CN103950897B - 纳米陶瓷作为介电体的高纯度大剂量低能耗的臭氧生成器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于室内环境灭菌、果蔬解毒的采用纳米陶瓷作为介电体的高纯度大剂量低能耗的臭氧生成器，它包括外壳、高压发生器、放电室、气泵、输气管、臭氧导出管和散气石，高压发生器与放电室电连接，气泵通过输气管与放电室一端连通，放电室另一端通过臭氧导出管与散气石连通，气泵的电机和高压发生器均接入220V市电；高压发生器包括电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、双向可控硅TRIAC、双向触发二极管BT1和变压器T1；放电室包括圆筒状介电体、内电极和外电极。本发明具有安装体积小、低能耗、产生臭氧扩散速度快和工作效率高纯度高剂量大的特点，便于安装，杀菌时使用时间短，适合在各种环境下进行消毒、杀菌。

Description

纳米陶瓷作为介电体的高纯度大剂量低能耗的臭氧生成器

技术领域

本发明涉及灭菌脱毒设备技术领域，具体地说是一种纳米陶瓷作为介电体的高纯度大剂量低能耗的臭氧生成器。

背景技术

臭氧是氧的同素异形体, 由于臭氧具有不稳定性和很强的氧化能力，所以臭氧能够氧化细菌和病毒的细胞壁，直到穿透细胞壁与其体内的不饱和键化盒而夺取细菌和病毒的生命，臭氧几乎对所有已知和未知的病毒、病菌、霉菌、真菌及原虫、卵囊都具有明显的杀灭作用，因此人们已经普遍使用臭氧机进行杀菌。在已知的几种氧化剂中,其氧化性仅次于氟而居第二位在水处理、食品、医疗等行业被广泛用于化学氧化、杀菌消毒。臭氧用于室内空气消毒已被国内外多数医疗机构认可和采用，特别是在水处理方面,其氧化消毒效果比传统的氯高十几倍,且无二次污染社会经济意义重大,目前有关研究方兴未艾。但市场要求的室内消毒的对象绝不仅仅是其中的空气，几乎所有使用O₃空气消毒器的用户，都会提出在作室内空气消毒的同时，能否对室内其他的物体表面都进行消毒。这一要求是普通O₃空气消毒器不能做到的。用臭氧进行物体表面消毒，只有大剂量高纯度的臭氧发生器才能满足物表消毒的要求。同时由于物体表面滋生的细菌病毒较在空气中有更多的支撑条件，故达到空气消毒浓度的臭氧往往不能杀灭物体表面的病原体。

现行流行的家用臭氧设备有光化学法和电晕放电法两种方法。

光化学法实质是仿效大气层上空紫外线促使氧分子分解并聚合成臭氧的方法，即用人工产生的紫外线促使氧分子分解并聚合成臭氧的方法。此种方法产生出波长λ为185nm(10-9 m)的紫外光谱，这种光最容易被O₂吸收而达到产生臭氧的效果，在美国称之为臭氧灯。此种方法产生臭氧的优点是对温度、湿度不敏感，这些特点对于臭氧用于人体治疗及作为仪器的臭氧标准原是非常合适的；缺点是臭氧浓度、产量低、能耗较高，不适合大规模使用。

电晕放电法是目前普高采用的臭氧发生技术，是国内外相关行业使用最广泛的臭氧发生器。电晕放电法是模仿自然界雷电产生臭氧的方法，场在气体中产生电晕，电晕中的自由高能离子离解O₂分子，经碰撞聚和为O₃分子。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。

而目前的电晕放电法的民用产品都是空气源的，不需要任何耗材，使用成本低。空气源臭氧发生器一般主要由高压发生单元（高压发生器）和放电单元（放电室）构成。放电单元（放电室）大多是圆筒状的沿面放电式的放电室。

