家电产品臭氧浓度控制相关因素研究

高 伟 李星湖 汤 璐 潘耀权 徐艺宁

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519000）

引言

臭氧浓度的控制对于应用了臭氧除菌除臭特性的产品而言至关重要，在应用臭氧的产品上[1]，通常通过导风结构及控制程序调节及控制环境臭氧浓度，在设计初期，因产品外形影响，臭氧发生器的固定结构及摆放位置、产品外壳进出风口布置等均有较大差异，会导致臭氧浓度的变化相对不同，需通过程序进一步控制其工作时间以达到臭氧浓度满足设计需求，所以针对臭氧浓度的影响因素需进一步研究分析，总结归纳应用了臭氧除菌除臭产品的经验。

1 臭氧发生器简介

市面上臭氧的制取方法和技术常见有三种：光化学法、电化学法、高压放电法，分别对应的零部件分别是紫外线臭氧发生器、电解纯水臭氧发生器、臭氧发生器。其中家电行业应用较多为光化学法对应的紫外线臭氧发生器及电晕放电法对应的臭氧发生器，本文主要研究应用高压放电法，应用高压放电法的臭氧发生器，主要结构构成一般有两种①倍压模块+陶瓷片②倍压模块+电极片，具体结构示意图如1所示。

2 工作原理分析

利用高压放电原理的臭氧发生器工作原理[2]：模仿自然界雷电产生臭氧的方法，利用一定频率的高压电流制造高压电晕电场，电晕中的自由高能粒子理解为O2分子，经过碰撞为O3分子。臭氧的性质极不稳定，生产之后会快速分解，所以臭氧只能现产现用。

经过查阅臭氧相关文献[3]及相关产品评审问题可初步得出，风速、温度、进出风口（风量）、风机、进出风口与臭氧发生器相对位置等四个因素可能对臭氧的制作和衰减有一定的影响，所以确定研究因素为：①臭氧发生器表面风速对臭氧浓度的影响②环境温度对臭氧浓度的影响③风机、臭氧发生器与进出风口三者相对位置对臭氧浓度的影响④臭氧发生器固定壳体进出风口面积对臭氧浓度的影响。

3 试验验证

3.1 臭氧发生器表面风速对环境臭氧浓度的影响

试验目的：验证臭氧发生器表面风速对臭氧生成的影响以及验证仓内风速对臭氧衰减的影响。

图1 臭氧发生器结构构成图

试验方案：将臭氧发生器放置在3 m³测试仓中心位置，连接12 V电源，在距离陶瓷片5 cm放置小台扇并启动小台扇（见图2），设计小台扇的风速档位为变量，关闭测试仓，本试验共需15 min，启动12 V电源后第5 min关闭，第10 min打开仓门，记录开启电源后的15 min，仓内臭氧浓度的数据[4]。

图2 臭氧发生器表面风速对臭氧浓度的影响试验布局图

试验器材：30 mg/h臭氧发生器；12 V电源；3 m³测试仓；风速计；臭氧浓度检测仪；小台扇。

试验结果如图3。

图3 臭氧发生器表面风速对环境臭氧浓度的影响数据趋势图

试验数据分析：

①臭氧发生器表面有风机，5 min内仓内臭氧浓度的上升速度会减少，有风机比无风机降低50 %臭氧浓度上升速度，在3 m³空间内使用一个臭氧产生量为30 mg/h的臭氧发生器：

式中：

V上升-臭氧浓度上升速度；

v风-风速。

可以认为，当风速越低，环境内臭氧浓度上升速度越大。

②在打开仓门时，臭氧发生器表面如果有风速，臭氧浓度在5 min内的衰减百分比相对没有风机的低10 %左右，对于打开仓门要求臭氧快速衰减的需求而言，有风速反而不利于臭氧浓度快速衰减，臭氧衰减百分比长时间保持在90 %左右，臭氧不能完全衰减。

3.2 臭氧发生器局部高温与环境温度对臭氧浓度的影响

试验目的：验证温度对臭氧生成速度的影响以及验证温度对仓内臭氧浓度的影响。

试验方案：将臭氧发生器放置在3 m³测试仓中心位置，连接12 V电源，在距离陶瓷片5 cm放置暖风机启动暖风机（见图4），设计陶瓷片与暖风机的距离为变量，关闭测试仓，本试验一组用时15 min，启动12 V电源第5 min后关闭，记录开启电源后的15 min仓内臭氧浓度的数据。

图4 环境温度对臭氧浓度的影响试验布局图

试验器材：30 mg/h臭氧发生器；12 V电源；3 m³测试仓；臭氧浓度测试仪；电暖器。

试验结果如图5。

图5 温度对臭氧浓度影响数据趋势图

试验数据分析：

①对照无电暖器试验对照组可知，当臭氧发生器靠近热源（约60 ℃）时，会降低产生臭氧浓度速度27 %左右，原因分析为臭氧发生器上陶瓷片受热影响，降低了臭氧生成速度，所以臭氧发生器不宜靠近热源。

②降低臭氧发生器的局部温度，提高环境温度（约35 ℃，无电暖器试验组环境温度约为25 ℃）的条件下，臭氧浓度上升速度提升1.6 倍左右，臭氧浓度下降速度提升了3.6倍左右，本次试验所得经验公式：

