臭氧發生器的結構設計及性能評價

侯凌穎（福建新大陸環保科技有限公司，福建福州350015）

臭氧發生器的結構設計及性能評價

侯凌穎（福建新大陸環保科技有限公司，福建福州350015）

臭氧發生器是一種用于配制獲取臭氧的專業設備，臭氧自身屬于一種極易分解且無法儲存的物質，所以在配制完成后需要立即使用。隨著技術的不斷發展，在極特殊的情況下，可以采用專業技術對其進行短期保存。正是由于臭氧難以保存的這一特定，所以在需要用到臭氧的地方，就要配有專門的臭氧發生器，且其使用的范圍十分廣泛，常見的包括污水處理廠、自來水廠、空間滅菌等。臭氧是滅菌效果最好的消毒制劑，臭氧是通過將空氣、氧氣等物質置于高頻高壓放電的環境中形成的，且其本身是一種極不穩定的化學物質，也是一種強氧化劑，在一定條件下能夠迅速將細菌殺死，且不會出現細菌殘留的情況，更不會對環境造成二次污染，所以也是世界公認的最清潔的消毒劑。

臭氧發生器；結構設計；性能評價

臭氧發生器，顧名思義就是制取臭氧的裝置，由于臭氧自身具有極不穩定不易保存的特征，所以只要需要用到臭氧的地方，都有臭氧發生器的存在。臭氧發生器所制成的氣體可以直接被使用，在具體的滅菌工作中，也可以根據實際需要利用專門的混合裝置使其與混合液進行反應之后再進行殺菌作業。本文就臭氧發生器的結構設計進行研究，并對其使用性能進行評價，借此為臭氧發生器的發展與完善提供參考意見。

1 臭氧發生器的結構和控制設計

1.1 臭氧發生器的結構

臭氧發生器一般由四個主要部分構成，分別為：高頻電源、風機設備、臭氧管以及控制系統。臭氧管作為整個臭氧發生器的主要構件，其構造對與臭氧質量有很大影響，例如，臭氧管的電極，其間隙的大小就影響了臭氧濃度，即間隙越小，臭氧發生器所產生的臭氧濃度就會越大[1]。以沿面間隙管狀電極設計制造的臭氧管為例，通常電極的間隙一般為1～2mm，在高壓環境下發生電離作用時，氧原子、氧分子以及高速運行的電子之間通過相互撞擊最終形成臭氧，臭氧發生器的具體工作流程見圖1。

圖1 臭氧管結構和工作原理示意圖

臭氧發生器使用220V的交流電源作為外界電源，可以通過降壓流變為直電流，供給高頻電源的使用，從而對臭氧管產生高頻的電壓，引起臭氧管的工作，進行氧氣與臭氧之間的轉換工作。風機的作用在于提供氣源給臭氧管工作，進一步加快臭氧管的臭氧氣體向外排放，并及時疏散臭氧發生器在電機工作中所產生的熱量。控制系統則用來控制風機和高頻電源，將臭氧管的運作時間進行合理規劃，調節臭氧管的臭氧產量。

1.2 臭氧發生器的控制電路設計

臭氧發生器的控制系統中主要依靠執行元件風機和高頻電源進行控制，將兩個執行元件進行模塊化的設計，通常采用較少的接線點，較好的絕緣材質。所設置的延時開關在一分鐘內可以進行調整，并按照所需要的臭氧產量進行設定，操作簡單，安全便捷。圖2為臭氧發生器控制電路的原理示意圖。

圖2 臭氧發生器控制電路的原理示意圖

2 臭氧濃度及產量

2.1 氣源對臭氧產量的影響

臭氧發生器是以氧氣作為產生臭氧的原料，所以氣體原料中的氧氣的含量也直接決定了最終臭氧的產量。臭氧發生器根據其結構不同進行劃分，一般可以分為兩種類型，一種是間隙放電式臭氧發生器，另一種則是開放式發生器。這兩種臭氧發生器有各自的優勢，例如，間隙放電式發生器，它的特點是臭氧是在內外兩個電極之間的間隙產生的，這種情況下，更有利于將生成的臭氧集中進行收集，相應的收集到的臭氧的濃度也就更高，該種方式獲得的臭氧一般被應用于自來水的除菌環節。開放式臭氧發生器，其電極是直接曝露在外界的空氣當中的，所以該種方式所產生的臭氧是直接彌散至空氣中，所以最終獲取的臭氧的濃度相對較低，這種臭氧發生器通常被應用于空間相對狹小或者一些體型較小的物體表面的消毒[2]。由于性能上的優勢，間隙式發生器可以被用來替代開放式發生器，但是間隙式發生器的使用成本要顯著高于開放式發生器，所以在發生器的選擇上，還應結合經濟因素進行綜合考量。利用空氣、通過分子篩備的富氧氣體以及氧氣為對比材料，以考查氣體中所含氧氣含量對臭氧產量的影響。表1為氣體原料含量對臭氧含量的影響，本次實驗結果可以看出，氧氣的含量越高，最終獲得的臭氧量也就越多。研究還發現，含氧量為百分之九十與含氧量為百分之九十九兩種類型的氧氣，其最終產生的臭氧量相差不大，所以也可以根據實際需要選擇最適宜的氣源。

