机械及行业设备>环保设备>原水处理设备>水杀菌消毒设备

郑州中仁臭氧技术服务有限公司

联系人：谷传动

移动电话： 13837162012

公司地址：郑州市文化路64号益隆大厦5楼

实验室地址：郑州大学老校区18号楼8楼

公司主页： http://www.guchuandong.cn

http://gcdgcd.cn.alibaba.com

E-mAIl:gcd1212@163.com

QQ:375204364

氧气源1－10kg/h

高频陶瓷臭氧发生器系统

技术方案及报价

郑州中仁臭氧技术服务有限公司

郑州大学射频与等离子体实验室

二○○八年七月

一、公司及团队简介

1.1公司简介

郑州中仁臭氧技术有限公司，是在郑州中仁工贸有限公司的基础上，依托郑州大学射频与等离子体实验室、解放军信息工程大学、河南大学药学院等院校平台组建起来的。公司以等离子体超临界电场窄隙放电产生高浓度臭氧发生器为主要课题，突破了臭氧电源20Khz的难关，利用软开关全桥移项技术，研制出了高频率、大功率、数字式电源，并研制成功α型AL₂O₃介质薄层窄隙放电新工艺，实现了臭氧发生器高浓度、高效率、模块化、小型化。臭氧浓度可达200mg/l，臭氧电耗6KW/O₃KG，技术水平国内领先，达到世界先进水平。

1.2 实验室简介

郑州大学射频与等离子体实验室包括郑州大学信息工程学院、环境与水利学院、电气工程学院的部分教师和科研人员组成，主要的业务范围是电磁无损检测、电磁环境与电磁兼容检测、电力电子设备运行状态在线监测及相关理论与技术的研究，检测仪器的研制、开发，成果的转化及技术培训等。培养电磁场与微波技术、激光技术、电力电子新技术、结构检测等方向的研究生，博士生。

1.3 专家简介

刘 平，教授，博士生导师。主要研究领域：电力电子技术、功率射频技术和等离子体技术。多次赴美国、日本、加拿大、韩国参加国际合作研究和学术交流。主持了磁镜等离子体射频加热系统研制项目，参加了磁镜和托卡马克上的等离子体射频加热实验研究；在美国麻省理工学院进行的磁镜型等离子体火箭研究，验证了这类火箭的科学可行性，第一次成功测量了等离子体火箭的推力；大功率开关电源研究项目的部分成果已经在企业中应用，转化为经济效益。

目前承担的研究课题有：国家自然科学基金项目，用于高频通讯的等离子体天线研究；等离子体臭氧放电原理与大功率软开关高频率臭氧开关电源的研制，射频感应等离子体源射频发生器研制，高频感应加热电源研制，高效率射频发射机研制等。

二、臭氧发生器

2.1 电离放电产生臭氧的原理

臭氧产生的过程是介质阻挡等离子放电放电的过程，供电单元提供高压电场而使流过放电间隙的氧气在此电场中通过，从外加放电电场获得能量的电子与氧分子发生非弹性碰撞，电子把能量转移给氧分子，气体被激励后，发生电子雪崩。当电子从放电电场获得的能量大于8.4eV时，氧分子开始分解，电离，并形成臭氧。

2.2 提高臭氧效率的理论支持

在气体放电中，臭氧分子也会分解，臭氧分子的分解、电离能为2eV，所以具有2－8.4eV能量的电子会分解臭氧。所以控制低能电子的的产生是提高臭氧浓度和效率的根本途径。为了高能电子的获得，就要突破目前的弱电放电，采用强电离放电，具体办法有三个方面：

第一，增加电源峰值电压，提高放电频率

放电室内电晕放电的功率方程式可表示为：P=4CdVsf[V0-（Cd Cg）Vs/Cd]

式中：P-电晕元件放电功率，W；

Cd-介电体电容，F；

Cg-放电间隙电容，F；

Vo-外加驱动电压（峰值），V；

Vs-间隙间的电晕起始电压（峰值），V；

f-外加驱动电压频率，Hz。

从公式可以看出，通过改进供电电源的峰值电压和频率来提高臭氧发生器的效率和臭氧浓度。

第二，从公式中我们还可以看到，放电介质越薄，介电常数越高，介质损耗越低的介质越能提高臭氧的效率。

瓷介质具有较高的电气强度、较大的介电常数值和较强的耐腐蚀能力，近年来国际上提出采用瓷介质作为放电室，来取代玻璃介质。由于搪瓷的加工难度小，成本低，所以国内几家大的臭氧厂家都采用搪瓷作为放电体，在频率600－800HZ的高压电场中臭氧浓度达到100mg/l，臭氧生成效率达到1Kg/10KWh，是臭氧生成理论值（430g/KWh-590g/KWh）的1/5。

