２０世紀９０年代以來，臭氧發生器在食品貯藏、 保鮮及加工中的應用受到了世界工業發達國家的普遍重視，現已成為２１世紀開發研究的熱點，極具商業應用價值．工業上主要采用介質阻擋放電（ＤＢＤ）［１－３］的方法來獲得臭氧氣體．介質阻擋放電產生的熱量對臭氧發生器的性能有直接的影響，討論了冷卻條件對臭氧產量的影響，本文中作者以試驗為依據，研究臭氧產量為１ｋｇ／ｈ臭氧發生器的冷卻特性，討論工作氣體、冷卻水、冷卻油等的進口溫度對臭氧濃度和電耗（本文中臭氧濃度指臭氧的質量濃度，電耗指臭氧發生器的電耗）的影響，確定其運行參數。
１ｋｇ／ｈ高頻臭氧發生器構成分析
高頻管式臭氧發生器按功能劃分，主要由臭氧發生管及其雙路冷卻系統、逆變主電路及其驅動電路、 ＰＬＣ全自動監控及其保護系統和空氣預處理系統等部分組成［５－６］． 臭氧發生管是臭氧發生器的關鍵部件，其工作原理是利用介質阻擋放電產生臭氧氣體．產量為１ｋｇ／ｈ的臭氧發生器采用２０根單管產量為５０ｇ／ｈ的臭氧發生管并聯運行，其外徑和長度各為１００ｍｍ和１３５０ｍｍ，平均有效放電面積約為０．１３８７ｍ２；介電體采用性能優良的硼硅３．３玻璃，玻璃管直徑５０ｍｍ，長１０００ｍｍ，壁厚１．８ｍｍ；采用雙氣隙放電結構，主要構件包括內電極管、 介電管和外電極管等．內外電極管分別作為接地極和高壓電極，材質均為鋁合金，玻璃管作為介電管置于內、外電極管間，形成內外２個放電間隙．作為放電電極的２根鋁合金管表面均經陽極化處理，形成極薄的抗氧化層．臭氧發生器運行時采用ＩＧＢＴ高壓逆變電路，工作電壓的有效值為１０～１２ｋＶ，峰值為１６～２０ｋＶ，工作頻率為１０５０Ｈｚ。
臭氧發生器在放電過程中，氣體電離和介電體介質的損耗使放電單元間隙內的熱量劇增，氣體工作溫度上升，加劇了臭氧的分解反應［４］，不但減少了臭氧產量而且降低了臭氧濃度增加了電耗．因此，為保證臭氧發生管高效穩定工作，提高臭氧產率，防止介電體熱擊穿，臭氧發生器通常采用水油雙路對高壓極和接地極進行冷卻，冷卻系統原理如圖１所示．系統一般采用自來水對接地極進行水冷，冷卻水采用開式循環，通過內部的鋁合金管流動；高壓極采用油冷，冷卻油采用閉式循環，沿外電極的外表面流動．冷卻水和冷卻油通過熱交換器換熱，將臭氧發生管工作過程中產生的熱量及時吸收，從而降低工作溫度，提高臭氧產量。
２冷卻特性的試驗研究
試驗時，臭氧發生管的工作電壓為１１ｋＶ，工作頻率為１０５０Ｈｚ，標準空氣流量為５０ｍ３／ｈ，冷卻水流量為４０Ｌ／ｍｉｎ，工作氣體露點溫度≤－４０～－４５℃，工作氣體絕對壓力０．２ＭＰａ．在此情況下采集數據，對在不同工作氣體溫度、冷卻水（油）進口溫度下臭氧發生器的特性進行試驗研究，分析冷卻條件對臭氧濃度和電耗的影響，為設計大型高頻臭氧發生器的冷卻系統提供理論和實踐依據。
２．１工作氣體進口溫度對臭氧濃度和電耗的影響
空氣是空氣源型臭氧發生器的工作氣體，經過壓縮和干燥預處理后，空氣的溫度會略有上升．上升幅度 與空氣壓縮機的壓縮比和功率儲備有關，一般要求空氣經預處理后的溫升不高于３℃．不同季節，空氣溫度的變化不同，若進入臭氧發生管的空氣溫度上升，則會使放電氣隙的工作溫度上升，導致臭氧濃度下降，其結果使臭氧產量下降，電耗增加．
