臭氧發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及性能評價

侯凌穎（福建新大陸環(huán)?？萍加邢薰?，福建福州350015）

臭氧發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及性能評價

侯凌穎（福建新大陸環(huán)?？萍加邢薰?，福建福州350015）

臭氧發(fā)生器是一種用于配制獲取臭氧的專業(yè)設(shè)備，臭氧自身屬于一種極易分解且無法儲存的物質(zhì)，所以在配制完成后需要立即使用。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，在極特殊的情況下，可以采用專業(yè)技術(shù)對其進(jìn)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(fā)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(zhì)置于高頻高壓放電的環(huán)境中形成的，且其本身是一種極不穩(wěn)定的化學(xué)物質(zhì)，也是一種強(qiáng)氧化劑，在一定條件下能夠迅速將細(xì)菌殺死，且不會出現(xiàn)細(xì)菌殘留的情況，更不會對環(huán)境造成二次污染，所以也是世界公認(rèn)的最清潔的消毒劑。

臭氧發(fā)生器；結(jié)構(gòu)設(shè)計；性能評價

臭氧發(fā)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(wěn)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(fā)生器的存在。臭氧發(fā)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(jù)實際需要利用專門的混合裝置使其與混合液進(jìn)行反應(yīng)之后再進(jìn)行殺菌作業(yè)。本文就臭氧發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行研究，并對其使用性能進(jìn)行評價，借此為臭氧發(fā)生器的發(fā)展與完善提供參考意見。

1 臭氧發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和控制設(shè)計

1.1 臭氧發(fā)生器的結(jié)構(gòu)

臭氧發(fā)生器一般由四個主要部分構(gòu)成，分別為：高頻電源、風(fēng)機(jī)設(shè)備、臭氧管以及控制系統(tǒng)。臭氧管作為整個臭氧發(fā)生器的主要構(gòu)件，其構(gòu)造對與臭氧質(zhì)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(fā)生器所產(chǎn)生的臭氧濃度就會越大[1]。以沿面間隙管狀電極設(shè)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(huán)境下發(fā)生電離作用時，氧原子、氧分子以及高速運(yùn)行的電子之間通過相互撞擊最終形成臭氧，臭氧發(fā)生器的具體工作流程見圖1。

圖1 臭氧管結(jié)構(gòu)和工作原理示意圖

臭氧發(fā)生器使用220V的交流電源作為外界電源，可以通過降壓流變?yōu)橹彪娏?，供給高頻電源的使用，從而對臭氧管產(chǎn)生高頻的電壓，引起臭氧管的工作，進(jìn)行氧氣與臭氧之間的轉(zhuǎn)換工作。風(fēng)機(jī)的作用在于提供氣源給臭氧管工作，進(jìn)一步加快臭氧管的臭氧氣體向外排放，并及時疏散臭氧發(fā)生器在電機(jī)工作中所產(chǎn)生的熱量?？刂葡到y(tǒng)則用來控制風(fēng)機(jī)和高頻電源，將臭氧管的運(yùn)作時間進(jìn)行合理規(guī)劃，調(diào)節(jié)臭氧管的臭氧產(chǎn)量。

1.2 臭氧發(fā)生器的控制電路設(shè)計

臭氧發(fā)生器的控制系統(tǒng)中主要依靠執(zhí)行元件風(fēng)機(jī)和高頻電源進(jìn)行控制，將兩個執(zhí)行元件進(jìn)行模塊化的設(shè)計，通常采用較少的接線點，較好的絕緣材質(zhì)。所設(shè)置的延時開關(guān)在一分鐘內(nèi)可以進(jìn)行調(diào)整，并按照所需要的臭氧產(chǎn)量進(jìn)行設(shè)定，操作簡單，安全便捷。圖2為臭氧發(fā)生器控制電路的原理示意圖。

圖2 臭氧發(fā)生器控制電路的原理示意圖

2 臭氧濃度及產(chǎn)量

2.1 氣源對臭氧產(chǎn)量的影響

臭氧發(fā)生器是以氧氣作為產(chǎn)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(chǎn)量。臭氧發(fā)生器根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同進(jìn)行劃分，一般可以分為兩種類型，一種是間隙放電式臭氧發(fā)生器，另一種則是開放式發(fā)生器。這兩種臭氧發(fā)生器有各自的優(yōu)勢，例如，間隙放電式發(fā)生器，它的特點是臭氧是在內(nèi)外兩個電極之間的間隙產(chǎn)生的，這種情況下，更有利于將生成的臭氧集中進(jìn)行收集，相應(yīng)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(yīng)用于自來水的除菌環(huán)節(jié)。開放式臭氧發(fā)生器，其電極是直接曝露在外界的空氣當(dāng)中的，所以該種方式所產(chǎn)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(fā)生器通常被應(yīng)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(yōu)勢，間隙式發(fā)生器可以被用來替代開放式發(fā)生器，但是間隙式發(fā)生器的使用成本要顯著高于開放式發(fā)生器，所以在發(fā)生器的選擇上，還應(yīng)結(jié)合經(jīng)濟(jì)因素進(jìn)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(chǎn)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(jié)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(fā)現(xiàn)，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(chǎn)生的臭氧量相差不大，所以也可以根據(jù)實際需要選擇最適宜的氣源。

