一、概念

       臭氧發(fā)生器是用于制取臭氧氣體（O3）的裝置。臭氧易于分解無法儲存，需現(xiàn)場制取現(xiàn)場使用（特殊的情況下可進(jìn)行短時間的儲存），所以凡是能用到臭氧的場所均需使用臭氧發(fā)生器。臭氧發(fā)生器在飲用水，污水，工業(yè)氧化，食品加工和保鮮，醫(yī)藥合成，空間滅菌等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。 臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧氣體可以直接利用，也可以通過混合裝置和液體混合參與反應(yīng)。

二、臭氧形成原理

       揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）和氮氧化物（NOx）可以在大氣中通過一系列光化學(xué)反應(yīng)生成臭氧（O3），其屬于二次污染物，對人體健康和生態(tài)環(huán)境均產(chǎn)生較大影響?！董h(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）將臭氧 8 h 濃度作為一項監(jiān)測指標(biāo)，其參與空氣質(zhì)量考核。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，近年來，我國重點城市顆粒物污染有所減緩，但臭氧污染問題日益嚴(yán)峻，尤其在京津冀地區(qū)，O3 濃度不降反升，其與 PM2.5 并列成為影響空氣質(zhì)量的重要污染物，高質(zhì)量的臭氧監(jiān)測數(shù)據(jù)對打贏我國大氣污染防治攻堅戰(zhàn)起到基礎(chǔ)保障作用。

1、電路

       臭氧發(fā)生器電路由三極管VT1、VT2與電感線圈L1一13、脈沖變壓器T、限流電阻器R1、充電電容器C3,雙向觸發(fā)二極管叨5等組成推挽振蕩電路；濾波電感線圈L0,整流二極管VD1與濾波電容器C1、C2等組成半波整流濾波電路。 接通電源，交流220V電壓經(jīng)LO濾波，VD1整流后，在C1兩端產(chǎn)生十280V左右的電壓，供給推挽振蕩電路。 在開機(jī)瞬間，VT1導(dǎo)通。由于C3的充電作用，雙向觸發(fā)二極管VD5截止。當(dāng)C3兩端的充電電壓升至32V時，VD5被觸發(fā)而導(dǎo)通，使VT2導(dǎo)通。在VT2導(dǎo)通期間，C3逐漸放電，又使VT2截止。VTl導(dǎo)通后，在脈沖變壓器T的作用下，L1、L2上產(chǎn)生正反饋電壓，此電壓分別加至VTl和VT2的基極，使VTl和VT2交替導(dǎo)通與截止（即VTl導(dǎo)通時，VT2截止；VT2導(dǎo)通時，VTl截止），推挽振蕩電路振蕩工作。 推挽振蕩電路工作后，在脈沖變壓器T的二次側(cè)繞組L6上產(chǎn)生脈沖高壓，使臭氧發(fā)生片VG工作，產(chǎn)生臭氧。
       同時，發(fā)光二極管VD7也點亮工作。 元器件選擇 VTl、VT2選用2SC2653或BU406型硅NPN高反壓三極管。要求電流放大系數(shù)β>100。 VDl一VD4、VD6選用1 N4007型整流二極管；VD5選用DB3型雙向觸發(fā)二極管。 R1一R6全部選用RJ一1/8W型金屬膜電阻器。 L0為5mH的磁心電感線圈，可用Φ0.25mm的漆包線在骨架上繞210匝；L1一璐用Φ0.2mm的單心塑銅線在同一磁環(huán)上繞制而成，其中L1、L2分別繞3匝，L3繞9匝。脈沖變壓器T可使用14in（英寸）黑白電視機(jī)行輸出變壓器改制，改制時用高壓包作為L6，在低壓包骨架上用Φ0.45mm的漆包線繞168匝作為L4，用Φ0.23mm的漆包線繞4匝作為L5（在外層繞制）。 臭氧發(fā)生片VG選用Z二10或Z一15、Z一20等型號。 制作與調(diào)試 除臭氧發(fā)生片VG外所有電子元器件安裝在一塊自制的印制電路板上，并將其裝人大小合適的塑料或木制盒內(nèi)。在盒面開孔固定發(fā)光二極管VD7，接上臭氧發(fā)生片VG，只要元器件良好、接線無誤，通電即能正常工作。

