NL1024408C2

NL1024408C2 - Inrichting voor het genereren van corona-ontladingen.

Info

Publication number: NL1024408C2
Application number: NL1024408A
Authority: NL
Inventors: Keping Yan
Original assignee: Univ Eindhoven Tech
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-03-31
Also published as: EP1668435A1; CA2540496A1; US20070114411A1; WO2005031488A1

Description

I

Korte aanduiding: Inrichting voor het genereren van corona-ontladingen.

BESCHRIJVING

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het 5 genereren van corona-ontladingen omvattende een corona-ontladingsruimte; een in de corona-ontladingsruimte geplaatste ontladings-elektrode; alsmede een hoogspanningsbron, waarbij een uitgang van de 10 hoogspanningsbron verbonden is met de ontladingselektrode.

Een dergelijke Inrichting wordt bijvoorbeeld geopenbaard in de Internationale octrooiaanvrage nr. WO 97/18899. Hierin wordt een specifieke toepassing geopenbaard voor het behandelen van gassen of vloeistoffen, waarbij gebruik wordt gemaakt van gepulste corona-15 ontladingen. Hierbij worden pulsen van enkelen tientallen kV vanuit de hoogspanningsbron in zeer snel aanstijgende pulsen en via de ontladingselektrode toegevoerd aan de corona-ontladingsruimte.

Voor een goede gecontroleerde aansturing van de gepulste corona-ontladingen in de corona-ontladingsruimte wordt in WO 97/18899 20 gebruik gemaakt van zogenoemde vonkbruggen opgebouwd uit qua constructie complexe, zwaar uitgevoerde en derhalve dure elektrodes. Deze complexe constructie is noodzakelijk enerzijds vanwege de toegepaste hoge spanningssignalen en ook voor het verkrijgen van een relatief lange levensduur. Naast de veelal beperkte levensduur van een vonkbrug wordt de 25 inzet van een inrichting volgens bovengenoemde aanhef ook beperkt door het maximaal bereikbare gepulste vermogen dat door de hoogspanningsbron naar de corona-ontladingsruimte kan worden geleid.

De onderhavige uitvinding beoogt derhalve een inrichting voor het genereren van corona-ontladingen volgens bovengenoemde aanhef te 30 verschaffen, welke enerzijds een minder complexe constructie bezit maar tevens qua functionaliteit uit dusdanige onderdelen is opgebouwd, welke 1024408

de inrichting ook bij hoge vermogens inzetbaar maakt. I

Overeenkomstig de uitvinding wordt de inrichting hiertoe I

gekenmerkt, doordat tussen de hoogspanningsbron en de ontladingselektrode I

tenminste een element met diode-werking is opgenomen, welk element op de I

5 ontladingselektrode een DC hoogspanningscomponent met een daarop I

gesuperponeerde AC hoogspanningscomponent afgeeft. Deze kenmerken maken I

niet alleen een sterk vereenvoudigde constructie c.q. opbouw van de I

inrichting overeenkomstig de uitvinding mogeUjk, doch maken het tevens I

mogelijk om de inrichting in te zetten voor zogenoemde positieve I

10 "streamer" corona-ontladingen. I

Voorts kan de inrichting met eenvoudige componenten worden I

opgebouwd, welke enerzijds de inrichting minder complex en duur maken I

maar bovendien een lange levensduur bezitten en voorts het doorlelden van I

hogere vermogens mogelijk maakt. I

15 Bij een specifieke uitvoeringsvorm waarmee een eenvoudige,

betrouwbare aansturing van de corona-ontladingsruimte wordt I

bewerkstelligd, is het element met diode-werking een halfgeleider, I

bijvoorbeeld een gelijkrichter, transistor, diode of thrysistor. I

Bij een bijzondere uitvoeringsvorm is het element met

20 diodewerking als een enkelfasige gelijkrichter uitgevoerd, doch kan deze I

bij een andere uitvoeringsvorm zijn uitgevoerd als een bruggelijkrichter. I

Meer specifiek bedraagt de DC-hoogspann1ng 10-60 kV en meer I

in het bijzonder 5-35 kV, terwijl de frequentie van de AC-hoogspanning I

0,1-100 kHz en meer in het bijzonder 5-30 kHz bedraagt. I

25 Bij een specifieke uitvoeringsvorm van de inrichting I

overeenkomstig de uitvinding is de ontladingselektrode uitgevoerd als een I

langgerekt lichaam voorzien van meerdere uitstekende randen of nokken. I

Deze kenmerken garanderen een goed ontlaadmoment van de corona- I

ontladingen, in het bijzonder van positieve “streamer" corona-

30 ontladingen. I

Bij nog een andere uitvoeringsvorm is overeenkomstig de I

1024408 I

3 uitvinding de corona-ontladingsruimte opgebouwd uit tenminste twee, parallelle, elektrisch geaarde platen, tussen welke platen de ontladingselektrode zich evenwijdig uitstrekt.

