ES2230494T3 - Procedimdieto y dispositivo para el accionamiento de un modulo electrico de descarga de gas. - Google Patents
Procedimdieto y dispositivo para el accionamiento de un modulo electrico de descarga de gas.Info
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Abstract
Procedimiento para el accionamiento de un módulo eléctrico de descarga de gas (3), particularmente de descarga con obstaculización dieléctrica, en el que el módulo de descarga de gas (3) está en disposición de generar iones y ozono en el aire y dispone de dos electrodos (3A, 3B), entre los que se establece una alta tensión alterna procedente de un generador de alta tensión (1) y se genera de este modo un campo eléctrico, caracterizado porque está definido un determinado valor umbral (21) para la alta tensión alterna, por encima del cual se generan mediante el módulo de descarga de gas (3) impulsos eléctricos de descarga, que a su vez producen ozono, y iones, en el que mediante los impulsos de descarga se generan unas señales eléctricas que se usan mediante un retroacoplamiento para la limitación automática de la producción de ozono para reducir la alta tensión alterna por debajo del valor umbral (21) hasta un valor tal en el que no se genera ningún impulso de descarga y con ello ningún ozono, si bien se siguen generando iones en el campo eléctrico.
Description
Procedimiento y dispositivo para el accionamiento
de un módulo eléctrico de descarga de gas.
La invención se refiere a un procedimiento para
el accionamiento de un módulo eléctrico de descarga de gas,
particularmente de descarga con obstaculización dieléctrica, en el
que el módulo de descarga de gas está en disposición de generar
iones y ozono en el aire y dispone de dos electrodos, entre los que
se establece una alta tensión alterna procedente de un generador de
alta tensión y se genera de este modo un campo eléctrico, de acuerdo
con el preámbulo de la reivindicación 1, así como un dispositivo
para el accionamiento de un módulo eléctrico de descarga de gas de
este tipo de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 12.
En muchas ocasiones resulta deseable en sistemas
de ventilación de edificios, vehículos, equipos de climatización y
vehículos de motor, así como en sistemas compactos de preparación y
acondicionamiento de aire, no sólo liberar el aire de polvo y
partículas, sino también de olores y sobre todo de gérmenes que
provoquen enfermedades. La superficie húmeda fundamental para el
funcionamiento del evaporador en vehículos con sistemas de
climatización es un campo de cultivo para gérmenes y hongos de todo
tipo. Las bacterias, hongos y gérmenes extraídos del flujo de aire
y llevados hasta la cabina u otros espacios, así como los productos
de metabolismo de aquellos liberan un olor desagradable y son
extremadamente críticos para la salud.
En las solicitudes de patente
US-A-6,019,949, DE19543296.7,
DE19646269.1, DE19651403.7, DE19902304.2, DE19919623.0,
DE19931366.0, DE19933180.4, DE10014485.3, DE10013841.1,
DE10004326.7, DE10058476.4, PCT/DE 00/02164, PCT/EP 01/00672 y
DE10103905.0 se han propuesto diferentes procedimientos para
remediar estos problemas mediante el uso de aparatos de ionización y
de ozonización.
En la solicitud de patente DE19931366.0 se ha
propuesto, por ejemplo, un componente plano con conformación planar
que genera ozono de forma ventajosa y con estabilidad a largo plazo
e iones de oxígeno según el principio físico de la descarga con
obstaculización dieléctrica mediante la conexión de una alta
tensión eléctrica de alta frecuencia.
En la solicitud de patente DE10013841.1 se ha
propuesto también un procedimiento para mantener constante la
producción de ozono y de iones con la ayuda de un circuito
eléctrico de regulación. La producción de ozono y de iones se ve
sometida a las influencias más variadas, variando en un
funcionamiento a largo plazo los valores eléctricos y mecánicos de
los componentes empleados para la producción de ozono y de iones.
Su efecto sobre la producción de ozono y de iones resulta
ventajoso, de tal forma que en los sistemas convencionales no se
logra unas condiciones constantes, lo que resulta perjudicial para
la conocida toxicidad del ozono.
De la solicitud de patente DE10058476.4 se conoce
que la cantidad producida de iones de ozono y de oxígeno es una
función de la cantidad de aire y la actuación sobre el generador de
ozono y de iones mediante señales del equipo central de mando de
ventilación que controla los ventiladores, de tal forma que exista
una concentración constante de ozono y de iones incluso para
cantidades de aire variables. Este es el requisito para un
funcionamiento controlado y seguro de los equipos, puesto que en
caso de una concentración demasiado baja deja de tener un efecto
sustancial, y en caso de una concentración demasiado elevada de
ozono se producen efectos negativos sobre el material implicado, sin
aumentar el efecto técnico de aire.
En la solicitud de patente DE19651403.7 se ha
propuesto situar un generador de ozono y de iones en la dirección
del flujo por delante del evaporador en sistemas de climatización
de, por ejemplo, vehículos de motor, edificios o sistemas compactos
de climatización, y hacer circular iones de ozono y de aire por el
evaporador húmedo. Principalmente el ozono se disuelve en el agua
sobre la superficie del evaporador y forma hidroradicales con un
efecto extremadamente bactericida y funguicida, e impide a toda
prueba y de forma segura cualquier actividad biológica sobre la
superficie del evaporador. En la dirección del flujo, a
continuación del evaporador, se propone un catalizador que
descompone el ozono sobrante en oxígeno normal de dos átomos.
La comprensión de estos procedimientos es
importante, puesto que existe agua en todas las superficies y en
todos los materiales, y este agua forma hidroradicales con el ozono
aportado, que son extremadamente eficaces frente a bacterias, virus
y hongos, así como olores. En las solicitudes de patente
anteriormente mencionadas se aparca principalmente el efecto sobre
el efecto químico oxidativo del ozono de tres átomos y de un
átomo.
Debido a la necesidad de limitar de forma segura
la concentración de ozono en el aire expulsado a los valores
exigidos de manera urgente por las autoridades americanas para el
medio ambiente (US-EPA / Environment Protection
Agency) y la norma DIN / EN
EN60335-2-65 (1995) de tal forma que
en ningún caso se pueda generar en los espacios así ventilados un
nivel de ozono superior a 50 ppb, uno de los objetivos de la
invención es ligar el efecto útil de iones de aire ionizados con el
uso técnico y seguro de iones activos de oxígeno manteniendo los
valores límite exigidos.
