一種基于雙極性脈沖電源的臭氧發(fā)生系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于雙極性脈沖電源的臭氧發(fā)生系統(tǒng)，包括氣源、臭氧發(fā)生器和冷卻裝置，還包括向臭氧發(fā)生器供電的雙極性脈沖電源，雙極性脈沖電源包括主電路和控制電路；主電路包括：三相整流濾波電路，用于將三相交流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓；IGBT變換電路，用于將直流電壓轉(zhuǎn)化為脈沖電壓；升壓電路，輸出端接有所述的臭氧發(fā)生器，并用于對(duì)所述的脈沖電壓升壓；控制電路接入IGBT變換電路，并用于調(diào)節(jié)整流后的直流電壓和IGBT變換電路的輸出電壓以及脈沖頻率。本發(fā)明采用雙極性脈沖電源為供電電源，可以有效避免傳統(tǒng)電源大部分能量的振蕩損耗，提高反應(yīng)器能量注入，可快速建立強(qiáng)電場(chǎng)，減少臭氧發(fā)生器放電管的發(fā)熱量，提高臭氧產(chǎn)量和臭氧生成能效。
【專利說明】—種基于雙極性脈沖電源的臭氧發(fā)生系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于臭氧應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種采用雙極性脈沖電源供電，采用空氣源或者氧氣源發(fā)生臭氧的臭氧發(fā)生系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]臭氧是一種具有極強(qiáng)氧化能力與殺菌性能的無毒強(qiáng)氧化劑，它的氧化能力僅次于氟，除了不能與鉬、金、銥和氟發(fā)生反應(yīng)外，幾乎可與元素周期表中的任何一種元素發(fā)生作用。臭氧不僅能迅速和徹底地殺滅空氣中、水中和物體表面的有害細(xì)菌和微生物，而且還能實(shí)現(xiàn)脫色、除臭和保鮮等功能。另外，臭氧可用作選擇氧化和定量氧化劑，它的氧化溫度低，能于常溫常壓下發(fā)生強(qiáng)氧化，且氧化后的殘存臭氧可在極短時(shí)間內(nèi)自行分解還原為氧氣或氧原子，而不產(chǎn)生二次污染，屬于一種無公害、無污染、無殘留的氧化與消毒劑。因此，臭氧被大量應(yīng)用于有機(jī)合成、無機(jī)化工、冶金、造紙、印染、食品保鮮、醫(yī)療器具及餐具消毒等領(lǐng)域，涉及到人們生活的各個(gè)方面。
[0003]供電電源和臭氧發(fā)生器是臭氧發(fā)生系統(tǒng)的核心與關(guān)鍵，幾十年來一直是臭氧技術(shù)研究與發(fā)展的重點(diǎn)，也是大功率臭氧發(fā)生的難點(diǎn)。采用雙極性脈沖電源發(fā)生臭氧可以有效避免傳統(tǒng)電源大部分能量在系統(tǒng)中的振蕩損耗，從而可以有效提高向反應(yīng)器能量注入，另外用脈沖放電技術(shù)，可在反應(yīng)器內(nèi)快速建立強(qiáng)電場(chǎng)，臭氧發(fā)生器放電管放電時(shí)發(fā)熱量會(huì)大大減少，從而可以提聞臭氧廣量和臭氧生成能效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有的臭氧發(fā)生系統(tǒng)臭氧能耗高的問題，本發(fā)明采用一種基于雙極性脈沖電源的臭氧發(fā)生系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以有效的提高臭氧產(chǎn)量，降低能耗。
[0005]一種基于雙極性脈沖電源的臭氧發(fā)生系統(tǒng)，包括氣源、臭氧發(fā)生器和冷卻裝置，還包括向臭氧發(fā)生器供電的雙極性脈沖電源，所述的雙極性脈沖電源包括主電路和控制電路；
[0006]所述的主電路包括:
[0007]三相整流濾波電路，用于將三相交流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓；
[0008]IGBT變換電路，用于將直流電壓轉(zhuǎn)化為脈沖電壓；
[0009]升壓電路，輸出端接有所述的臭氧發(fā)生器，并用于對(duì)所述的脈沖電壓升壓；
[0010]所述的控制電路接入IGBT變換電路，并用于調(diào)節(jié)整流后的直流電壓和IGBT變換電路的輸出電壓以及脈沖頻率。
[0011]其中，氣源為氧氣源或者干燥潔凈空氣源；
[0012]優(yōu)選的，所述的三相整流濾波電路包括三相橋式全控整流電路和濾波電路。
[0013]優(yōu)選的，所述的IGBT變換電路包括逆變電路和LC串聯(lián)諧振電路。
[0014]優(yōu)選的，所述的三相交流電壓經(jīng)濾波器進(jìn)入所述的三相整流濾波電路。
[0015]優(yōu)選的，所述的升壓電路為變壓器。[0016]優(yōu)選的，所述的控制電路包括單片機(jī)控制電路、控制電源和IGBT控制電路:
[0017]單片機(jī)控制電路用于為控制電源和IGBT控制電路提供電信號(hào)；
[0018]控制電源用于把單片機(jī)控制電路信號(hào)放大，調(diào)節(jié)整流后的直流電壓；
