Anlage zur Erzeugung von Ozon und-. Verfahren zum Betrieb dieser Anlage Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung von Ozon, in welcher Luft oder Sauer stoff durch ein zwischen an Hochspannung liegenden Elektroden erzeugtes elektrisches Wechselfeld in einer Entladungsstrecke durchgeleitet wird.
Solche Anlagen sind bekannt, bei welchen Luft durch in Kühlwasser liegende Glasrohre durchgelei tet wird, in welchen Rohren eine konzentrische stab- artige Elektrode angeordnet ist. Zwischen dem als die eine Elektrode dienenden Kühlwasser und der stabartigen Elektrode wird die Spannung angelegt, wobei das Glasrohr einen direkten Durchschlag zwi schen den Elektroden verhindert, jedoch dazu bei trägt, dass im Luftspalt, welcher zwischen dem Glas rohr und der stabartigen Elektrode gebildet ist, ein starkes elektrisches Feld entsteht und die durchge leitete Luft ionisiert wird,
wodurch eine Büschel- oder Glimmentladung entsteht.
Bei diesen bekannten Anlagen wird bei Netzfre- quenz eine Spannung von rund 8 kV angelegt. Es ist allerdings auch bereits bekannt, bei 500 Hz zu arbeiten.
In allen Fällen waren aber ausschliesslich die Entladungsstrecken - aller vorhandenen Rohre direkt an die Stromquelle, normalerweise an die Sekundärwicklung eines Hochspannungstransforma tors angeschlossen, so dass dieser Transformator für die volle, an den Entladungsstrecken aufgenommene Leistung bemessen sein musste. Bei einer Anlage mitt lerer Grösse beträgt beispielsweise der Strom rund 0,5 A, was bei einer Spannung von 8 kV eine Lei stung von 4 kVA ergibt.
Ist bei Betrieb mit erhöhter Frequenz ein Umformer vorhanden, so müssten auch die Maschinen des Umformers für diese Leistung bemessen sein. Eine solche Anlage ist daher ziem lich teuer in der Anschaffung und im Betrieb, weil ihr elektrischer Wirkungsgrad gering ist. Das rührt bei den oben beschriebenen Anlagen hauptsächlich auch daher, dass der Stromdurchgang durch das Kühlwasser, in welchem die Rohre stehen, einen erheblichen Widerstand bedingt.
Es ist allerdings auch bereits bekannt, den Strom durchgang durch das schlecht leitende Wasser da durch zu vermeiden, dass das Glasrohr auf der der Entladungsstrecke gegenüberliegenden Seite metalli siert ist und dass diese Metallisierung direkt an die Stromquelle angeschlossen ist. Damit können wohl die Leistungsverluste im Wasser, aber nicht die im Transformator bzw. Umformer auftretenden Verluste beseitigt werden.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Beseitigung dieser Nachteile. Sie beruht auf der über raschenden Erkenntnis, dass trotz der in der durch geleiteten Luft stattfindenden Entladung und Ioni sation die Leistungsaufnahme an den beidseitig des Glasrohres angebrachten Elektroden praktisch rein kapazitiv ist.
Die oben erwähnten, recht erheblichen Leistungen, für welche die Transformatoren und Um former bemessen sein müssen, bestehen also zu einem ganz erheblichen Teil aus Blindleistung. Auf Grund dieser- Erkenntnis schafft nun die Erfindung die Möglichkeit, die Generatoren und Transforma- toren weitgehend zu entlasten,
indem erfindungs gemäss die Blindleistungsaufnahme an der Entladungs strecke durch eine zugeordnete Reaktanz kompen siert ist. Diese Reaktanz wird vorteilhaft als reine Induktivität ausgebildet; welche in Serie oder parallel zur Entladungsstrecke geschaltet ist. In beiden Fällen ist es möglich, den Transformatoren und Generato ren nur noch die Erzeugung der an sich verhältnis mässig geringen Wirkleistung zu überlassen.
