家電產品臭氧濃度控制相關因素研究

高 偉 李星湖 湯 璐 潘耀權 徐藝寧

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519000）

引言

臭氧濃度的控制對于應用了臭氧除菌除臭特性的產品而言至關重要，在應用臭氧的產品上[1]，通常通過導風結構及控制程序調節及控制環境臭氧濃度，在設計初期，因產品外形影響，臭氧發生器的固定結構及擺放位置、產品外殼進出風口布置等均有較大差異，會導致臭氧濃度的變化相對不同，需通過程序進一步控制其工作時間以達到臭氧濃度滿足設計需求，所以針對臭氧濃度的影響因素需進一步研究分析，總結歸納應用了臭氧除菌除臭產品的經驗。

1 臭氧發生器簡介

市面上臭氧的制取方法和技術常見有三種：光化學法、電化學法、高壓放電法，分別對應的零部件分別是紫外線臭氧發生器、電解純水臭氧發生器、臭氧發生器。其中家電行業應用較多為光化學法對應的紫外線臭氧發生器及電暈放電法對應的臭氧發生器，本文主要研究應用高壓放電法，應用高壓放電法的臭氧發生器，主要結構構成一般有兩種①倍壓模塊+陶瓷片②倍壓模塊+電極片，具體結構示意圖如1所示。

2 工作原理分析

利用高壓放電原理的臭氧發生器工作原理[2]：模仿自然界雷電產生臭氧的方法，利用一定頻率的高壓電流制造高壓電暈電場，電暈中的自由高能粒子理解為O2分子，經過碰撞為O3分子。臭氧的性質極不穩定，生產之后會快速分解，所以臭氧只能現產現用。

經過查閱臭氧相關文獻[3]及相關產品評審問題可初步得出，風速、溫度、進出風口（風量）、風機、進出風口與臭氧發生器相對位置等四個因素可能對臭氧的制作和衰減有一定的影響，所以確定研究因素為：①臭氧發生器表面風速對臭氧濃度的影響②環境溫度對臭氧濃度的影響③風機、臭氧發生器與進出風口三者相對位置對臭氧濃度的影響④臭氧發生器固定殼體進出風口面積對臭氧濃度的影響。

3 試驗驗證

3.1 臭氧發生器表面風速對環境臭氧濃度的影響

試驗目的：驗證臭氧發生器表面風速對臭氧生成的影響以及驗證倉內風速對臭氧衰減的影響。

圖1 臭氧發生器結構構成圖

試驗方案：將臭氧發生器放置在3 m3測試倉中心位置，連接12 V電源，在距離陶瓷片5 cm放置小臺扇并啟動小臺扇（見圖2），設計小臺扇的風速檔位為變量，關閉測試倉，本試驗共需15 min，啟動12 V電源后第5 min關閉，第10 min打開倉門，記錄開啟電源后的15 min，倉內臭氧濃度的數據[4]。

圖2 臭氧發生器表面風速對臭氧濃度的影響試驗布局圖

試驗器材：30 mg/h臭氧發生器；12 V電源；3 m3測試倉；風速計；臭氧濃度檢測儀；小臺扇。

試驗結果如圖3。

圖3 臭氧發生器表面風速對環境臭氧濃度的影響數據趨勢圖

試驗數據分析：

①臭氧發生器表面有風機，5 min內倉內臭氧濃度的上升速度會減少，有風機比無風機降低50 %臭氧濃度上升速度，在3 m3空間內使用一個臭氧產生量為30 mg/h的臭氧發生器：

式中：

V上升-臭氧濃度上升速度；

v風-風速。

可以認為，當風速越低，環境內臭氧濃度上升速度越大。

②在打開倉門時，臭氧發生器表面如果有風速，臭氧濃度在5 min內的衰減百分比相對沒有風機的低10 %左右，對于打開倉門要求臭氧快速衰減的需求而言，有風速反而不利于臭氧濃度快速衰減，臭氧衰減百分比長時間保持在90 %左右，臭氧不能完全衰減。

3.2 臭氧發生器局部高溫與環境溫度對臭氧濃度的影響

試驗目的：驗證溫度對臭氧生成速度的影響以及驗證溫度對倉內臭氧濃度的影響。

試驗方案：將臭氧發生器放置在3 m3測試倉中心位置，連接12 V電源，在距離陶瓷片5 cm放置暖風機啟動暖風機（見圖4），設計陶瓷片與暖風機的距離為變量，關閉測試倉，本試驗一組用時15 min，啟動12 V電源第5 min后關閉，記錄開啟電源后的15 min倉內臭氧濃度的數據。

圖4 環境溫度對臭氧濃度的影響試驗布局圖

試驗器材：30 mg/h臭氧發生器；12 V電源；3 m3測試倉；臭氧濃度測試儀；電暖器。

試驗結果如圖5。

圖5 溫度對臭氧濃度影響數據趨勢圖

試驗數據分析：

①對照無電暖器試驗對照組可知，當臭氧發生器靠近熱源（約60 ℃）時，會降低產生臭氧濃度速度27 %左右，原因分析為臭氧發生器上陶瓷片受熱影響，降低了臭氧生成速度，所以臭氧發生器不宜靠近熱源。

②降低臭氧發生器的局部溫度，提高環境溫度（約35 ℃，無電暖器試驗組環境溫度約為25 ℃）的條件下，臭氧濃度上升速度提升1.6 倍左右，臭氧濃度下降速度提升了3.6倍左右，本次試驗所得經驗公式：

