臭氧发生器原理

1、臭氧发生器原理天长市五洲电子有限公司，专业设计生产各种臭氧高压包沿面放电陶瓷片的工作原理、应用、问题与对策 沿面放电陶瓷片是小型臭氧发生器的核心部件。当前陶瓷片的应用范围有逐步扩 大的趋势：由小型向中型，由空气向水处理拓展。在陶瓷片的使用中，也遇到了 一些问题。为了用好沿面放电陶瓷片，制造出性能优良的 臭氧发生器，本文在介 绍沿面放电陶瓷片工作的基本原理之后， 将我们多年来生产、考核、检测的体会, 以及跟用户合作中遇到的一些问题列举于后， 并有针对地提供一些业已采取的有 效解决办法，供与会同行参考。沿面放电陶瓷片是利用陶瓷绝缘介质表面上的沿面放电，产生低温等离子体来实现臭氧发生功能的器件。沿面

2、放电陶瓷片的结构特点是：电极分别布置在陶瓷基片的两边，如图所示:沿面械电陶賣片的工作原理.应用*问题与对策 www- bei 放电电极感应电极正面为放电电极（一般为线状），背面为感应电极（通常为板状），并接地。将 不十分高的电压作用在两极上时，由于陶瓷基片的良好绝缘，很难出现放电通道。 只有两极间的电压大于某临界值，并以高频正弦交流电作用时，在放电电极附近 有限的表面上进行电晕放电。这时，陶瓷绝缘介质表面相当于一个极板， 在高频 高压正弦交流电的作用下，放电电极附近表面处不断地俘获和发射电荷。当电压达到正半周临界起晕电压Uth时，开始放电，正电荷聚向放电极附近的介质表面， 即电子被加速到很高能

3、量从介质表面传输到放电电极。 随着电压升高，放电继续， 更多的正电荷被束缚在介质表面，这一过程一直持续到峰值电压U。放电过程停止，介质表面正电荷并不消失。当电压开始下降时，介质表面正电荷仍不动，放电并不发生，一直持续降到负半 周临界起晕电压-Uth，这时放电开始，介质表面的正电荷离开，负电荷积聚于表 面，即电子被加速到很高能量从放电电极传输到介质表面， 这一过程持续到负半 周峰值电压-Up，放电过程停止。当电压再次升高到正半周临界起晕电压 Uth时，正电晕放电又开始，整个放电过 程就是这样交替进行的， 因此，沿面放电过程就是介质表面的静电平衡状态反复 建立和破坏，表面气体的反复击穿而介质表面上

4、反复充放异性电荷的过程。根据沿面放电陶瓷片的工作原理， 影响其放电的因素很多， 例如，介质材料的绝 缘性能、电极的结构配置、 电极表面的气体条件以及激励电源的性能参数等。 七、 八十年代日本人研究表明，沿面放电器件的材料选用钨电极和AL203陶瓷基片较好，因为钨的热膨胀系数与 AL203陶瓷相近，受热后电极不会与陶瓷脱开，同时， 陶瓷基片具有较好的绝缘性和机械强度。所以，这种沿面放电器件有良好的电、 机械、热和化学性能。然而，制造性能优良的臭氧发生器，除合理选用臭氧陶瓷 器件外，还必须注重各方面的影响因素。实验证明：1、放电能量随供电电压峰值 Upp的增大而增大，同时放电发光长度也随 Upp的

5、 增大而加长，一般在空气中，当 Upp为6-8KV时，放电发光长度为2.5-3.4mm， 所以，Upp越咼，臭氧产量越咼。2、沿面放电器件的临界起晕电压 Uth 值是供电频率 f 的函数， f 越大， Uth 越低， 即在高频条件下， 沿面放电陶瓷片具有更低的起始工作电压， 有利于臭氧产率的 提高。临界起晕电压 Uth 还与气体条件有关，不同的气源和工作环境，会影响 Uth 的大小和放电过程进行的完善程度，可直接影响臭氧产量。3、沿面放电陶瓷片在未放电时，表现为纯电容性质，介质表面充电面积越大， 则电容越大。 当放电时， 器件可表现出电阻和电容二重性， 它的特性除与充电面 积有关，还受放电过程

6、气源和工作环境 （温度、湿度等 ）的影响，所以，沿面放电 器件的阻容特性是动态的， 在配置供电电源时， 必须注意要适应它在不同使用条 件下的阻容特性。下面列举使用中的问题和对策。一、陶瓷片使用过程中，放电电极变细变短，臭氧产率下降的问题。在高频高压放电的情况下， 即使放电电极是钨烧结体， 也难免电极材料的氧化和 迁移。解决的办法是在放电电极上覆盖一层纳米氧化铝保护层。国外资料表明， 氧化铝可大幅提高钨的抗氧化性。 我们所做的考核证明了带纳米氧化铝保护层的 沿面放电陶瓷片寿命长，臭氧产率稳定。二、陶瓷片工作时温度升高，臭氧产率下降、氮氧化物增加的问题。由于陶瓷片放电时能量密度较高， 温升快，会使