现行的臭氧生成器的高压发生单元（高压发生器）一般采用二个方案，一个方案为高压逆变，即先将市电整流、逆变 后再经变压器升压，加至放电单元上。但此方案臭氧生成量很低，如提高功率又会产生一定量的氮化物。不符合高纯度臭氧发生器所要求的低频窄脉冲的要求。另一个方案也是先将市电整流、经限流元件给电容储能后，将储能电容上的能量通过开关元件(一般为可控硅)加在脉冲变压器上，脉冲变压器上产生的高压窄脉冲电压直接加在放电单元上。在此方案中，当限流元件采用电阻时，电阻发热，不仅效率低而且还需专门散热装置。

现行的电晕放电式臭氧生成器的放电单元（放电室）由外电极，内电极，介电体三部分组成。内外电极通常采用铝网制造。现行的臭氧生成器的放电单元（放电室）的介电体通常采用玻璃，臭氧生成器工作时放电单元会产生很多热量，而玻璃的耐热效果一般，遇热遇冷，容易断裂。因此必须控制产品的功率，难以生成大剂量的臭氧。另外噪音生成量也很大如果在大功率状态下工作玻管易碎。外极是包在玻璃管外层铝网，容易被自身产生的臭氧氧化，一般工作一年产生臭氧量将大大降低，两年必须更换放电室，臭氧产生量少安全性能差。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于室内环境灭菌、果蔬解毒的采用纳米陶瓷作为介电体的高纯度大剂量低能耗的臭氧生成器。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：纳米陶瓷作为介电体的高纯度大剂量低能耗的臭氧生成器，包括外壳、高压发生器和放电室，其特征是：还包括气泵、输气管、臭氧导出管和散气石，所述高压发生器与放电室电连接，所述气泵通过输气管与放电室一端连通，所述放电室另一端通过臭氧导出管与散气石连通，所述气泵的电机和高压发生器均接入220V市电；

所述高压发生器包括电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、双向可控硅TRIAC、双向触发二极管BT1和变压器T1，所述的电容C1、双向可控硅TRIAC和变压器T1的输入侧依次串联连接后与220V市电连接，所述双向可控硅TRIAC的控制端与双向触发二极管BT1一端连接，所述双向触发二极管BT1的另一端分别与电容C2一端、电阻R1一端和电阻R2一端连接，所述电阻R1另一端与电容C1和双向可控硅TRIAC之间的节点连接，所述电容C2另一端和电阻R2另一端分别与变压器T1的输入侧与220V市电之间的节点连接；

所述放电室包括圆筒状介电体、内电极和外电极，所述内电极为弹簧状不锈钢导体，紧贴在圆筒状介电体的内壁上，所述外电极为抗氧化石墨涂层，包覆在圆筒状介电体的外壁上；所述圆筒状介电体的一端通过输气管与气泵连通，另一端通过臭氧导出管与散气石连通，所述是内电极和外电极分别通过导线与高压发生器的输出端连接。

优选地，所述圆筒状介电体为由纳米陶瓷材料制作的圆筒状介电体。

优选地，所述的电容C2、电阻R1、电阻R2和双向触发二极管BT1构成双向可控硅TRIAC的触发电路。

进一步地，还包括遥控定时开关，所述遥控定时开关设置在气泵的电机和高压发生器接入220V市电的线路中。

本发明的有益效果是：本发明的高压发生器主要由双向可控硅及其触发电路和变压器构成，电路简单简单可靠，效率高性能稳定，提高了臭氧发生剂量而不会产生氮化物，且价格低。该高压发生器温升低，无需采用散热装置，减少了产品故障率，缩小了臭氧生成器的体积；圆筒状放电室由纳米陶瓷材料制作，使得臭氧的产生量更稳定，搞潮湿，抗氧化，臭氧浓度高，并且比普通陶瓷沿面放电发生器的使用寿命延长了一倍以上。本发明通过气泵将放电室内所电离发生的臭氧强行从放电室内吹出，使臭氧混合气体吹入待消毒的室内空间，使空间内空气和物体表面均得到消毒，加快了臭氧的扩散速度，大大提高了工作效率。本发明具有安装体积小、低能耗、产生臭氧扩散速度快和工作效率高纯度高剂量大的特点，便于安装，杀菌时使用时间短，适合在各种环境下进行消毒、杀菌。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明所述高压发生器的电路图；