式中：

V上升-臭氧濃度上升速度；

V下降-臭氧濃度下降速度；

T-溫度。

得出臭氧的環境溫度小于32.2 ℃時，環境中臭氧濃度上升速度大于臭氧濃度下降速度。

3.3 風機、臭氧發生器與進出風口三者相對位置對臭氧濃度的影響

試驗目的：驗證用于固定放置臭氧發生器的殼體中，風機、臭氧發生器與進出風口三者相對位置對臭氧濃度的影響。

試驗方案：將臭氧發生器和風機、風口的相對位置改變并一同放在35*25*15 cm的殼體中，并一起放置在3 m3測試倉中心位置，風機和臭氧發生器分別連接12 V電源（見圖6），設計三者相對位置為變量，關閉測試倉，同時啟動兩個12 V電源，其中臭氧發生器的電源10 min后關閉，記錄開啟兩個電源后的20 min倉內臭氧濃度的數據。

圖6 風機、臭氧發生器與進出風口三者相對位置對臭氧濃度的影響試驗布局圖

試驗器材：30 mg/h臭氧發生器；12 V電源；3 m3測試倉；溫度探頭；臭氧濃度測試儀；小型風機；固定殼體。

試驗結果如圖7。

圖7 風機、臭氧發生器與進出風口三者相對位置對臭氧濃度的影響試驗趨勢圖

試驗數據分析：

①當臭氧發生器安裝在產品殼體內并且無風機的情況下，10 min內臭氧量和濃度上升速度僅約為有風機的1/3 ，因為臭氧產生需要氧氣，陶瓷片產生的熱量不足以使空氣發生流動，所以在啟動臭氧發生器后的5 min臭氧充滿殼體后才開始溢出，所以如果需快速提升環境臭氧濃度，產品建議配置風機，使產品殼體內的臭氧得以吹出。

②通過對比2、3試驗組，臭氧發生器產生的臭氧如經過風機，環境臭氧濃度上升速度比臭氧不經過風機高12 %左右，所以臭氧發生器如果安裝在產品內部，風機出風口緊貼殼體出風口效果最好，臭氧發生器應布置在風機進風口。

③對比該因素的所有試驗組，臭氧發生器陶瓷片最好放于內部殼體角落，結合風速試驗組的結論，風速高對環境臭氧濃度提升速度有抑制作用，所以當臭氧發生器放在殼體內部角落，風機吸力對角落的流速影響較小，臭氧發生器的臭氧產生效率最高，所以最佳搭配為風機出風端與殼體出風口直接分布、風機進風口與臭氧發生器呈L型分布。

3.4 臭氧發生器放置殼進出風口面積對臭氧濃度的影響

試驗目的：驗證用于固定放置臭氧發生器的殼體進出風口面積對臭氧片發生器的臭氧產出、衰減影響。

試驗方案：將臭氧發生器和風機采用一定的相對位置放置方案放在35*25*15 cm的殼體中，并一起放置在試驗室中，連接12 V電源，并在殼體中開不同面積的進出風口，設計打開關閉不同進出風口為變量，連接電源時同步計時，試驗員距離殼體50 cm處正常呼吸，聞到臭氧聞到記錄用時。

試驗器材：臭氧發生器；12 V電源；固定殼體。

試驗數據如表1。

表1 進出風口面積對臭氧擴散用時記錄表

試驗數據分析：

如果產品殼體內不設計風機吹出內部臭氧，殼體通風面積越大，臭氧散發速度越快，通過數據分析，考慮進出風口面積在（2～4）cm2階段的效果提升最大，人聞到臭氧的用時縮短較多，所以使用單個30 mg/h臭氧發生器所匹配的進、出風口面積最適宜為（3～4）cm2。

4 結論

①臭氧發生器表面風速會對臭氧發生器產生臭氧有抑制作用，試驗總結：

式中：

V上升-臭氧濃度上升速度；

v風-風速。

②密封空間內配置循環風機時打開密封空間后會使抑制臭氧衰減速度，相同時間內臭氧濃度衰減量僅為90 %，比打開沒有循環風機的密封空間，臭氧衰減至90 %左右用時約多5 min，如需快速降低臭氧含量需關閉內循環風機。

③臭氧發生器靠近60 ℃熱源會導致產生臭氧的速度下降27 %左右，不建議臭氧發生器靠近熱源，會降低臭氧生成速度，并且環境溫度小于32.2 ℃時，臭氧濃度上升速度大于臭氧濃度下降速度，建議使用臭氧的環境溫度小于32.2 ℃。

④當臭氧發生器安裝在產品殼體內并且無配置風機與臭氧發生器安裝在殼體內并且有配置風機對比，無風機試驗組10 min內測試倉環境臭氧量和濃度上升速度僅約為有風機試驗組的1/3，建議使用臭氧發生器的產品配置風機使用。

⑤臭氧發生器最適宜的殼內安裝方案：在風機進風端并且位于產品殼體角落，比臭氧發生器安裝在風機出風端且位于空氣對流的安裝方案，測試倉內臭氧上升速度可提升12 %左右，有利于快速提升環境臭氧濃度。

⑥單個臭氧產生量為30 mg/h臭氧發生器所匹配的進、出風面積最適宜為3～4 cm2。