電暈放電法 –- 臭氧發(fā)生器

　　電暈放電合成臭氧是目前世界上應(yīng)用zui多的臭氧制取技術(shù)，此技術(shù)能夠使臭氧產(chǎn)量單臺達(dá) 500 kg/h 以上。

　　電暈放電法（無聲放電或輝光發(fā)電法）就是一種干燥的含氧氣體流過電暈放電區(qū)產(chǎn)生臭氧的方法。常用的原料氣體有：氧氣空氣以及含有氮、二氧化碳，或許還有其他惰性稀釋氣體的含氧混合氣體。

臭氧的產(chǎn)生機(jī)理：

　　雖然有若干機(jī)理可能同電暈內(nèi)臭氧的形成有關(guān)，但 ① 式特殊反應(yīng)途徑被認(rèn)為是主要的

e+O2 →2O ＋ e         ①

利用高速電子轟擊氧氣，其分解成氧原子。高速電子具有足夠的動能（ 6 ～ 7eV ） , 緊接著通過三體碰撞反應(yīng)形成臭氧。

O+O2 +M→O3 ＋ M       ②

式中 M 是氣體中任何其它氣體分子，不過與此同時，原子氧和電子也同樣同臭氧反應(yīng)形成氧氣。

O+O3 →2O2            ③

e+O3 →O+O2 +e        ④

　　此外，電暈內(nèi)的氣體是處于可促進(jìn)臭氧分解反應(yīng)的高溫下，所以凈臭氧產(chǎn)量或出口產(chǎn)氣組成是形成和分解臭氧所有反應(yīng)的總和。凈產(chǎn)率依眾多因素而變，包括：原料氣的氧氣含量和溫度、原料氣含的污染物、達(dá)到的臭氧濃度、電暈中的功率密度、冷卻劑的溫度和流量及冷卻系統(tǒng)的效率。這些因素都影響著實(shí)用的、經(jīng)濟(jì)上有吸引力的臭氧發(fā)生器和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。  

1.1 沿面放電 – 臭氧發(fā)生器

  　　沿面放電型發(fā)生器原理屬于電暈放電，其放電區(qū)發(fā)生在高壓電極邊緣表面，由高壓閃絡(luò)形成。沿面放電區(qū)空氣電暈?zāi)芰考?，功率密度較高，需要良好的冷卻。

　　此型發(fā)生器有充惰性氣體氖（ Ne ）或（ Ar ）的玻璃放電管和陶瓷片兩種，其結(jié)構(gòu)簡圖如下：

充氣玻璃放電管發(fā)生器國外稱作臭氧燈，八十年代初外國遠(yuǎn)洋食品冷藏船倉殺菌防霉就使用這種臭氧發(fā)生器。我國邯鄲、大連燈船舶工業(yè)相關(guān)單位首先研制了這種產(chǎn)品，做成 5g/h 的發(fā)生器用于雞蛋、果蔬冷庫消毒與保鮮。由于結(jié)構(gòu)簡單、工藝要求低，我國很快發(fā)展了這種用于醫(yī)療行業(yè)和消毒柜的微型管式發(fā)生器，數(shù)量很大，價格便宜。但經(jīng)多年實(shí)踐檢驗(yàn)，該種發(fā)生器大多數(shù)壽命極短，一般連續(xù)工作幾百小時后產(chǎn)生的臭氧量即所剩無幾了。

臭氧陶瓷片資料見于七十年代日本文獻(xiàn)，八十年代鞍山靜電技術(shù)研究院與日方合作引進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，北方交通大學(xué)與重慶師范學(xué)院同期也合作研制過同類陶瓷片臭氧產(chǎn)品。九十年代，一批公司推出幾種規(guī)格臭氧陶瓷片，并有以“等離子體發(fā)生器”冠名。陶瓷片結(jié)構(gòu)簡單，工藝標(biāo)準(zhǔn)化后價格也會比較低廉，其壽命比充氣玻璃管要長。鞍山靜電研究院與成都正邦公司的產(chǎn)品采用地極被封閉陶瓷、高壓極防氧化涂膜工藝，對提高質(zhì)量、延長壽命大有好處。

沿面放電器件作為醫(yī)療、家電產(chǎn)品微型發(fā)生器的臭氧源具有很大優(yōu)勢，其電耗在 40kw · h/kgO3 上下，由于產(chǎn)量在克級以下，電耗高點(diǎn)影響不大。作為工業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品困難很多，電耗將更高。

沿面放電器件產(chǎn)生臭氧濃度低，作水凈化應(yīng)用的臭氧源較為困難。

1.2 氣隙放電

氣隙放電臭氧發(fā)生器是目前工業(yè)應(yīng)用zui多，單機(jī)產(chǎn)量zui大，技術(shù)較成熟臭氧產(chǎn)品。它分為板式結(jié)構(gòu)和管式結(jié)構(gòu)兩種。板式結(jié)構(gòu)如圖 1 。

板式結(jié)構(gòu)臭氧發(fā)生器以俄羅斯為代表，采用沖壓盤式搪瓷技術(shù)，放電氣隙小，加工精度高，臭氧濃度高，運(yùn)行較穩(wěn)定，工業(yè)己有規(guī)模應(yīng)用。我國己有企業(yè)開始研究此項(xiàng)技術(shù)要達(dá)到工業(yè)應(yīng)用還需要作很多工作。

板式結(jié)構(gòu)適合中小型臭氧產(chǎn)品，大型臭氧需要多個放電室串聯(lián)和并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)要求較高。

管式結(jié)構(gòu)如圖：

管式結(jié)構(gòu)臭氧發(fā)生器是目前臭氧市場廣泛采用、zui為成熟技術(shù)以奧宗尼亞和威德高兩公司產(chǎn)品為代表，占據(jù)我國大部分大型機(jī)臭氧市場，在我國已有單機(jī) 45kg/h 產(chǎn)品應(yīng)用，上己有單臺臭氧產(chǎn)量 500kg/h 的產(chǎn)品在運(yùn)行。

管式臭氧發(fā)生器一般采用玻璃和非玻璃兩種介質(zhì)，電源采用可控硅和 IGBT ，頻率 800hz—5000hz 。國內(nèi)己有企業(yè)采用上述技術(shù)生產(chǎn)大型臭氧設(shè)備單機(jī)產(chǎn)量達(dá) 20kg/h 。

上述是臭氧制取的幾種方法和基本原理，并不代表臭氧如此簡單產(chǎn)生，臭氧制取是一個完整系統(tǒng)。