[发明专利]用于产生高浓度臭氧的装置

说明书

                          技术领域

本发明涉及一种产生臭氧的装置，更具体地，涉及一种以高效率产生高浓度臭氧并控制所产生臭氧的浓度的装置。

                          背景技术

臭氧(O₃)由于其强氧化、去色、除臭和杀菌特性而被用于各种用途。然而，由于其趋于还原成氧气(O₂)，因而臭氧不能在室温和大气压下保存。从而，为了利用臭氧，必须使用臭氧发生器，该发生器利用氧气或空气作为臭氧原材料。

已经开发了多种用于产生臭氧的方法，如利用紫外线的方法、无声放电方法和电解水的方法等。在这些方法中，利用高压的无声放电方法由于其可以有效地产生高浓度臭氧而已经被用于各种工业用途(见Siemens W.的1857年物理化学年报第102卷第66-122页(Siemens W.1857.Ann.Phy.Chem.102,66-102))。

如现有技术中所公知的那样，无声放电方法利用两个金属电极，该电极中的一个或两个用介电材料绝缘。AC(交流)信号施加到电极上，然后在金属电极之间的空间内进行放电，同时含氧的空气从该空间经过，从而将一些氧转化为臭氧。

利用无声放电方法的臭氧发生器可以利用各种形状和结构实现。最普及的结构为采用一个或多个玻璃管的圆柱形结构。在这个方法中，每个玻璃管安装在金属圆柱体内侧，而金属圆柱体用作接地电极，并且玻璃管内侧涂覆有金属薄膜以提供高压电极。然而，这种类型的圆柱形臭氧发生器对于实际应用来说体积过大，并且由于难于在玻璃管和金属圆柱体之间保持恒定的间隔而无法提供均匀一致的放电。此外，用作电介质的玻璃管被其内产生的臭氧腐蚀，这导致电介质击穿。为了克服传统圆柱形臭氧发生器中的这种限制并提高所产生的臭氧的浓度，美国专利第5,759,497号公开了一种利用平板型陶瓷作为电介质的平板型臭氧发生器，该平板型臭氧发生器有时也称作“奥托(Otto)板型臭氧发生器”。

为了通过利用上述各种类型的臭氧发生器进行无声放电，采用具有通用频率(例如60Hz(赫兹))的高压正弦波信号。然而，难于利用AC信号在这种频率下提高臭氧浓度。因此，最近已经开发出利用产生约1kHz(千赫兹)的中等范围频率信号的逆变器的臭氧发生器。

尽管如此，由于高压信号为一正弦波，所以仍然难于有效地提高臭氧浓度。

存在多种控制臭氧发生装置中臭氧浓度的方法，如改变在臭氧发生中所用的电平或改变高压信号的频率，以及改变脉宽。然而，由于无声放电的特性，通过这些方法很难线性控制臭氧浓度。具体地，当改变施加到臭氧发生装置上的高压信号的电平时，臭氧浓度一般随电平升高而增大，但是，由臭氧发生装置所产生的臭氧浓度与施加到该装置上的电平之间的关系不是线性的，且无声放电仅在该电平等于或大于预定电平时才能进行。因此，通过改变高压信号的电平非常难于线性控制臭氧浓度。

在改变高压脉冲的频率而控制臭氧浓度的情况下，因为臭氧发生器、高频逆变器、以及高压变压器之间的阻抗因频率改变而无法匹配，所以不能获得最佳的臭氧发生效率。另外，在改变高压脉冲的脉宽的情况下，当脉宽增大到超过最佳脉宽时，臭氧浓度不再增加。

                           发明内容

因而，本发明的目的是提供一种用于产生高浓度臭氧并线性控制臭氧浓度的装置。这个目的由这样一种方式实现，即，高频逆变器将具有基于控制信号的预定开/关时间比的低频脉冲和用于产生放电的高频电压脉冲混合，从而改变高频电压脉冲的开/关时间比，并且将高频电压脉冲通过高压变压器施加到臭氧发生器上。

取代采用圆柱形玻璃管的臭氧发生器，本发明使用平板型臭氧发生器，该发生器把平板型陶瓷用作电介质，从而优化了臭氧发生效率和臭氧发生器的寿命，同时使平板型臭氧发生器的尺寸减至最小。

由于本发明利用高频电压脉冲获得要被施加到臭氧发生器上的高压波形，而不是具有通用频率(例如60Hz(赫兹))或中等频率的正弦波，所以可以发生适于产生高浓度臭氧的无声放电。这是通过使电极能发射出大量具有高能量水平的电子而实现的，该高能量水平的电子对于在使用高频电压脉冲的情况下产生臭氧是非常有益的。

本发明中的臭氧浓度根据输入到高压逆变器中的控制信号以这样一种方式得以线性控制，即，高频电压脉冲的开/关时间比通过将为无声放电优化的高压脉冲信号和具有基于所述控制信号的预定开/关时间比的低频脉冲加以混合而控制。