Para el uso de aparatos para la preparación de
aire para respirar resultan deseables las siguientes
características:
- -
- Funcionamiento seguro, la concentración de ozono nunca puede alcanzar valores críticos. En cualquier caso, es deseable la mezcla de pequeñas cantidades de ozono en el aire, puesto que la naturaleza siempre detecta en el aire libre sano también unas pequeñas cantidades de ozono, lo que produce un efecto aprovechable sobre la calidad del aire. La concentración de ozono se debe de mantener por debajo del umbral de olor (aprox. 30 - 40 ppb) y por debajo del valor límite anteriormente mencionado de US-EPA de 50 ppb.
- -
- Generación controlada de grandes cantidades de iones negativos y positivos de oxígeno.
- -
- Estabilidad a largo plazo y mantenimiento automático constante de los valores de producción.
- -
- Controlable en función de influencias externas, como, por ejemplo, cantidad de aire, calidad del aire.
- -
- Los generadores de iones y de ozono tienen que mantener constante la cantidad de producción una vez elegida incluso a largo plazo y bajo la influencia de, por ejemplo, la humedad.
En caso de que en determinadas aplicaciones sea
necesario producir iones activos de oxígeno de dos átomos en gran
cantidad, y ozono de forma controlada y en muy pequeñas cantidades,
esto se realiza según el estado de la técnica mediante el
procedimiento de ionización por picos, principio coronario. En
cualquier caso, mediante esta técnica no se puede garantizar ni la
estabilidad a largo plazo ni las cantidades de iones así como las
proporciones de ozono.
El objetivo de la invención es lograr un
procedimiento y un dispositivo para el accionamiento de un módulo
eléctrico de descarga de gas que permita una limitación automática
de la producción de ozono del módulo de descarga de gas y evite en
gran medida el peligro de una continuación en el funcionamiento del
módulo de descarga de gas en caso de un fallo de funcionamiento.
Este objetivo se alcanza de acuerdo con la
invención mediante un procedimiento del tipo mencionado en la
introducción, al establecer un determinado valor umbral para la
alta tensión alterna, por encima del cual se generen impulsos
eléctricos de descarga mediante el módulo de descarga de gas, que
producen a su vez ozono, y se generan iones, en el que mediante los
impulsos de descarga se provocan unas señales eléctricas que se
usan para la limitación automática de la producción de ozono
mediante un retroacoplamiento para reducir la alta tensión alterna
hasta situarla por debajo del valor umbral en un valor tal que no
produzca ningún impulso de descarga y con ello tampoco ozono, pero
sí se siguen generando iones en el campo eléctrico.
El objetivo se alcanza también en un dispositivo
del tipo mencionado en la introducción, al establecer un determinado
valor umbral para la alta tensión alterna, por encima del cual se
generan impulsos eléctricos de descarga mediante el módulo de
descarga de gas, que a su vez producen ozono, y se generan iones,
en el que mediante los impulsos de descarga se provocan unas señales
eléctricas que se usan para la limitación automática de la
producción de ozono mediante un retroacoplamiento para reducir la
alta tensión alterna hasta situarla por debajo del valor umbral en
un valor tal que no produzca ningún impulso de descarga y con ello
tampoco ozono, pero sí se siguen generando iones en el campo
eléctrico.
De acuerdo con una variante preferida, la alta
tensión alterna, después de hacerla descender por debajo del valor
umbral, se vuelve a aumentar de nuevo por encima del valor umbral
de tal forma que se generan de nuevo impulsos de descarga y con
ello ozono, los cuales se emplean de nuevo para hacer descender la
alta tensión alterna por debajo del valor umbral, y así
sucesivamente, de tal forma que la alta tensión alterna oscila
alrededor del valor umbral debido al retroacoplamiento.
Con este objetivo, el dispositivo puede estar
preparado para que la alta tensión alterna, después de descender
por debajo del valor umbral vuelva a aumentar de nuevo por encima
del valor umbral de tal forma que se generan de nuevo impulsos de
descarga y con ello ozono, los cuales se emplean de nuevo para
hacer descender la alta tensión alterna por debajo del valor umbral,
y así sucesivamente, de tal forma que la alta tensión alterna
oscila alrededor del valor umbral debido al retroacoplamiento.
La invención garantiza particularmente de forma
ventajosa que la limitación automática de la producción de ozono se
mantenga invariable incluso cuando el valor umbral se desplaza
debido a, por ejemplo, la erosión eléctrica de los electrodos,
oscilaciones de temperatura o variaciones de la humedad relativa,
puesto que la alta tensión alterna oscilante se adecua
automáticamente al valor umbral desplazado. Por lo tanto, el bajo
régimen de producción de ozono medio no varía debido a un
desplazamiento de este tipo.
La frecuencia de base de la alta tensión alterna
puede tomar un valor comprendido entre, por ejemplo 20 y 100 kHz.
Los impulsos de descarga individuales son por lo general de una
duración mucho más corta que las semiondas de la alta tensión
alterna; pueden durar, por ejemplo, 0,1 microsegundos y alcanzar
amplitudes de, por ejemplo 50 voltios; por supuesto, estos valores
dependen de las condiciones de funcionamiento y de la geometría del
módulo de descarga de gas.
La invención presenta la ventaja de que con ella
se logran unas condiciones constantes en lo que respecta a la
producción de ozono y de iones, por lo que la doctrina de la
invención se puede usar ventajosamente de forma general en sistemas
de preparación del aire, puesto que la fuerza de oxidación y con
ello la propiedad bactericida del oxígeno O1 de un átomo dividido en
hidroradicales es mucho mayor que la fuerza de oxidación del ozono
O3.