Meer in het bijzonder wordt een specifieke uitvoeringsvorm . 5 van de inrichting overeenkomstig de uitvinding gekenmerkt, doordat het element met diode-werking in serie is geschakeld met een LR-kring, welke LR-kring verbonden is met de ontladingselektrode. Hierdoor wordt op een adequate en eenvoudige wijze op de ontladingselektrode een activerings-signaal afgegeven met een DC-hoogspanningscomponent met daarop 10 gesuperponeerd een AC-hoogspanningscomponent, waarbij meer in het bijzonder de inductiewaarde L van de LR-schakeling instelbaar is. Meer in het bijzonder is de impedantiewaarde L gelegen tussen 1 nH -1000 mH.

De LR-kring kan daarbij serie- dan wel parallel-geschakeld zijn opgebouwd.

15 Bij een specifieke functionele uitvoeringsvorm is de hoogspanningsbron een AC/DC-pulsomzetter en meer in het bijzonder bij een andere uitvoeringsvorm is de hoogspanningsbron uitgevoerd als een AC/DC/AC-omzetter.

De uitvinding zal aan de hand van een tekening nader worden 20 toegelicht, welke tekening achtereenvolgens toont:

Figuur 1 een eerste uitvoeringsvorm van een inrichting overeenkomstig de uitvinding;

Figuur 2 een andere uitvoeringsvorm van een inrichting overeenkomstig de uitvinding; 25 Figuur 3 een voorbeeld van de op de ontladingselektrode aangebrachte ontladingsspanning uitgezet tegen de tijd;

Figuren 4-14 nog andere uitvoeringsvormen van een inrichting overeenkomstig de uitvinding;

Figuren 15 en 16 twee uitvoeringsvormen van een corona-30 ontladingsruimte voor toepassing in een inrichting overeenkomstig de uitvinding; 1024408 Η