图3为本发明所述放电室的结构示意图；

图中，1高压发生器、2放电室、21圆筒状介电体、22内电极、23外电极、3气泵、4输气管、5臭氧导出管、6散气石、7遥控定时开关。

具体实施方式

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，本发明的一种纳米陶瓷作为介电体的高纯度大剂量低能耗的臭氧生成器，它包括外壳、高压发生器1、放电室2、气泵3、输气管4、臭氧导出管5、散气石6和遥控定时开关7，所述高压发生器1与放电室2电连接，所述气泵3通过输气管4与放电室2一端连通，所述放电室2另一端通过臭氧导出管5与散气石6连通，所述气泵的电机和高压发生器均通过遥控定时开关7接入220V市电。所述遥控定时开关7可采用KERDE 科德遥控定时开关，便于用以定时。

如图2所示，本发明所述的高压发生器包括电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、双向可控硅TRIAC、双向触发二极管BT1和变压器T1，所述的电容C1、双向可控硅TRIAC和变压器T1的输入侧依次串联连接后与220V市电连接，所述双向可控硅TRIAC的控制端与双向触发二极管BT1一端连接，所述双向触发二极管BT1的另一端分别与电容C2一端、电阻R1一端和电阻R2一端连接，所述电阻R1另一端与电容C1和双向可控硅TRIAC之间的节点连接，所述电容C2另一端和电阻R2另一端分别与变压器T1的输入侧与220V市电之间的节点连接。所述的电容C2、电阻R1、电阻R2和双向触发二极管BT1构成双向可控硅TRIAC的触发电路。当图中AB两端的电压达到触发电压时，双向可控硅被触发，电源、电容C1、双向可控硅以及变压器的激励电感产生谐振，变压器在谐振电流的作用下产生高压，此高压加在放电室上，当谐振电流为0时，双向可控硅关断，此时电容C1上充以反向电压，由于220V的市电瞬时值是可变的，当电源电压降低，AB两端的电位又达到了双向可控硅的触发电压时，双向可控硅再一次被触发，变压器反向放电输出，在电源电压的每半个周期内双向可控硅被触发二次，因而此电路的脉冲工作频率为200Hz。脉冲的宽度由第一电容和变压器的激励电感所决定。由于触发电压是固定可调的，因此其输出是稳定可调的。 该高压发生器电路简单，性能稳定，提高了臭氧发生剂量而不会产生氮化物，且价格低，并且其系统温升低，无需采用散热装置，减少了产品故障率，缩小了臭氧生成器的体积。

如图1和图3所示，本发明所述的放电室2包括圆筒状介电体21、内电极22和外电极23，所述圆筒状介电体21为由纳米陶瓷材料制作的圆筒状介电体，所述内电极22为弹簧状不锈钢导体，紧贴在圆筒状介电体的内壁上，所述外电极23为抗氧化石墨涂层，包覆在圆筒状介电体的外壁上；所述圆筒状介电体21的一端通过输气管4与气泵3连通，另一端通过臭氧导出管5与散气石6连通，所述是内电极22和外电极23分别通过导线与高压发生器1的输出端连接。