La invención aprovecha además de forma ventajosa
el hecho de que los equipos de ionización y de ozonización
funcionan siguiendo el principio de descarga con obstaculización
dieléctrica regulada de forma estable y automática con una alta
tensión eléctrica alterna que se ajusta automáticamente, en el que
el aire se ioniza en gran medida, pero se genera ozono en sólo una
pequeña cantidad. La invención hace uso para ello del hecho de que
para la ionización tan sólo es necesario establecer unos campos
eléctricos muy altos sin necesidad de que fluyan grandes
corrientes, mientras que para la ozonización se necesitan breves
impulsos de descarga de alta energía cinética. El retroacoplamiento
de acuerdo con la invención o la regulación de tensión mantiene la
tensión de servicio de los ionizadores siempre y automáticamente en
una zona, como es el límite para el comienzo de la ozonización. La
invención pone particularmente a disposición unos dispositivos de
ozonización más seguros y más calculables.
De acuerdo con una variante, la alta tensión
alterna generada mediante un generador de alta tensión con una
entrada de control se reduce cuando se conecta una tensión
creciente a la entrada de control, y a la inversa, con lo que a
partir de las señales eléctricas se logra una tensión de regulación
que se retroacopla a la entrada de control. La tensión de
regulación y la alta tensión alterna se comportan de este modo de
forma inversa. Para obtener la tensión de regulación a partir de
las señales, éstas se pueden desacoplar de la alta tensión,
rectificarse y aplanarse. En algunos casos, las señales se pueden
además amplificar e integrar después del aplanamiento. La reducción
o el aumento de la alta tensión alterna se puede realizar, por
ejemplo, mediante una función en escalera.
De acuerdo con una variante preferida, la
reducción de la alta tensión se realiza con un régimen temporal de
variación más elevado en valor absoluto que el aumento de la alta
tensión alterna, de tal forma que se obtiene un desarrollo en el
tiempo en forma de diente de sierra para la tensión de regulación y
para la alta tensión.
La alta tensión alterna se puede reducir en un
valor de reducción predeterminado o aumentar en un valor de
incremento predeterminado. Es decir, la reducción se puede realizar
de tal forma que la alta tensión alterna se reduzca en el valor de
reducción predeterminado. De este modo se fuerza una determinada
reducción de la alta tensión alterna. Del mismo modo, el aumento de
la alta tensión alterna se puede realizar de tal forma que ésta se
incremente en el valor de incremento predeterminado y se fuerce de
este modo un determinado incremento de la alta tensión alterna.
Este procedimiento resulta especialmente ventajoso cuando el valor
umbral varía debido a, por ejemplo, el desgaste de los electrodos,
variaciones de temperatura, oscilaciones de la humedad del aire,
etc.
De acuerdo con otra variante, la alta tensión
alterna se reduce hasta una tensión mínima predeterminada situada
por debajo de la tensión umbral o se aumenta hasta una tensión
máxima predeterminada, situada por encima de la tensión umbral. Es
decir, la reducción se puede realizar de tal forma que la alta
tensión alterna, en contraposición a la última variante mencionada,
no se reduce en una determinada cantidad, sino hasta una
determinada tensión. Del mismo modo, el aumento de la alta tensión
alterna se puede realizar de tal forma que ésta no se incremente en
un determinado valor, sino hasta una determinada tensión.
De acuerdo con una forma preferida de realización
del dispositivo de acuerdo con la invención, el recorrido de señal
del retroacoplamiento presenta, a continuación del módulo de
descarga de gas, un transformador de alta frecuencia, un
demodulador, un amplificador con una entrada así como un
integrador, donde el generador de alta frecuencia comprende un
circuito de excitación, en el que:
- -
- el circuito de excitación presenta una entrada de control y está en disposición de controlar la alta tensión alterna de tal forma que ésta
- -
- permanece constante, en caso de que se conecte una tensión constante a la entrada de control,
- -
- aumenta en caso de que se conecte una tensión decreciente a la entrada de control, y
- -
- decrezca, en caso de que se conecte una tensión creciente a la entrada de control, de tal forma que el valor de la alta tensión alterna se comporta al revés que el valor de la tensión conectada a la entrada de control,
- -
- el arrollamiento primario del transformador de alta frecuencia está conectado en serie con el módulo de descarga de gas y transmite las señales eléctricas de forma inductiva al arrollamiento secundario, el cual entrega las señales al demodulador y el cual está conectado a masa por un lado,
- -
- el demodulador rectifica y aplana las señales y las entrega a continuación como señal de entrada a la entrada del amplificador,
- -
- el amplificador amplifica la señal de entrada y la entrega como señal de salida al integrador, y
- -
- el integrador integra la señal de salida con una constante de tiempo predeterminada para obtener una señal de regulación, y entrega ésta a la entrada de control.
El transformador de alta frecuencia puede estar
dimensionado de tal forma que éste no transforme básicamente la
frecuencia de base de la alta tensión alterna, de tal forma que
separa básicamente las señales de la alta tensión alterna. El
demodulador puede comprender un primer diodo, un primer condensador
y una primera resistencia, en el que el primer diodo está conectado
entre el transformador de alta frecuencia y el amplificador para la
rectificación de las señales eléctricas, y la entrada del
amplificador está conectada a masa a través del primer condensador
y la primera resistencia en paralelo a éste. El amplificador puede
ser un convertidor de impedancias. El integrador puede comprender un
segundo diodo, un segundo condensador y una segunda resistencia, en
el que el segundo diodo está conectado entre el amplificador y la
entrada de control, y la entrada de control está conectada a masa a
través del segundo condensador y la segunda resistencia en paralelo
a éste.
De acuerdo con una forma preferida de realización
de la invención, el circuito regulador formado por el generador de
alta tensión, el módulo de descarga de gas, el transformador de
alta frecuencia, el demodulador, el amplificador y el integrador
presenta una gran pendiente de regulación y una elevada histéresis,
siendo la constante de tiempo para la respuesta del bucle de
regulación menor que la constante de tiempo para la descarga de la
tensión de regulación, con el resultado de que la tensión de
regulación forma una función en diente de sierra.
Según una variante de la invención, la reducción
y el incremento de la alta tensión alterna se realizan mediante un
microprocesador al que se conecta la tensión de regulación. El
dispositivo puede presentar para ello un microprocesador al que se
conecta la tensión de regulación y el cual incrementa y reduce la
alta tensión alterna.