Bei Serie schaltung der Entladungsstrecke mit der Induktivi- tät ist es ausserdem möglich, durch Spannungserhö hung in dem damit gebildeten Schwingkreis die Be triebsspannung an der Entladungsstrecke erheblich zu erhöhen, so dass der Transformator für eine nied rigere Ausgangsspannung bemessen werden kann.
Bei genügend hoher Güte des gebildeten Schwingkreises können Spannungsüberhöhungen um das Fünf- bis Zehnfache erzielt werden, so dass unter Umständen dieser Schwingkreis ohne Zwischenschaltung eines Transformators direkt an einen Tonfrequenzgenera- tor angeschaltet werden kann. Wie soeben angedeutet, ist es von besonderem Vorteil, im Tonfrequenzgebiet z.
B. zwischen 1000 und 2000 Hz zu arbeiten, weil damit einerseits eine kleinere Bemessung der Induk- tivität und anderseits eine erhebliche Erhöhung der Stromdichte in der Entladungsstrecke möglich wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen -Anlage schematisch dargestellt. Fig.1 zeigt die Grundschaltung der Anlage und Fig. 2 und 3 dienen der Erläuterung von Regel schaltungen zur Anlage nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist schematisch ein Glasrohr 1 darge stellt, welches aussen mit einer Metallschicht 2 ver sehen oder von einem Metallzylinder umgeben ist. Im Glasrohr 1 befindet sich mit etwas Spiel eine stabförmige Metallelektrode 3. Der Metallbelag 2 und die Elektrode 3 sind in einen Stromkreis ge schaltete welcher im übrigen die Sekundärwicklung 4 eines Hochspannungstransformators 5 und eine Drossel 6 aufweist.
Die Primärwicklung 7 des Trans- formators 5 ist mit einem= Tonfrequenzgenerator 8 verbunden, welcher bei einer Frequenz von beispiels weise 1000 bis<B>10000</B> Hz arbeitet. Der Tonfrequenz- generator wird in nicht dargestellter bekannter Weise von einem Asynchronmotor angetrieben. Es könnte aber gegebenenfalls auch ein Röhrengenerator vor gesehen sein, besonders wenn bei noch höheren Fre quenzen gearbeitet wird.
Es ist auch nicht unbedingt erforderlich, dass der Generator einen sinusförmigen Strom abgibt; und es könnte- somit z. B. auch ledig lich ein Thyratron oder eine Senderöhre vorgesehen sein, welche den Netzwechselstrom mit hoher Fre quenz zerhackt.
Im Betrieb wird über den Transformator 5 und die Drossel 6 eine Wechselspannung von 6 bis 8 kV an die Elektroden 2 und 3 angelegt, womit im Luft spalt zwischen dem Rohr 1 und der Elektrode 3 ein genügend starkes Feld entsteht, um die durchge leitete Luft zu ionisieren und die gewünschte Ozon bildung zu bewirken.
Da die Elektroden 2 und 3 durch das als Dielektrikum wirkende Glasrohr 1 voneinander getrennt sind, kann in der eigentlichen Entladungsstrecke, das heisst im Luftspalt, wohl an sich ein Ohmscher Strom fliessen, zwischen den Elek troden 2 und 3 bzw. durch das Glasrohr 1 kann aber an sich nur ein kapazitiver Verschiebungsstrom flie ssen.
Es wurde dementsprechend festgestellt, dass zwi schen den Elektroden 2 und 3 bei nicht ionisierter Luft eine verhältnismässig geringe Kapazität vorhan den ist. Ist dagegen die Luft ionisiert, so ist für den Kapazitätswert der Luftspalt praktisch unerheblich, so dass die Kapazität praktisch den Wert aufweist, welchen sie hätte, wenn die innere Elektrode 3 satt an das Glasrohr 1 anliegen würde.