[0019]IGBT控制電路把單片機(jī)控制電路信號(hào)放大，調(diào)節(jié)IGBT變換電路的輸出電壓以及脈沖頻率。
[0020]優(yōu)選的，還設(shè)有接入所述臭氧發(fā)生器的臭氧分析儀。
[0021]優(yōu)選的，所述的臭氧發(fā)生器包括殼體和位于殼體內(nèi)的放電管，放電管和殼體組成阻擋放電反應(yīng)器。
[0022]優(yōu)選的，所述的放電管包括高壓極、介質(zhì)層、高壓極線和保險(xiǎn)絲，所述介質(zhì)層覆蓋在高壓極表面，高壓極線兩端分別連接高壓極與雙極性脈沖電源，保險(xiǎn)絲位于所述的高壓極線與高壓極之間。
[0023]臭氧發(fā)生器以介質(zhì)阻擋放電的方式發(fā)生臭氧，高壓極和殼體間發(fā)生介質(zhì)阻擋放電，高壓極與接地極中間通過介質(zhì)層隔開，高壓極通過高壓極線與雙極性脈沖電源相連接，高壓極與高壓極線之間為保險(xiǎn)絲。
[0024]優(yōu)選的，所述雙極性脈沖電源的脈寬為10-200 μ S，脈沖頻率為50-20000ΗΖ，雙極性脈沖電源的脈沖寬度為微秒級(jí)，功率輸出為0-10kW。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的有益效果是:采用雙極性脈沖電源為臭氧發(fā)生系統(tǒng)的供電電源，雙極性脈沖電源發(fā)生臭氧可以有效避免傳統(tǒng)電源大部分能量在系統(tǒng)中的振蕩損耗，從而可以有效提高向反應(yīng)器能量注入，另外采用脈沖放電技術(shù)，可在反應(yīng)器內(nèi)快速建立強(qiáng)電場(chǎng)，臭氧發(fā)生器放電管放電時(shí)發(fā)熱量會(huì)大大減少，從而可以提高臭氧產(chǎn)量和臭氧生成能效。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為臭氧發(fā)生系統(tǒng)圖；
[0027]圖2為雙極性脈沖電源的電路框圖；
[0028]圖3為主電路電路圖；
[0029]圖4為臭氧發(fā)生器殼體圖；
[0030]圖5為臭氧發(fā)生器放電管圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]如圖1所示，一種基于雙極性脈沖電源的臭氧發(fā)生系統(tǒng)，包括雙極性脈沖電源11、氣源12、臭氧發(fā)生器13、冷卻裝置14和臭氧分析儀15，臭氧發(fā)生器13分別與雙極性脈沖電源11、氣源12、冷卻裝置14和臭氧分析儀15相連接。
[0032]如圖2所示，雙極性脈沖電源包括主電路9和控制電路10，控制電路10包括IGBT控制電路5、控制電源6、單片機(jī)控制電路7和操作界面8。
[0033]如圖3所示，主電路9包括三相整流濾波電路1、IGBT變換電路2、升壓電路3，升壓電路的輸出端接入臭氧發(fā)生器4。
[0034]三相整流濾波電路I由晶閘管D1-D6、電容C1-C2和電感L2組成，IGBT變換電路2由絕緣柵雙極型晶體管V1-V4、電感L3、和電容C3組成，升壓電路3為變壓器。[0035]三相交流電壓經(jīng)開關(guān)K1、濾波器LI送到三相整流濾波電路I轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓，該直流電壓經(jīng)IGBT變換電路2轉(zhuǎn)換成脈沖電壓，該脈沖電壓經(jīng)升壓電路3升壓后對(duì)臭氧發(fā)生器充電。
[0036]控制電路接入IGBT變換電路，并用于調(diào)節(jié)整流后的直流電壓和IGBT變換電路的輸出電壓以及脈沖頻率?？刂齐娐钒▎纹瑱C(jī)控制電路、控制電源和IGBT控制電路:單片機(jī)控制電路用于為控制電源和IGBT控制電路提供電信號(hào)；控制電源用于把單片機(jī)控制電路信號(hào)放大，調(diào)節(jié)整流后的直流電壓；IGBT控制電路把單片機(jī)控制電路信號(hào)放大，調(diào)節(jié)IGBT變換電路的輸出電壓以及脈沖頻率。
[0037]空氣或氧氣從氣源12進(jìn)入臭氧發(fā)生器13，臭氧發(fā)生器13在雙極性脈沖電源11的作用下發(fā)生介質(zhì)阻擋放電，放電產(chǎn)生的低溫等離子體與空氣或者氧氣反應(yīng)生成臭氧，冷卻裝置14提供循環(huán)冷卻水冷卻臭氧發(fā)生器13，從臭氧發(fā)生器13出來的含臭氧尾氣進(jìn)入臭氧分析儀15檢測(cè)臭氧濃度。
[0038]如圖4所示，為本發(fā)明臭氧發(fā)生器殼體圖，臭氧發(fā)生器的殼體16內(nèi)布置放電通道，每個(gè)放電通道內(nèi)可以放置一個(gè)放電管17，也可以幾個(gè)放電管17串聯(lián)放置，不同放電通道內(nèi)的放電管17為并聯(lián)布置。
[0039]如圖5所示，為本發(fā)明臭氧發(fā)生器放電管圖，包括高壓極18、介質(zhì)層19、高壓極線20和保險(xiǎn)絲21，介質(zhì)層19覆蓋在高壓極18表面，保險(xiǎn)絲21位于放電管17和高壓極線20之間，放電管17和殼體16組成介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，殼體16作為接地極與高壓極18放電，介質(zhì)層19與殼體16的間隙為放電通道，在放電通道內(nèi)產(chǎn)生大量的等離子體，包括自由電子、自由基、活性粒子等，這些等離子體與干燥潔凈的空氣或者氧氣反應(yīng)生成臭氧。