De acuerdo con otra variante del procedimiento,
la alta tensión alterna se desconecta a través de un circuito de
control que controla el comportamiento en el tiempo de la tensión
de regulación, cuando la dinámica de la tensión de regulación no
alcanza una dinámica mínima en al menos un tiempo de control
predeterminado. El circuito de control es preferentemente un
componente del dispositivo de acuerdo con la invención. De acuerdo
con una forma de realización, el dispositivo de acuerdo con la
invención comprende por lo tanto un circuito de control, que
controla el comportamiento en el tiempo de la tensión de
regulación, cuando la dinámica de la tensión de regulación no
alcanza una dinámica mínima en al menos un tiempo de control
predeterminado.
La invención comprueba con ello de forma
ventajosa mediante un circuito de conmutación independiente y de
orden superior las señales generadas para un funcionamiento adecuado
de la regulación, y desconecta automáticamente el ionizador cuando
ésta señal deja de existir, interrumpiendo así el funcionamiento
del generador de alta tensión en un funcionamiento de orden
superior.
De acuerdo con otra variante del procedimiento,
la tensión de regulación oscilante alrededor de un determinado valor
se entrega en forma de impulsos de disparo a un circuito de
evaluación a través de una conducción que trabaja según el
principio de un multivibrador monoestable y que presenta una salida,
en el que al principio del procedimiento, la salida se conecta al
circuito de evaluación mediante un impulso de arranque de tal forma
que éste conecta la tensión de alimentación del generador de alta
tensión a una salida que actúa sobre un equipo de conmutación, en
el que, en caso de que a través de la conducción ningún impulso de
disparo mantenga el primer estado alcanzado, el circuito de
evaluación pasa automáticamente al otro estado lógico, y el equipo
de conmutación interrumpe por ello el funcionamiento del generador
de alta tensión mediante una función de orden superior.
La invención proporciona de este modo un
procedimiento para el funcionamiento de dispositivos de ionización
y ozonización para el tratamiento de aire para respirar o para la
esterilización de preferentemente superficies húmedas o textiles o
equipos medicinales mediante el uso de ionizadores eléctricos y
generadores de ozono, preferentemente aquellos aparatos que
trabajan según el principio de descarga con obstaculización
dieléctrica, que se regulan electrónicamente mediante
retroacoplamiento y con aprovechamiento de los impulsos de
descarga, en el que los aparatos de ionización y de ozonización
funcionan con regulación automática en un intervalo definido de
tensiones, en el que se producen preferentemente efectos de
ionización y en menor medida efectos de ozonización. Los impulsos
demodulados que se producen con los impulsos de descarga para la
obtención de la tensión de regulación ajustan muy rápidamente la
tensión de regulación a un valor que reduce la alta tensión hasta un
valor en el que no se produce ninguna descarga más, pero en el que
los campos eléctricos siguen produciendo iones. A partir de las
descargas eléctricas, responsables para la producción de ozono, se
puede formar una tensión de regulación que se conduce a un circuito
de regulación con gran pendiente de regulación y elevada
histéresis, siendo la constante de tiempo para la respuesta del
bucle de regulación menor que la constante de tiempo para la
descarga de la tensión de regulación, con el resultado de que la
tensión de regulación forma una función en diente de sierra.
Además es preferentemente posible obtener una
señal digital a partir de la señal de tensión de regulación que
oscila entre un valor mínimo y un valor máximo, que dispara
posteriormente al comienzo del funcionamiento un grupo de
conmutación monoestable, en el que en caso de fallar el disparo
posterior, el componente monoestable pasa al estado normal y cierra
con ello un circuito de conmutación que protege el suministro de
tensión para la generación de alta tensión. De las variaciones de
la tensión de regulación se pueden obtener unos impulsos de disparo
correspondientes. La regulación se puede realizar de forma
completamente digital mediante un microprocesador.
La alta tensión se puede incrementar mediante una
función en escalera hasta registrar impulsos de descarga en el
bucle de retroacoplamiento con la consecuencia de que entonces la
alta tensión se reduce en una determinada cantidad para a
continuación volver a aumentar de nuevo con una función en
escalera.
Asimismo, la reducción de la alta tensión se
puede realizar mediante una función en escalera después de alcanzar
la zona de descarga hasta llegar al valor en el que no se produce
ningún impulso de descarga más. Una vez alcanzada esta zona, la
alta tensión se puede volver a incrementar mediante una función en
escalera.
La invención describe un dispositivo y un
procedimiento de los tipos mencionados al principio, mediante los
cuales se alcanzan ventajosamente puntos de trabajo estables y que
resultan adecuados para usos destinados a la preparación de aire
para respirar debido a su carácter constante a largo plazo.
Breve descripción del dibujo, en el que se
muestra:
Fig. 1 diferentes intervalos de la alta tensión
alterna conectada a un módulo de descarga de gas,
Fig. 2 un diagrama esquemático de circuito de una
forma de realización de un dispositivo de acuerdo con la
invención,
Fig. 3 un desarrollo de la alta tensión alterna
en forma de diente de sierra según una variante de la invención,
y
Fig. 4 un diagrama esquemático de circuito de
otra forma de realización de un dispositivo de acuerdo con la
invención.
La figura 1 muestra que cuando se conecta una
alta tensión alterna a, por ejemplo, un módulo plano planar según el
documento DE19931366.0, preferentemente con una frecuencia de 20 -
100 kHz, a partir de una determinada fuerza de campo eléctrico
dependiente de la geometría se obtiene la producción de iones
negativos y positivos debido a la aparición de incrementos de campo
en los electrodos. El intervalo correspondiente de la alta tensión
alterna está marcado en la figura 1 mediante el símbolo de
referencia 12.
En caso de que continúe creciendo la fuerza del
campo eléctrico, comienzan a producirse descargas eléctricas según
el principio de descarga con obstaculización dieléctrica. El
intervalo correspondiente de la alta tensión alterna está marcado
en la figura 1 mediante el símbolo de referencia 14. La energía
cinética inherente a las descargas individuales, denominadas
"filamentos", disocia moléculas de oxígeno de dos átomos O2 en
O1, que se recombinan para formar O3. En el intervalo marcado con
el símbolo de referencia 13, la alta tensión alterna ya no es
suficiente ni para la producción de iones.
