CN103787278B - 一种基于双极性脉冲电源的臭氧发生*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双极性脉冲电源的臭氧发生***，包括气源、臭氧发生器和冷却装置，还包括向臭氧发生器供电的双极性脉冲电源，双极性脉冲电源包括主电路和控制电路；主电路包括：三相整流滤波电路，用于将三相交流电压转换为稳定的直流电压；IGBT变换电路，用于将直流电压转化为脉冲电压；升压电路，输出端接有所述的臭氧发生器，并用于对所述的脉冲电压升压；控制电路接入IGBT变换电路，并用于调节整流后的直流电压和IGBT变换电路的输出电压以及脉冲频率。本发明采用双极性脉冲电源为供电电源，可以有效避免传统电源大部分能量的振荡损耗，提高反应器能量注入，可快速建立强电场，减少臭氧发生器放电管的发热量，提高臭氧产量和臭氧生成能效。
Description
技术领域
本发明属于臭氧应用技术领域，具体涉及一种采用双极性脉冲电源供电，采用空气源或者氧气源发生臭氧的臭氧发生***。
背景技术
臭氧是一种具有极强氧化能力与杀菌性能的无毒强氧化剂，它的氧化能力仅次于氟，除了不能与铂、金、铱和氟发生反应外，几乎可与元素周期表中的任何一种元素发生作用。臭氧不仅能迅速和彻底地杀灭空气中、水中和物体表面的有害细菌和微生物，而且还能实现脱色、除臭和保鲜等功能。另外，臭氧可用作选择氧化和定量氧化剂，它的氧化温度低，能于常温常压下发生强氧化，且氧化后的残存臭氧可在极短时间内自行分解还原为氧气或氧原子，而不产生二次污染，属于一种无公害、无污染、无残留的氧化与消毒剂。因此，臭氧被大量应用于有机合成、无机化工、冶金、造纸、印染、食品保鲜、医疗器具及餐具消毒等领域，涉及到人们生活的各个方面。
供电电源和臭氧发生器是臭氧发生***的核心与关键，几十年来一直是臭氧技术研究与发展的重点，也是大功率臭氧发生的难点。采用双极性脉冲电源发生臭氧可以有效避免传统电源大部分能量在***中的振荡损耗，从而可以有效提高向反应器能量注入，另外用脉冲放电技术，可在反应器内快速建立强电场，臭氧发生器放电管放电时发热量会大大减少，从而可以提高臭氧产量和臭氧生成能效。
发明内容
为了克服现有的臭氧发生***臭氧能耗高的问题，本发明采用一种基于双极性脉冲电源的臭氧发生***，该***可以有效的提高臭氧产量，降低能耗。
一种基于双极性脉冲电源的臭氧发生***，包括气源、臭氧发生器和冷却装置，还包括向臭氧发生器供电的双极性脉冲电源，所述的双极性脉冲电源包括主电路和控制电路；
所述的主电路包括：
三相整流滤波电路，用于将三相交流电压转换为稳定的直流电压；
IGBT变换电路，用于将直流电压转化为脉冲电压；
升压电路，输出端接有所述的臭氧发生器，并用于对所述的脉冲电压升压；
所述的控制电路接入IGBT变换电路，并用于调节整流后的直流电压和IGBT变换电路的输出电压以及脉冲频率。
其中，气源为氧气源或者干燥洁净空气源；
优选的，所述的三相整流滤波电路包括三相桥式全控整流电路和滤波电路。
优选的，所述的IGBT变换电路包括逆变电路和LC串联谐振电路。
优选的，所述的三相交流电压经滤波器进入所述的三相整流滤波电路。
优选的，所述的升压电路为变压器。
优选的，所述的控制电路包括单片机控制电路、控制电源和IGBT控制电路：
单片机控制电路用于为控制电源和IGBT控制电路提供电信号；
控制电源用于把单片机控制电路信号放大，调节整流后的直流电压；
IGBT控制电路把单片机控制电路信号放大，调节IGBT变换电路的输出电压以及脉冲频率。
优选的，还设有接入所述臭氧发生器的臭氧分析仪。
优选的，所述的臭氧发生器包括壳体和位于壳体内的放电管，放电管和壳体组成阻挡放电反应器。
优选的，所述的放电管包括高压极、介质层、高压极线和保险丝，所述介质层覆盖在高压极表面，高压极线两端分别连接高压极与双极性脉冲电源，保险丝位于所述的高压极线与高压极之间。
臭氧发生器以介质阻挡放电的方式发生臭氧，高压极和壳体间发生介质阻挡放电，高压极与接地极中间通过介质层隔开，高压极通过高压极线与双极性脉冲电源相连接，高压极与高压极线之间为保险丝。
优选的，所述双极性脉冲电源的脉宽为10-200μs，脉冲频率为50-20000Hz，双极性脉冲电源的脉冲宽度为微秒级，功率输出为0-10kW。
与现有技术比，本发明的有益效果是：采用双极性脉冲电源为臭氧发生***的供电电源，双极性脉冲电源发生臭氧可以有效避免传统电源大部分能量在***中的振荡损耗，从而可以有效提高向反应器能量注入，另外采用脉冲放电技术，可在反应器内快速建立强电场，臭氧发生器放电管放电时发热量会大大减少，从而可以提高臭氧产量和臭氧生成能效。
附图说明
图1为臭氧发生***图；
图2为双极性脉冲电源的电路框图；
图3为主电路电路图；
图4为臭氧发生器壳体图；
图5为臭氧发生器放电管图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于双极性脉冲电源的臭氧发生***，包括双极性脉冲电源11、气源12、臭氧发生器13、冷却装置14和臭氧分析仪15，臭氧发生器13分别与双极性脉冲电源11、气源12、冷却装置14和臭氧分析仪15相连接。
