板式与管式臭氧发生器性能对比
自臭氧发生器开始获得应用的一百多年以来，管式DBD放电室结构的臭氧发生器设备产品一直处于市场主流地位。随着近十几年来电子工业的高速发展，以及大面积的高压超薄陶瓷技术的成熟，臭氧发生器所需要的材料和加工技术瓶颈取得突破，在此基础上高效能大型板式臭氧发生器诞生。
目前市场上的主流臭氧设备有两类，即管式臭氧发生器和板式臭氧发生器。
管式臭氧发生器在国内工程化应用已经超过20多年时间，技术比较成熟。存在的主要问题一是能耗高，每千克臭氧的能耗超过10kWh（不包括气源等辅助设备的能耗）；问题二是设备占地面积大，1kg臭氧组件的占地面积超过9㎡。
10多年前国内引进吸收国外先进的新型板式臭氧技术，在国内研制成功了最先进的板式臭氧发生器系统，解决了管式臭氧发生器存在的低效能、高能耗等主要问题，使得每千克臭氧的能耗为5.5kWh～8kWh（能耗取决于臭氧浓度，浓度越高单位臭氧产量的能耗就越高），最大占地体积为1㎡左右，臭氧浓度可达到135mg/L
无论从技术方面，还是从设备生产及使用成本方面，对于大型臭氧发生器而言，板式产品都比管式产品具有明显的竞争优势，板式大型臭氧发生器将逐渐在市场实现对管式产品的升级换代。
2.1 放电介质材料
介质阻挡放电（DBD）结构的放电室将氧分子电离，并生成臭氧，其所可能涉及的基元反应多达58个，臭氧合成的最终效率取决于众多因素匹配、组合而取得的动态平衡结果。其中，通过强电场使高速电子具有足够的能量（高于8.4eV），是其必要条件之一。从如下DBD放电室电场强度公式可知，放电介质的介电常数是获得强电场的一个关键指标。
式中：Eg－电场强度，U－电场电压，
－放电介质的介电常数－气体介电常数。
此外，放电介质的介电强度、介电损耗等技术指标，对于臭氧发生器的工作频率和介质击穿性能等也有重要影响。
对于管式电极放电室而言，因为其自身结构和加工特点，放电介质一般都是采用搪瓷或玻璃。而对于板式电极放电室而言，由于十几年来材料技术的高速发展，放电介质可以采用高品质高铝陶瓷超薄基板。
表1 搪瓷和高铝陶瓷介电参数比较
在放电效果改善之外，使用高品质高铝陶瓷作为放电介质，臭氧发生器中的介质击穿现象基本可以实现“完全杜绝”。从表1可见，陶瓷放电介质的介电常数和介电强度是优质搪瓷的2倍以上，而介电损耗则远远低于搪瓷。这就是为什么搪瓷介质的管式臭氧发生器工作频率很难超过1kHz，而使用陶瓷介质的板式臭氧发生器的工作频率最高可以达到9kHz以上的缘故。
2.2 地电极及结构支撑部件材料
目前市场上主流的大型管式臭氧发生器，其地电极及支撑部件材料一般都是不锈钢，或者是玻璃。
而对于大型板式臭氧发生器而言，由于结构的极大优化降低了加工工艺要求，地电极及支撑部件的材料可以选用导热性能更优、质量更轻、耐腐蚀性更好的材料。我公司使用高品质铝镁钛合金等作为地电极支撑部件的材料，并辅以先进的等离子体陶瓷化表面处理技术，产品品质获得了大幅度的提升。表2为不锈钢和铝合金两种材料的关键参数对比。
表2 不锈钢和铝合金物化参数比较
臭氧的物理化学性质表明，在高温下，臭氧会迅速自行消解成为氧气。因此，臭氧发生器机械结构中的散热效率是一个至关重要的参数。
从导热系数一项分析，铝合金的导热系数大约是不锈钢的15倍，从中可以看出在大型板式臭氧发生器中，使用了性能更优的材料，可以使臭氧的合成效率获得大幅度的提高。
3.1 放电间隙与放电路径
从DBD放电室电场强度公式可知，在众多参数中，放电室中放电间隙是影响电场强度的最重要的参数之一。放电间隙的大小，基本和臭氧发生器生成臭氧浓度呈线性关系。
从结构常识可知，两个平行平板之间可以比较容易的实现很狭窄的放电间隙；而两个同心圆管之间，在圆管长度比较长的情况下，受加工工艺的限制，放电间隙在达到某一程度时继续缩小并且保持均匀度几乎难以实现。
因此，目前市场上主流的大型管式臭氧发生器，其管式电极中放电间隙很难达到0.3㎜以下，常规范围是0.5㎜～1㎜；其臭氧发生浓度相应的受到了限制，一般很难超过120㎎/L。
而大型板式臭氧发生器，放电室内的放电间隙很容易控制在0.3㎜以下，同样能耗情况下，臭氧发生的最大浓度则可以达到135㎎/L以上。
如上所述，放电间隙的大小和放电路径长短具有一定的相关性。放电路径的设计，与臭氧发生量、发生浓度、放电间隙、气体流速、工作频率、冷却效率等众多因素相关。在当前市场主流大型管式臭氧发生器中，经由单管或2-4管串联，其放电路径长达600㎜～2000㎜（一般单管长度为600㎜）。
而大型板式臭氧发生器的放电路径则大幅度缩小，仅为约200㎜左右。且不论放电路径和臭氧发生技术指标之间的复杂关系，仅是通过大幅度缩小放电路径，使得设备在用材、重量、体积、占地等方面体现出显著优势。
3.2 模块化结构的实现
板式放电室的结构设计，除了满足极窄放电间隙和极小放电路径之外，能够实现自身的模块化结构，同时为实现整体模块化结构创造条件，从而实现产品的多级模块化，极大提升产品的工艺性能，使得产品的装配、维护更加便捷，最重要的是能够实现最小故障单元隔离功能，显著提高系统的可靠性。而管式臭氧发生器则基本无法实现模块化设计：
a) 某放电室、模块故障时，模块内供电、供气同时切断，从而使得臭氧发生浓度不受影响，而且不过多浪费气源气体；
b) 单个模块发生故障时，整机其它功能不受影响；
c) 独立模块并联，使得所有放电室工作面的冷却效果均衡，陶瓷板复合铝合金水冷地电极的高散热效率可以保障更高的臭氧合成效率；
d) 检修时，直接替换掉故障模块，系统不停机，极大地保障了系统的可靠性；
由于模块化以及设备尺寸缩小所带来的冷却效率改善，所生产的大型板式臭氧发生器，进出口气体温升只有3℃～5℃，远小于市场主流大型管式臭氧发生器的水平。