Dieser erhöhte Kapazitätswert tritt nun jedesmal auf, wenn die Ent ladungsstrecke ionisiert ist, so dass zwischen den Elektroden 2 und 3 ein verhältnismässig starker, praktisch rein kapazitiver Strom fliesst. Tatsächlich kann man nämlich für die Dauer der Entladung an nehmen, dass zwischen den Elektroden 2 und 3 eine Kapazität in Serie mit einem sehr geringen, durch die Entladungsstrecke gebildeten Widerstand liege, wel chem praktisch kapazitiv wirkenden Netzwerk noch die Grundkapazität des Systems parallel liegt.
Der Strom setzt jeweils etwa beim Erreichen der Spitzen der an die Elektroden 2 und 3 angelegten Wechsel spannung ein und ist somit mit Oberwellen behaftet, was aber für die Arbeitsweise der Anlage keinen bedeutenden Nachteil darstellt. Die Wirkung der Anlage kann übrigens mit Vorteil dadurch erhöht werden, dass der Spannung Zündspitzen überlagert werden. Diese Spannungsspitzen können durch einen Übertrager in den Stromkreis der Entladungsstrecke eingeführt werden, und zwar werden sie möglichst nahe an den Beginn der Vorderflanken der Spannungs- halbwellen des Wechsels der Wechselspannung ange legt.
Es kann damit über einen grösseren Teil dieser Halbwellen ein Stromfluss in der Entladungsstrecke erzielt werden, so dass die Ausbeute beträchtlich er höht wird.
Der zwischen den Elektroden 2 und 3 aufgenom mene, praktisch kapazitive Strom fliesst auch durch die Drossel 6. Die Drossel 6 ist nun unter Berück sichtigung der Betriebskapazität der Entladungs strecke derart bemessen, dass diese Apparateteile zu sammen einen Schwingkreis bilden, dessen Resonanz frequenz praktisch der Betriebsfrequenz entspricht. Aus an sich bekannten Gründen fliesst daher in der Sekundärspule 4 des Transformators 5 praktisch ein Wirkstrom. Je nach der Güte des Resonanzkreises sind ausserdem die Spannungen an der Induktivität 6 und an der Entladungsstrecke wesentlich höher als an der Sekundärspule 4 des Transformators.
Der Transformator hat somit praktisch nur eine Wirk leistung zu verarbeiten, während die grösstenteils aus Blindleistung bestehende Leistungsaufnahme der Ent ladungsstrecke durch die Induktivität 6 kompensiert wird.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass in. der vor liegenden Beschreibung und in den Ansprüchen als Entladungsstrecke der Einfachheit halber die Strecke zwischen den beiden Elektroden 2 und 3 bezeichnet wird, obschon die Entladungsstrecke physikalisch ge sehen auf den Luftspalt beschränkt ist.
Da mit Vorteil mit erhöhter Frequenz gearbeitet wird und der praktisch kapazitive Strom in der Ent ladungsstrecke etwa linear mit der Frequenz zunimmt, kann in der beschriebenen Anlage eine verhältnis mässig hohe Stromdichte erreicht werden, welche bei kleinen Dimensionen des Rohres 1 eine gute Aus beute ergibt.
Die beschriebene Anordnung bringt daher auch die Möglichkeit mit sich, die eigentlichen aktiven Teile der Anlage, nämlich die Rohre. 1, ver- glichen mit denjenigen bekannter Anlagen, klein zu dimensionieren. Selbstverständlich ist normaler weise nicht nur ein Rohr vorhanden, sondern meh rere Rohre sind parallel angeordnet und ihre Elek troden 2 und 3 sind parallel in den Stromkreis ge schaltet.
Die Stromaufnahme in der Entladungsstrecke hängt von verschiedenen Faktoren, insbesondere von der Temperatur und Feuchtigkeit der durchgeleiteten Luft ab. Obwohl die Rohre im Wasser stehen und demzufolge gekühlt sind, kann die Lufttemperatur schwanken, besonders weil auch die Temperatur des Kühlwassers meistens nicht konstant ist. Eine stets gleichbleibende Ozonisierung des Wassers setzt aber eine praktisch gleichbleibende Ozonproduktion in der Anlage voraus.
