高 偉 李星湖 湯 璐 潘耀權 徐藝寧

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519000）

引言

臭氧濃度的控制對于應用了臭氧除菌除臭特性的產(chǎn)品而言至關重要，在應用臭氧的產(chǎn)品上[1]，通常通過導風結(jié)構(gòu)及控制程序調(diào)節(jié)及控制環(huán)境臭氧濃度，在設計初期，因產(chǎn)品外形影響，臭氧發(fā)生器的固定結(jié)構(gòu)及擺放位置、產(chǎn)品外殼進出風口布置等均有較大差異，會導致臭氧濃度的變化相對不同，需通過程序進一步控制其工作時間以達到臭氧濃度滿足設計需求，所以針對臭氧濃度的影響因素需進一步研究分析，總結(jié)歸納應用了臭氧除菌除臭產(chǎn)品的經(jīng)驗。

1 臭氧發(fā)生器簡介

市面上臭氧的制取方法和技術常見有三種：光化學法、電化學法、高壓放電法，分別對應的零部件分別是紫外線臭氧發(fā)生器、電解純水臭氧發(fā)生器、臭氧發(fā)生器。其中家電行業(yè)應用較多為光化學法對應的紫外線臭氧發(fā)生器及電暈放電法對應的臭氧發(fā)生器，本文主要研究應用高壓放電法，應用高壓放電法的臭氧發(fā)生器，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)成一般有兩種①倍壓模塊+陶瓷片②倍壓模塊+電極片，具體結(jié)構(gòu)示意圖如1所示。

2 工作原理分析

利用高壓放電原理的臭氧發(fā)生器工作原理[2]：模仿自然界雷電產(chǎn)生臭氧的方法，利用一定頻率的高壓電流制造高壓電暈電場，電暈中的自由高能粒子理解為O2分子，經(jīng)過碰撞為O3分子。臭氧的性質(zhì)極不穩(wěn)定，生產(chǎn)之后會快速分解，所以臭氧只能現(xiàn)產(chǎn)現(xiàn)用。

經(jīng)過查閱臭氧相關文獻[3]及相關產(chǎn)品評審問題可初步得出，風速、溫度、進出風口（風量）、風機、進出風口與臭氧發(fā)生器相對位置等四個因素可能對臭氧的制作和衰減有一定的影響，所以確定研究因素為：①臭氧發(fā)生器表面風速對臭氧濃度的影響②環(huán)境溫度對臭氧濃度的影響③風機、臭氧發(fā)生器與進出風口三者相對位置對臭氧濃度的影響④臭氧發(fā)生器固定殼體進出風口面積對臭氧濃度的影響。

3 試驗驗證

3.1 臭氧發(fā)生器表面風速對環(huán)境臭氧濃度的影響

試驗目的：驗證臭氧發(fā)生器表面風速對臭氧生成的影響以及驗證倉內(nèi)風速對臭氧衰減的影響。

圖1 臭氧發(fā)生器結(jié)構(gòu)構(gòu)成圖

試驗方案：將臭氧發(fā)生器放置在3 m3測試倉中心位置，連接12 V電源，在距離陶瓷片5 cm放置小臺扇并啟動小臺扇（見圖2），設計小臺扇的風速檔位為變量，關閉測試倉，本試驗共需15 min，啟動12 V電源后第5 min關閉，第10 min打開倉門，記錄開啟電源后的15 min，倉內(nèi)臭氧濃度的數(shù)據(jù)[4]。

圖2 臭氧發(fā)生器表面風速對臭氧濃度的影響試驗布局圖

試驗器材：30 mg/h臭氧發(fā)生器；12 V電源；3 m3測試倉；風速計；臭氧濃度檢測儀；小臺扇。

試驗結(jié)果如圖3。

圖3 臭氧發(fā)生器表面風速對環(huán)境臭氧濃度的影響數(shù)據(jù)趨勢圖

試驗數(shù)據(jù)分析：

①臭氧發(fā)生器表面有風機，5 min內(nèi)倉內(nèi)臭氧濃度的上升速度會減少，有風機比無風機降低50 %臭氧濃度上升速度，在3 m3空間內(nèi)使用一個臭氧產(chǎn)生量為30 mg/h的臭氧發(fā)生器：