4 I

Figuren 17-19 drie uitvoeringsvormen van een ontladings- I

elektrode voor toepassing in een inrichting overeenkomstig de uitvinding. I

Voor een beter begrip van de uitvinding worden in de I

navolgende figuurbeschrijving de overeenkomende onderdelen met identieke I

5 referentiecijfers aangeduid. I

In de figuur 1 wordt een eerste uitvoeringsvorm van een I

inrichting voor het genereren van corona-ontladingen overeenkomstig de I

uitvinding getoond. De inrichting 1 omvat een corona-ontladingsruimte 2, I

opgebouwd uit een ontladingselektrode 3, welke geplaatst is in een I

10 metalen omhulling welke aan het aardpotentlaal 12 is aangebracht. Voorts I

is de inrichting 1 voorzien van een hoogspanningsbron 4 welke via zijn I

beide uitgangscontacten 4a en 4b een hoogspanning afgeeft, een element I

met diodewerking 5, welke op zijn beurt via een LR-schakeling 6 met de I

ontladingselektrode 3 is verbonden. I

15 Het element met diodewerking 5 is zodanig geschakeld in de I

inrichting opgenomen dat het door de hoogspanningsbron 4 en op de I

uitgangscontacten 4a en 4b aangebracht wisselspanningssignaal de vorm I

bezit zoals weergegeven in het uitvergrote linkerdeel aanzicht in de I

figuur 1. Doordat het wisselspanningssignaal gesuperponeerd is op een I

20 gelijkspanningssignaal, zorgt het element met diodewerking 5 tezamen met I

de LR-kring 6 ervoor dat op de ontladingselektrode 3 een spanningssignaal I

wordt aangebracht dat de vorm bezit, zoals weergegeven in het uitvergrote I

rechterdeelaanzicht en in figuur 3. I

Het in de figuur 3 tegen de tijd uitgezette spannings- I

25 signaal bezit een DC-component 9 en een AC-component 10. Met de eenheid I

A.U. wordt "Arbitrary Unit" bedoeld. I

Bij specifieke uitvoeringsvormen kan het element met I

diodewerking 5 een halfgeleiderelement zijn en bijvoorbeeld uitgevoerd I

zijn als een gelijkrichter, transistor, diode of thrysistor. I

30 Bij de uitvoeringsvorm zoals getoond in figuur 1 is het I

element met diodewerking 5 als een enkel-fase-gelijkrichter uitgevoerd in I

1024408 I

t 5 tegenstelling tot de in de figuur 2 getoonde uitvoeringsvorm, waarbij het element met diodewerking 5 uit meerdere gelijkrichters is opgebouwd en als een bruggelijkrichter fungeert. Het via de uitgangscontacten 4a en 4b van de hoogspanningsbron 4 aan de brugschakeling 5 aangeboden wissel- 5. signaal wordt door de bruggelijkrichter 5 geconverteerd naar een signaal zoals weergegeven in het uitvergrote deel aanzicht van figuur 2.

In de figuren 4 en 5 worden nagenoeg dezelfde uitvoeringsvormen uit de figuren 1 en 2 geopenbaard. Echter, bij deze uitvoeringsvormen is de inductiewaarde L van de inductantie 7' van de LR-schakeling 10 instelbaar. Meer specifiek bedraagt de inductiewaarde L van de inductantie 7-7' 1 nH - 1000 mH.

Andere uitvoeringsvormen van de inrichting overeenkomstig de uitvinding worden getoond in de Figuren 6-14.

Voor een optimaal functioneren van de inrichting voor het 15 genereren van corona-ontladingen overeenkomstig de uitvinding bezit de DC-hoogspanningscomponent een waarde van 1-60 kV en meer in het bijzonder bedraagt deze 5-35 kV. Daarbij kan de op de gelijkspanningscomponent gesuperponeerde wisselspanningscomponent de AC-hoogspanning een frequentie van 0,1-100 kHz en meer in het bijzonder 5-30 kHz bezitten.

20 Bij een specifieke uitvoeringsvorm zoals getoond in de figuren 6-14 en 16 is de ontladingselektrode 3 uitgevoerd als een langgerekt lichaam voorzien van meerdere uitstekende randen.

Specifieke uitvoeringsvormen hiervan worden in de Figuren 17-19 geopenbaard. Hierin is de ontladingselektrode uitgevoerd als een 25 langgerekt lichaam 3, welk lichaam in Figuur 17 een langgerekte strip kan zijn. Uit deze strip zijn met behulp van een stansbewerking meerdere uitstekende randen of nokken 14 aangebracht. De afstand 2R tussen opeenvolgende nokken bedraagt 1-100 mm, terwijl de breedte X van elke nok 0-100 mm bedraagt.

30 De dikte h van de strip bedraagt 0,1-10 mm en de breedte W

van de strip 2-500 mm.