Diese Produktion wäre aber bei Änderung des Kapazitätswertes der Entladungsstrecke starken Schwankungen unterworfen, weil durch die Änderung des Kapazitätswertes auch der Schwing kreis verstimmt wird, und, somit die Spannungsüber höhung stark schwanken kann. Es ist daher ange zeigt, eine Regeleinrichtung einzubauen, welche in Funktion des Entladungsstromes die Spannung an der Entladungsstrecke regelt, um diesen Entladungs strom möglichst konstant zu halten. Es kann zum Beispiel der Gesamtstrom aller Entladungsstrecken laufend gemessen werden und beim Absinken dieses Stroms kann in an :sich bekannter Weise die Erre gung des Tonfrequenzgenerators 8 erhöht werden.
Damit wird selbstverständlich auch die Spannung an den Entladungsstrecken erhöht und damit wieder der gewünschte Normalwert des Entladungsstroms erreicht. Die Regelung kann aber auch so vorgenom men werden, dass der Resonanzkreis vorzugsweise durch Veränderung der Induktivität 6 stets wieder auf die Betriebsfrequenz abgeglichen wird. In den Fig. 2 und 3 ist eine solche Möglichkeit schematisch angedeutet. Die Drossel 6 wird mit einer Sekundär wicklung 9 versehen, welche einen Gleichrichter 10 speist. Es fliesst somit in der Spule 9 ein Gleichstrom, dessen Stärke dem Betriebswechselstrom in der Dros sel 6 entspricht.
Durch diesen Gleichstrom wird der Drosselkern vormagnetisiert und der Wert der Dros sel 6 ändert sich in Funktion dieser Vormagnetisie- rung. Der Schwingkreis wird so bemessen, dass seine Resonanzfrequenz etwas höher ist als die Betriebs frequenz, so dass bei dem in Fig.3 angedeuteten Arbeitspunkt A gearbeitet wird.
Sinkt der Kapazi tätswert an der Entladungsstrecke, so erhöht sich die Resonanzfrequenz, das heisst, die Resonanzkurve nach Fig. 3 verschiebt sich in Fig. 3 nach rechts und der Arbeitspunkt gleitet auf der linken Flanke nach unten, das heisst, der Strom im Resonanzkreis, nimmt ab. Damit nimmt aber auch die Vormagnetisierung in der Drossel ab, so dass sich die Induktivität der selben erhöht. Damit wird der Erhöhung der Reso nanzfrequenz entgegengewirkt und eine Gleichhal tung des Entladungsstroms angestrebt. Bei Erhöhung des Kapazitätswertes spielen sich entgegengesetzte Vorgänge ab.
Natürlich kann die rein schematische Anordnung nach Fig. 2 ausgebaut werden, indem zur Erzielung einer steileren Regelcharakteristik- ein wei terer Verstärker, vorzugsweise ein Magnetverstärker, vorgesehen wird, weil auch eine Belastung der Drossel nach Möglichkeit vermieden werden soll. Zur Rege lung kann natürlich auch eine Röhrenreaktanz vor handen sein.
Auf eine Regelung im vorerwähnten Sinne kann eventuell dann verzichtet werden, wenn der aus der Entladungsstrecke und der Induktivität gebildete Resonanzkreis direkt als frequenzbestimmendes Netz werk eines Generators ausgebildet ist. Das ist ganz besonders dann möglich, wenn anstelle eines mecha nischen Umformers ein Röhrengenerator vorhanden ist.
Es ist dabei gegebenenfalls auch möglich, die Schaltfrequenz eines Thyratrons öder einer Sende röhre durch die Resonanzfrequenz des Resonanzkrei ses zu bestimmen. In beiden Fällen wird praktisch im Resonanzpunkt selbst gearbeitet, so dass nur eine praktisch reine und verhältnismässig geringe Wirk leistung zu erzeugen ist.
