专利名称：一种臭氧发生器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种臭氧发生器，可产生用于工业中的高浓度、低能耗臭氧，在水处理、化学氧化、食品加工、医疗卫生等许多领域有着广泛应用，属于臭氧发生器技术领域。
背景技术：
臭氧(O3)是氧的同素异性体，具有很强的氧化能力。由于它的高强的氧化性质而得到广泛使用，其中包括在处理空气、饮料和其他水源方面用作杀菌剂和消除病毒时，能够迅速达到极其良好的效果。臭氧也广泛用于污水处理以及其他能够利用臭氧强有力的氧化性质的场合。臭氧不能够自然存在于需要使用的场合，也不能够收集或贮藏起来，通常必须在使用它的地方安装臭氧发生器生产臭氧，而臭氧发生器通常是把气体氧或空气通过高电压的交流电放电区域，引起静电电弧或电晕放电，在这一过程期间，在通电的环境中，分子氧(O2)异化成原子氧，这就允许原子重新组合成O3(臭氧)的形式，在现有技术中，各种臭氧发生器均运用静电弧放电，这样的发生器通常包括由一间隔隔开的一对电极，插在该间隔中的绝缘材料，间隔中的气体氧或空气，以及使得电流通过绝缘材料和气体氧或空气的电极之间的足够的电压，电极可以是平直的、管状的、或者是相对着电极表面是平行的任何形状，管状电极是较为常用的一种形式，同时，管形发生管，内部的管状电极材料，安装方式，都对发生管最终的发生量，运行可靠性有着极为重要的影响。
现有的管状电极发生管，虽然形式相同，但由于一般采用非金属与金属材料的组合，使其单管的发生量都受到极大的限制，并且普遍都不能受压，即不能在压力状态下，发生管发生臭氧，一般发生管所存在的问题有目前发生管一般采用全玻璃管或内管用玻璃管，外管用金属管的形式制造，其工艺的缺点是1、放电间隙不均匀，因玻璃的厚度及外表无法加工，故无法保证与外管之间放电间隙的均匀性，所以单管发生量都不高(一般＜10g/H)，浓度低；
2、由于采用两种不同的材料，故两端无法牢固密封，再加上电源的驱动问题，使一般的发生管无法承受压力，一般发生管内压力必须＜0.08Mpa，同时当压力增高时，空气密度增加，由于电源的问题，无法对空气进行电离，所以发生管内压力超过0.08Mpa，就无法产生臭氧；3、采用玻璃与金属材料制造的发生管，由于两种材料的机械特性不同，在实际的使用过程中，可靠性差，发生管容易损坏；4、臭氧发生器中的空气采用自然风形式，发生管发生臭氧效果不好。
发明内容
本实用新型的目的是发明一种单管臭氧发生量大、低功耗、高浓度臭氧且能承受压力的臭氧发生器。
为实现以上目的，本实用新型的技术方案是提供一种臭氧发生器，由箱体、至少一根臭氧发生管、驱动装置组成，箱体内的臭氧发生管连接驱动装置，其特征在于，所述的臭氧发生管由进出气接口、顶端接地螺丝、顶端盖、连接套、内壁管、至少一根发生管内管、高压连接件、外壁管、冷却水接口、底端盖、进气接口、高压连接端组成，连接套设于外壁管的两端，顶端盖和底端盖分别设于外壁管两端的连接套上，进出气接口分别设于顶端盖和底端盖上，内壁管设于外壁管内，发生管内管设于内壁管内，并通过顶端接地螺丝和高压连接件与顶端盖和底端盖连接，内壁管、发生管内管和外壁管为同轴心，冷却水接口分别设于外壁管外壁的两端。
所述的发生管内管外壁设有固定内壁管的凸台，两端盖呈大圆弧过度形式。
所述的连接套内外呈大圆弧过度形式。
所述的内壁管、发生管内管和外壁管材料为合金钢。
所述的驱动装置为大功率驱动电路，由整流电路、控制电源电路、稳压电路、恒电流调节电路、驱动电路、半桥逆变电路与大功率高压变压器组成，整流电路分别与稳压电路和半桥逆变电路连接，控制电源电路与恒电流调节电路和驱动电路连接，驱动电路和半桥逆变电路连接。
