[发明专利]臭氧发生装置的高频电源

说明书

本发明是对现有臭氧发生装置上的电源进行的改进。

臭氧发生装置是利用无声放电的原理，在含氧气体中通过高压无声放电，产生工业用臭氧气的装置。臭氧气是一种强氧化剂，可用于杀菌，在清除污染方面，用它来处理饮用水，对生活污水和工业废水进行无害处理，对水和气体进行除臭脱色处理等，具有不产生二次污染的优点。

臭氧发生装置是将无油压缩含氧气体通过干燥处理后进入由电极和绝缘介质层组成的放电室，外电源通过变换升压，引入放电室电极，进行无声放电，即可产生含臭氧气的混合气体而输出。

目前国内此类产品的电源供给都是通过工频（50H_z）电源，经变压器升压至10千伏以上，直接引入放电室而产生臭氧气。其工作电流、电压波形都是正弦波。缺点是电耗大，设备笨重，成本高，而且工作可靠性差。

为了减少设备体积，提高单位设备体积的臭氧生成率，采用提高电源频率的办法是有效的。如美国专利US4123664、日本专利昭57-191208等文献提出的方法，就是将工作频率提高，电流波形为正弦波或方波，电压波形为低电压上升率波形或呈直线上升波形，其电压上升率dv/dt都在0.5kv/μs以下。它们有一个共同的特点，就是尽可能地防止电流突变引起过高的电压上升率而产生过电压，因为过电压会击穿放电室的绝缘介质而造成事故。因此目前的臭氧发生装置的高频电源，通常采用增加回路电感的办法来防止电流突变，并有不允许电源突然合闸的规定。

近年来国外在探讨降低单位臭氧气生成电耗的办法时，有的采用了利用窄脉冲、高峰值电压及高电压上升率dv/dt的办法，取得了一定的效果。如美国专利文献US4283291，US4016060苏联专利文献SU941276、SU1000391等。它们利用高压放电脉冲，要求脉冲宽度小于气体离子通过两极间的渡越时间（例如US4283291为2.1μs）。在文献SU1000391中要求电压上升率达到200-1700kv/μs，为实现这一要求，以上文献均采用了气体闸流管（Thyratron）或真空管（Vacuum    Tube）电路，由于真空器件的固有局限性很难大量推广应用。

另外也有人利用固体功率器件（如晶闸管、晶体管等）来做臭氧发生装置的电源，如文献US3875035、US4027169，昭58-99271，但都未着眼于提高电源输出电压的上升率（dv/dt），从而进一步降低臭氧生成的电耗。

为了提高臭氧生成的效率，同时又克服现有高频电源的真空器件的局限性，特提出本发明。

这种臭氧发生装置的高频电源，与现有技术相同，都由以下几部分构成：升压变压器（T）、储能电容器（C）、开关元件（K）和等效电阻（R）等，本发明的特点有以下几点：

首先，其开关元件（K）采用固体功率器件，以代替现有技术中使用的气体闸流管和真空管等器件。

其次，电容（C）为振荡电容，应选择高频损耗小的电容，其容量在1-50μf之间。

再有，变压器（T）折合到原边的等值电感（L）的电感量在5μh到2.5mh之间。

由于采取了以上措施，就能有效地提高该电源输出电压的上升率，从而提高臭氧的生成效率。

下面，结合附图进一步说明：

图1为臭氧发生装置高频电源的原理图，其中E为直流电源，L₀为限流电感，C为振荡电容，K为开关元件，T为升压变压器，GS为电晕放电室。

设计升压变压器时，要求放电器的容性负载通过变压器的变化及变压器的漏电感，等值折合到变压器原边时呈感性负载，以保证当开关元件K合闸时形成一次CLR欠阻尼振荡过程。该电路图如图2所示，图中R为等值电阻，L为等值电感。

图中的开关元件K为所说的固体功率器件，它可以由晶闸管（SCR）或可关断晶闸管（GTO）构成。

限流电感L₀的电感量为1.0mh至1H，直流供给电源E的电压为100V至1000V之间。

由以上参数，通过RLC电路解微分方程，即可计算出输出电流和电压的波形，如图3所示，图中a为电流波形，波形b为电压波形。