Wie oben bereits angedeutet, kann besonders bei Verwendung von Röhrengeneratoren bei beliebig ho hen Frequenzen gearbeitet werden, sofern bei diesen Frequenzen noch eine gute Ozonausbeute erzielt wird. Es kann sich dabei um hohe Tonfrequenzen von 2000 bis 20 000 Hz oder aber um Hochfrequenz oder Ultra hochfrequenz handeln. Es kann dabei möglich werden, bei genügend hoher Frequenz überhaupt keine eigent liche Induktivität 6 mehr einzubauen, weil die In duktivität des Leitungskreises selbst zur Kompen sation der kapazitiven Leistungsaufnahme an der Entladungsstrecke genügen kann.
Mit anderen Wor ten kann bei der Eigenresonanzfrequenz des Rohr systems des Ozonerzeugers gearbeitet werden. Bei hohen Frequenzen kann es auch unnötig werden, zwischen die Elektroden 2 und 3 eine Isolation ein zulegen, weil wohl noch eine intensive Ionisation, jedoch während der sehr kurzen Halbwellen des hoch- frequenten Wechselstroms kein eigentlicher Durch schlag von Elektrode zu Elektrode erfolgt.
Natürlich ist bei hohen Frequenzen gegebenen falls anstelle eines Glasrohres ein anderes geeignetes Dielektrikum einzusetzen, um die dielektrischen Ver luste in tragbaren Grenzen zu halten.
Für alle Ausführungen und Frequenzen können anstelle von Dielektrika und Elektroden von zylin- drischem Querschnitt andere, z. B. plattenförmige, Dielektrika und/oder Elektroden verwendet werden.
Die den Entladungsstrecken zugeordnete Reak- tanz kann natürlich irgendeine geeignete Form an nehmen und kann an irgendeiner Stelle eingebaut sein. Es kann z. B. ein Streutransformator verwendet werden, dessen Streuinduktivität die gewünschte. Reaktanz ergibt.
Es wäre an sich sogar möglich, die Reaktanz auf die Primärseite des Transformators zu verlegen, was jedoch den Nachteil hat, dass der Transformator für die ganze-Blindleistung bemessen sein muss, und dass nur der Generator von der Blind leistung entlastet wird.
Es wäre schliesslich auch mög- lieh, als die eine Elektrode auf das Glasrohr oder einen anderen geeigneten Isolator eine Drahtwick lung aufzubringen, deren Induktivität mit der Kapa zität des Rohres einen auf Betriebsfrequenz abge stimmten Resonanzkreis ergibt.
Die Stromregelung in den Entladungsstrecken kann auch weitgehend ohne weitere zusätzliche Regel mittel erfolgen, weil eine Eigentümlichkeit der Ent ladungsstrecken darin liegt, dass ihre Kapazitätswerte stromabhängig sind. Steigt also der Strom an, so steigt auch der Kapazitätswert.
Es äst daher bereits eine weitgehend automatische Regelung dadurch möglich, dass die Betriebsfrequenz etwas höher ge wählt wird als die Resonanzfrequenz des durch die Entladungsstrecken und die zugeordnete Reaktanz gebildeten Resonanzkreises.
Fällt der Strom in den Entladungsstrecken, so nimmt auch die Kapazität derselben ab und die Resonanzfrequenz steigt an, das heisst sie nähert sich der Betriebsfrequenz, was wiederum zu einer grösseren Spannungsüberhöhung und zu geringerer Stromabnahme führt. Umgekehrt bewirkt jede Stromzunahme in der Entladungsstrecke eine Abwanderung der Resonanzfrequenz von der Betriebsfrequenz,
so dass auch einer Stromzunahme automatisch entgegengewirkt wird.