由于搪瓷烧结工艺所限，容易产生微孔，不适合在高频下（10KHz以上）工作，即便在600－800Hz的频率下，也很容易产生电子灰，电子灰影响放电效率，臭氧浓度会大幅度下降；随着微孔的扩大，搪瓷介质就会在薄弱处被击穿。目前国内厂家的搪瓷臭氧放电室不到一个月就要清扫一次，给维护带来很大麻烦，而且臭氧管击穿会冲击电源，所以很多厂家都在每个放电管上加一个保险管，但是根本问题仍难以解决。

目前国际上比较先进的臭氧放电体开始采用α型AL₂O₃氧化铝陶瓷，陶瓷介质具有高强度、高密度、高绝缘度、高介电常数、高均匀度、低矫曲度和低介质损耗等优点，比较适合作为臭氧放电体，目前国际上先进技术已经使臭氧生成效率达到1Kg/5KWh，是臭氧生成理论值（430g/KWh-590g/KWh）的1/2。

第三，采用较窄的放电间隙。

减少放电间隙，就能增大放电间隙的电场强度，并减少热量生成。

第四，有效冷却

产生臭氧反映过程是放热反应，由于臭氧发生器比较紧凑，热量产生多而且集中，如果热量不能有效散发出去，高温会加速分解臭氧，利用空气源的还会大大增加氮氧化物的产生，而且高温还会造成介质的热击穿。

三、 中仁臭氧发生器的特点

3.1高频开关电源电源

电离放电产生臭氧的技术关键在于开关电源的参数设计，开关电源的优劣不仅关乎臭氧系统的稳定，而且对臭氧生成效率和臭氧浓度的提高具有非常重要的作用。采用新一代的IGBT作为开关管，设计软开关全桥移项开关电源，借以提高电源频率，增加稳定性和减小体积，是目前国际上研究的热点。

由于大功率高频率的臭氧开关电源技术难度大，目前国内大多采用工频（50Hz）和中频（600－1000HZ）。设计思路仍然是可控硅整流，技术水平停留在20世纪50年代。少数企业采用IGBT开关管，但设计思路是硬开关，但是硬开关的频率做到10KHz以上就会容易损坏IGBT，所以这部分电源的频率一般在2－10KHz，众所周知，开关电源频率在20KHz以下会有噪音，对环境造成污染，而且容易损坏。而软开关技术难度较大，国内很难见到见到的软开关、高频率，大功率的臭氧开关电源。

我公司联合郑州大学射频与等离子体实验室，根据多年等离子体电源的设计特点，借鉴国际先进技术，联合新型传感器实验室，电磁兼容实验室等单位，采用当今新型的器件和材料，综合利用现代电力电子技术、微电子技术、控制技术，自行开发了软开关，大功率，高频率的臭氧电源。

中仁高频高压电源性能特点:

1.全桥移项软开关技术，零电压、零电流关断，减少对IGBT的冲击，使模块的寿命大大延长。

2. 采用美国德州仪器的芯片控制，频率可调，功率可调，占空比调节范围0－100％。

3. 过压保护，过流保护，高温保护，故障报警，可输出485信号，实现PLC控制和远程控制。

4.先进的电路设计，特殊的去毛刺技术，电流电压波形可以实现标准的正弦方波，对功率模块的冲击大幅度减小。

5. 独特的电路整体保护设计，不加保护电路，电路本身就能实现短路保护，从而避免了保护电路保护不及的情况。

6. 开关器件:采用日本东芝第五代IGBT模块，该模块适合高频开关，效率高，稳定性强。目前我们的臭氧电源的频率为20-30KHZ，正在开发频率为40-60KHz的开关电源。

7. 大功率铁氧体磁芯的采用，大幅度减小了中频的硅钢片高压包的体积，大大提高了变压器的效率。

8. 高压包多股丝包线绕制，真空浸漆，环氧树脂灌封，防潮，防击穿，克服了高频的集肤效应。

9. 放电次数比较低频成倍增加，臭氧浓度高，功耗小，使臭氧生成效率成倍提高。

10. 由于频率大于20KHz，所以工作时无噪音，真正实现无声放电，避免了频率在2-20KHz时的高频噪音。突破了臭氧开关电源的20KHz革命。

11．先进的模块式设计，精密电路树脂封装，防潮防水防灰尘，给电源的维修和调试带来极大方便，也为不同功率的电源开发提供了便利。

12. 功率管散热:水冷。

13.输出高压:4000V－9000V。

3.2臭氧放电室

臭氧放电室是等离子放电的承载部分，其中的放电介质的参数（介电常数、介质损耗、介质厚度、介质密度，介质强度），放电间隙的大小，阳极阴极的冷却，放电室的结构等方面都影响着臭氧发生效率、臭氧浓度、可靠性、灵活性等因素。