式中：

V上升-臭氧濃度上升速度；

v風-風速。

可以認為，當風速越低，環(huán)境內(nèi)臭氧濃度上升速度越大。

②在打開倉門時，臭氧發(fā)生器表面如果有風速，臭氧濃度在5 min內(nèi)的衰減百分比相對沒有風機的低10 %左右，對于打開倉門要求臭氧快速衰減的需求而言，有風速反而不利于臭氧濃度快速衰減，臭氧衰減百分比長時間保持在90 %左右，臭氧不能完全衰減。

3.2 臭氧發(fā)生器局部高溫與環(huán)境溫度對臭氧濃度的影響

試驗目的：驗證溫度對臭氧生成速度的影響以及驗證溫度對倉內(nèi)臭氧濃度的影響。

試驗方案：將臭氧發(fā)生器放置在3 m3測試倉中心位置，連接12 V電源，在距離陶瓷片5 cm放置暖風機啟動暖風機（見圖4），設計陶瓷片與暖風機的距離為變量，關閉測試倉，本試驗一組用時15 min，啟動12 V電源第5 min后關閉，記錄開啟電源后的15 min倉內(nèi)臭氧濃度的數(shù)據(jù)。

圖4 環(huán)境溫度對臭氧濃度的影響試驗布局圖

試驗器材：30 mg/h臭氧發(fā)生器；12 V電源；3 m3測試倉；臭氧濃度測試儀；電暖器。

試驗結(jié)果如圖5。

圖5 溫度對臭氧濃度影響數(shù)據(jù)趨勢圖

試驗數(shù)據(jù)分析：

①對照無電暖器試驗對照組可知，當臭氧發(fā)生器靠近熱源（約60 ℃）時，會降低產(chǎn)生臭氧濃度速度27 %左右，原因分析為臭氧發(fā)生器上陶瓷片受熱影響，降低了臭氧生成速度，所以臭氧發(fā)生器不宜靠近熱源。

②降低臭氧發(fā)生器的局部溫度，提高環(huán)境溫度（約35 ℃，無電暖器試驗組環(huán)境溫度約為25 ℃）的條件下，臭氧濃度上升速度提升1.6 倍左右，臭氧濃度下降速度提升了3.6倍左右，本次試驗所得經(jīng)驗公式：

式中：

V上升-臭氧濃度上升速度；

V下降-臭氧濃度下降速度；

T-溫度。

得出臭氧的環(huán)境溫度小于32.2 ℃時，環(huán)境中臭氧濃度上升速度大于臭氧濃度下降速度。

3.3 風機、臭氧發(fā)生器與進出風口三者相對位置對臭氧濃度的影響

試驗目的：驗證用于固定放置臭氧發(fā)生器的殼體中，風機、臭氧發(fā)生器與進出風口三者相對位置對臭氧濃度的影響。

試驗方案：將臭氧發(fā)生器和風機、風口的相對位置改變并一同放在35*25*15 cm的殼體中，并一起放置在3 m3測試倉中心位置，風機和臭氧發(fā)生器分別連接12 V電源（見圖6），設計三者相對位置為變量，關閉測試倉，同時啟動兩個12 V電源，其中臭氧發(fā)生器的電源10 min后關閉，記錄開啟兩個電源后的20 min倉內(nèi)臭氧濃度的數(shù)據(jù)。

圖6 風機、臭氧發(fā)生器與進出風口三者相對位置對臭氧濃度的影響試驗布局圖

試驗器材：30 mg/h臭氧發(fā)生器；12 V電源；3 m3測試倉；溫度探頭；臭氧濃度測試儀；小型風機；固定殼體。

試驗結(jié)果如圖7。

圖7 風機、臭氧發(fā)生器與進出風口三者相對位置對臭氧濃度的影響試驗趨勢圖

試驗數(shù)據(jù)分析：

①當臭氧發(fā)生器安裝在產(chǎn)品殼體內(nèi)并且無風機的情況下，10 min內(nèi)臭氧量和濃度上升速度僅約為有風機的1/3 ，因為臭氧產(chǎn)生需要氧氣，陶瓷片產(chǎn)生的熱量不足以使空氣發(fā)生流動，所以在啟動臭氧發(fā)生器后的5 min臭氧充滿殼體后才開始溢出，所以如果需快速提升環(huán)境臭氧濃度，產(chǎn)品建議配置風機，使產(chǎn)品殼體內(nèi)的臭氧得以吹出。