[0040]以下是采用本 發(fā)明的基于雙極性脈沖電源的臭氧發(fā)生系統(tǒng)發(fā)生臭氧的一個(gè)具體實(shí)例。氣源采用氧氣源，流量為5L/min，雙極性脈沖電源的峰值電壓為5kV，峰值電流為0.9A，脈沖寬度為50 μ S，頻率為2000Hz，冷卻裝置提供循環(huán)冷卻水冷卻臭氧發(fā)生器，臭氧發(fā)生器放電管與殼體間發(fā)生介質(zhì)阻擋放電，放電產(chǎn)生的等離子體與氧氣相互作用產(chǎn)生含臭氧的尾氣，含臭氧尾氣進(jìn)入臭氧檢測(cè)儀，檢測(cè)的臭氧濃度為145mg/L，計(jì)算得到臭氧能效為134g/kWh。采用基于雙極性脈沖電源的臭氧發(fā)生系統(tǒng)臭氧濃度和能效都較高，可以提高臭氧產(chǎn)量，減小臭氧發(fā)生能耗。
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙極性脈沖電源的臭氧發(fā)生系統(tǒng)，包括氣源、臭氧發(fā)生器和冷卻裝置，其特征在于，還包括向臭氧發(fā)生器供電的雙極性脈沖電源，所述的雙極性脈沖電源包括主電路和控制電路； 所述的主電路包括: 三相整流濾波電路，用于將三相交流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓； IGBT變換電路，用于將直流電壓轉(zhuǎn)化為脈沖電壓； 升壓電路，輸出端接有所述的臭氧發(fā)生器，并用于對(duì)所述的脈沖電壓升壓； 所述的控制電路接入IGBT變換電路，并用于調(diào)節(jié)整流后的直流電壓和IGBT變換電路的輸出電壓以及脈沖頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的基于雙極性脈沖電源的臭氧發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述的三相整流濾波電路包括三相橋式全控整流電路和濾波電路。
3.如權(quán)利要求1所述的基于雙極性脈沖電源的臭氧發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述的IGBT變換電路包括逆變電路和LC串聯(lián)諧振電路。
4.如權(quán)利要求1所述的基于雙極性脈沖電源的臭氧發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述的三相交流電壓經(jīng)濾波器進(jìn)入所述的三相整流濾波電路。
5.如權(quán)利要求1所述的基于雙極性脈沖電源的臭氧發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述的升壓電路為變壓器。
6.如權(quán)利要求1所述的基于雙極性脈沖電源的臭氧發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制電路包括單片機(jī)控制電路、控制電源和IGBT控制電路: 單片機(jī)控制電路用于為控制電源和IGBT控制電路提供電信號(hào)； 控制電源用于把單片機(jī)控制電路信號(hào)放大，調(diào)節(jié)整流后的直流電壓； IGBT控制電路把單片機(jī)控制電路信號(hào)放大，調(diào)節(jié)IGBT變換電路的輸出電壓以及脈沖頻率。
7.如權(quán)利要求1所述的基于雙極性脈沖電源的臭氧發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，還設(shè)有接入所述臭氧發(fā)生器的臭氧分析儀。
8.如權(quán)利要求7所述的基于雙極性脈沖電源的臭氧發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述的臭氧發(fā)生器包括殼體和位于殼體內(nèi)的放電管，放電管和殼體組成阻擋放電反應(yīng)器。
9.如權(quán)利要求8所述的基于雙極性脈沖電源的臭氧發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述的放電管包括高壓極、介質(zhì)層、高壓極線和保險(xiǎn)絲，所述介質(zhì)層覆蓋在高壓極表面，高壓極線兩端分別連接高壓極與雙極性脈沖電源，保險(xiǎn)絲位于所述的高壓極線與高壓極之間。
10.如權(quán)利要求1所述的基于雙極性脈沖電源的臭氧發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述雙極性脈沖電源的脈寬為10-200 μ S，脈沖頻率為50-20000ΗΖ。
【文檔編號(hào)】C01B13/11GK103787278SQ201410015563
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】閆克平, 馮衛(wèi)強(qiáng), 劉振, 黃逸凡 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)