DE2525580C3

DE2525580C3 -

Info

Publication number: DE2525580C3
Application number: DE2525580A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Yamamoto; Masahiro Shigenobu; Hideo Amagasaki Hyogo Jp Kuwabara
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1974-06-10
Filing date: 1975-06-09
Publication date: 1992-08-27
Also published as: DE2525580A1; JPS50157293A; GB1515193A; US4051045A; FR2273758A1; CH611249A5; JPS5234276B2; FR2273758B1; DE2525580B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Ozongenerator gemäß dem Ober begriff des Hauptanspruchs. Ein solcher Ozongenerator ist bekannt aus der US-PS 38 00 210.

Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Ozonisator mit einer Glasentladungsröhre 13 in einem Metallzylinder 12, einer Metallelektrode 14, einem Hochspannungsan schluß 15 und einer Stromquelle 1. Der Ozonisator wird mit einer Spannung von Sinuswellenform mit normaler Frequenz oder hoher Frequenz beaufschlagt.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines Stromversorgungssy stems mit einem Aufwärtstransformator 2, einem Ozonisator 3 und einer Drossel 4. Fig. 3a, b zeigen in schematischer Darstellung die Betriebswellenformen der Betriebsspannung V(t) mit dem Spannungsmaxi mum E_p und des Stroms i(t) des Ozonisators über eine Periode T₀.

Der Ozonisator 3 wirkt als Kondensator, so daß gemäß Fig. 3b die Phase des Stroms um π/2 gegenüber der Spannung voreilt. Die Stromwellenform wird während der Entladungsperioden T_E und T_B, welche sich von t₁ bis t₂ bzw. von t₃ bis t₄ erstrecken, drastisch geändert; sie hat jedoch während der Nichtentladungs perioden T_D, welche sich von t₂ bis t₃ bzw. t₄ bis t₅ erstrecken, Sinusform.

Der Ozonisator kann als Äquivalent einer Reihen schaltung eines Kondensators C_g, welcher durch die Glasentladungsröhre 13 gebildet wird, und eines Kondensators C_a, welcher durch den Spalt zwischen dem Metallzylinder 12 und der Glasentladungsröhre 13 gebildet wird, angesehen werden (Fig. 1b).

Wenn gemäß Fig. 1b im Spalt eine Entladung stattfindet, so stellt sich dies in der Äquivalentschaltung als Kurzschluß des Kondensators C_a dar (dem Einschal ten eines Schalters S äquivalent) und nur der Kondensator C_g verbleibt in der Äquivalentschaltung.

Allgemein gilt C_a « C_g. Der Kondensator C_g wird mit der Partialspannung V_g und der Kondensator C_a mit der Partialspannung V_a beaufschlagt. Wenn der Ozonisator mit der Spannung V von Sinuswellenform beaufschlagt wird, so erreicht gemäß Fig. 4 die Spannung V_a des Kondensators C_a die positive Entladungsspannung V_s zum Zeitpunkt t₁, so daß eine Entladung stattfindet (V_a=0). Vor der Entladung ändert sich die Spannung V_g des Kondensators C_g im wesentlichen nicht, falls die Beziehung C_a « C_g erfüllt ist. Dies ist durch die gestrichelte Linie dargestellt. Wenn jedoch nun zum Zeitpunkt t₁ die Entladung stattfindet, so liegt die gesamte Spannung V an C_a an, so daß V(T₁)=V_g(t₁) zum Zeitpunkt t₁ gilt. Die Entladung ist nach einer kurzen Zeit beendet und die Spannung liegt dann wiederum an C_a an. Somit äußert sich eine Änderung der Spannung V des Ozonisators im wesentlichen als eine Änderung der Spannung V_a des Kondensators C_a, falls die Bedingung C_a « C_g erfüllt ist; und V_g wird im wesentlichen nicht geändert. Zum Zeitpunkt t₂ findet eine erneute Entladung statt, wobei V_a=V_s gilt. Dieses Phänomen wiederholt sich bis zum Zeitpunkt t₅. Nach dem Zeitpunkt t₅ ändert sich V_a im wesentlichen wie V, da die Beziehung V_a ≧ V_s nicht erfüllt ist, und zwar bis zum Zeitpunkt t₆. Zum Zeitpunkt t₆ gilt V_a=-V_s und es findet eine Entladung in negativer Richtung statt. Nach dem Zeitpunkt t₆ wiederholt sich der gleiche Vorgang zu den Zeitpunkten t₇, t₈, t₉ und t₁₀.

Somit gelten die folgenden Bedingungen, wenn ein Ozonisator mit einer Spannung von Sinuswellenform betrieben wird:

(1) Die Periode T₀ der Spannung umfaßt eine Entladungsperiode 2T_E und eine Ruheperiode 2T_D. Dies bedeutet, daß nur während etwa 50% der Periode Entladungen stattfinden. Daher wird die Entladungslei stung P₀ während einer relativ kurzen Zeitdauer zugeführt, so daß es während dieser kurzen Zeitdauer zu einer konzentrierten Wärmeentwicklung kommt. Dies führt aufgrund des Anstiegs der Temperatur der Moleküle im Spalt zu einer Senkung der Ozonausbeute. Außerdem kann das Entladungsrohr durch thermische und mechanische Beanspruchungen der Glasentla dungsröhre des Ozonisators beschädigt werden. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten muß man daher im Falle eines Betriebs mit einer Spannung von Sinuswel lenform die Nennleistung der Entladungsröhre senken.

(2) Das Entladungsintervall ist in der Nähe des Nullpunktes der Spannung V kurz, da dv/dt hoch ist. Sodann erhöht sich das Entladungsintervall. Somit gilt t₅<t₁. Die Leistung ist daher in der Nähe des Nullpunktes der Spannung konzentriert, wodurch die Ozonausbeute weiter verringert wird und die thermi schen und mechanischen Beanspruchungen der Glasent ladungsröhre erhöht werden.