本实用新型采用金属材料作为内部材料，外部再应用烧结陶瓷材料制作成的介质管，能达到一定的加工精度，也能保证其绝缘性能。采用的陶瓷材料介质管其锥度可达到±0.05mm，圆度可达到±0.05mm，完全能与合金钢外管相配套而制成高精度的臭氧发生管，由于可以机械加工，使放电间隙有了很好的保证，发生管的性能好与坏，除结构强度之外就是放电间隙的控制以及间隙是否均匀，控制好放电间隙、间隙的均匀度，避免尖端放电现象，是提高发生管性能的关键。
本实用新型同轴度必须保证在±0.10mm之内，这样使放电面积有了极大的提高，在普通的发生管放电面积上提高了2/3，从而使发生管发生浓度高，管发生量＞100g/H，而体积大为减少。
本实用新型采取外部冷却的方式，即提高了发生管的冷却效率，又与高压电路完全隔离，使发生管更加安全、可靠、且发生效率也有了较大的提高。
本实用新型的发生管还能够承受3～4kgf/cm2的压力，保证了发生器能够真正做到产生高浓度的臭氧，能够直接应用于工业有机废水的处理过程中。
在内管的表面二端各有定位点，该定位点为圆柱型，在内管的圆周表面分布均匀，定位点经磨削以后，能够与内壁管完全相配，内管外圆涂层之后与内壁管内圆均经过精加工，保证内管与内壁管之间的放电间隙固定并且均匀，发生管的放电间隙决定了整个发生管的发生量及发生浓度，保持一定的放电间隙是发生管最终性能的关键，现采用的间隙定位结构就是能够既保证放电的间隙，又能够将内管在内壁管中相对固定，又提高了发生管的使用可靠性及使用寿命。
本电路采用损耗相对较低的中频变压器。中频频率为1.5-2KC，由于放电气隙小，为维持同样强的电场强度，加在放电管气隙二端的电压可很低，约为5KV-6KV，因此在绝缘等级上要求较低，工艺性好。并加大变压器与底板距离，减少底板涡流损失，合理设计风道，使中频变压器温升降至最低。
电子功率模块损耗分静态和动态损耗，为缩小体积，一般加大工作频率，同时会引起动态损耗的急剧增大。为尽可能提高转换效率，选择适当的工作频率，并使有源、无源器件的工作频率尽量匹配。设备电耗大大低于国家认定标准中22kw·h/kg·o3的技术指标，实际电耗控制在9kw·h/kg·o3以下。
本实用新型的优点是单管臭氧发生量大、低功耗、高浓度且能承受压力，占地面积小。
图1为一种臭氧发生器结构示意图；图2为臭氧发生管结构示意图；图3为驱动装置电路原理图；图4为整流电路原理图；图5为控制电源电路原理图；图6为稳压电路原理图；图7为恒电流调节电路原理图；图8为驱动电路原理图；图9为半桥逆变电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例如图1所示，为一种臭氧发生器结构示意图，一种臭氧发生器，由箱体1、至少一根臭氧发生管2、驱动装置3组成，箱体1内的臭氧发生管2连接驱动装置3。
如图2所示，为臭氧发生管结构示意图，所述的臭氧发生管2由进出气接口4、14、顶端接地螺丝5、顶端盖6、连接套7、内壁管8、至少一根发生管内管9、高压连接件10、外壁管11、冷却水接口12、17、底端盖13、高压连接端15组成，将金属制成发生管内管9，发生管内管9外壁设有固定内壁管8的凸台16，两端盖呈大圆弧过度形式，经表面涂陶瓷处理后放入内壁管8中，要求放置在内壁管的中心位置，周围的间隙必须保持一致，将顶端盖6和底端盖13封闭焊接，安装底端接地螺丝5和高压连接件10，将外壁管11套在内壁管8外边，用连接套7固定并且焊接完毕，连接套7内外呈大圆弧过度形式，再焊接进出气接口4、14，冷却水接口12、17，最后安装高压连接端15。
内壁管8的制造主要是二端面全封闭结构，同时采用无突出焊缝的焊接工艺，该结构的特点就是能够使绝缘涂层均匀覆盖在内管的全部外表面，便于对内管的二次加工，内管二端盖采用大圆弧过度形式，该形式能够完全避免尖端放电现象，保证内管外壁放电的均匀性。
在发生管内管9的表面二端各有定位点，该定位点为圆柱型16，在内管9的圆周表面分布均匀，定位点经磨削以后，能够与内壁管8管完全相配，内管外圆涂层之后与内壁管内圆均经过精加工，保证内管与内壁管之间的放电间隙固定并且均匀，发生管的放电间隙决定了整个发生管的发生量及发生浓度，保持一定的放电间隙是发生管最终性能的关键，现采用的间隙定位结构就是能够即保证了放电的间隙，又能够将内管在内壁管中相对固定，提高了发生管的使用可靠性及使用寿命。