7、臭氧产率迅速下降。 解决的办法， 正如大家熟知的： 贴散热器， 强制风冷或水冷， 这就对陶瓷片的平整度提出了严 格的要求。由于我们生产的沿面放电陶瓷片的电极是钨烧结体， 它的烧结温度高， 使陶瓷片难免有或大或小的翘曲变形， 对此， 我们采取了整平的工序， 以确保片 子的平整度能满足用户的使用要求。另外，要特别指出的是，随陶瓷片工作温度升高，还存在氮氧化物增高的问题。 我们应用美国 Beckmen In dustrial 公司的 Model 955 NQ/ NOx An alyzer 仪器分 析，对我们的钨电极陶瓷片和某种材料电极的陶瓷片进行测试，其结果如下：钨陶电瓷极片陶瓷片工作温度25 r3

8、5 r46 r55 r62 rNOx浓度(PPM)3.233.633.744.044.28室温25C室内空气NOx浓度(PPM)1.56室温25C某种陶材瓷料片电极室内空气NOx浓度(PPM)1.4温度25 r35 r50 r60 r76 rNOx浓度(PPM) 3.524.7111.8186.76163.46陶瓷片工作不难看出，沿面放电陶瓷片工作时，用空气作为气源，在产生臭氧的同时，总会 产生氮氧化物。欲限制其数量，控制好陶瓷片的工作温度固然重要， 适当选择好 放电电极材料的成分则是个不容忽视的因素。三、在某些特殊场合使用时电极损耗的问题 将沿面放电陶瓷片在某些场合使用， 譬如用于鸡舍的除味

9、、杀菌消毒时，鸡舍的 空气中有较多的氨、硫化氢及水气。陶瓷片放电时，在电极附近可能会合成硫酸、 硝酸等产物，对金属电极产生腐蚀。经过长期实践和分析，采取以下解决办法并 取得了良好的效果：1、发生器的电源要与陶瓷片相匹配；2、陶瓷片放电电极的保护层适当加厚；3、臭氧发生器加进风罩，从室外引入新鲜空气作为气源。四、垃圾站除味器的陶瓷片上厚厚沉积物的问题。垃圾站环境极为恶劣，沿面放电陶瓷片工作时经受了严酷的考验，连续工作2天，陶瓷片上就沉积一层毛茸茸的白色絮状物，其味咸涩，分析为硝氨、硫氨类 盐，影响放电和臭氧产率，解决的办法为：1、从室外引入新鲜空气作为发生器气源；2、发生器设活门，便于定期清理陶

10、瓷片表面;3、给发生器配备小毛刷、百洁布和小瓶酒精。五、高湿环境使用陶瓷片遇到的问题。有的臭氧发生器使用环境特别潮湿， 如水产品加工车间、肉禽屠宰加工车间、乳 品加工车间等，相对湿度达80%-90 %甚至更高，沿面放电陶瓷片放电启动迟 缓，对一些需频繁启动的周期性工作的臭氧发生器来说，就不能满足要求了。解决办法是：1、在陶瓷片表面增加致密保护层，以提高抗湿性，缩短放电启动时间； 2、试用开放式的缝隙放电器件。这些方法我们已经采用，并正在考核之中。六、低温启动遇到的问题。自激振荡的高频高压电源， 与沿面放电陶瓷片相匹配， 通常是在常温制造、 调试 的。当进入低温环境时， 由于陶瓷片阻容特性的变化

11、， 有时会遇到激振不起来的 问题。对此，可在发生器启动时，将陶瓷片适当预热，使其很快进入工作状态。 一旦正常放电，就可以连续运转。七、供气源对臭氧产率的影响。气源泉是产生臭氧气的原料， 气源状态会直接影响陶瓷片臭氧产率的大小。 从气 源成分来讲，含氧气量越多，产生科研所就越多，所以纯气作为乞源是最想的。 当用空气源时，不但成分中含氧气量只有 20%，而且自然空气受天气影响很大， 温度、湿度过高时，都会影响陶瓷片的放电过程，使臭氧产率下降，故使用空气 源时，需要采取过滤、干冷冻等措施。目前，沿面放电陶瓷片逐渐发展到应用于水处理中， 要求臭氧产量大、 浓度高的 臭氧发生器，因此，采用多片沿面放电陶

12、瓷片的组合，封闭在小体积容器中，使 气源气体沿陶瓷片放电表面通过， 取得高产量高浓度的臭氧气。 这种形式的。 臭 氧发生器，其效率高、功耗低，可产生每小时几十克到上百克的臭氧，在中型水 处理设备上的应用有很大潜力。 值得提出的是， 这类臭氧发生器因为是采用多片 陶瓷片的合，气源的气体分配到各陶瓷片表面的方式， 对臭氧产率有较。 大影响。 我们的实发现，气源气体沿陶瓷片放电表面要有一定的流通长度，气流量越大， 流通长度应越长， 因此，采用气体串联进入各陶瓷片， 能在保证臭氧浓度的前提 下，明显提高臭氧产量。另外，气体应尽量贴近放电表面， 也就是通气缝隙不宜过大， 产生的臭氧浓渡可 提高，更适宜于水处理中的应用。 上述不难看出，要做出性能优良，符合使用 要求的臭氧发生器，是集气源、电源、陶