2、發(fā)生器與放電管

       臭氧系統(tǒng)的核心技術(shù)和設(shè)備是發(fā)生器中的放電管，直接影響設(shè)備的運行效率和可靠性。臭氧發(fā)生器采用微間隙介質(zhì)阻擋放電設(shè)計，不僅大大提高了運行的效率，而且增加了系統(tǒng)連續(xù)運行的安全可靠性。設(shè)備的技術(shù)參數(shù)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。
       由于采用微間隙放電技術(shù)，使系統(tǒng)運行電壓降低為6-8 kV，遠(yuǎn)低于玻璃管絕緣介質(zhì)的耐壓水平，有效地避免了介質(zhì)擊穿短路故障的發(fā)生，提高了運行可靠性。
       臭氧發(fā)生器放電單元所采用的模塊化設(shè)計方法，使設(shè)備的安裝，檢修和維護(hù)工作更加容易。在保證進(jìn)氣氣源質(zhì)量的條件下，臭氧發(fā)生器放電單元連續(xù)運行的免維護(hù)時間可以長達(dá)5年。

3、高頻高壓電源
       與傳統(tǒng)的臭氧中頻 (<1kHz) 電源不同，高頻高壓臭氧系統(tǒng)采用3-6kHz的高頻電源技術(shù)，結(jié)合微放電間隙設(shè)計可以有效提高臭氧生成的效率，減小發(fā)生器的體積和占地空間，從而減少土建設(shè)計及投資費用。逆變電源系統(tǒng)采用成熟的高頻電源技術(shù)，現(xiàn)場長期運行證明可以保證系統(tǒng)長期運行的穩(wěn)定性。高頻輸出經(jīng)升壓系統(tǒng)后產(chǎn)生正弦波高電壓，經(jīng)電纜與發(fā)生器相連，在高頻高壓的作用下，放電間隙產(chǎn)生冷態(tài)等離子體放電生成臭氧。

4、冷卻系統(tǒng)
雖然現(xiàn)代臭氧發(fā)生器的效率與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比已經(jīng)明顯提高，但有90%左右的電能不是用來生成臭氧而是轉(zhuǎn)變成熱量，如果這部分熱量得不到有效的散失，臭氧發(fā)生器放電間隙的溫度會持續(xù)升高甚至超過設(shè)計的運行溫度。高溫不利于臭氧的產(chǎn)生但利于臭氧的分解，導(dǎo)致臭氧產(chǎn)量和濃度下降。我們設(shè)計單循環(huán)冷卻水單元;當(dāng)冷卻水溫度超過系統(tǒng)設(shè)計溫度或水量不足時，系統(tǒng)會自動發(fā)出報警信號。

三、參數(shù)
1、臭氧濃度
       臭氧為混合氣體其濃度通常按質(zhì)量比和體積比來表示。質(zhì)量比是指單位體積內(nèi)混合氣體中含有多少質(zhì)量的臭氧，常用單位mg/L、mg/m3或g/m3等表示。體積比是指單位體積內(nèi)臭氧所占的體積含量或百分比含量，使用百分比表示如2%、5%、12%等。衛(wèi)生行業(yè)常用ppm表示臭氧濃度，即每立方臭氧混合氣體中臭氧占該體積的百萬分之一為1ppm。臭氧濃度是衡量臭氧發(fā)生器技術(shù)含量和性能的重要指標(biāo)。同等的工況條件下臭氧輸出濃度越高其品質(zhì)度就越高。

2、影響臭氧濃度的主要因素有：
       （1）臭氧發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和加工精度；
       （2）冷卻方式和條件；
       （3）驅(qū)動電壓和驅(qū)動頻率；
       （4）介電體材料；
       （5）原料氣體中氧的含量及潔凈和干燥度；
       （6）發(fā)生器電源系統(tǒng)的效率（效率高，熱量轉(zhuǎn)化少）；

       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，其中腔體溫度是極重要的因素之一；臭氧在30度左右時會在1分鐘內(nèi)衰減一半。在 40~50℃ 時衰減達(dá)到80%。超過60℃臭氧會馬上分解。