发生管的二端盖与内壁管与外壁管之间完全焊接连接，作用使发生量能够承受0.3～0.4Mpa的压力，并且不怕振动，这样的连接方式在目前国内所有发生管中均无采用。
如图3所示，为驱动装置电路原理图，所述的驱动装置3由整流电路、控制电源电路、稳压电路、恒电流调节电路、驱动电路、半桥逆变电路与变压器组成，整流电路分别与稳压电路和半桥逆变电路连接，控制电源电路与恒电流调节电路和驱动电路连接，驱动电路和半桥逆变电路连接。
如图4所示，为整流电路原理图，所述的整流电路由所述的整流电路由一个二极管桥堆D16，一个220V10A的电源滤波器、压敏电阻WY2，WY3、风机M1、延时继电器J1，J2组成，压敏电阻WY2，WY3通过变压器与风机M1、延时继电器J1组成的回路连接后与二极管桥堆D16连接，再与延时继电器J2、电阻、电容组成的回路连接。
二极管桥堆将市电AC220V电源整流为脉动直流电源，电源滤波器与压敏电阻的作用是防止电源上的干扰信号引起电源逆变过程失败，风机是加速机箱内空气流动，有利散热，延时继电器作用在大电解电容充电过程作缓冲处理，防止开机瞬时电流损坏二极管桥堆。
如图5所示，为控制电源电路原理图，所述的控制电源电路由1个脉冲变压器BL35、1个开关电源集成电路U3、三极管Q1、二极管D4-D14以及若干电解电容器、金属化电容器与电阻构成一个开关型稳压电源。本电源提供V1＝+24，V2＝+15V，V3＝-15V以及V4＝-5V+24V为继电器用电，±15V为运算放大器等集成电路供电。
如图6所示，为稳压电路原理图，由于220V市电波动较大，整流后脉动成分严重，不利于逆变器稳定工作，必须采用稳压电路，所述的稳压电路为开关型稳压电路，由一个电抗器W，一块集成电路U1、一只VMOS晶体管V1、1块恢复二极管D10，电解电容器C32-C35和多个电阻组成，集成电路U1通过电容与电抗器W连接，电抗器W通过VMOS晶体管V1与恢复二极管D10连接，开关型稳压电路的主电路开关器件VMOS晶体管采用PWM调节输出电压，PWM脉冲的形成由集成电路U1及若干电阻、电容组成，运算放大器U2B是电压反馈采样电路以提高稳压精度。
如图7所示，为恒电流调节电路原理图，所述的恒电流调节电路的2个运算放大器U4C、U4D连接成三角波发生器电路，运算放大器U4A构成比例积分放大器，三角波发生器电路与比例积分放大器连接由1个运算放大器U4B构成的电压比较器，获得连续方波信号输出。
应用脉宽调制(PWM)电路的目的是对逆变器进行输出功率的控制，有利于用户方便地对臭氧发生管的臭氧产生量进行控制，由于采用运算放大器选择的灵活性，本电路利用4个运算放大器若干电阻电容构成了PWM电路满足逆变器的触发要求，脉宽调制(PWM)电路由三角波发生器与电压比较器构成，2个运算放大器U4C、U4D连接成三角波发生器电路输出一个幅值恒定，频率为2KHZ连续三角波，将这个三角波输出信号与一个直流电平信号接入由1个运算放大器U4B构成的电压比较器进行比较，获得我们所需要的连续方波信号输出。
方波的占空比是改变这个直流电平的高低来调节占空比，占空比应在0～50％可调，当占空比调节到50％时，逆变器达到满功率的逆变，这个直流电平信号来与另一个运算放大器U4A构成比例积分放大器，这个比例积分放大器作用于给定信号与电流负反馈信号进行比例积分放大，综合这两个信号改变了我们所需直流电平的高低，从而改变方波占空比的大小，起到恒定逆变器工作电流调节了逆变器的功率的作用。
如图8所示，为驱动电路原理图，所述的驱动电路由2个D型触发器U1A、U2B、3个三极管Q1-Q3、2块厚膜电路U2、U3及多个电阻电容二极管组成，触发器U1A与三极管Q3连接后与厚膜电路U2连接，触发器U2B与三极管Q1、Q2连接后分别与厚膜电路U2、U3连接。