电介质是 DBD 型臭氧发生器的重要组成部分 ,其作用可以是:强化气隙的电场强度以利产生放电；防止气隙击穿 ,同时减少功率消耗；使气隙电场均匀 ,扩大放电区域。 这些都有利臭氧的产生。一般而言 ,电介质的介电系数越高 ,导热性能越好 ,越有利于产生臭氧。

中仁的臭氧产生装置是一种窄放电间隙、薄介质层以及两级液体冷却的板式方形结构。其特点有：

3.2.1 采用α型AL₂O₃氧化铝陶瓷作为放电介质，该介质为96％的α型AL₂O₃氧化铝陶瓷，其相关参数如下：

研究表明，臭氧发生气的臭氧浓度与其放电室电介质的抗击穿电压、介电常数成正比，与介质的壁厚成反比。陶瓷材料的介电常数可达到几十乃至上千，抗击穿电压可达到几万伏。而玻璃和搪瓷介质材料的介电常数为2－6，抗击穿电压远低于陶瓷材料。我国臭氧发生器以玻璃介电体居多，这正是其效率低下的主要原因。

近年来国内有些厂家开始采用搪瓷作为放电体，但是由于搪瓷工艺或者瓷釉配方问题，大型臭氧发生器（主要是公斤级），放电电极选用搪瓷介质管、单水冷形式，在产生臭氧过程中，容易产生两个问题：

第一，容易造成放电室积尘现象。这种积尘现象产生在放电过程中，随着臭氧发生器工作时间的加长，积尘量加剧。积尘的特征：主要附着在搪瓷放电管表面和不锈钢电极管内表面。产生积尘后严重影响臭氧产量，直接导致臭氧浓度下降，造成臭氧发生器工作稳定性下降。但是在清理灰尘后，臭氧浓度和臭氧产量又会恢复到最好水平。随着使用时间的延长，又会生出灰尘，臭氧浓度逐渐下降。

第二，大型臭氧发生器风冷搪瓷管在放电过程中容易击穿爆瓷，现所生产的搪瓷介质臭氧管，在使用前经过严格检验，7.5kv电压3min耐压试验（工频电压）不击穿，不爆瓷，但是使用在高频大型臭氧发生器上时，使用不到很长时间，搪瓷管的爆瓷率达到5％以上。使用条件：高频电源，频率1khz，高压3.75-4.2kv，放电电流＜0.5A。（所谓爆瓷即搪瓷层在高电场下被击穿，瓷层表面有明显击穿，瓷层剥落现象，露出瓷层底层钢底坯。）由于爆瓷问题难以解决，所以有些臭氧厂家就在每根臭氧管上加一个保险丝，以防对电源的冲击。

臭氧技术研究人员正在努力提高臭氧浓度的研究 ,近期有了重大进展 ,可以把臭氧浓度提高到250mg/l 。当介质阻挡放电间隙的折合电场强度大于 300Td 时 ,可得到大于 200mg/l臭氧浓度。为了取得强电离放电电场 ,只有采用窄放电间隙和高介电常数、高电阻率的薄电介质层方法 ,它可取得大于 300Td 的强电场. 应用高频供电的强电离放电是现代产生高浓度臭氧的唯一有效办法。

陶瓷材料介电常数大，抗击穿电压高，可以长期在高频状况下稳定使用，是产生臭氧的最为理想的材料，但是其制备工艺复杂，技术难度大，成本高成为限制其应用的主要原因。我公司多年来一直致力于强电离放电的研究，引进德国生产的陶瓷薄片，配合高频电源，使介质阻挡放电间隙的电场强度大于300Td，使臭氧浓度最高可达200mg/l。

3.2.2 放电间隙

由于玻璃和搪瓷的成型属于高温过程，加工误差比较大，在加之和阴极管的配合后同心度会收到影响，目前国内玻璃管的放电间隙一般在1－3毫米，搪瓷管的放电间隙一般在0.6－1.2毫米之间。而陶瓷板的成型比较容易，平面误差小，所以国际上近年正在采用陶瓷板作为放电体，放电间隙一般在0.1－0.5毫米之间。我公司联合机械研究所，采取精密不锈钢铸造工艺，利用数控加工中心精密加工，使放电间隙控制在0.3毫米，大大提高了臭氧浓度和生成效率，并且使臭氧初始放电电压降低，减少了介质击穿的概率。

3.2.3 双极冷却

为了解决臭氧放电极高温带来的分解臭氧，电介质热击穿，提高臭氧生成效率和提高臭氧浓度，比较理想的冷却方式是对阳极和阴极都进行水（油）冷却。由于国内的搪瓷管内部材质多为碳钢（不锈钢熔点高，不宜把搪瓷烧结上去），和液体接触会生锈，并且玻璃和搪瓷的管状结构也不利于对高压极进行冷却，所以国内采用搪瓷结构的都是阴极水冷，阳极风冷（氧气或空气经过时附带降温）。而陶瓷板式结构放电支撑体和放电体都是不锈钢加工件，可以进行水冷（油冷），一般采用阴极水冷，阳极油冷。使臭氧生成效率和臭氧浓度大大提高。

