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臭氧发生器

发布时间: 2015-12-7 17:58:18 | 来源:科源环保科技 |  本文被阅读

臭氧发生器工作原理 按臭氧产生的方式划分,臭氧发生器主要有三种:高压放电式、紫外线照射式、电解式。

高压放电式发生器  该类臭氧发生器是使用一定频率的高压电流制造高压电晕电场,使电场内或电场周围的氧分子发生电化学反应,从而制造臭氧。 这种臭氧发生器具有技术成熟、工作稳定、使用寿命长、臭氧产量大(单机可达1Kg/h)等优点,所以是国内外相关行业使用最广泛的臭氧发生器。 在高压放电式臭氧发生器中又分为以下几种类型:

1、按发生器的高压电频率划分,有工频(50-60Hz)、中频(400-1000Hz)和高频(>1000Hz)三种。工频发生器由于体积大、功耗高等缺点,已基本退出市场。中、高频发生器具有体积小、功耗低、臭氧产量大等优点,是现在最常用的产品。

2、按使用的气体原料划分,有氧气型和空气型两种。氧气型通常是由氧气瓶或制氧机供应氧气。空气型通常是使用洁净干燥的压缩空气作为原料。由于臭氧是靠氧气来产生的,而空气中氧气的含量只有21%,所以空气型发生器产生的臭氧浓度相对较低,而瓶装或制氧机的氧气纯度都在90%以上,所以氧气型发生器的臭氧浓度较高。

3、按冷却方式划分,有水冷型和风冷型。臭氧发生器工作时会产生大量的热能,需要冷却,否则臭氧会因高温而边产生边分解。水冷型发生器冷却效果好,工作稳定,臭氧无衰减,并能长时间连续工作,但结构复杂,成本稍高。风冷型冷却效果不够理想,臭氧衰减明显。总体性能稳定的高性能臭氧发生器通常都是水冷式的。风冷一般只用于臭氧产量较小的中低档臭氧发生器。在选用发生器时,应尽量选用水冷型的。

4、按介电材料划分,常见的有石英管(玻璃的一种)、陶瓷板、陶瓷管、玻璃管和搪瓷管等几种类型。使用各类介电材料制造的臭氧发生器市场上均有销售,其性能各有不同,玻璃介电体成本低性能稳是人工制造臭氧使用最早的材料之一,但机械强度差。陶瓷和玻璃类似但陶瓷不宜加工特别在大型臭氧机中使用受到限制。搪瓷是一种新型介电材料,介质和电极于一体机械强度高、可精密加工精度较高,在大中型臭氧发生器中广泛使用,但制造成本较高。

5、按臭氧发生器结构划分,介质阻挡放电式(DBD)和开放式两种。

6、按臭氧发生器放电室结构划分,管式和板式两种。

通电

其反应的化学方程式为3O2====2O3



设计

使用高介电常数的材料制造电极,提高加工精度。

改善冷却条件,采用水冷或双极冷却。

降低气源露点,提高气源洁净度。

提高臭氧电源的驱动频率,降低电耗。

采用智能控制,并对运行工况再线监测。

气源

臭氧发生器中广泛使用,但制造成本较高。按臭氧发生器结构划分,有间隙放电式(DBD)和开放式两种。间隙放电式的结构特点是臭氧在内外电极区间的间隙内产生臭氧,臭氧能够集中收集输出使用其浓度较高,如用于水处理。开放式发生器的电极是裸露在空气中的,所产生的臭氧直接扩散到空气中,因臭氧浓度较低通常只用于较小空间的空气灭菌或某些小型物品表面消毒。间隙放电式发生器可代替开放式发生器使用。但间隙放电式臭氧发生器成本远高于开放式。

紫外线式臭氧发生器

该类臭氧发生器是使用特定波长(185mm)的紫外线照射氧分子,使氧分子分解而产生臭氧。由于紫外线灯管体积大、臭氧产量低、使用寿命短,所以这种发生器使用范围较窄,常见于消毒碗柜上使用。

电解式发生器

该类臭氧发生器其特性是采用新型PEM膜用低压直流导通固态膜电极的正负两极电解去离子水,水在特殊的阳极溶液界面上以质子交换的形式被分离为氢氧分子,氢从阴极溶液界面上直接被排放,氧分子在阳极介面上因高密度电流产生的电子激发而获得能量,并聚合成臭氧分子。比较常规电晕法发生器的制取方式,有以下优点:

  1.所产生的臭氧气体浓度高,重量比数倍于电晕法臭氧发生器,最高可达到20%(大于250mg/L)

  2.所产生的臭氧气体中,不含氮氧化合物(NOx),无致癌物质。

  3.工作时抗环境湿度影响高达85%,即使在潮湿的环境下工作下,也能稳定地保持臭氧产量。

  4.由于使用直流低电压电解方式,工作时不会产生电磁波和噪音,与其它精密仪器共同工作时,不会造成干扰。

  5.因所产生的臭氧浓度高,投入水中同等值的臭氧量,用本方式可达到较高的水中剩余臭氧浓度,即可对饮用水进行彻底灭菌与消毒,并可制出高浓度的臭氧水(消毒剂)