绝缘栅双极型晶体管IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET，输出极为NPN晶体管，因此可以把其看作是MOS输入的达林顿管，它融合了两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动简单和快速的优点，又具有两极型器件容量大的优点，在现代电力电子技术中应用越来越广泛，由于本逆变器换流器件采用了IGBT管，故驱动电路也要有一定的要求，本装置由2个D型触发器U1A、U2B、3个三极管、2块厚膜电路U2、U3及若干电阻电容二极管组成，1个D型触发器U1B对PWM信号进行分频处理，产生两个相位相差180°PWM信号，厚膜电路对这两个信号进行放大及电平转换，以满足IGBT功率模块的正常工作，另一D型触发器U1A构成一个延时电路，开机上电到逆变器工作提供一个缓冲过程，采用专用IGBT厚膜驱动电路EX841简化了驱动电路。该电路只需单电源供电，自带自举电路产生一个负电源，用来加速IGBT管的截止，另外还通过检测IGBT导通时的集电极与发射极的电压来判断是否过电流，当检测到电压高于设定值，就立即关断IGBT，起到过电流保护作用。
如图9所示，为半桥逆变电路原理图，所述的半桥逆变电路由两个IGBT管串联组成一个导电臂支路与变压器连接，2只大容量电解电容C33-C36构成电源支路与变压器连接，导电臂支路上的两个IGBT管在驱动电路工作下不断轮回导通与截止，通过变压器的初级线圈对大电源支路上的两个电解电容不断放电、充电，进行换流，从而完成了直流到交流的转变，给变压器提供充足的能量。
由于升压变压器在2KHZ的中频状态完成低压500V到8KV的升压，采用铁氧体磁性材料作铁芯，体积小、效率高、温升低。
本发明电耗大大低于国家认定标准中22kw·h/kg·o3的技术指标，实际电耗控制在9kw·h/kg·o3以下。
臭氧发生管是介质阻挡放电负载，随着加在发生管的电压升高，间隙放电现象不断加强，其负载等效电容也不断增大，负载是呈客性，发生管上所加上的电源是交流8kv频率为2kHZ，此时产生的臭氧最理想，针对以上特点，采用交-直-交逆变器，逆变器工作频率为2KHZ，并用PWM控制其脉冲宽度，从而完成功率的调节。
本专利采用电晕放电法产生臭氧，电晕是用低强电流跨过充满气体的间隙，在该间隙的电压降临近发火(击穿)电压程度之下放电。在击穿过程中，气体部分离子化，成为一种有特色的弥散淡蓝色辉光产物。在电晕内特有的是千伏的电压和毫安～安的电流。放电管，高压电极为发生管内管9，外管为接地电极11，空气或氧气通过二极之间，在一定频率的高压下，电极之间开始放电，产生臭氧，内电极的热量由气体带走，外电极的热量由冷却水带走，整个过程就组成了一个完整的放电单元，即臭氧发生管。
权利要求1.一种臭氧发生器，由箱体(1)、至少一根臭氧发生管(2)、驱动装置(3)组成，箱体(1)内的臭氧发生管(2)连接驱动装置(3)，其特征在于，所述的臭氧发生管(2)由进出气接口(4、14)、顶端接地螺丝(5)、顶端盖(6)、连接套(7)、内壁管(8)、至少一根发生管内管(9)、高压连接件(10)、外壁管(11)、冷却水接口(12、17)、底端盖(13)、进气接口(14)、高压连接端(15)组成，连接套(7)设于外壁管(11)的两端，顶端盖(6)和底端盖(13)分别设于外壁管(11)两端的连接套(7)上，进出气接口(4、14)分别设于顶端盖(6)和底端盖(13)上，内壁管(8)设于外壁管(11)内，发生管内管(9)设于内壁管(8)内，并通过顶端接地螺丝(5)和高压连接件(10)与顶端盖(6)和底端盖(13)连接，内壁管(8)、发生管内管(9)和外壁管(11)为同轴心，冷却水接口(12、17)分别设于外壁管(11)外壁的两端。