El punto de trabajo de un módulo de descarga de
gas o de un equipo de ionización que funciona según el principio de
la descarga con obstaculización dieléctrica se puede elegir de tal
forma que se produzca una máxima ionización y que se produzca
además una cantidad tan pequeña de ozono que se aproveche el efecto
esterilizante y desodorificante del ozono, sin que con ello se
llegue a oler el ozono o se puedan superar los valores límite.
La figura 2, que muestra un diagrama esquemático
de circuito de una forma de realización de un dispositivo de
acuerdo con la invención, representa a modo de ejemplo las
relaciones de funcionamiento de la invención.
En un generador de alta tensión 1 se encuentra un
circuito de excitación 1B para el transformador de alta tensión 2.
La alta tensión alterna llega a través del arrollamiento primario
8A de un transformador de alta frecuencia 8 hasta el módulo de
ionización y ozonización o módulo de descarga de gas 3, que, desde
el punto de vista eléctrico, es una capacidad. Los datos eléctricos
del transformador de alta frecuencia 8 están elegidos de tal forma
que la frecuencia de base de la alta tensión de excitación o alta
tensión alterna, que puede estar entre 20 - 100 kHz, no se
transforma. Más bien se transforman señales de una frecuencia
superior a 1 - 2 MHz. Puesto que en este elevado intervalo de
frecuencias se encuentran señales que parten típicamente de impulsos
de descarga con obstaculización dieléctrica. Estos impulsos de
descarga de alta frecuencia se rectifican y aplanan mediante un
circuito demodulador 4 compuesto por un diodo 4A, un condensador 4B
y una resistencia 4C.
En un amplificador 5 se amplifica la señal así
obtenida y se entrega a un integrador 6. La tensión de regulación
así obtenida se conduce de nuevo hasta el generador de alta tensión
1, al conducir la tensión de regulación a través de una conducción
7 a la entrada de control 1A del circuito de excitación 1B.
El módulo de descarga de gas 3 está en
disposición de generar iones y ozono en el aire, y presenta dos
electrodos 3A, 3B, entre los cuales existe una alta tensión alterna
generada por el generador 1 de alta tensión y con ello un campo
eléctrico. Está dado un determinado valor umbral para la alta
tensión alterna, por encima del cual el módulo de descarga de gas 3
genera impulsos de descarga eléctricos que a su vez producen ozono,
y se generan iones. Este valor umbral se encuentra situado entre
los intervalos de tensión marcados en la fig. 1 con los símbolos de
referencia 14 y 12, y está marcado en la fig. 3 con el símbolo de
referencia 21.
Mediante los impulsos de descarga se generan las
rápidas señales eléctricas mencionadas. Éstas se usan de acuerdo
con la invención para la limitación automática de la producción de
ozono, para reducir la alta tensión alterna HV por debajo de un
valor umbral mediante un retroacoplamiento hasta un valor tal en el
que no se produce ningún impulso de descarga y por lo tanto nada de
ozono, si bien se siguen generando iones en el campo eléctrico.
La alta tensión alterna crece de acuerdo con la
invención después de caer por debajo del valor umbral 21 de nuevo
por encima del valor umbral 21, para generar así de nuevo impulsos
de descarga y con ello ozono, que de nuevo reducen la alta tensión
alterna por debajo del valor umbral 21 y así sucesivamente, de tal
forma que la alta tensión alterna oscila alrededor del valor umbral
21 debido al retroacoplamiento (fig. 3). De acuerdo con una
variante preferida, la reducción de la alta tensión se realiza con
un índice de variación en el tiempo mayor en valor absoluto que el
incremento de la alta tensión alterna, de tal forma que se produce
un desarrollo en el tiempo de la alta tensión en forma de diente de
sierra; en la fig. 3 se ha marcado un ejemplo para un desarrollo de
este tipo mediante el símbolo de referencia 22.
El recorrido de señal del retroacoplamiento
después del módulo de descarga de gas 3 comprende en el dispositivo
de la fig. 2 el transformador de alta frecuencia 8, el demodulador
4, el amplificador 5 con una entrada 5A y el integrador 6. El
generador de alta tensión 1 comprende un circuito de excitación 1B
que dispone de una entrada de control 1A.
El transformador de alta frecuencia 8 está
preferentemente dispuesto de tal forma que no supere
sustancialmente la frecuencia de base de la alta tensión alterna,
que se sitúa típicamente en el entre 20 ... 1200 kHz, de tal forma
que el transformador de alta frecuencia 8 divide básicamente las
señales mencionadas de la alta tensión alterna.
El demodulador 4 comprende un primer diodo 4A, un
primer condensador 4B y una primera resistencia 4C, en el que el
primer diodo 4A está conectado entre el transformador de alta
frecuencia 8 y el amplificador 5 para la rectificación de la
señales eléctricas, y la entrada 5A del amplificador 5 está
conectada a masa a través del primer condensador 4B y la primera
resistencia 4C en paralelo a éste. El amplificador 5 puede ser, por
ejemplo, un convertidor de impedancias. El integrador 6 comprende
un segundo diodo 6A, un segundo condensador 6B y una segunda
resistencia 6C, en el que el segundo diodo 6A está conectado entre
el amplificador 5 y la entrada de control 1A, y la entrada de
control 1A está conectada a masa a través de la conducción 7 y del
segundo condensador 6B y la segunda resistencia 6C en paralelo a
éste.
El circuito de excitación 1B está en disposición
de controlar la alta tensión alterna de tal forma que ésta
permanezca constante, en caso de que a la entrada de control 1A se
conecte una tensión constante, crezca en caso de que a la entrada
de control 1A se conecte una tensión decreciente, y decrezca en caso
de que a la entrada de control 1A se conecte una tensión creciente.
