氧化的气体阀。

本发明的工作原理为：臭氧从进气管路2中进入混合桶1，药液通过循环泵从工艺反应槽9中进入混合桶1，二者在混合桶1中进行混合，臭氧溶解于药液中，再通过出液管路4回到工艺反应槽9中，从而维持了工艺反应槽9中的臭氧浓度，提高了臭氧清洗工艺的产能。而混合桶1中由于进入的臭氧气体浓度不高，含有氧气氮气等杂质气体，其难溶于药液中，或以气泡的形式存在于药液中，从而增大了混合桶1内的压强，此时由于集气管5的设置，氧气氮气等杂质气体可以顺着集气管5进入液位管6中，并通过泄压装置排出外部，从而降低了混合桶1内的压强，也顺利的将杂质气体与臭氧分离，避免了氧气随着药液进入工艺反应槽9后带来的问题，也维持了混合桶1内的压强在较为稳定的范围，有利于提高臭氧的溶解度。

本实施例还公开了一种清洗设备，用于在光伏清洗技术领域中，其包括设备本体、前述的气液反应体系的稳压循环系统、以及控制所述设备本体和循环系统运行的控制模块。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。