2.根据权利要求1所述的一种臭氧发生器，其特征在于，所述的发生管内管(9)外壁设有固定内壁管(8)的凸台(16)，两端盖呈大圆弧过度形式。
3.根据权利要求1所述的一种臭氧发生器，其特征在于，所述的连接套(7)内外呈大圆弧过度形式。
4.根据权利要求1所述的一种臭氧发生器，其特征在于，所述的内壁管(8)、发生管内管(9)和外壁管(11)材料为合金钢种，发生管内管(9)外设有一层烧结陶瓷材料。
5.根据权利要求1所述的一种臭氧发生器，其特征在于，所述的驱动装置(3)为大功率驱动电路，由整流电路、控制电源电路、稳压电路、恒电流调节电路、驱动电路、半桥逆变电路与大功率高压变压器组成，整流电路分别与稳压电路和半桥逆变电路连接，控制电源电路与恒电流调节电路和驱动电路连接，驱动电路和半桥逆变电路连接。
6.根据权利要求5所述的一种臭氧发生器，其特征在于，所述的整流电路由一个二极管桥堆D16，一个220V10A的电源滤波器、压敏电阻WY2，WY3、风机M1、延时继电器J1，J2组成，压敏电阻WY2，WY3通过变压器与风机M1、延时继电器J1组成的回路连接后与二极管桥堆D16连接，再与延时继电器J2、电阻、电容组成的回路连接
7.根据权利要求5所述的一种臭氧发生器，其特征在于，所述的控制电源电路由1个脉冲变压器BL35、1个开关电源集成电路U3、三极管Q1、二极管D4-D14以及若干电解电容器、金属化电容器与电阻构成一个开关型稳压电源。本电源提供V1＝+24，V2＝+15V，V3＝-15V以及V4＝-5V+24V为继电器用电，±15V为运算放大器等集成电路供电。
8.根据权利要求5所述的一种臭氧发生器，其特征在于，所述的稳压电路为开关型稳压电路，由一个电抗器W、一块集成电路U1、一只VMOS晶体管V1、1块恢复二极管D10，电解电容器C32-C35和多个电阻组成，集成电路U1通过电容与电抗器W连接，电抗器W通过VMOS晶体管V1与恢复二极管D10连接，开关型稳压电路的主电路开关器件VMOS晶体管采用PWM调节输出电压，PWM脉冲的形成由集成电路U1及若干电阻、电容组成，运算放大器U2B是电压反馈采样电路。
9.根据权利要求5所述的一种臭氧发生器，其特征在于，所述的恒电流调节电路的2个运算放大器U4C、U4D连接成三角波发生器电路，运算放大器U4A构成比例积分放大器，三角波发生器电路与比例积分放大器连接由1个运算放大器U4B构成的电压比较器，获得连续方波信号输出。
10.据权利要求5所述的一种臭氧发生器，其特征在于，所述的驱动电路由2个D型触发器U1A、U2B、3个三极管Q1-Q3、2块厚膜电路U2、U3及多个电阻电容二极管组成，触发器U1A与三极管Q3连接后与厚膜电路U2连接，触发器U2B与三极管Q1、Q2连接后分别与厚膜电路U2、U3连接。
11.据权利要求5所述的一种臭氧发生器，其特征在于，所述的半桥逆变电路由两个IGBT管串联组成一个导电臂支路与变压器连接，2只大容量电解电容C33-C36构成电源支路与变压器连接。
专利摘要本实用新型涉及一种臭氧发生器，由箱体、至少一根臭氧发生管、驱动装置组成，箱体内的臭氧发生管连接驱动装置，其特征在于，所述的连接套设于外壁管的两端，顶端盖和底端盖分别设于外壁管两端的连接套上，进出气接口分别设于顶端盖和底端盖上，内壁管设于外壁管内，发生管内管设于内壁管内，并通过顶端接地螺丝和高压连接件与顶端盖和底端盖连接，内壁管、发生管内管和外壁管为同轴心，冷却水接口分别设于外壁管外壁的两端。采用大功率驱动电路与大功率高压变压器，本实用新型的优点是增加与钢水的接触面积，能稳定测量电势信号。
文档编号C01B13/11GK2804055SQ200520042390
公开日2006年8月9日 申请日期2005年6月10日 优先权日2005年6月10日
发明者张之豪, 何志文 申请人:上海绿福净化设备制造有限公司