表1 氣體源料對于臭氧產(chǎn)量的影響

2.2 氣體流量對臭氧濃度和產(chǎn)量的影響

臭氧本身屬于混合氣體，其濃度可以用質(zhì)量比或者是體積比來表示，質(zhì)量比就是在單位體積內(nèi)，混合氣體中含有的臭氧質(zhì)量的比重，質(zhì)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(nèi)，混合氣體中的臭氧的體積占比多少。衛(wèi)生行業(yè)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(fā)生器的使用性能進(jìn)行評測時，臭氧濃度是作為評價標(biāo)準(zhǔn)的重要指標(biāo)。

臭氧發(fā)生器的重要參數(shù)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(chǎn)生的濃度和產(chǎn)量。通過試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣體流量增加時，臭氧的濃度將會降低，而產(chǎn)量則會得到增加；當(dāng)氣體流量增加到一定數(shù)值時，臭氧的濃度和產(chǎn)量都沒有較大的變化。所以根據(jù)臭氧發(fā)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(chǎn)量，以及降低臭氧的濃度，抑制臭氧的分解，更加準(zhǔn)確的確定氣體流量的需求，能夠有效降低電能的浪費(fèi)和損耗。

3 臭氧發(fā)生器在使用中的穩(wěn)定性

臭氧發(fā)生器在投入使用中，為產(chǎn)出臭氧將會釋放大量的熱量，如果臭氧發(fā)生器本身的散熱系統(tǒng)以及制冷系統(tǒng)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(guān)設(shè)備會由于工作時產(chǎn)生的摩擦出現(xiàn)發(fā)熱的情況，而臭氧本身極不穩(wěn)定，在遇熱時，分解的速度也會加快，一旦出現(xiàn)這種情況，臭氧的產(chǎn)量將會收到較大影響，此外，發(fā)熱情況嚴(yán)重，還會對臭氧發(fā)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(diào)節(jié)到3L/min，對兩臺臭氧發(fā)生器進(jìn)行穩(wěn)定性試驗，

試驗表明，當(dāng)臭氧發(fā)生器在長時間的工作中，制冷散熱效果差的臭氧發(fā)生器所產(chǎn)生的臭氧濃度有明顯的下降，且所產(chǎn)的臭氧量較低，而另一臺臭氧發(fā)生器的制冷散熱效果較好，在濃度和產(chǎn)量上沒有較大的區(qū)別。隨著技術(shù)的革新，現(xiàn)在所使用的臭氧發(fā)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(fā)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(zhuǎn)化為熱能，這部分熱能在設(shè)備工作過程中，無法及時發(fā)散到外界，所以在工作過程中，臭氧發(fā)生器的的溫度會持續(xù)升高，直至超過設(shè)備原本的設(shè)計的運(yùn)行溫度，在這種高溫狀態(tài)下工作，會加快臭氧的分解，進(jìn)而導(dǎo)致臭氧含量下降，因此其經(jīng)濟(jì)效益也會受到影響[3]。

采用高壓電離的方式，能夠使空氣當(dāng)中的氧氣進(jìn)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(zhuǎn)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(wěn)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(chǎn)隨用。

結(jié)束語：通過對臭氧發(fā)生器在結(jié)構(gòu)和控制設(shè)計、臭氧濃度的影響因素以及使用中的穩(wěn)定性進(jìn)行分析和探討，可以發(fā)現(xiàn)臭氧是一種氧化性極強(qiáng)的不穩(wěn)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?xì)浠衔锖浚瑢τ谛纬沙粞醯暮看嬖谥苯勇?lián)系。為了保證臭氧發(fā)生器能夠最大限度的發(fā)揮其實際效用，在使用中，避免在狹小、潮濕的環(huán)境中工作，特別是臭氧發(fā)生器在工作過程中，要保證周圍環(huán)境的通風(fēng)，確?？諝飧稍?，若自然環(huán)境無法滿足該要求，可以視情況增設(shè)排風(fēng)扇，且臭氧發(fā)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(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及性能評價[J].中國醫(yī)學(xué)裝備,2008,5(1):18-20.

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

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