  6.拥有超强的使用寿命,数倍于电晕法臭氧发生量,膜电极使用寿命超强。

  ● 臭氧水机降解广泛存在于蔬菜、瓜果、鱼、肉等食物中的农药、化肥残留。

  ● 高效杀菌消毒,可快速杀灭水中繁殖的大量细菌和病毒,又能使富含氧的活性水对人体有益。

  ● 预防疾病;自来水经臭氧净水后可高效杀灭餐具上的病毒,防止疾病通过餐具在公众和家庭成员中传播。高效杀灭生活用品上的各种病毒,有效防止交叉感染。

  ● 健康皮肤;用于洗澡、洗脸可彻底清除毛孔中的污渍,活化表皮细胞,促进皮肤新陈代谢。

  ● 护发美发、足浴保健。用臭氧水洗头能去屑、止痒,泡脚可治脚气。

  ● 经济实惠;本系列产品使您享受安全,方便、高品质的健康生活。

  ● 适用范围

  食品加工行业:生产用水、生产车间、包装间、更衣室、无菌间、生产设备工具的消毒。

  饮料加工行业:纯净水、矿泉水、各种饮料的生产用水、生产车间、包装间、更衣室、无菌间、生产设备工具的消毒。

  果蔬加工行业:果蔬储存、保鲜、加工生产用水、生产车间、包装间、更衣室、无菌间、生产设备工具的消毒的消毒。

  冷库保鲜:果蔬、粮食、禽蛋、肉类、水产品等防腐保鲜、延长储存。

  制药行业:生产用水、中央空调系统、车间、更衣室、无菌室等消毒。

  医药行业:制药厂、医院病房、病床、被服、手术室、医疗器械、无菌室等。

  养殖种植业:养鸡、养鱼、蔬菜大棚等杀菌、消毒、除臭、净化空气等。

  饮用水:深井水、市政供水、二次加压供水、农村饮用水等。

  公共场所:宾馆、饭店、学校、网吧、候车大厅等净化空气、预防交叉感染等。

  另外可应用于中水、污水、废水、废气中,及游泳池、游泳馆的水质净化、空气净化等场所。

安装

1)、臭氧发生器必须安装在制水车间和灌装车间之外(尤其严禁安装在狭小、潮湿的制水或灌装车间),保持发生器工作环境通风及空气干燥,该空间必须安装排风扇。


2)、臭氧发生器安装位置应高于地面1.2m以上,有条件时可高于贮水罐1~2m。臭氧输送管路和单向阀必须高于贮水罐1~2m。

3)、具体产品的施工安装要点需详见企业样本。



臭氧发生器研究的进展编辑

1放电式臭氧发生器

为了改善放电状况、提高放电效率,人们研究了如线状、刷状、螺线状、网状、水不同形式的电极。且放电形式局限于无声、脉冲流注、电晕、沿面、无声-沿面混合及辉光放电等形式[1]  。

无声放电(即介质阻挡放电)的电介质是无声放电臭氧发生器的重要组成,其作用为强化气隙的电场强度以利于产生放电;防止气隙击穿,同时减小功率消耗;使气隙的电场均匀,扩大放电区域,利于臭氧的产生。一般而言,电介质的介电系数越高,导热性能越好越利于产生臭氧。目前,臭氧发生器所用的电介质主要有石英玻璃、陶瓷、搪瓷、有机材料等多种类型[1]  。

1)陶瓷、搪瓷a)高纯度的氧化铝陶瓷熔点高、机械强度大、击穿电压高、耐化学腐蚀能力强、热导率较高。近年来,电介质层材料及加工工艺成为介质阻挡强电离放电的关键技术,用等离子体喷涂或贴冶方法,在400~1600cm2的放电极和接地极表面上形成密实的α型Al2O3材料的极薄的电介质层,具有高强度、高密度、高绝缘度、高介电常数、高均匀度、低矫曲度和低损耗等特点。采用该技术可达到的相关参数为:临界击穿电场强度E≥400kV/cm;相对介电常数ε≥10;体积电阻率ρ≥1015Ψcm;介电损耗tanδ<3.9×10-4;体积密度n≥3.8g/cm3;导热率λ≥21W/(Km);热膨胀系数(6.5~7.5)×10-6mm/°C;表面粗糙度0.25~0.5μm;吸水率趋于0;介质厚度0.1mm;电介质最大面积<1600cm2[1]  。

