1. 离子发生与臭氧产生位于同一放电区域

负离子发生器在发射端形成受控电晕。尖端附近释放的电子可附着于氧分子。简化的第一步反应为 O2 + e− → O2−。在普通空气中，后续反应可将这种初始离子转变为其他含氧离子团簇。

臭氧通过另一条路径产生。能量更高的电子碰撞可将氧分子分解为氧原子。氧原子随后与另一个氧分子结合，形成 O3。生成量取决于放电状态，因此必须将有效的离子发生与臭氧控制结合考虑。[1]

负离子发生器旨在输出负离子，双极等离子发生器则同时产生正、负离子。下方的负离子反应仅示意双极放电的一部分，并非完整的等离子化学模型。两种设计都需要控制臭氧。美国环保署（EPA）指出，如果设计和维护中未采取预防措施，双极电离可能产生臭氧及其他副产物。[5]

两者的共同方法是控制放电并验证装配完成的产品。本文的发射端尖端示例适用于基于电晕放电的离子发生器；其他等离子放电结构需要各自开展设计评估。

负离子路径O2 + e− → O2−
臭氧路径O + O2 → O3
电子附着形成负氧离子与高能氧分解可能形成臭氧的简化对比
负离子与臭氧的形成始于放电区域中的不同反应。

2. 小尖端半径为何重要

发射端周围的电场强度并不均匀，而是在表面曲率较大的位置集中。碳纤维或细金属针利用这一效应，在尖端形成较强的局部电场。因此，与钝电极相比，它们能在更低的施加电压下达到电晕起始条件。[2]

这种几何结构为达到离子输出目标提供了调节空间，使放电能量不必超过任务所需。但它本身不能证明臭氧水平。完整的电极布置和电气工作点仍决定着放电行为。

钝电极与小半径发射端对比，展示局部电场如何集中在尖端
较小的尖端半径将电场集中在预期产生离子的位置。

3. 碳纤维刷与细金属针

发射端材料通过其在放电点形成的结构影响性能。碳纤维和金属针都能形成较小的半径，但组织放电点的方式不同。

具有许多黑色细纤维尖端的碳纤维刷发射端产品微距照片

碳纤维刷

纤维束提供许多微观尖端。可用发射点分散于整个碳刷，而非固定在单一较大点上。已有研究将碳刷电极用于低臭氧电晕设备。[3]

具有一个明确尖锐针尖的细金属针发射端产品微距照片

细金属针

成形金属针提供一个明确的尖端。装配时可精确控制其位置和方向，有助于保持预期放电几何结构的一致性。

无论采用哪种材料，其作用都离不开表面状态和电路。受污染的碳刷或受损的针尖会改变有效几何结构。装配公差和老化也可能在产品使用寿命内改变放电点。低臭氧设计将发射端与高压级视为一个系统。

4. 设定电气工作范围

尖端决定电场最强的位置，高压电路则决定放电驱动强度。两者共同确定的工作范围必须在控制放电电流的同时，产生所需的离子输出。

选择稳定的工作范围，使预期配置下的离子输出目标和实测臭氧要求均得到满足。

提高电压可能增加离子输出，也可能增加电子碰撞的次数和能量。电流控制有助于使尖锐发射端保持在预期放电范围内。最终设置通过测量确定，而不是仅凭尖端几何形状。

双极等离子发生器的额外检查

对于双极模块，应记录正、负离子输出、电极间距、驱动波形、电流限值及占空比。应验证完整的运行配置，而不能照搬仅产生负离子的模块设置。正负离子输出平衡并不代表低臭氧，必须单独测量臭氧。

5. 测试成品发生器

材料选择体现设计意图，而成品发生器测试体现发射端、电路和装配结构的综合结果。首先测量试验舱背景值，然后让发生器运行规定时间，再用相同方法测量空气。

记录样品型号、供电电压、运行模式、气流、采样位置、温度、湿度、舱体容积及测试时长，同时注明测量方法和报告限值。对于 OEM 项目，应约定需要评估的运行模式、气流条件，以及老化或受污染发射端的状态。当外壳或风路改变测试配置时，除了模块，还应验证安装后的完整系统。

测试前明确臭氧判定标准

与测试实验室共同选择适用的产品及市场要求。UL Solutions 将 UL 2998 零臭氧排放验证的判定标准描述为低于 0.005 ppm（5 ppb）。这是一项规定的验证程序，并不表示臭氧绝对不存在。[6] 其他试验舱程序所得的浓度结果本身不能证明通过 UL 2998 验证。臭氧测试也不能替代电气安全评估或其他副产物评估。

下方照片和读数展示了第 6 节中的负离子发生器测试案例。

配备两台三立方米环境试验舱的 MAXMAC 实验室
  1. 测量试验舱背景值背景值：<0.003 mg/m3
  2. 发生器运行 1 小时整机保持通电。
  3. 再次测量臭氧运行结果：<0.003 mg/m3
只有明确样品、试验舱、时间及测量方法，测试结果才有意义。

6. 负离子发生器：第三方测试案例

一台负离子发生器在 3 m3 试验舱内接受评估。确定环境背景值后，样品通电运行一小时。背景值和通电运行结果均报告为 <0.003 mg/m3 ，适用于这些测试条件。

测试项目条件或结果
样品负离子发生器
舱体容积3 m3
背景稳定1 小时
通电运行1 小时
测试方法HJ 590-2010 紫外光度法
背景值<0.003 mg/m3
运行结果<0.003 mg/m3

小于号很重要，它表示测得浓度低于实验室报告的数值，并不代表臭氧绝对不存在。该结果适用于这一样品及所述程序。它不是 B02、M1801 或 M96 等离子发生器的测试结果，也不能证明这些产品已获得认证或验证。应获取所选型号和配置对应的报告。HJ 590-2010 规定了测定环境空气中臭氧的紫外光度法。[4] 链接中的英文文件为参考译文，应以签署的中文测试报告为准。

查看英文参考译文（英文版）

7. 低臭氧设计意味着什么

小半径发射端使电场集中，匹配的高压电路使电晕保持在预期工作范围内，成品测试则确认这一组合产生的臭氧水平。这三个部分共同构成一种工程方法，而非三项彼此独立的产品声明。

下一步： 了解 MAXMAC 负离子发生器模块, 探索双极等离子发生器模块，或 讨论项目特定的臭氧要求.

参考资料

  1. Jenkins 等， 《树叶上的电晕放电产生大量氢氧化物》，《地球物理研究杂志：大气》，2022 年。
  2. Weng 等， 《基于较低电压电离法制备负氧离子及其空气净化应用的初步研究》，《Atmosphere》，2024 年。
  3. 《采用碳刷电极的低臭氧静电除尘器开发》，《IEEJ 基础与材料学报》，2021 年。
  4. 中国生态环境部， 《HJ 590-2010 环境空气 臭氧的测定 紫外光度法》.
  5. 美国环保署（EPA）， 《便携式与风道式空气净化器中的双极电离》.
  6. UL Solutions， 《零臭氧排放验证》.