②通過對比2、3試驗組，臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧如經(jīng)過風機，環(huán)境臭氧濃度上升速度比臭氧不經(jīng)過風機高12 %左右，所以臭氧發(fā)生器如果安裝在產(chǎn)品內(nèi)部，風機出風口緊貼殼體出風口效果最好，臭氧發(fā)生器應布置在風機進風口。

③對比該因素的所有試驗組，臭氧發(fā)生器陶瓷片最好放于內(nèi)部殼體角落，結(jié)合風速試驗組的結(jié)論，風速高對環(huán)境臭氧濃度提升速度有抑制作用，所以當臭氧發(fā)生器放在殼體內(nèi)部角落，風機吸力對角落的流速影響較小，臭氧發(fā)生器的臭氧產(chǎn)生效率最高，所以最佳搭配為風機出風端與殼體出風口直接分布、風機進風口與臭氧發(fā)生器呈L型分布。

3.4 臭氧發(fā)生器放置殼進出風口面積對臭氧濃度的影響

試驗目的：驗證用于固定放置臭氧發(fā)生器的殼體進出風口面積對臭氧片發(fā)生器的臭氧產(chǎn)出、衰減影響。

試驗方案：將臭氧發(fā)生器和風機采用一定的相對位置放置方案放在35*25*15 cm的殼體中，并一起放置在試驗室中，連接12 V電源，并在殼體中開不同面積的進出風口，設計打開關閉不同進出風口為變量，連接電源時同步計時，試驗員距離殼體50 cm處正常呼吸，聞到臭氧聞到記錄用時。

試驗器材：臭氧發(fā)生器；12 V電源；固定殼體。

試驗數(shù)據(jù)如表1。

表1 進出風口面積對臭氧擴散用時記錄表

試驗數(shù)據(jù)分析：

如果產(chǎn)品殼體內(nèi)不設計風機吹出內(nèi)部臭氧，殼體通風面積越大，臭氧散發(fā)速度越快，通過數(shù)據(jù)分析，考慮進出風口面積在（2～4）cm2階段的效果提升最大，人聞到臭氧的用時縮短較多，所以使用單個30 mg/h臭氧發(fā)生器所匹配的進、出風口面積最適宜為（3～4）cm2。

4 結(jié)論

①臭氧發(fā)生器表面風速會對臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧有抑制作用，試驗總結(jié)：

式中：

V上升-臭氧濃度上升速度；

v風-風速。

②密封空間內(nèi)配置循環(huán)風機時打開密封空間后會使抑制臭氧衰減速度，相同時間內(nèi)臭氧濃度衰減量僅為90 %，比打開沒有循環(huán)風機的密封空間，臭氧衰減至90 %左右用時約多5 min，如需快速降低臭氧含量需關閉內(nèi)循環(huán)風機。

③臭氧發(fā)生器靠近60 ℃熱源會導致產(chǎn)生臭氧的速度下降27 %左右，不建議臭氧發(fā)生器靠近熱源，會降低臭氧生成速度，并且環(huán)境溫度小于32.2 ℃時，臭氧濃度上升速度大于臭氧濃度下降速度，建議使用臭氧的環(huán)境溫度小于32.2 ℃。

④當臭氧發(fā)生器安裝在產(chǎn)品殼體內(nèi)并且無配置風機與臭氧發(fā)生器安裝在殼體內(nèi)并且有配置風機對比，無風機試驗組10 min內(nèi)測試倉環(huán)境臭氧量和濃度上升速度僅約為有風機試驗組的1/3，建議使用臭氧發(fā)生器的產(chǎn)品配置風機使用。

⑤臭氧發(fā)生器最適宜的殼內(nèi)安裝方案：在風機進風端并且位于產(chǎn)品殼體角落，比臭氧發(fā)生器安裝在風機出風端且位于空氣對流的安裝方案，測試倉內(nèi)臭氧上升速度可提升12 %左右，有利于快速提升環(huán)境臭氧濃度。

⑥單個臭氧產(chǎn)生量為30 mg/h臭氧發(fā)生器所匹配的進、出風面積最適宜為3～4 cm2。