刘维良等人为提高陶瓷基板材料的ε,降低材料的tanδ和使材料有较高的热导率研究了不同掺杂方法[7],制备的样品参数为密度n=3.97g/cm3,ε=12.98,tanδ=2.00×10-4,λ=23.0W/mk。岳朝松等人为试验不同的电介质对臭氧产生的影响,分别选取石英玻璃(ε=4.2)、镁橄榄石(ε=9)、α-Al2O3(ε=8.3)、ZrO2瓷(ε=12.0)、SiC瓷(ε=40.1)5种材料作为电介质,电介质厚度0.3mm,电源频率10kHz,电压峰值9.4kV,分别测量臭氧发生器出口处臭氧的浓度,最终选择0.25~0.4mm的α-Al2O3为电介质,单电极产生臭氧的质量浓度达12~13g/m3。[1]  鲍慈光等研究的(Sr,Ca)TiO3陶瓷材料和Sr-TiO3基掺杂陶瓷材料基料为67%的SrTiO3和29%的CaTiO3,掺杂料为BaTiO3、CaSiTiO3、TiO2、ZnO、Bi2O3,所得样品性能较理想,其ε=88,U=10kV,tanδ=75.1×10-4,ρ=0.84GΨm。[1] 

b)搪瓷制造工艺简单、电气强度高、介电常数较大、耐腐蚀能力较强。清华大学采用搪瓷材料作为介电体,制作了不同尺寸的单管搪瓷介电体臭氧发生器,同玻璃介电体的臭氧发生器对比试验。结果显示,搪瓷材料的ε比玻璃高近1倍,用于臭氧发生器中将有较高的臭氧产量。SeminMA用硅酸盐电绝缘搪瓷为介电体。[1] 

2)双介质组合材料(云母)

赵纯等人采用一种使用铁电球/云母片双介质的间隙结构,有一对平板电极和一个双介质层构成。0.1mm厚的云母片放在下侧电极上,中部留有直径10mm圆洞1mm厚聚四氟乙烯绝缘板放在云母片上,直径1.0~3.0mm的铁电球FEB放置在板中央的圆洞中,εr=660的铁电球和电源频率f≥4kHz是产生臭氧的最优条件。[1] 

Uchida,Takeji等也发明专利用多于两层压成薄片的云母片覆盖在放电电极上作为接触表面,可延长臭氧发生器在高度潮湿条件下的寿命。3)有机高分子材料王飞等人用有机高分子材料作为介电体,介电管内径69mm,壁厚1.2mm,该材料为性能优良的工程塑料,能在145°C下连续使用,具有优异的电绝缘、延伸、尺寸稳定、耐化学腐蚀、自熄、阻燃、自重轻、易增强、无毒、卫生、能着色等特性。[1] 

3)有机高分子材料

王飞等人用有机高分子材料作为介电体,介电管内径69mm,壁厚1.2mm,该材料为性能优良的工程塑料,能在145°C下连续使用,具有优异的电绝缘、延伸、尺寸稳定、耐化学腐蚀、自熄、阻燃、自重轻、易增强、无毒、卫生、能着色等特性。[1] 

4)玻璃

近年来随玻璃材料和烧结技术不断进步,国外很多臭氧发生器采用玻璃作为电介质。

Takeichi,Hirotoshi等的专利所用的电介质是苏打玻璃,其Bi、Zn、Pb氧化物的质量分数分别为(10~90)%、(10~90)%、(0~40)%。还有线性膨胀系数与之相当的另一材料,其Bi、Zn、B、Si氧化物的质量分数分别为(20~30)%、(30~40)%、(15~25)%、(0~10)%。Murata,Takaty等又把这一薄层电介质用树脂浸透处理效果也较好。[1] 

2电解池式臭氧发生器

由于电极材料、电解液与电解机理方面的大量研究工作,电解法臭氧发生技术进展很大。近期发展的SPE(固态聚合物电解质)电极与金属氧化催化技术,使用纯水得到φ(O3)>14%的高浓度臭氧,使电解池式臭氧发生器的技术跨越了一大步。

Shiue,Lin-Ren等人的臭氧发生器电解池专利中用钛电极板外表面覆盖铂层作为阴极,β-PbO2覆盖的电极板作为阳极,电池与超大电容器一起作为直流电源,电极上不需覆盖其它薄膜,电解液用中性的盐如NaCl来促进臭氧气体的产生。周元全等人认为:可用石墨、玻璃碳、氟化碳、金属铅、铅合金或二氧化铅等充当阳极。他们选用铁基二氧化铅作阳极,阴极是不锈钢析氢阴极或氧还原阴极。氧还原阴极选用防水型气体扩散电极,由聚四氟乙烯、活性炭、还原催化剂、乙炔黑与镍网或镀银铜网等复合组成。所用的中间隔板可是微孔陶瓷、微孔聚氯乙烯、微孔聚四氟乙烯。此臭氧发生器设备小而轻、结构简单、无噪声,产物中无有害的氮氧化物,有广阔的应用前景。

3紫外线辐照式臭氧发生器

Yamada,Yasuhiro等发明了一种便携式臭氧发生器,其中有多个短波紫外灯,空气的紫外照射区是一个长尺寸空间。空气路径宽50~100mm,由于多个紫外灯使空间空气的照射长度叠加,利于产生更多的臭氧气体。

Jodzis,Slawomir研究的一种特殊的臭氧合成装置。用金属-石英臭氧发生器作为放电反应器,同时用短波紫外线将O2转化为O3,臭氧的产生与温度、波长以及放电间隙的催化能力有关,在0°C时,金属电极与紫外辐射复合,催化间隙很小的情况下,臭氧产量增加,但波长增加会使产量降低。



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