El valor absoluto de la alta tensión alterna se comporta por lo
tanto a la inversa que el valor absoluto de la tensión conectada a
la entrada de control 1A. El arrollamiento primario 8A del
transformador de alta frecuencia 8 está conectado en serie con el
módulo de descarga de gas 3 y transmite las señales eléctricas por
medios inductivos al arrollamiento secundario 8B, que entrega las
señales al demodulador 4. El arrollamiento secundario 8B está
conectado a masa por uno de los lados. El demodulador 4 rectifica
las señales y las aplana, y las entrega a continuación como señal
de entrada a la entrada 5A del amplificador 5. El amplificador 5
amplifica la señal de entrada, por ejemplo, en corriente, y entrega
la señal amplificada como señal de salida al integrador 6. El
integrador 6 integra la señal de salida con una constante de tiempo
predeterminada para obtener una señal de regulación y la entrega a
la entrada de control 1A.
De este modo se obtiene el funcionamiento en el
que cuando se producen descargas con obstaculización dieléctrica se
genera una tensión de regulación, que reduce la amplitud de la alta
tensión de excitación o de la alta tensión alterna. De este modo se
vuelven a extinguir las descargas con obstaculización dieléctrica.
La descarga del integrador 6 se realiza con una constante de tiempo
más lenta que la carga del integrador 6, que se realiza más
rápidamente. De este modo se obtiene un funcionamiento como el
descrito en la figura 3: por encima de la tensión caracterizada
mediante la línea 21, valor umbral 21, se producen descargas que
están en disposición, debido a la energía cinética inherente a
estas descargas, de producir ozono, y que provocan las rápidas
señales eléctricas mencionadas. Por debajo de la línea 21 y hasta
la línea 23 se forman altos campos eléctricos en los electrodos de
los aparatos de ionización y ozonización o del módulo de descarga
de gas 3, que ionizan el aire y partículas arrastradas por el aire
en el ambiente.
El uso del circuito presentado en la figura 2
permite que la tensión de excitación oscile o bascule
constantemente alrededor de la línea 21. De este modo se garantiza
que, por un lado, nunca se genera ozono en cantidades
significativas, y que, por otro lado, se garantice de forma estable
a largo plazo la misma producción constante de iones,
independientemente de las tolerancias de los componentes, de
variaciones de tensión, variaciones de temperatura o de la humedad
del aire u otros parámetros de borde.
Como resultado de ello, en algunos usos se puede
renunciar al catalizador conectado a continuación de la etapa de
ionización y ozonización. Esto es ventajoso en usos para vehículos
de motor o en otros sistemas de climatización, puesto que la
esterilización del evaporador húmedo queda garantizada con la
circulación de aire con alta ionización y una baja proporción de
ozono de 20 - 40 ppb correspondiente a la naturaleza, sin que sea
posible, de acuerdo con la invención, una producción excesiva de
ozono.
Con respecto a los electrodos de emisión
conocidos según el principio coronario resulta ventajoso el muy
largo tiempo de vida y la constancia de datos de los módulos planos
planares que trabajan según el principio de la descarga con
obstaculización dieléctrica.
La invención aquí presentada hace uso del hecho
de que cuando se conecta una alta tensión y preferentemente de alta
frecuencia a un componente que trabaja según el principio de la
descarga con obstaculización dieléctrica, por ejemplo, tubos
Siemens o componentes planos planares, según la fig. 1, sólo cuando
se supera una determinada tensión se producen descargas espontáneas,
filamentos, que finalmente generan ozono. En el intervalo de
tensión 12 situado por debajo se ioniza aire y la producción de
ozono es muy baja. En caso de ajustar manualmente la tensión de
funcionamiento para que se encontrase situada justo por debajo o al
comienzo de la descarga eléctrica, el intervalo de trabajo así
elegido se podría desplazar hacia arriba o hacia abajo debido a
desplazamientos de tolerancia, variaciones de tensión, etc., lo que
empeora el funcionamiento del dispositivo o incluso podría provocar
la aparición de concentraciones de ozono no deseadas o
peligrosas.
La fig. 4 muestra un diagrama esquemático de
circuito de otra forma de realización de un dispositivo de acuerdo
con la invención. El dispositivo de la fig. 4 presenta con respecto
al de la fig. 2, además un circuito de evaluación 10 así como un
equipo de conmutación. De este modo se ha completado el circuito de
la figura 2 para realizar un control independiente y de orden
superior de la función de conmutación. Los circuitos de la fig. 2 y
de la fig. 4 tienen la característica de que la tensión de
regulación no es constante, sino que oscila alrededor de un
determinado valor, presentando por lo tanto una dinámica.
Esta tensión, tensión de regulación, se entrega
además a través de una conducción 9 a un circuito eléctrico de
evaluación 10 que trabaja según el principio de un multivibrador
monoestable. Después de la conexión, la salida del circuito de
evaluación 10 se sitúa mediante un impulso de arranque en un punto
tal que éste conecta la tensión de alimentación del generador de
alta tensión 1 en una salida que actúa sobre un equipo de
conmutación 11. El circuito de evaluación 10 pasa automáticamente
después de un breve espacio de tiempo a otro estado lógico, en caso
de que a través de la conducción 9 ningún impulso de disparo
mantenga el primer estado alcanzado. Por lo tanto, en caso de que en
cualquier caso fallase el circuito de regulación compuesto por:
generador de alta tensión 1, módulo de ionización o módulo de
descarga de gas 3, transformador de alta frecuencia 8, demodulador
4, amplificador 5 e integrador 6, la tensión de regulación no
presentaría ninguna dinámica más, lo que hace que el circuito de
evaluación 10 caiga al estado normal con la consecuencia de que
bloquea el aparato de conmutación 11 y se interrumpa de este modo el
funcionamiento del generador de alta tensión 1 de forma
independiente y de orden superior.
De este modo se logra ventajosamente que un
equipo de ionización u ozonización así operado nunca pueda llegar de
forma descontrolada a un estado peligroso, en el que se pudiera
producir ozono de forma descontrolada en cantidades perjudiciales.