表1 氣體源料對于臭氧產量的影響

2.2 氣體流量對臭氧濃度和產量的影響

臭氧本身屬于混合氣體，其濃度可以用質量比或者是體積比來表示，質量比就是在單位體積內，混合氣體中含有的臭氧質量的比重，質量比表示臭氧濃度所使用的單位為mg/L或g/m3等。體積比則是在單位體積內，混合氣體中的臭氧的體積占比多少。衛生行業里，通常使用ppm來表示臭氧的濃度，每立方米的混合氣體中，臭氧所占體積的百萬分之一即為1ppm，在對臭氧發生器的使用性能進行評測時，臭氧濃度是作為評價標準的重要指標。

臭氧發生器的重要參數是由氣體流量來顯示的，氣體流量的多少將作用于臭氧所產生的濃度和產量。通過試驗發現，當氣體流量增加時，臭氧的濃度將會降低，而產量則會得到增加；當氣體流量增加到一定數值時，臭氧的濃度和產量都沒有較大的變化。所以根據臭氧發生器的具體實際的使用需求，可以利用增加氣體流量來增加臭氧的產量，以及降低臭氧的濃度，抑制臭氧的分解，更加準確的確定氣體流量的需求，能夠有效降低電能的浪費和損耗。

3 臭氧發生器在使用中的穩定性

臭氧發生器在投入使用中，為產出臭氧將會釋放大量的熱量，如果臭氧發生器本身的散熱系統以及制冷系統的工作效能較低，或者在功能上還有待完善，那么在生成臭氧的過程中，相關設備會由于工作時產生的摩擦出現發熱的情況，而臭氧本身極不穩定，在遇熱時，分解的速度也會加快，一旦出現這種情況，臭氧的產量將會收到較大影響，此外，發熱情況嚴重，還會對臭氧發生器本身帶來一定的安全隱患。以空氣為氣體源料，并將氣體流量調節到3L/min，對兩臺臭氧發生器進行穩定性試驗，

試驗表明，當臭氧發生器在長時間的工作中，制冷散熱效果差的臭氧發生器所產生的臭氧濃度有明顯的下降，且所產的臭氧量較低，而另一臺臭氧發生器的制冷散熱效果較好，在濃度和產量上沒有較大的區別。隨著技術的革新，現在所使用的臭氧發生器的性能以及工作效率都獲得了顯著的提升，但是在臭氧發生器工作的過程中，始終有越百分之九十的電能無法用于生成臭氧，而是直接轉化為熱能，這部分熱能在設備工作過程中，無法及時發散到外界，所以在工作過程中，臭氧發生器的的溫度會持續升高，直至超過設備原本的設計的運行溫度，在這種高溫狀態下工作，會加快臭氧的分解，進而導致臭氧含量下降，因此其經濟效益也會受到影響[3]。

采用高壓電離的方式，能夠使空氣當中的氧氣進行分解、聚合最終形成臭氧，通過這種方式獲得的臭氧屬于氧元素的同素異形轉變，采用電解水的方式也能獲得同樣的效果。由于臭氧本身的穩定性極差，一般的倉儲方式都很難用來保存臭氧，所以在使用過程中，盡量隨產隨用。

結束語：通過對臭氧發生器在結構和控制設計、臭氧濃度的影響因素以及使用中的穩定性進行分析和探討，可以發現臭氧是一種氧化性極強的不穩定氣體，臭氧輸出濃度受多種因素的影響，其中選擇氣體源料和制冷散熱效果是兩個重要的影響因素。原料氣中的水分含量、碳氫化合物含量，對于形成臭氧的含量存在直接聯系。為了保證臭氧發生器能夠最大限度的發揮其實際效用，在使用中，避免在狹小、潮濕的環境中工作，特別是臭氧發生器在工作過程中，要保證周圍環境的通風，確保空氣干燥，若自然環境無法滿足該要求，可以視情況增設排風扇，且臭氧發生器最好放置于地面以上1.2m以上。

[1]朱孟府,王海燕,宿紅波等.臭氧發生器的結構設計及性能評價[J].中國醫學裝備,2008,5(1):18-20.

[2]黃玉水,呂宏,王立喬等.臭氧發生器電源中容性控制的研究[J].高電壓技術,2002,28(10):41-42,53.

[3]張芝濤,白敏冬,趙艷輝等.高濃度臭氧發生器放電特性實驗研究[J].高電壓技術,2003,29(5):33-35,57.