圖２（ａ） 是在冷卻水溫度為１５℃，冷卻油溫度為２３℃，空氣流量一定的條件下，工作氣體進口溫度對臭氧濃度和電耗的影響．從圖２（ａ）可以看出，隨著工作氣體進口溫度上升，臭氧濃度明顯下降，工作氣體進口溫度與臭氧濃度近似呈線性關系，空氣每升高１０℃，濃度約降低１５％． 在冷卻能力相同的試驗條件下，工作氣體進口溫度對電耗的影響比較大，隨著工作氣體進口溫度上升，電耗增大，工作氣體進口溫度每升高１０℃，電耗就增大約１０％．在不同的季節，高頻臭氧發生器的電耗也明顯不同．一般情況下，若要求臭氧濃度相同，則臭氧發生器在夏季所需的電能要比冬季高得多。
２．２冷卻水進口溫度對臭氧濃度和電耗的影響
雙路冷卻系統能夠有效控制臭氧發生管內工作氣體的溫升，降低臭氧分解率，提高臭氧產量．在臭氧發 生管中，冷卻水是臭氧發生管的主要冷卻介質，通常采用自來水．冷卻水的進口溫度（即冷卻水初溫）是關鍵參數． 圖２工作氣體、冷卻水和冷卻油的進口溫度與臭氧濃度和電耗的關系 2 在工作氣體進口溫度為１５℃，冷卻水流量相同的情況下，冷卻水進口溫度與臭氧濃度之間的關系曲線如圖２（ｂ）所示 隨著冷卻水進口溫度升高，臭氧產量隨之降低，臭氧濃度也降低，冷卻水進口溫度與臭氧濃度近似呈線性關系．但當冷卻水進口溫度在１２℃時，臭氧濃度達到最大，而冷卻水進口溫度在８℃時臭氧濃度反而比１２℃時小，這可能是冷卻水溫度過低，會對臭氧濃度增加起到抑制作用，所以冷卻水溫度不宜過低．冷卻水溫度高于１２℃后，冷卻水溫每升高１０℃，臭氧濃度約降低１０％． 由圖２（ｂ）可看出，冷卻水進口溫度在８～１６℃時，電耗隨冷卻水進口溫度升高而降低；在１６℃以上時，隨著冷卻水進口溫度升高，電耗上升幅度較大；在冷卻水進口溫度為１６℃時，電耗是最低的，因此可以１６℃作為最佳的冷卻水進口溫度．進一步試驗表明，在高溫環境中，冷卻水進口溫度的升高將導致電耗增大 。
在工作氣體進口溫度為１５℃，冷卻水流量相同的情況下，冷卻水進口溫度與臭氧濃度之間的關系曲線如圖２（ｂ）所示．隨著冷卻水進口溫度升高，臭氧產量隨之降低，臭氧濃度也降低，冷卻水進口溫度與臭氧濃度近似呈線性關系．但當冷卻水進口溫度在１２℃時，臭氧濃度達到最大，而冷卻水進口溫度在８℃時臭氧濃度反而比１２℃時小，這可能是冷卻水溫度過低，會對臭氧濃度增加起到抑制作用，所以冷卻水溫度不宜過低．冷卻水溫度高于１２℃后，冷卻水溫每升高１０℃，臭氧濃度約降低１０％． 由圖２（ｂ）可看出，冷卻水進口溫度在８～１６℃時，電耗隨冷卻水進口溫度升高而降低；在１６℃以上時，隨著冷卻水進口溫度升高，電耗上升幅度較大；在冷卻水進口溫度為１６℃時，電耗是最低的，因此可以１６℃作為最佳的冷卻水進口溫度．進一步試驗表明，在高溫環境中，冷卻水進口溫度的升高將導致電耗增大。
２．３冷卻油進口溫度對臭氧濃度和電耗的影響
在雙路冷卻系統中，冷卻油與高壓電極接觸并在其上流動，通過電極管徑向導熱，對工作氣體和臭氧發生管進行冷卻．由于冷卻油的傳熱系數對冷卻效果的影響較大，因此采用導熱性能較好的變壓器油。
在工作氣體進口溫度為１５℃，冷卻油流量相同的情況下，冷卻油進口溫度與臭氧濃度的關系曲線如圖 ２（ｃ）所示，可以看出，冷卻油溫度在１８～２４℃時臭氧濃度隨冷卻油進口溫度變化幅度不大；在２４℃以上時， 隨著冷卻油進口溫度升高，臭氧濃度下降幅度較大． 冷卻油進口溫度與電耗之間的變化曲線如圖２（ｃ）所示，從圖中可以看出，冷卻油進口溫度與電耗間呈非線性關系，當冷卻油進口溫度在１８～２７℃間變化時，電耗變化幅度較小，當冷卻油進口溫度在２７～３６℃間變化時，電耗的變化幅度較大。