3.2.3 模块化、小体积

我们的介质阻挡强电离放电结构如图1所示。阳极和阴极都是矩形组件，是由阳极和阴极相互交插组成，他们之间是用特氟龙隔片隔离形成高精度的窄放电间隙。根据臭氧产生量的要求，可以采用多个组块，方便安装，便于检修。由于陶瓷的介质损耗小，而且高频下介质损耗更小，臭氧生产时热量产生少，再加上双极水（油）冷，再配合高频电源，使放电室整体达到强电离放电，臭氧浓度高。使臭氧产生装置的体积大幅度减小 ,也使相关空气预处理和臭氧溶解设备小型化。每个模块的体积大小为23cm?22cm?3cm，每个阳极两面放电，臭氧产量可达100g/h。以KgO3/h计算，共需要10个阳极，由于阳极阴极交错排列，需要11个阴极，模块的总数量为21个，如果横向排成一排的话，模块的总体积为23cm?22cm?63cm，整机的总体积为35cm?25cm?65cm。比搪瓷管的体积大大减小。

3.2.4 放电模块示意图

大型臭氧发生器的放电室是根据所需臭氧的产量来设计，而产量是根据单个放电极在一定频率、电压条件下所产的臭氧产量的总和来确定。因此，放电极是放电室设计的基本依据，而在国内，放电极技术是大型臭氧发生器制造技术的瓶颈。

我公司的放电体采用德国进口的α型AL₂O₃氧化铝陶瓷薄片，在矩形不锈钢盒上粘接而成，该介质介电常数高，介质损耗小，加工精度高，体积密度大，机械强度高，介质厚度小，高频特性好，使用寿命长，阳极采用油冷，阴极采用水冷，避免了电子灰的产生和热击穿，能最大程度的发挥高频电源系统和冷却系统的功能，是大产量高浓度臭氧发生器的关键。根据陶瓷片在高频电容使用的经验推算，放电极的使用寿命保守估计可达10-15年。设备可实现免维护运行。

3.2.5 放电室结构示意图

我公司的臭氧发生器为水平安装的形式，全部材料为不锈钢结构，绝缘部分采用特氟隆，它可以直接安放在地上、或安装在基础上、或固定在架子上。机壳两端安装有视镜，方便观察放电体的工作情况，便于设备检修。

中仁臭氧发生器放电室基本部分组成：

1、间隙放电室，为臭氧生产场所；

2、阴极冷却室，通入冷却水吸收热量，同时作为接地电极；

3、阳极冷却室，通入耐高电压的变压器油，吸收阳极产生的热量，连接高压电源；

4、每一个阴极矩形盒与阳极矩形盒组成 “放电单元”，在0.3毫米的窄放电间隙内形成介质阻挡强电离放电，产生高浓度的臭氧。

5、放电室罐体系不锈钢制造，阴阳极放电体在内部呈水平交错状排布。大型的臭氧发生器的阴阳极矩形盒可以把体积做大，便于加工和安装。

四、 臭氧发生器设计、制造和检验标准

4.1臭氧发生器设计、制造标准

中华人民共和国城镇建设行业标准CJ/T3028.1-1994《臭氧发生器》；

国家环境保护总局中国环境保护产品认定技术条件HCRJ058-1999《臭氧发生器》；

4.2 臭氧发生器检验标准

中华人民共和国城镇建设行业标准CJ/T3028.2-1994《臭氧发生器臭氧浓度、产量、电耗的测量》

五、臭氧发生器安装说明

5.1 安装环境：

安装放置臭氧发生器的房间要求干燥且通风良好，不得安装在阴冷潮湿、有阳光直射或沙尘较多的地方，更不能安装在有化学腐蚀的环境。设备距离房间外墙至少应有1 m的散热距离。

5.2 安装调试说明：

a、我方指定有经验的工程技术人员到现场进行安装，直至设备的各项性能指标均满足验收要求。

b、我方委派有经验的工程技术人员到现场对业主操作人员进行设备的运行、维护方面的培训和指导。

六、氧气源臭氧发生器设备技术参数

七、设备体积

备注：

1、 主机尺寸不含机座，5公斤以下机座高为30cm（包含油冷却），6-10公斤机座高为40cm（包含油冷却）。

2、 配电柜为了操作方便，可以加底座，也可以做的高一些。

八、设备名称、数量及价格参考

九、售后服务

电源核心器件三年免费包换；板式陶瓷臭氧发生器三年免费保修。此承诺仅限于邮寄，如需上门服务，服务费根据设备安装地另行商议。

免责声明：本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并立即删除内容。