CN1393393A - 控制臭氧产生速率的方法和装置 - Google Patents

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韩承熙
李妍姬
河圭真
郑寅培
金长燮
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Abstract

本发明公开了一种在采用无声放电技术的装置中利用双频的臭氧产生速率控制方法和装置。该方法包括以下步骤：产生用于控制臭氧产生速率的控制信号；响应控制信号而产生调节过的信号，此信号具有根据控制信号而得以调节的开/关时间比；响应调节过的信号而产生低频脉冲和高频信号；以及控制高频信号的开/关时间比。该装置包括开/关时间比调节单元、低频脉冲振荡电路、高频振荡电路、以及放大器。

Description

控制臭氧产生速率的方法和装置
                         技术领域
本发明涉及一种能够控制臭氧产生的方法和装置，更具体地说，涉及一种通过利用双频(dual frequency)而控制采用无声放电技术的臭氧发生装置中臭氧产生速率的方法和装置。
                         背景技术
臭氧(O3)由于其强氧化、去色、除臭和杀菌特性而被用于各种用途。然而，由于其趋于还原成氧气(O2)，因而臭氧不能在室温和大气压下保存。从而，为了利用臭氧，必须使用臭氧发生器，该发生器利用氧气或空气作为臭氧原材料。
已经开发了多种用于产生臭氧的方法，如利用紫外线的方法、无声放电方法和电解水的方法等。在这些方法中，利用高压的无声放电方法由于其可以有效地产生高浓度臭氧而已经被用于各种工业用途(见Siemens W.的1857年物理化学年报第102卷第66-122页(Siemens W.1857.Ann.Phy.Chem.102，66-102))。
如现有技术中所公知的那样，无声放电方法利用两个金属电极，该电极中的一个或两个用介电材料绝缘。AC(交流)信号施加到电极上，然后在金属电极之间的空间内进行放电，同时含氧的空气从该空间经过，从而将一些氧转化为臭氧。
利用无声放电方法的臭氧发生器可以利用各种形状和结构实现。最普及的结构为采用一个或多个玻璃管的圆柱形结构。在这个方法中，每个玻璃管安装在金属圆柱体内侧，而金属圆柱体用作接地电极，并且玻璃管内侧涂覆有金属薄膜以提供高压电极。然而，这种类型的圆柱形臭氧发生器对于实际应用来说体积过大，并且由于难于在玻璃管和金属圆柱体之间保持恒定的间隔而无法提供均匀一致的放电。此外，用作电介质的玻璃管被其内产生的臭氧腐蚀，这导致电介质击穿。为了克服传统圆柱形臭氧发生器中的这种限制并提高所产生的臭氧的浓度，美国专利第5,759,497号公开了一种利用平板型陶瓷作为电介质的平板型臭氧发生器，该平板型臭氧发生器有时也称作“奥托(Otto)板型臭氧发生器”。
为了通过利用上述各种类型的臭氧发生器进行无声放电，采用具有通用频率(例如60Hz(赫兹))的高压正弦波信号。然而，难于利用AC信号在这种频率下提高臭氧浓度。因此，最近已经开发出利用产生约1kHz(千赫兹)的中等范围频率信号的逆变器的臭氧发生器。
尽管如此，由于高压信号为一正弦波，所以仍然难于有效地提高臭氧浓度。
存在多种控制臭氧发生装置中臭氧浓度的方法，如改变在臭氧发生中所用的电平或改变高压信号的频率，以及改变脉宽。然而，由于无声放电的特性，通过这些方法很难线性控制臭氧浓度。具体地，当改变施加到臭氧发生装置上的高压信号的电平时，臭氧浓度一般随电平升高而增大，但是，由臭氧发生装置所产生的臭氧浓度与施加到该装置上的电平之间的关系不是线性的，且无声放电仅在该电平等于或大于预定电平时才能进行。因此，通过改变高压信号的电平非常难于线性控制臭氧浓度。
在改变高压脉冲的频率而控制臭氧浓度的情况下，因为臭氧发生器、高频逆变器、以及高压变压器之间的阻抗因频率改变而无法匹配，所以不能获得最佳的臭氧发生效率。另外，在改变高压脉冲的脉宽的情况下，当脉宽增大到超过最佳脉宽时，臭氧浓度不再增加。
                         发明内容
因此，本发明的目的是提供一种通过利用双频来线性控制采用无声放电技术的臭氧发生装置中的臭氧产生速率的方法和装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种控制臭氧发生器的臭氧产生速率的方法，包括步骤：产生用于控制臭氧产生速率的第一信号；产生第二信号，其中第二信号的开/关时间比根据第一信号确定；以及仅在第二信号为导通状态时，向臭氧发生器施加用于产生臭氧的高频信号。
根据本发明的另一方面，提供了用于控制臭氧产生速率的装置，该装置包括：用于产生第一信号的装置，该第一信号用于控制臭氧产生速率；用于产生第二信号的装置，其中第二信号的开/关时间比根据第一信号确定；用于仅在第二信号为导通状态时产生高频信号的装置；以及用于在高频信号施加于其上时产生臭氧的装置。
                        附图说明
本发明的上述及其它目的和特征将通过以下参照附图给出的优选实施例的描述而变得清晰，其中：
图1示出采用根据本发明的臭氧产生速率控制装置的臭氧发生装置的示意性框图；
图2示出根据本发明的臭氧产生速率控制装置的框图；
图3A和3B示出根据本发明所产生的高频电压脉冲的开/关时间比；以及
图4示出根据本发明的臭氧产生速率对控制信号的曲线。
                       具体实施方式