式中：

V上升-臭氧浓度上升速度；

V下降-臭氧浓度下降速度；

T-温度。

得出臭氧的环境温度小于32.2 ℃时，环境中臭氧浓度上升速度大于臭氧浓度下降速度。

3.3 风机、臭氧发生器与进出风口三者相对位置对臭氧浓度的影响

试验目的：验证用于固定放置臭氧发生器的壳体中，风机、臭氧发生器与进出风口三者相对位置对臭氧浓度的影响。

试验方案：将臭氧发生器和风机、风口的相对位置改变并一同放在35*25*15 cm的壳体中，并一起放置在3 m³测试仓中心位置，风机和臭氧发生器分别连接12 V电源（见图6），设计三者相对位置为变量，关闭测试仓，同时启动两个12 V电源，其中臭氧发生器的电源10 min后关闭，记录开启两个电源后的20 min仓内臭氧浓度的数据。

图6 风机、臭氧发生器与进出风口三者相对位置对臭氧浓度的影响试验布局图

试验器材：30 mg/h臭氧发生器；12 V电源；3 m³测试仓；温度探头；臭氧浓度测试仪；小型风机；固定壳体。

试验结果如图7。

图7 风机、臭氧发生器与进出风口三者相对位置对臭氧浓度的影响试验趋势图

试验数据分析：

①当臭氧发生器安装在产品壳体内并且无风机的情况下，10 min内臭氧量和浓度上升速度仅约为有风机的1/3 ，因为臭氧产生需要氧气，陶瓷片产生的热量不足以使空气发生流动，所以在启动臭氧发生器后的5 min臭氧充满壳体后才开始溢出，所以如果需快速提升环境臭氧浓度，产品建议配置风机，使产品壳体内的臭氧得以吹出。

②通过对比2、3试验组，臭氧发生器产生的臭氧如经过风机，环境臭氧浓度上升速度比臭氧不经过风机高12 %左右，所以臭氧发生器如果安装在产品内部，风机出风口紧贴壳体出风口效果最好，臭氧发生器应布置在风机进风口。

③对比该因素的所有试验组，臭氧发生器陶瓷片最好放于内部壳体角落，结合风速试验组的结论，风速高对环境臭氧浓度提升速度有抑制作用，所以当臭氧发生器放在壳体内部角落，风机吸力对角落的流速影响较小，臭氧发生器的臭氧产生效率最高，所以最佳搭配为风机出风端与壳体出风口直接分布、风机进风口与臭氧发生器呈L型分布。

3.4 臭氧发生器放置壳进出风口面积对臭氧浓度的影响

试验目的：验证用于固定放置臭氧发生器的壳体进出风口面积对臭氧片发生器的臭氧产出、衰减影响。

试验方案：将臭氧发生器和风机采用一定的相对位置放置方案放在35*25*15 cm的壳体中，并一起放置在试验室中，连接12 V电源，并在壳体中开不同面积的进出风口，设计打开关闭不同进出风口为变量，连接电源时同步计时，试验员距离壳体50 cm处正常呼吸，闻到臭氧闻到记录用时。

试验器材：臭氧发生器；12 V电源；固定壳体。

试验数据如表1。

表1 进出风口面积对臭氧扩散用时记录表

试验数据分析：

如果产品壳体内不设计风机吹出内部臭氧，壳体通风面积越大，臭氧散发速度越快，通过数据分析，考虑进出风口面积在（2～4）cm²阶段的效果提升最大，人闻到臭氧的用时缩短较多，所以使用单个30 mg/h臭氧发生器所匹配的进、出风口面积最适宜为（3～4）cm²。

4 结论

①臭氧发生器表面风速会对臭氧发生器产生臭氧有抑制作用，试验总结：

式中：

V上升-臭氧浓度上升速度；

v风-风速。

②密封空间内配置循环风机时打开密封空间后会使抑制臭氧衰减速度，相同时间内臭氧浓度衰减量仅为90 %，比打开没有循环风机的密封空间，臭氧衰减至90 %左右用时约多5 min，如需快速降低臭氧含量需关闭内循环风机。

③臭氧发生器靠近60 ℃热源会导致产生臭氧的速度下降27 %左右，不建议臭氧发生器靠近热源，会降低臭氧生成速度，并且环境温度小于32.2 ℃时，臭氧浓度上升速度大于臭氧浓度下降速度，建议使用臭氧的环境温度小于32.2 ℃。

④当臭氧发生器安装在产品壳体内并且无配置风机与臭氧发生器安装在壳体内并且有配置风机对比，无风机试验组10 min内测试仓环境臭氧量和浓度上升速度仅约为有风机试验组的1/3，建议使用臭氧发生器的产品配置风机使用。

⑤臭氧发生器最适宜的壳内安装方案：在风机进风端并且位于产品壳体角落，比臭氧发生器安装在风机出风端且位于空气对流的安装方案，测试仓内臭氧上升速度可提升12 %左右，有利于快速提升环境臭氧浓度。

⑥单个臭氧产生量为30 mg/h臭氧发生器所匹配的进、出风面积最适宜为3～4 cm²。