(3) Es ist erforderlich, zur Verbesserung des Leistungsfaktors eine Drossel einzufügen.

(4) Die Entladungsleistung ist proportional der Frequenz und der Spannung der Spannungsquelle. Daher hat man bei herkömmlichen Einrichtungen zur Steuerung der Ozonbildungsgeschwindigkeit die Aus gangsspannung durch Umschalten von Abgriffen der Sekundärseite eines Transformators geändert oder durch eine nicht gezeigte Spannungssteuereinrichtung. Im Falle einer Umschaltung von Abgriffen kann die Ozonbildungsgeschwindigkeit nicht sehr fein gesteuert werden. Im Falle einer Verwendung einer Spannungs steuereinrichtung sind großdimensionierte Hilfseinrich tungen erforderlich. Die DE-OS 22 40 986 beschreibt einen Ozongenerator mit einer Wechselspannungsquel le, einem Gleichrichter und einem Chopper. Dabei wird ein pulsierender Gleichstrom gebildet, so daß die Periode erhebliche entladungsfreie Ruhezeitintervalle aufweist.

Die US-PS 38 00 210 beschreibt einen Ozongenerator, bei dem zwischen dem Ozonisator und dem Wechselrichter ein Kopplungs kreis vorgesehen ist. Dieser Kopplungskreis nimmt eingangs seitig einen Strom mit Recht eckwellenform auf und beauf schlagt den Ozonisator mit einem Strom, dessen Wellenform aus einer Sinusform und einer über lagerten Oberwelle besteht.

Die FR-PS 15 56 333 beschreibt einen Ozongenerator, bei dem ein aus der Sekundärwicklung des Transformators und dem Ozonisator bestehender Schwing kreis mit Resonanzfrequenz betrieben wird und somit durch den Ozonisator ein Sinusstrom fließt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ozongenerator zu schaffen, welcher bei geringer Beanspruchung, eine hohe Ozonausbeute liefert und dessen Ozonbildungsgeschwindigkeit leicht steuerbar ist.

Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst.

Die Steuerung kann entweder nach der Methode konstanter Spannung und variabler Frequenz oder nach der Methode konstanter Frequenz und variabler Spannung erfolgen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht und eine Äquiva lentschaltung eines Ozonisators,

Fig. 2 eine Schaltung eines herkömmlichen Ozon generators,

Fig. 3 Wellenformen zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des Ozongenerators gemäß Fig. 2,

Fig. 4 Wellenformen zur Erläuterung der Entla dungsverhältnisse im Falle einer sinusförmigen Span nung,

Fig. 5 eine ideale Wellenform für den Betrieb eines Ozonisators,

Fig. 6 eine Schaltung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ozongenerators,

Fig. 7 Wellenformen zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Ozongenerators,

Fig. 8 graphische Darstellungen zur Veranschauli chung der Steuerung des Ozongenerators gemäß Fig. 6.

Claims

1. Ozongenerator mit einem Ozonisator, einem einen Gleichrichter, eine Drossel und einen thyristor-bestückten Wechselrichter um fassenden Frequenzwandler, und einem Transformator, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzwandler (5-7) mit hoher Induktivität der Drossel (6) angelegt ist, so daß durch den Ozonisa tor (3) ein Wechselstrom mit Rechteckwellenform fließt und die Entladung während fast der gesamten Periode stattfindet, und daß eine Steuereinrichtung (12-26) vorgesehen ist zur Steuerung der Ozonbildungsgeschwindigkeit des Ozonisators (3) durch Änderung der Stromstärke und/oder der Frequenz des Aus gangswechselstroms des Wechselrich ters (7-10).

2. Ozongenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Steuereinrichtung (12-26) einen Ozonbildungs geschwindigkeits-Detektor (12) umfaßt sowie eine Additi onseinrichtung (14) zum Vergleich des Ausgangssignals des Detektors (12) mit einem Referenzwert; zwei Funktionsgeber (16, 19), welche die Ausgangssignale der Additionseinrich tung (14) empfangen und Augangssignale vorbestimmter Cha rakteristik bilden; eine Gleichstromdetektorschaltung (15) zur Ermittlung des Ausgangsgleichstroms des Gleichrichters (5); eine Gleichrichter-Steuerschaltung (17, 18; 17, 18, 25) zur Steuerung des Ausgangsstroms des Gleichrichters (5) je nach der Differenz der Ausgangssignale eines der Funkti onsgeber (16) und der Gleichstromdetektorschaltung (15); sowie eine Wechselrichter-Steuerschaltung (20-23; 20-23, 26) zur Steuerung der Ausgangsfrequenz des Wechselrichters (7-11) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des anderen Funktionsgebers (19).

3. Ozongenerator nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Ozonisator-Spannungsdetektor (24) und eine Einrichtung (25) zum Vergleich des Ausgangssignals des einen Funktionsgebers (16) mit dem Ausgangssignal des Ozonisator-Spannungsdetektors (24), wobei die Gleichrich ter-Steuerschaltung (17, 18) auf das der festgestellten Abweichung entsprechende Ausgangssignal anspricht.

4. Ozongenerator nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselrichter-Steuer schaltung (20-23, 26) einen Frequenzdetektor (26) zur Er mittlung der Ausgangsfrequenz des Wechselrichters (7-11) umfaßt, sowie eine Einrichtung (20) zum Vergleich des Ausgangssignals des Frequenzdetektors (26) mit dem Aus gangssignal des anderen Funktionsgebers (19), deren Aus gangssignal den Wechselrichter (7-11) ansteuert.