将参照图1到4详细描述本发明。
图1示出采用根据本发明的臭氧产生速率控制装置的臭氧发生装置的示意性框图，其中臭氧发生装置采用无声放电技术。
如图1所示，臭氧发生装置100包括控制信号发生单元10、臭氧产生速率控制装置30、高压变压器50和臭氧发生器70。
控制信号发生单元10产生用于控制臭氧发生器70的臭氧产生速率的控制信号。针对控制信号发生单元10的输入信号优选地为DC(直流)信号，且其电平在5到10V的范围内变化，但是本发明并不限于此。根据本发明的臭氧产生速率控制装置30产生高频AC(交流)脉冲，其具有适于无声放电的频率。臭氧产生速率控制装置30根据控制信号的开/关时间比控制AC脉冲的开/关时间比。高压变压器50为升压变压器，并将来自臭氧产生速率控制装置30的AC脉冲的电压提升到适于无声放电的高压。臭氧发生器70响应来自高压变压器50的高压脉冲而通过无声放电产生臭氧。
图2示出根据本发明的臭氧产生速率控制装置30的框图。臭氧产生速率控制装置30包括开/关时间比调节单元31、低频脉冲振荡电路32、高频信号振荡电路34、和放大器36。
响应来自图1的控制信号发生单元10的控制信号，开/关时间比调节单元31产生具有预定开/关时间比的调节过的信号。响应来自开/关时间比调节单元31的调节过的信号的低频脉冲振荡电路32产生具有预定开/关时间比和在1Hz到5kHz范围内变化的频率的低频脉冲33。高频信号振荡电路34产生具有在1到50kHz范围内变化的频率的高频信号35以用于无声放电。放大器36将低频脉冲33和高频信号35放大，以产生具有预定开/关时间比的高频脉冲37。高频脉冲37传送到高压变压器50。此后，高压变压器50将高频脉冲37的电压升高到高电平。来自高压变压器50的高频电压脉冲施加到图1的臭氧发生器70上，以用于无声放电。
例如，如果在0V到5V范围内变化的DC信号用作控制信号，从开/关时间比调节单元31到低频振荡电路32的调节过的信号具有如下的开/关时间比：当控制信号为0V时，导通状态的时间为0％，而关闭状态的时间为100％；当控制信号为1V时，导通状态的时间为20％，而关闭状态的时间为80％；当控制信号为2V时，导通状态的时间为40％，而关闭状态的时间为60％；当控制信号为3V时，导通状态的时间为60％，而关闭状态的时间为40％；当控制信号为4V时，导通状态的时间为80％，而关闭状态的时间为20％；以及当控制信号为5V时，导通状态的时间为100％，而关闭状态的时间为0％。响应调节过的信号，低频脉冲振荡电路32产生低频脉冲，该脉冲具有取决于此时间比的开/关波形。
由于高频脉冲37的开/关时间比根据来自控制信号发生单元10的控制信号而如上所述地得以调节，所以臭氧发生器70的臭氧产生速率相应地变化，且臭氧浓度可以线性控制。
图3A和3B示出根据本发明所产生的高频电压脉冲的开/关时间比。图3A示出导通状态时间为100％的高频电压脉冲。当这种脉冲施加到臭氧发生器70上时，无声放电连续进行，从而获得最大的臭氧产生速率。
图3B示出导通状态时间为40％而关闭状态时间为60％的高频电压脉冲。当这种脉冲施加到臭氧发生器70上时，臭氧产生速率为最大臭氧产生速率的40％。
图4显示了表示根据本发明的臭氧产生速率对控制信号的曲线。曲线的水平轴表示用于控制臭氧产生速率的控制信号的电压，而曲线的垂直轴表示臭氧产生速率。如该曲线所示，臭氧产生速率随着控制信号从0V增大到5V而线性增加。
虽然本发明已经参照其优选实施例加以描述，但是本领域技术人员应理解，在不背离本发明的广泛原理和宗旨的前提下可以对其进行变形和改进，而该原理和宗旨并不应当仅限于所附权利要求的范围。

Claims (8)

1.一种用于控制臭氧发生器的臭氧产生速率的方法，包括步骤：
产生用于控制臭氧产生速率的第一信号；
产生第二信号，其中第二信号的开/关时间比根据第一信号确定；以及
仅在第二信号为导通状态时，将用于产生臭氧的高频信号施加到臭氧发生器上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一信号为直流信号，其具有在5到10V范围内变化的电平。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二信号为具有在1赫兹到5千赫兹范围内变化的频率的脉冲。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，高频信号为具有在1千赫兹到50千赫兹范围内变化的频率的脉冲。
5.一种用于控制臭氧产生速率的装置，包括：
用于产生第一信号的装置，该第一信号用于控制臭氧产生速率；
用于产生第二信号的装置，其中该第二信号的开/关时间比根据第一信号确定；
用于仅在第二信号为导通状态时产生高频信号的装置；以及
用于在高频信号被施加到其上时产生臭氧的装置。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，第一信号为直流。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，第二信号为具有在1赫兹到5千赫兹范围内变化的频率的脉冲。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，高频信号为具有在1千赫兹到50千赫兹范围内变化的频率的脉冲。
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