如图2所示，双极性脉冲电源包括主电路9和控制电路10，控制电路10包括IGBT控制电路5、控制电源6、单片机控制电路7和操作界面8。
如图3所示，主电路9包括三相整流滤波电路1、IGBT变换电路2、升压电路3，升压电路的输出端接入臭氧发生器4。
三相整流滤波电路1由晶闸管D1-D6、电容C1-C2和电感L2组成，IGBT变换电路2由绝缘栅双极型晶体管V1-V4、电感L3、和电容C3组成，升压电路3为变压器。
三相交流电压经开关K1、滤波器L1送到三相整流滤波电路1转换成稳定的直流电压，该直流电压经IGBT变换电路2转换成脉冲电压，该脉冲电压经升压电路3升压后对臭氧发生器充电。
控制电路接入IGBT变换电路，并用于调节整流后的直流电压和IGBT变换电路的输出电压以及脉冲频率。控制电路包括单片机控制电路、控制电源和IGBT控制电路：单片机控制电路用于为控制电源和IGBT控制电路提供电信号；控制电源用于把单片机控制电路信号放大，调节整流后的直流电压；IGBT控制电路把单片机控制电路信号放大，调节IGBT变换电路的输出电压以及脉冲频率。
空气或氧气从气源12进入臭氧发生器13，臭氧发生器13在双极性脉冲电源11的作用下发生介质阻挡放电，放电产生的低温等离子体与空气或者氧气反应生成臭氧，冷却装置14提供循环冷却水冷却臭氧发生器13，从臭氧发生器13出来的含臭氧尾气进入臭氧分析仪15检测臭氧浓度。
如图4所示，为本发明臭氧发生器壳体图，臭氧发生器的壳体16内布置放电通道，每个放电通道内可以放置一个放电管17，也可以几个放电管17串联放置，不同放电通道内的放电管17为并联布置。
如图5所示，为本发明臭氧发生器放电管图，包括高压极18、介质层19、高压极线20和保险丝21，介质层19覆盖在高压极18表面，保险丝21位于放电管17和高压极线20之间，放电管17和壳体16组成介质阻挡放电反应器，壳体16作为接地极与高压极18放电，介质层19与壳体16的间隙为放电通道，在放电通道内产生大量的等离子体，包括自由电子、自由基、活性粒子等，这些等离子体与干燥洁净的空气或者氧气反应生成臭氧。
以下是采用本发明的基于双极性脉冲电源的臭氧发生***发生臭氧的一个具体实例。气源采用氧气源，流量为5L/min，双极性脉冲电源的峰值电压为5kV，峰值电流为0.9A，脉冲宽度为50μs，频率为2000Hz，冷却装置提供循环冷却水冷却臭氧发生器，臭氧发生器放电管与壳体间发生介质阻挡放电，放电产生的等离子体与氧气相互作用产生含臭氧的尾气，含臭氧尾气进入臭氧检测仪，检测的臭氧浓度为145mg/L，计算得到臭氧能效为134g/kWh。采用基于双极性脉冲电源的臭氧发生***臭氧浓度和能效都较高，可以提高臭氧产量，减小臭氧发生能耗。
Claims (9)
1.一种基于双极性脉冲电源的臭氧发生***，包括气源、臭氧发生器和冷却装置，其特征在于，还包括向臭氧发生器供电的双极性脉冲电源，所述的双极性脉冲电源包括主电路和控制电路；
所述的主电路包括：
三相整流滤波电路，用于将三相交流电压转换为稳定的直流电压；
IGBT变换电路，用于将直流电压转化为脉冲电压；
升压电路，输出端接有所述的臭氧发生器，并用于对所述的脉冲电压升压；
所述的控制电路接入IGBT变换电路，并用于调节整流后的直流电压和IGBT变换电路的输出电压以及脉冲频率；
所述双极性脉冲电源的脉宽为10-50μs，脉冲频率为50-20000Hz。
2.如权利要求1所述的基于双极性脉冲电源的臭氧发生***，其特征在于，所述的三相整流滤波电路包括三相桥式全控整流电路和滤波电路。
3.如权利要求1所述的基于双极性脉冲电源的臭氧发生***，其特征在于，所述的IGBT变换电路包括逆变电路和LC串联谐振电路。
4.如权利要求1所述的基于双极性脉冲电源的臭氧发生***，其特征在于，所述的三相交流电压经滤波器进入所述的三相整流滤波电路。
5.如权利要求1所述的基于双极性脉冲电源的臭氧发生***，其特征在于，所述的升压电路为变压器。
6.如权利要求1所述的基于双极性脉冲电源的臭氧发生***，其特征在于，所述的控制电路包括单片机控制电路、控制电源和IGBT控制电路：
单片机控制电路用于为控制电源和IGBT控制电路提供电信号；
控制电源用于把单片机控制电路信号放大，调节整流后的直流电压；
IGBT控制电路把单片机控制电路信号放大，调节IGBT变换电路的输出电压以及脉冲频率。
7.如权利要求1所述的基于双极性脉冲电源的臭氧发生***，其特征在于，还设有接入所述臭氧发生器的臭氧分析仪。
8.如权利要求7所述的基于双极性脉冲电源的臭氧发生***，其特征在于，所述的臭氧发生器包括壳体和位于壳体内的放电管，放电管和壳体组成阻挡放电反应器。
9.如权利要求8所述的基于双极性脉冲电源的臭氧发生***，其特征在于，所述的放电管包括高压极、介质层、高压极线和保险丝，所述介质层覆盖在高压极表面，高压极线两端分别连接高压极与双极性脉冲电源，保险丝位于所述的高压极线与高压极之间。
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