本发明的内电极采用弹簧状不锈钢导体，紧紧贴服在圆筒陶瓷介电体的内壁上，外电极由抗氧化导电层石墨涂层构成，外电极包覆在圆筒陶瓷介电体的外部，高压发生器输出端分别连接到内电极与外电极上；这样，放电室使用时首先由一端导引空间导入空气，并进入封闭的放电空间中，由两电极进行高压放电以产生臭氧，再将成品由另一导引空间流出。臭氧放电室采用纳米陶瓷作为介电材料的放电室，纳米陶瓷介电常数、表面电阻率比玻璃高，介电体的厚度可以降到最低，作为电晕放电法机理的沿面放电用电极的结构，由此有效提高臭氧发生器的效率。由于采用了纳米陶瓷作为介电材料的放电室的沿面放 电式臭氧发生器，使得臭氧的产生量更稳定，搞潮湿，抗氧化，臭氧浓度高，并且比普通陶瓷沿面放 电发生器的使用寿命延长了一倍以上。使整机的臭氧发生能力可极大提高，使得大空间的臭 氧消毒和物体表面消毒成为可能。

本发明提供一种能依赖其大剂量高纯度的臭氧发生量从而取得很好的消毒效果，达到室内空气和物体表面同时消毒目的的室内臭氧生成器。其工作原理为：由高压发生器将市电升压为高压电，给放电室的电极供电，在纳米陶瓷圆筒状介电体空腔内外电极和内电极放电电离来自气泵的空气。接通电源当高压发生器和放电室开始工作并发生臭氧时，气泵同时开始工作，气泵将放电室内所电离发生的臭氧强行从放电室内的另一端吹出，使臭氧混合气体吹入待消毒的室内空间，使空间内空气和物体表面均得到消毒。加快了臭氧的扩散速度，大大提高了工作效率，达到了本发明的目的。也可用臭氧导出管连接放电室的出气端通过散气石将臭氧导入任何容器或水中用于日常灭菌或果蔬解毒。本发明安装体积小，工作效率高，便于安装，杀菌时使用时间短，适合在各种环境下进行消毒、杀菌。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.纳米陶瓷作为介电体的高纯度大剂量低能耗的臭氧生成器，包括外壳、高压发生器和放电室，其特征是：还包括气泵、输气管、臭氧导出管和散气石，所述高压发生器与放电室电连接，所述气泵通过输气管与放电室一端连通，所述放电室另一端通过臭氧导出管与散气石连通，所述气泵的电机和高压发生器均接入220V市电；

所述高压发生器包括电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、双向可控硅TRIAC、双向触发二极管BT1和变压器T1，所述的电容C1、双向可控硅TRIAC和变压器T1的输入侧依次串联连接后与220V市电连接，所述双向可控硅TRIAC的控制端与双向触发二极管BT1一端连接，所述双向触发二极管BT1的另一端分别与电容C2一端、电阻R1一端和电阻R2一端连接，所述电阻R1另一端与电容C1和双向可控硅TRIAC之间的节点连接，所述电容C2另一端和电阻R2另一端分别与变压器T1的输入侧与220V市电之间的节点连接；

所述放电室包括圆筒状介电体、内电极和外电极，所述内电极为弹簧状不锈钢导体，紧贴在圆筒状介电体的内壁上，所述外电极为抗氧化石墨涂层，包覆在圆筒状介电体的外壁上；所述圆筒状介电体的一端通过输气管与气泵连通，另一端通过臭氧导出管与散气石连通，所述的内电极和外电极分别通过导线与高压发生器的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的纳米陶瓷作为介电体的高纯度大剂量低能耗的臭氧生成器，其特征是：所述圆筒状介电体为由纳米陶瓷材料制作的圆筒状介电体。

3.根据权利要求1所述的纳米陶瓷作为介电体的高纯度大剂量低能耗的臭氧生成器，其特征是：所述的电容C2、电阻R1、电阻R2和双向触发二极管BT1构成双向可控硅TRIAC的触发电路。

4.根据权利要求1至3任一项所述的纳米陶瓷作为介电体的高纯度大剂量低能耗的臭氧生成器，其特征是：还包括遥控定时开关，所述遥控定时开关设置在气泵的电机和高压发生器接入220V市电的线路中。