También es ventajoso que incluso en caso de deriva a largo plazo de
los datos técnicos de componentes individuales nunca se pueda
producir ozono, puesto que la lógica inherente al circuito cerrado
de regulación lo impide de forma segura. Esto es particularmente
importante cuando el aire tratado en equipos de preparación de aire
y de climatización se entrega en pequeños espacios, en los que se
pudiera acumular ozono a lo largo del tiempo.
El funcionamiento aquí presentado se puede
realizar en numerosas variantes técnicas, diferentes de la propuesta
elegida de conmutación. El funcionamiento también se puede realizar
en una versión digital con un microprocesador. Sin embargo, el
objetivo es siempre la idea de acuerdo con la invención; que la alta
tensión alterna se lleve mediante un circuito cerrado de regulación
a un intervalo en el que se mantenga automáticamente el
funcionamiento del componente de ionización y de ozonización en un
intervalo en el que se produzca una ionización máxima y segura y al
mismo tiempo una pequeña producción de ozono.
El montaje ventajoso de componentes en el sentido
de la invención se puede realizar en todos aquellos usos en los que
se deba de evitar la expulsión libre de ozono a espacios
frecuentados por personas y no sea posible técnicamente o no sea
deseable el catalizador necesario para la descomposición del ozono.
Este puede ser el caso particularmente de los sistemas de
climatización y de acondicionamiento de aire de cualquier tipo,
particularmente donde se deba evita de forma segura la aparición de
gérmenes y hongos de cualquier tipo sobre la superficie húmeda de
un intercambiador de calor refrigerado por aire.
La invención se puede usar industrialmente en,
por ejemplo, el ámbito de la preparación de aire con ozono así como
en la técnica de climatización, particularmente en vehículos de
motor o en hospitales.
| 1 | generador de alta tensión |
| 1A | entrada de 1B |
| 1B | circuito de excitación |
| 2 | transformador de alta tensión |
| 3 | módulo de descarga de gas |
| 3A, 3B | electrodos de 3 |
| 4 | demodulador |
| 4A, 4B, 4C | primer diodo, primer condensador, primera resistencia |
| 5 | amplificador |
| 6 | integrador |
| 6A, 6B, 6C | segundo diodo, segundo condensador, segunda resistencia |
| 7 | conducción para la señal de regulación |
| 8 | transformador de alta frecuencia |
| 9 | conducción |
| 8A, 8B | arrollamiento primario, arrollamiento secundario de 8 |
| 10 | circuito de evaluación |
| 11 | equipo de conmutación |
| 12, 13, 14 | intervalos de tensión |
| 21 | valor umbral |
| 22 | desarrollo en el tiempo de la alta tensión alterna |
| 23 | valor de tensión |
Claims (21)
1. Procedimiento para el accionamiento de un
módulo eléctrico de descarga de gas (3), particularmente de
descarga con obstaculización dieléctrica, en el que el módulo de
descarga de gas (3) está en disposición de generar iones y ozono en
el aire y dispone de dos electrodos (3A, 3B), entre los que se
establece una alta tensión alterna procedente de un generador de
alta tensión (1) y se genera de este modo un campo eléctrico,
caracterizado porque está definido un determinado valor
umbral (21) para la alta tensión alterna, por encima del cual se
generan mediante el módulo de descarga de gas (3) impulsos
eléctricos de descarga, que a su vez producen ozono, y iones, en el
que mediante los impulsos de descarga se generan unas señales
eléctricas que se usan mediante un retroacoplamiento para la
limitación automática de la producción de ozono para reducir la alta
tensión alterna por debajo del valor umbral (21) hasta un valor tal
en el que no se genera ningún impulso de descarga y con ello ningún
ozono, si bien se siguen generando iones en el campo eléctrico.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque después de reducir la alta tensión
alterna por debajo del valor umbral (21) se vuelve a aumentar por
encima del valor umbral (21) hasta un punto en el que se vuelven a
generar impulsos de descarga y por lo tanto ozono, los cuales se
vuelven a usar de nuevo para reducir la alta tensión alterna de
nuevo por debajo del valor umbral (21) y así sucesivamente, de tal
forma que debido al retroacoplamiento, la alta tensión alterna
oscila alrededor del valor umbral.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la alta tensión alterna generada
mediante un generador de alta tensión (1) con una entrada de
control (1A) se reduce cuando se conecta una tensión creciente a la
entrada de control (1A) y a la inversa, obteniendo una tensión de
regulación a partir de las señales eléctricas, que se retroacopla a
la entrada de control (1A).
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque para obtener la tensión de regulación a
partir de las señales, éstas se desacoplan de la alta tensión, se
rectifican y se aplanan, pudiendo además, en su caso, amplificar e
integrar las señales después del aplanamiento.
5. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la reducción o el incremento de la alta
tensión alterna se realiza mediante una función en escalera.
6. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque la reducción de la alta tensión alterna
se realiza con un régimen temporal de variación más elevado en
valor absoluto que el incremento de la alta tensión, de tal forma
que se obtiene un desarrollo temporal en forma de diente de sierra
tanto para la tensión de regulación como para la alta tensión.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la alta tensión
alterna se reduce en un valor de reducción predeterminado o se
incrementa en un valor de incremento predeterminado.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la alta tensión
alterna se reduce hasta una tensión mínima predeterminada situada
por debajo de la tensión umbral o se incrementa hasta una tensión
máxima predeterminada situada por encima de la tensión umbral
(21).
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 3 ó 4, caracterizado porque la reducción y
el incremento de la alta tensión alterna se realizan mediante un
microprocesador, al que se conecta la tensión de regulación.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la alta tensión
alterna (HV) se desconecta a través de un circuito de control (10,
11) que controla el comportamiento en el tiempo de la tensión de
regulación, cuando la dinámica de la tensión de regulación no
alcanza una dinámica mínima predeterminada durante al menos un
tiempo de control predeterminado.
11. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 10,
caracterizado porque la tensión de regulación (7) oscilante
alrededor de un determinado valor se entrega a través de una
conducción (9) como impulsos de disparo a un circuito eléctrico de
evaluación (10), que trabaja según el principio de un multivibrador
monoestable y presenta una salida, en el que al comienzo del
procedimiento la salida del circuito de evaluación (10) se sitúa
mediante un impulso de arranque en un estado tal que conecta la
tensión de alimentación del generador de alta tensión (1) a una
salida que actúa sobre un equipo de conmutación (11), en el que, en
caso de que a través de la conducción (9) ningún impulso de disparo
mantenga el primer estado alcanzado, el circuito de evaluación (10)
pasa automáticamente al otro estado lógico, y de este modo el equipo
de conmutación (11) interrumpe el funcionamiento del generador de
alta tensión (1) mediante una función de orden superior.
12. Dispositivo para el accionamiento de un
módulo eléctrico de descarga de gas (3), particularmente de
descarga con obstaculización dieléctrica, en el que el módulo de
descarga de gas (3) está en disposición de generar iones y ozono en
el aire y dispone de dos electrodos (3A, 3B), entre los que se
establece una alta tensión alterna procedente de un generador de
alta tensión (1) y se genera de este modo un campo eléctrico,
caracterizado porque está definido un determinado valor
umbral (21) para la alta tensión alterna, por encima del cual se
generan mediante el módulo de descarga de gas (3) unos impulsos
eléctricos de descarga, que a su vez producen ozono, y iones, en el
que mediante los impulsos de descarga se generan unas señales
eléctricas que se usan mediante un retroacoplamiento para la
limitación automática de la producción de ozono para reducir la alta
tensión alterna por debajo del valor umbral (21) hasta un valor tal
en el que no se genera ningún impulso de descarga y con ello ningún
ozono, si bien se siguen generando iones en el campo eléctrico.
13. Dispositivo según la reivindicación 12,
caracterizado porque después de reducir la alta tensión
alterna por debajo del valor umbral (21) aumenta de nuevo por
encima del valor umbral hasta un punto en el que se vuelven a
generar impulsos de descarga y por lo tanto ozono, los cuales
vuelven a reducir la alta tensión alterna por debajo del valor
umbral (21) y así sucesivamente, de tal forma que debido al
retroacoplamiento, la alta tensión alterna oscila alrededor del
valor umbral (21).
14. Dispositivo según la reivindicación 13,
caracterizado porque el recorrido de señal del
retroacoplamiento presenta, a continuación del módulo de descarga
de gas (3), un transformador de alta frecuencia (8), un demodulador
(4), un amplificador (5) con una entrada (5A) así como un integrador
(6), y el generador de alta tensión (1) comprende un circuito de
excitación (1B), en el que:
- el circuito de excitación (1B) presenta una
entrada de control (1A) y está en disposición de controlar la alta
tensión alterna de tal forma que ésta
- permanece constante, en caso de que se conecte
una tensión constante a la entrada de control (1A),
- aumenta en caso de que se conecte una tensión
decreciente a la entrada de control (1A), y
- decrece, en caso de que se conecte una tensión
creciente a la entrada de control (1A), de tal forma que el valor
de la alta tensión alterna se comporta al revés que el valor de la
tensión conectada a la entrada de control (1A),
- el arrollamiento primario (8A) del
transformador de alta frecuencia (8) está conectado en serie con el
módulo de descarga de gas (3) y transmite las señales eléctricas de
forma inductiva al arrollamiento secundario (8B), el cual entrega
las señales al demodulador (4) y el cual está conectado a masa por
un lado,
- el demodulador (4) rectifica y aplana las
señales y las entrega a continuación como señal de entrada a la
entrada (5A) del amplificador,
- el amplificador (5) amplifica la señal de
entrada y la entrega como señal de salida al integrador (6), y
- el integrador (6) integra la señal de salida
con una constante de tiempo predeterminada para obtener una señal de
regulación (7), y entrega ésta a la entrada de control (1A).
15. Dispositivo según la reivindicación 14,
caracterizado porque el transformador de alta frecuencia (8)
no transforma básicamente la frecuencia de base de la alta tensión
alterna, de tal forma que el transformador de alta frecuencia (8)
separa sustancialmente las señales de la alta tensión alterna.
16. Dispositivo según la reivindicación 14 ó 15,
caracterizado porque el demodulador (4) comprende un primer
diodo (4A), un primer condensador (4B) y una primera resistencia
(4C), en el que
- el primer diodo (4A) está conectado entre el
transformador de alta frecuencia (8) y el amplificador (5) para la
rectificación de la señales eléctricas, y
- la entrada (5A) del amplificador (5) está
conectada a masa a través del primer condensador (4B) y la primera
resistencia (4C) en paralelo a éste.
17. Dispositivo según una de las reivindicaciones
14 a 16, caracterizado porque el amplificador (5) es un
convertidor de impedancias.
18. Dispositivo según una de las reivindicaciones
14 a 17, caracterizado porque el integrador (6) comprende un
segundo diodo (6A), un segundo condensador (6B) y una segunda
resistencia (6C), en el que
- el segundo diodo (6A) está conectado entre el
amplificador (5) y la entrada de control (1A), y
- la entrada de control (1A) está conectada a
masa a través del segundo condensador (6B) y la segunda resistencia
(6C) en paralelo a éste.
19. Dispositivo según una de las reivindicaciones
14 a 18, caracterizado porque el circuito de regulación
compuesto por generador de alta tensión (1), módulo de descarga de
gas (3), transformador de alta frecuencia (8), demodulador (4),
amplificador (5) e integrador (6) presenta una gran pendiente de
regulación y una elevada histéresis, en el que la constante de
tiempo para la respuesta del bucle de regulación es menor que la
constante de tiempo para la descarga de la tensión de regulación
(7), con el resultado de que la tensión de regulación (7) forma una
función en diente de
sierra.
sierra.
20. Dispositivo según la reivindicación 13,
caracterizado porque éste dispone de un microprocesador al
que se conecta la tensión de regulación y que incrementa o reduce
la alta tensión alterna (HV).
21. Dispositivo según una de las reivindicaciones
12 a 20, caracterizado porque éste comprende un circuito de
control (10, 11), que controla el comportamiento en el tiempo de la
tensión de regulación y desconecta la alta tensión alterna (HV)
cuando la dinámica de la tensión de regulación no alcanza una
dinámica mínima predeterminada durante al menos un tiempo de control
predeterminado.
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