1024408

In de Figuren 18 en 19 is de ontladingselektrode 3 I

uitgevoerd als een langgerekte staaf, met daarop uitstekende nokken 14, I

die zich aan weerszijden van de elektrode uitstrekken. I

Figuur 19 toont een afgeleide uitvoeringsvorm, waarbij de I

5 uitstekende nokken als een krans tn vier richtingen uitstrekkend op de I

ontladingselektrode 3 zijn aangebracht. I

De corona-ontladingsruimte 2 kan zijn opgebouwd uit twee of I

meer, parallelle, elektrisch geaarde platen lla-llb-llc-... (zie in het I

bijzonder Figuur 16), tussen welke platen lla-llb-llc-... de ontladings- I

10 elektrode 3 zich evenwijdig uitstrekt. Met deze constructie van de I

corona-ontladingsruimte 2 kan door het aanbrengen van een hoogspannings- I

signaal, zoals weergegeven in figuur 3 op de ontladingselektrode 3 in de I

corona-ontladingsruimte 2 positieve "streamer" corona-ontladingen worden I

gegenereerd, welke zeer geschikt zijn voor het behandelen van gassen I

15 en/of vloeistoffen en/of oppervlakken en/of aerosols. I

Specifieke toepassingen voor het behandelen van gassen I

en/of vloeistoffen en/of oppervlakken en/of aerosols in een inrichting I

overeenkomstig de uitvinding worden getoond in de Figuren 15 en 16. I

Hierbij wordt via een toevoer 13a de te behandelen gassen en/of I

20 vloeistoffen en/of oppervlakken en/of aerosols de corona-ontladingsruimte I

2 ingeleid, alwaar de gas- en/of vloeistof- en/of oppervlak- en/of I

aerosolsmoleculen aan het gegenereerde positieve "streamer" corona-plasma I

worden onderworpen. De behandelde gassen en/of vloeistoffen en/of I

oppervlakken en/of aerosols verlaten de corona-ontladingsruimte 2 via de I

25 afvoer 13b. De stromingsrichting kan echter ook via uitgang 13b (nu

ingang) naar de ingang 13a (nu uitgang) verlopen. I

Met name van het genereren van positieve "streamer" corona- I

ontladingen in de ontladingsruimte 2 kan worden bewerkstelligd, doordat I

de hoogspanningsbron 4 een AC/DC-pulsomzetter is uitgevoerd zoals getoond I

30 in de uitvoeringsvormen van figuren 1 en 4a, en anderzijds kan de I

hoogspanningsbron 4 een AC/DC/AC-omzetter zijn zoals getoond in de I

1024408 I

< 7 uitvoeringsvormen van figuren 2 en 4b.

Bij een AC/DC-pulsomzetter wordt vanuit de netspanning of een andere continue voedingsbron, meestal via een gelijkrichter, een circuit gevoed, dat spanningspulsen van dezelfde polariteit maakt tot 5 hoge vermogens en tot hoge spanningen.

Bij een AC/DC/AC-omzetter wordt vanuit de netspanning of een andere continue voedingsbron, meestal via een gelijkrichter, een circuit gevoed, dat positief en negatief gaande (AC) spanningspulsen maakt tot hoge vermogens en tot hoge spanningen.

10 Hoewel in de getoonde uitvoeringsvormen de LR-kring als een parallelschakeling is opgebouwd, kan ook een serie-geschakelde LR-kring onder een juiste keuze van de inductantie L en de weerstand R zeer geschikt zijn voor het bedrijven van de inrichting volgens de uitvinding.

15 1024408

Claims

1. Inrichting voor het genereren van corona-ontladingen I I omvattende I I 5 een corona-ontladingsruimte; I I een in de corona-ontladingsruimte geplaatste ontladings- I I elektrode; alsmede I I een hoogspanningsbron, waarbij een uitgang van de I I hoogspanningsbron verbonden is met de ontladingselektrode, met het I I 10 kenmerk, dat tussen de hoogspanningsbron en de ontladingselektrode I I tenminste een element met diode-werking is opgenomen, welk element op de I I ontladingselektrode een DC hoogspanningscomponent met een daarop I I gesuperponeerde AC hoogspanningscomponent afgeeft. I

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het I I 15 element met diode-werking een halfgeleider element is, bijvoorbeeld een I I gelijkrichter, transistor, diode of thrysistor. I

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat I I het element met diode-werking als een enkelfasige gelijkrichter is I I uitgevoerd. I I 20

4. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat I I het element met diode-werking als een bruggelijkrichter is uitgevoerd. I

5. Inrichting volgens êên of meer van de voorgaande I I conclusies, met het kenmerk, dat de DC hoogspanning 1-60 kV en meer in I I het bijzonder 5-35 kV bedraagt. I I 25

6. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande I I conclusies, met het kenmerk, dat de frequentie van de AC hoogspanning I I 0,1-100 kHz en meer in het bijzonder 5-30 kHz bedraagt. I

7. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande I I conclusies, met het kenmerk, dat de ontladingselektrode is uitgevoerd als I I 30 een langgerekte lichaam voorzien van meerdere uitstekende randen of I I nokken. I I 1024408 I

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de uitstekende randen zich aan weerszijden van het lichaam uitstrekken.

9. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de corona-ontladingsruimte is opgebouwd 5 uit tenminste twee, parallelle, elektrisch geaarde platen, tussen welke platen de ontladingselektrode zich evenwijdig uitstrekt.

10. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het element met diode-werking in serie is geschakeld met een LR-kring, welke LR-kring verbonden is met de 10 ontladingselektrode.

11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de inductie-waarde L van de LR-schakeling instelbaar is.

12. Inrichting volgens conclusie 10 of 11, met het kenmerk, dat de inductantie-waarde L gelegen is tussen 1 nH - 1000 mH.

13. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de hoogspanningsbron een AC/DC-pulsomzetter is.

14. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de hoogspanningsbron een AC/DC/AC- 20 omzetter i s.

15. Ontladingselektrode voor toepassing in een inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies en zoals omschreven in conclusie 7 of 8. 25 1024408