       臭氧產(chǎn)量是指臭氧發(fā)生器單位時間內(nèi)臭氧的產(chǎn)出量；臭氧濃度數(shù)值與進(jìn)入臭氧發(fā)生器總氣量數(shù)值的乘積即為臭氧產(chǎn)量；通常使用mg/h,g/h,kg/h這些單位表示。臭氧發(fā)生器標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定臭氧發(fā)生器規(guī)格型號使用臭氧產(chǎn)量表示和區(qū)分。小型臭氧發(fā)生器使用g/h為單位，大型臭氧發(fā)生器使用kg/h為單位區(qū)分規(guī)格的大小。

四、分類

       臭氧發(fā)生器工作原理 按臭氧產(chǎn)生的方式劃分，臭氧發(fā)生器主要有三種：高壓放電式、紫外線照射式、電解式。

1、高壓放電式發(fā)生器 　
       該類臭氧發(fā)生器是使用一定頻率的高壓電流制造高壓電暈電場，使電場內(nèi)或電場周圍的氧分子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而制造臭氧。這種臭氧發(fā)生器具有技術(shù)成熟、工作穩(wěn)定、使用壽命長、臭氧產(chǎn)量大（單機(jī)可達(dá)1Kg/h）等優(yōu)點，所以是國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)使用廣泛的臭氧發(fā)生器。

       在高壓放電式臭氧發(fā)生器中又分為以下幾種類型：

       （1）按發(fā)生器的高壓電頻率劃分，有工頻（50-60Hz）、中頻（400-1000Hz）和高頻（>1000Hz）三種。工頻發(fā)生器由于體積大、功耗高等缺點，已基本退出市場。中、高頻發(fā)生器具有體積小、功耗低、臭氧產(chǎn)量大等優(yōu)點，是常用的產(chǎn)品。

       （2）按使用的氣體原料劃分，有氧氣型和空氣型兩種。氧氣型通常是由氧氣瓶或制氧機(jī)供應(yīng)氧氣?？諝庑屯ǔＪ鞘褂脻崈舾稍锏膲嚎s空氣作為原料。由于臭氧是靠氧氣來產(chǎn)生的，而空氣中氧氣的含量只有21%，所以空氣型發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧濃度相對較低，而瓶裝或制氧機(jī)的氧氣純度都在90%以上，所以氧氣型發(fā)生器的臭氧濃度較高。

       （3）按冷卻方式劃分，有水冷型和風(fēng)冷型。臭氧發(fā)生器工作時會產(chǎn)生大量的熱能，需要冷卻，否則臭氧會因高溫而邊產(chǎn)生邊分解。水冷型發(fā)生器冷卻效果好，工作穩(wěn)定，臭氧無衰減，并能長時間連續(xù)工作，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本稍高。風(fēng)冷型冷卻效果不夠理想，臭氧衰減明顯。總體性能穩(wěn)定的高性能臭氧發(fā)生器通常都是水冷式的。風(fēng)冷一般只用于臭氧產(chǎn)量較小的中低檔臭氧發(fā)生器。在選用發(fā)生器時，應(yīng)盡量選用水冷型的。

       （4）按介電材料劃分，常見的有石英管（玻璃的一種）、陶瓷板、陶瓷管、玻璃管和搪瓷管等幾種類型。使用各類介電材料制造的臭氧發(fā)生器市場上均有銷售，其性能各有不同，玻璃介電體成本低性能穩(wěn)是人工制造臭氧使用較早的材料之一，但機(jī)械強(qiáng)度差。陶瓷和玻璃類似但陶瓷不宜加工特別在大型臭氧機(jī)中使用受到限制。搪瓷是一種新型介電材料，介質(zhì)和電極于一體機(jī)械強(qiáng)度高、可精密加工精度較高，在大中型臭氧發(fā)生器中廣泛使用，但制造成本較高。

       （5）按臭氧發(fā)生器結(jié)構(gòu)劃分，介質(zhì)阻擋放電式（DBD）和開放式兩種。

       （6）按臭氧發(fā)生器放電室結(jié)構(gòu)劃分，管式和板式兩種。

五、應(yīng)用

       120kg/h大型臭氧發(fā)生器及其系列產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于市政飲用水處理、污水處理、工業(yè)廢水處理、煙氣脫硝、紙漿漂白、精細(xì)化工氧化等領(lǐng)域，是國家“十二五”以及未來在飲用水安全、環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排等方面“轉(zhuǎn)方式，調(diào)結(jié)構(gòu)”的重要發(fā)展方向，也是我國面向環(huán)保工程應(yīng)用并可替代進(jìn)口的重大技術(shù)裝備。