一種基於雙極性脈衝電源的臭氧發生系統的製作方法
2023-06-19 20:20:56 1
一種基於雙極性脈衝電源的臭氧發生系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於雙極性脈衝電源的臭氧發生系統，包括氣源、臭氧發生器和冷卻裝置，還包括向臭氧發生器供電的雙極性脈衝電源，雙極性脈衝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，用於將三相交流電壓轉換為穩定的直流電壓；IGBT變換電路，用於將直流電壓轉化為脈衝電壓；升壓電路，輸出端接有所述的臭氧發生器，並用於對所述的脈衝電壓升壓；控制電路接入IGBT變換電路，並用於調節整流後的直流電壓和IGBT變換電路的輸出電壓以及脈衝頻率。本發明採用雙極性脈衝電源為供電電源，可以有效避免傳統電源大部分能量的振蕩損耗，提高反應器能量注入，可快速建立強電場，減少臭氧發生器放電管的發熱量，提高臭氧產量和臭氧生成能效。
【專利說明】—種基於雙極性脈衝電源的臭氧發生系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於臭氧應用【技術領域】，具體涉及一種採用雙極性脈衝電源供電，採用空氣源或者氧氣源發生臭氧的臭氧發生系統。
【背景技術】
[0002]臭氧是一種具有極強氧化能力與殺菌性能的無毒強氧化劑，它的氧化能力僅次於氟，除了不能與鉬、金、銥和氟發生反應外，幾乎可與元素周期表中的任何一種元素發生作用。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菌和微生物，而且還能實現脫色、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，能於常溫常壓下發生強氧化，且氧化後的殘存臭氧可在極短時間內自行分解還原為氧氣或氧原子，而不產生二次汙染，屬於一種無公害、無汙染、無殘留的氧化與消毒劑。因此，臭氧被大量應用於有機合成、無機化工、冶金、造紙、印染、食品保鮮、醫療器具及餐具消毒等領域，涉及到人們生活的各個方面。
[0003]供電電源和臭氧發生器是臭氧發生系統的核心與關鍵，幾十年來一直是臭氧技術研究與發展的重點，也是大功率臭氧發生的難點。採用雙極性脈衝電源發生臭氧可以有效避免傳統電源大部分能量在系統中的振蕩損耗，從而可以有效提高向反應器能量注入，另外用脈衝放電技術，可在反應器內快速建立強電場，臭氧發生器放電管放電時發熱量會大大減少，從而可以提聞臭氧廣量和臭氧生成能效。
【發明內容】
[0004]為了克服現有的臭氧發生系統臭氧能耗高的問題，本發明採用一種基於雙極性脈衝電源的臭氧發生系統，該系統可以有效的提高臭氧產量，降低能耗。
[0005]一種基於雙極性脈衝電源的臭氧發生系統，包括氣源、臭氧發生器和冷卻裝置，還包括向臭氧發生器供電的雙極性脈衝電源，所述的雙極性脈衝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，用於將三相交流電壓轉換為穩定的直流電壓；
[0008]IGBT變換電路，用於將直流電壓轉化為脈衝電壓；
[0009]升壓電路，輸出端接有所述的臭氧發生器，並用於對所述的脈衝電壓升壓；
[0010]所述的控制電路接入IGBT變換電路，並用於調節整流後的直流電壓和IGBT變換電路的輸出電壓以及脈衝頻率。
[0011]其中，氣源為氧氣源或者乾燥潔淨空氣源；
[0012]優選的，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]優選的，所述的IGBT變換電路包括逆變電路和LC串聯諧振電路。
[0014]優選的，所述的三相交流電壓經濾波器進入所述的三相整流濾波電路。