Plant for the production of ozone and-. Method for operating this system The present invention relates to a system for generating ozone, in which air or oxygen is passed through an alternating electric field generated between high voltage electrodes in a discharge path.
Such systems are known in which air is passed through glass tubes lying in cooling water, in which tubes a concentric rod-like electrode is arranged. The voltage is applied between the cooling water serving as one electrode and the rod-like electrode, the glass tube preventing a direct breakdown between the electrodes, but contributing to the fact that in the air gap which is formed between the glass tube and the rod-like electrode, a strong electric field is created and the air that is passed through is ionized,
causing a tuft or glow discharge.
In these known systems, a voltage of around 8 kV is applied at mains frequency. However, it is already known to work at 500 Hz.
In all cases, however, only the discharge paths - all existing pipes were directly connected to the power source, usually to the secondary winding of a high-voltage transformer, so that this transformer had to be rated for the full power consumed on the discharge paths. In a medium-sized system, for example, the current is around 0.5 A, which results in a power of 4 kVA at a voltage of 8 kV.
If a converter is available during operation with increased frequency, the machines of the converter would also have to be dimensioned for this output. Such a system is therefore quite expensive to purchase and operate because its electrical efficiency is low. In the systems described above, this is mainly due to the fact that the passage of current through the cooling water in which the pipes are located causes considerable resistance.
However, it is also already known to avoid the passage of current through the poorly conducting water because the glass tube is metallized on the side opposite the discharge path and that this metallization is connected directly to the power source. In this way the power losses in the water can be eliminated, but not the losses occurring in the transformer or converter.
The present invention aims to overcome these disadvantages. It is based on the surprising finding that despite the discharge and ionization taking place in the air that is passed through, the power consumption on the electrodes attached to both sides of the glass tube is practically purely capacitive.
The above-mentioned, quite considerable services, for which the transformers and transformers must be sized, therefore consist to a very large extent of reactive power. On the basis of this knowledge, the invention now creates the possibility of largely relieving the generators and transformers,
by according to the invention, the reactive power consumption on the discharge path is compensated for by an assigned reactance. This reactance is advantageously designed as a pure inductance; which is connected in series or parallel to the discharge path. In both cases it is possible to leave the transformers and generators only to generate the actually relatively low real power.
When the discharge path is connected in series with the inductance, it is also possible to considerably increase the operating voltage on the discharge path by increasing the voltage in the resonant circuit formed so that the transformer can be rated for a lower output voltage.
If the quality of the resonant circuit is high enough, voltage increases of five to ten times can be achieved, so that under certain circumstances this resonant circuit can be connected directly to an audio frequency generator without the interposition of a transformer. As just indicated, it is of particular advantage to use z.
B. to work between 1000 and 2000 Hz, because on the one hand a smaller dimensioning of the inductivity and on the other hand a considerable increase in the current density in the discharge path is possible.
An exemplary embodiment of the system according to the invention is shown schematically in the drawing. 1 shows the basic circuit of the system and FIGS. 2 and 3 serve to explain control circuits for the system according to FIG.
In Fig. 1, a glass tube 1 is schematically Darge, which see the outside ver with a metal layer 2 or is surrounded by a metal cylinder. In the glass tube 1 there is a rod-shaped metal electrode 3 with some play. The metal coating 2 and the electrode 3 are connected to a circuit which, in addition, has the secondary winding 4 of a high-voltage transformer 5 and a choke 6.
The primary winding 7 of the transformer 5 is connected to an audio frequency generator 8, which operates at a frequency of, for example, 1000 to 10000 Hz. The audio frequency generator is driven by an asynchronous motor in a known manner that is not shown. However, a tube generator could possibly also be seen, especially when working at even higher frequencies.
It is also not absolutely necessary for the generator to deliver a sinusoidal current; and it could- thus z. B. also single Lich a thyratron or a transmitter tube be provided, which chops the AC power with high frequency Fre.
In operation, an alternating voltage of 6 to 8 kV is applied to the electrodes 2 and 3 via the transformer 5 and the choke 6, which creates a sufficiently strong field in the air gap between the tube 1 and the electrode 3 to allow the air to pass through ionize and cause the desired ozone formation.
Since the electrodes 2 and 3 are separated from one another by the glass tube 1 acting as a dielectric, an ohmic current can flow in the actual discharge path, i.e. in the air gap, between the electrodes 2 and 3 or through the glass tube 1 but only a capacitive displacement current flow.
Accordingly, it was found that between the electrodes 2 and 3 there is a relatively low capacity when the air is not ionized. If, on the other hand, the air is ionized, the air gap is practically insignificant for the capacitance value, so that the capacitance has practically the value that it would have if the inner electrode 3 were in full contact with the glass tube 1.
This increased capacitance value occurs every time the discharge path is ionized, so that a relatively strong, practically purely capacitive current flows between electrodes 2 and 3. In fact, for the duration of the discharge, it can be assumed that between electrodes 2 and 3 there is a capacitance in series with a very low resistance formed by the discharge path, while the network with a practically capacitive effect is parallel to the basic capacitance of the system.
The current begins approximately when the peaks of the alternating voltage applied to electrodes 2 and 3 are reached and is therefore subject to harmonics, but this is not a significant disadvantage for the operation of the system. Incidentally, the effect of the system can advantageously be increased by superimposing ignition peaks on the voltage. These voltage peaks can be introduced into the circuit of the discharge path by a transformer, and they are applied as close as possible to the start of the leading edges of the voltage half-waves of the alternating voltage.
A current flow in the discharge path can thus be achieved over a larger part of these half-waves, so that the yield is considerably increased.
The practically capacitive current absorbed between the electrodes 2 and 3 also flows through the choke 6. The choke 6 is now dimensioned, taking into account the operating capacity of the discharge path, such that these parts of the apparatus together form an oscillating circuit whose resonance frequency is practically the Operating frequency corresponds. For reasons known per se, an active current practically flows in the secondary coil 4 of the transformer 5. Depending on the quality of the resonance circuit, the voltages at the inductance 6 and at the discharge path are also significantly higher than at the secondary coil 4 of the transformer.
The transformer thus practically only has to process an active power, while the power consumption of the discharge path, which consists largely of reactive power, is compensated by the inductance 6.
It should also be pointed out that in the present description and in the claims, for the sake of simplicity, the distance between the two electrodes 2 and 3 is referred to as the discharge path, although the discharge path is physically limited to the air gap.
Since it is advantageous to work with increased frequency and the practically capacitive current in the discharge path increases approximately linearly with the frequency, a relatively moderately high current density can be achieved in the system described, which results in good booty with small dimensions of the tube 1.
The arrangement described therefore also brings with it the possibility of the actual active parts of the system, namely the pipes. 1, compared with those of known systems to be dimensioned small. Of course, not only one pipe is normally present, but several pipes are arranged in parallel and their electrodes 2 and 3 are connected in parallel to the circuit.
The power consumption in the discharge path depends on various factors, in particular on the temperature and humidity of the air that is passed through. Although the pipes stand in the water and are therefore cooled, the air temperature can fluctuate, especially because the temperature of the cooling water is usually not constant. However, constant ozonization of the water requires practically constant ozone production in the system.
However, this production would be subject to strong fluctuations if the capacitance value of the discharge path were to change, because the change in capacitance value also detuned the resonant circuit, and thus the excess voltage could fluctuate greatly. It is therefore indicated that a control device should be installed which, as a function of the discharge current, regulates the voltage across the discharge path in order to keep this discharge current as constant as possible. For example, the total current of all discharge paths can be continuously measured and when this current drops, the excitation of the audio frequency generator 8 can be increased in a manner known per se.