[0015]優選的，所述的升壓電路為變壓器。[0016]優選的，所述的控制電路包括單片機控制電路、控制電源和IGBT控制電路:
[0017]單片機控制電路用於為控制電源和IGBT控制電路提供電信號；
[0018]控制電源用於把單片機控制電路信號放大，調節整流後的直流電壓；
[0019]IGBT控制電路把單片機控制電路信號放大，調節IGBT變換電路的輸出電壓以及脈衝頻率。
[0020]優選的，還設有接入所述臭氧發生器的臭氧分析儀。
[0021]優選的，所述的臭氧發生器包括殼體和位於殼體內的放電管，放電管和殼體組成阻擋放電反應器。
[0022]優選的，所述的放電管包括高壓極、介質層、高壓極線和保險絲，所述介質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衝電源，保險絲位於所述的高壓極線與高壓極之間。
[0023]臭氧發生器以介質阻擋放電的方式發生臭氧，高壓極和殼體間發生介質阻擋放電，高壓極與接地極中間通過介質層隔開，高壓極通過高壓極線與雙極性脈衝電源相連接，高壓極與高壓極線之間為保險絲。
[0024]優選的，所述雙極性脈衝電源的脈寬為10-200 μ S，脈衝頻率為50-20000ΗΖ，雙極性脈衝電源的脈衝寬度為微秒級，功率輸出為0-10kW。
[0025]與現有技術比，本發明的有益效果是:採用雙極性脈衝電源為臭氧發生系統的供電電源，雙極性脈衝電源發生臭氧可以有效避免傳統電源大部分能量在系統中的振蕩損耗，從而可以有效提高向反應器能量注入，另外採用脈衝放電技術，可在反應器內快速建立強電場，臭氧發生器放電管放電時發熱量會大大減少，從而可以提高臭氧產量和臭氧生成能效。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為臭氧發生系統圖；
[0027]圖2為雙極性脈衝電源的電路框圖；
[0028]圖3為主電路電路圖；
[0029]圖4為臭氧發生器殼體圖；
[0030]圖5為臭氧發生器放電管圖。
【具體實施方式】
[0031]如圖1所示，一種基於雙極性脈衝電源的臭氧發生系統，包括雙極性脈衝電源11、氣源12、臭氧發生器13、冷卻裝置14和臭氧分析儀15，臭氧發生器13分別與雙極性脈衝電源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，雙極性脈衝電源包括主電路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由絕緣柵雙極型電晶體V1-V4、電感L3、和電容C3組成，升壓電路3為變壓器。[0035]三相交流電壓經開關K1、濾波器LI送到三相整流濾波電路I轉換成穩定的直流電壓，該直流電壓經IGBT變換電路2轉換成脈衝電壓，該脈衝電壓經升壓電路3升壓後對臭氧發生器充電。
[0036]控制電路接入IGBT變換電路，並用於調節整流後的直流電壓和IGBT變換電路的輸出電壓以及脈衝頻率。控制電路包括單片機控制電路、控制電源和IGBT控制電路:單片機控制電路用於為控制電源和IGBT控制電路提供電信號；控制電源用於把單片機控制電路信號放大，調節整流後的直流電壓；IGBT控制電路把單片機控制電路信號放大，調節IGBT變換電路的輸出電壓以及脈衝頻率。
[0037]空氣或氧氣從氣源12進入臭氧發生器13，臭氧發生器13在雙極性脈衝電源11的作用下發生介質阻擋放電，放電產生的低溫等離子體與空氣或者氧氣反應生成臭氧，冷卻裝置14提供循環冷卻水冷卻臭氧發生器13，從臭氧發生器13出來的含臭氧尾氣進入臭氧分析儀15檢測臭氧濃度。
[0038]如圖4所示，為本發明臭氧發生器殼體圖，臭氧發生器的殼體16內布置放電通道，每個放電通道內可以放置一個放電管17，也可以幾個放電管17串聯放置，不同放電通道內的放電管17為並聯布置。