In this way, of course, the voltage at the discharge paths is also increased and the desired normal value of the discharge current is thus achieved again. However, the regulation can also be undertaken in such a way that the resonance circuit is always adjusted to the operating frequency, preferably by changing the inductance 6. Such a possibility is indicated schematically in FIGS. 2 and 3. The choke 6 is provided with a secondary winding 9 which feeds a rectifier 10. Thus, a direct current flows in the coil 9, the strength of which corresponds to the operating alternating current in the Dros sel 6.
The inductor core is premagnetized by this direct current and the value of the inductor 6 changes as a function of this premagnetization. The resonant circuit is dimensioned so that its resonance frequency is slightly higher than the operating frequency, so that the operating point A indicated in FIG. 3 is used.
If the capacitance value at the discharge path decreases, the resonance frequency increases, i.e. the resonance curve according to FIG. 3 shifts to the right in FIG. 3 and the operating point slides down on the left flank, i.e. the current in the resonance circuit, decreases. But this also reduces the premagnetization in the choke, so that the inductance of the same increases. This counteracts the increase in the resonance frequency and the aim is to keep the discharge current equal. When the capacity value increases, opposite processes take place.
Of course, the purely schematic arrangement according to FIG. 2 can be expanded by providing a further amplifier, preferably a magnetic amplifier, to achieve a steeper control characteristic, because loading of the throttle should also be avoided if possible. A tube reactance can of course also be provided for control.
A regulation in the aforementioned sense can possibly be dispensed with if the resonance circuit formed from the discharge path and the inductance is designed directly as a frequency-determining network of a generator. This is particularly possible when a tube generator is used instead of a mechanical converter.
It is possibly also possible to determine the switching frequency of a thyratron or a transmission tube by the resonance frequency of the Resonanzkrei ses. In both cases, work is practically carried out at the resonance point itself, so that only a practically pure and relatively low active power can be generated.
As already indicated above, it is possible to work at any high frequencies, especially when using tube generators, provided that a good ozone yield is still achieved at these frequencies. It can be high audio frequencies from 2000 to 20,000 Hz or high frequency or ultra high frequency. It may be possible, at a sufficiently high frequency, to build in no actual inductance 6 at all, because the inductivity of the line circuit itself can be sufficient to compensate for the capacitive power consumption on the discharge path.
In other words, the natural resonance frequency of the pipe system of the ozone generator can be used. At high frequencies it may be unnecessary to insert an insulation between electrodes 2 and 3 because there is still intense ionization, but no actual breakdown from electrode to electrode occurs during the very short half-waves of the high-frequency alternating current.
Of course, at high frequencies, another suitable dielectric should be used instead of a glass tube in order to keep the dielectric losses within acceptable limits.
For all versions and frequencies, instead of dielectrics and electrodes with a cylindrical cross-section, others, e.g. B. plate-shaped dielectrics and / or electrodes can be used.
The reactance associated with the discharge paths can of course take any suitable form and can be incorporated at any point. It can e.g. B. a leakage transformer can be used whose leakage inductance is the desired. Reactance results.
It would actually even be possible to move the reactance to the primary side of the transformer, but this has the disadvantage that the transformer must be dimensioned for the entire reactive power and that only the generator is relieved of the reactive power.
Finally, it would also be possible, as one electrode, to apply a wire winding to the glass tube or another suitable insulator, the inductance of which with the capacitance of the tube results in a resonance circuit tuned to the operating frequency.
The current regulation in the discharge sections can also be done largely without any additional control means, because a peculiarity of the discharge sections is that their capacitance values are current-dependent. If the current increases, the capacity value also increases.
A largely automatic regulation is therefore already possible in that the operating frequency is selected to be somewhat higher than the resonance frequency of the resonance circuit formed by the discharge paths and the associated reactance.
If the current falls in the discharge paths, the capacitance of the same also decreases and the resonance frequency increases, i.e. it approaches the operating frequency, which in turn leads to a greater voltage increase and a lower current decrease. Conversely, every increase in current in the discharge path causes the resonance frequency to shift from the operating frequency,
so that an increase in current is automatically counteracted.