[0039]如圖5所示，為本發明臭氧發生器放電管圖，包括高壓極18、介質層19、高壓極線20和保險絲21，介質層19覆蓋在高壓極18表面，保險絲21位於放電管17和高壓極線20之間，放電管17和殼體16組成介質阻擋放電反應器，殼體16作為接地極與高壓極18放電，介質層19與殼體16的間隙為放電通道，在放電通道內產生大量的等離子體，包括自由電子、自由基、活性粒子等，這些等離子體與乾燥潔淨的空氣或者氧氣反應生成臭氧。
[0040]以下是採用本 發明的基於雙極性脈衝電源的臭氧發生系統發生臭氧的一個具體實例。氣源採用氧氣源，流量為5L/min，雙極性脈衝電源的峰值電壓為5kV，峰值電流為0.9A，脈衝寬度為50 μ S，頻率為2000Hz，冷卻裝置提供循環冷卻水冷卻臭氧發生器，臭氧發生器放電管與殼體間發生介質阻擋放電，放電產生的等離子體與氧氣相互作用產生含臭氧的尾氣，含臭氧尾氣進入臭氧檢測儀，檢測的臭氧濃度為145mg/L，計算得到臭氧能效為134g/kWh。採用基於雙極性脈衝電源的臭氧發生系統臭氧濃度和能效都較高，可以提高臭氧產量，減小臭氧發生能耗。
【權利要求】
1.一種基於雙極性脈衝電源的臭氧發生系統，包括氣源、臭氧發生器和冷卻裝置，其特徵在於，還包括向臭氧發生器供電的雙極性脈衝電源，所述的雙極性脈衝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，用於將三相交流電壓轉換為穩定的直流電壓； IGBT變換電路，用於將直流電壓轉化為脈衝電壓； 升壓電路，輸出端接有所述的臭氧發生器，並用於對所述的脈衝電壓升壓； 所述的控制電路接入IGBT變換電路，並用於調節整流後的直流電壓和IGBT變換電路的輸出電壓以及脈衝頻率。
2.如權利要求1所述的基於雙極性脈衝電源的臭氧發生系統，其特徵在於，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.如權利要求1所述的基於雙極性脈衝電源的臭氧發生系統，其特徵在於，所述的IGBT變換電路包括逆變電路和LC串聯諧振電路。
4.如權利要求1所述的基於雙極性脈衝電源的臭氧發生系統，其特徵在於，所述的三相交流電壓經濾波器進入所述的三相整流濾波電路。
5.如權利要求1所述的基於雙極性脈衝電源的臭氧發生系統，其特徵在於，所述的升壓電路為變壓器。
6.如權利要求1所述的基於雙極性脈衝電源的臭氧發生系統，其特徵在於，所述的控制電路包括單片機控制電路、控制電源和IGBT控制電路: 單片機控制電路用於為控制電源和IGBT控制電路提供電信號； 控制電源用於把單片機控制電路信號放大，調節整流後的直流電壓； IGBT控制電路把單片機控制電路信號放大，調節IGBT變換電路的輸出電壓以及脈衝頻率。
7.如權利要求1所述的基於雙極性脈衝電源的臭氧發生系統，其特徵在於，還設有接入所述臭氧發生器的臭氧分析儀。
8.如權利要求7所述的基於雙極性脈衝電源的臭氧發生系統，其特徵在於，所述的臭氧發生器包括殼體和位於殼體內的放電管，放電管和殼體組成阻擋放電反應器。
9.如權利要求8所述的基於雙極性脈衝電源的臭氧發生系統，其特徵在於，所述的放電管包括高壓極、介質層、高壓極線和保險絲，所述介質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衝電源，保險絲位於所述的高壓極線與高壓極之間。
10.如權利要求1所述的基於雙極性脈衝電源的臭氧發生系統，其特徵在於，所述雙極性脈衝電源的脈寬為10-200 μ S，脈衝頻率為50-20000ΗΖ。
【文檔編號】C01B13/11GK103787278SQ201410015563
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月14日 優先權日:2014年1月14日
【發明者】閆克平, 馮衛強, 劉振, 黃逸凡 申請人:浙江大學