NL1036984C2 - Werkwijze en inrichting voor de produktie van ozon en / of radikalen en / of uv straling. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor de produktie van ozon en / of radikalen en / of UV straling

Onderhavige vinding betreft een werkwijze en inrichting voor de produktie van ozon en / of radikalen en / of UV straling gekenmerkt door een microprocessor gestuurde 5 functiegenerator, een versterker bestaande uit tenminste een transistor, een hoogspanningstransformator en een of meerdere elektroden in de vorm van een 2 aderige kabel of andere in massaproduktie te produceren parallelle geleiders met een isolerende coating.

10 Inleiding

Om het wereldwijd groeiend tekort aan drinkwater het hoofd te bieden is een grote behoefte aan duurzame waterzuiveringstechnologie waarmee het mogelijk is om tegen lage energiekosten en zonder gebruik van chemicaliën drinkwater te produceren en afvalwater te reinigen.

15 Onderhavige vinding betreft een waterzuiveringstechnologie met bovengenoemde kenmerken. Met de technologie volgens onderhavige vinding is het mogelijk om zowel op grote schaal (ordegrootte 1000 -10.000 m3 water per uur) als op kleine schaal (ordegrootte 10 liter per uur) water te desinfecteren en / of te zuiveren. De technologie volgens onderhavige vinding verbruikt weinig energie en maakt geen gebruik van 20 chemicaliën. Tevens zijn de investeringen in de benodigde apparatuur om het water volgens onderhavige vinding te behandelen laag. Daarnaast is de apparatuur volgens onderhavige vinding robuust, eenvoudig en compact en kan de energievoorziening van de apparatuur via zonnecellen of een met menskracht aangedreven dynamo geschieden. Naast de zuivering van water kan de technologie volgens onderhavige vinding ook worden 25 toegepast om lucht te zuiveren en / of te desinfecteren, om synthesegas te produceren uit bio-afval, om op veilige wijze radikalen te produceren voor het uitvoeren van chemische reakties zoals het chloreren van organische verbindingen en polymerisatiereakties waaronder emulsiepolymerisatie.

30 Technische beschrijving van onderhavige vinding

De technologie bestaat uit volgens een eerste aspect uit een functiegenerator die een sinus en / of een blokgolf en / of een zaagtand en / of een puls genereert met een zeer nauwkeurig instelbare frequentie. Volgens een tweede aspect bestaat de technologie uit een voeding die een bij voorkeur afgevlakte gelijkspanning levert en die middels transistors 35 op de primaire spoel(en) van een hoogspanningstransformator wordt aangesloten op zodanige wijze dat door de hoogspanningstransformator een stroom vloeit in het ritme van het signaal waarmee de transistors door de functiegenerator worden aangestuurd. De 1036984 2 secundaire spoel van de hoogspanningstransformator heeft een zodanig aantal windingen ten opzichte van de primaire spoel(en) dat de impedantie van de transformator aan de secundaire zijde is afgestemd op de impedantie van een elektrode die een corona vormt zodat ozon en / of radikalen worden geproduceerd.

5 Volgens een derde aspect bestaat de technologie volgens onderhavige vinding uit een elektrode die op de secundaire zijde van de transformator is aangesloten. Deze elektrode kan bestaan uit een klassieke elektrode volgens stand der techniek of uit een 2 aderige kabel waarbij tussen het isolatiemateriaal van de kabel een corana ontstaat. Een 2 aderige kabel is met name geschikt voor toepassing in combinatie met onderhavige vinding 10 aangezien deze goedkoop is, zeer reproduceerbaar in massa kan worden geproduceerd en over de gehele lengte dezelfde dielektrische eigenschappen heeft. Volgens een vierde aspect bestaat onderhavige vinding uit een behuizing waarop aan de buitenkant contacten zijn aangebracht. Deze contacten maken het mogelijk om meerdere behuizingen middels een kliksysteem aan elkaar te koppelen en op deze manier alle behuizingen van stroom te 15 voorzien aangezien de ozongenerator in elke behuizing middels het kliksysteem parallel wordt geschakeld met de overige behuizingen. Volgens een vijfde aspect wordt onderhavige vinding gekenmerkt door een centrale voeding die een veilige laagspanning levert, bij voorkeur 24 V, waarmee alle behuizingen via de contacten van het kliksysteem verbonden zijn.

20 Nu het principe van de technologie volgens onderhavige vinding bekend is volgt een niet limiterende opsomming van een aantal uitvoeringsvormen:

In een eerste uitvoeringsvorm wordt gebruik gemaakt van een schakelende voeding die een gelijkspanning of een wisselspanning in het gebied van 1 Volt tot 100 Volt levert. Bij voorkeur wordt gebruik gemaakt van een gelijkspanning van 24 Volt die wordt geleverd 25 door een bij voorkeur centraal opgestelde schakelende voeding. Deze voeding wordt aangesloten op de contacten van ozongenerator 1. De ozongenerator 1 bevat nog een tweede set contacten die eveneens elektrisch doorverbonden zijn met de gelijkspanning van 24 Volt. Een ozongenerator 2 kan vervolgens middels een kliksysteem aan ozongenerator 1 worden gekoppeld met als resultaat dat de contacten van ozongenerator 1 30 in elektrische verbinding staan met die van ozongenerator 2. Het resultaat is dat ozongenerator 2 op deze wijze elektrisch doorverbonden is met ozongenerator 1 en dus ook met de voeding van 24 Volt. Door een aantal identieke ozongeneratoren te maken, wordt op deze wijze een systeem verkregen dat het koppelen van ozongeneratoren om de capaciteit te verhogen zeer eenvoudig maakt. Aangezien de spanning die van 35 ozongenerator naar ozongenerator wordt doorgegeven een laagspanning is (in dit geval 24 Volt), is het systeem inherent veilig en kan desgewenst gebruik worden gemaakt van een eenvoudig kliksysteem met blootliggende contacten. In elke ozongenerator is een 3 elektrische schakeling aanwezig die de gelijkspanning omzet in een spanning die is afgestemd op de elektrische eigenschappen van de ozonproducerende elektrode. De elektrische schakeling bestaat bij voorkeur uit een microprocessor die op tenminste 1 maar bij voorkeur op 2 kanalen en in tegenfase een gepulseerde gelijkspanning levert. Als kanaal 5 1 is ingeschakeld is kanaal 2 uitgeschakeld en vice versa. De kanalen worden in- en uitgeschakeld met de klokfrequentie van de microprocessor als tijdsbasis. Op deze wijze wordt een zeer stabiele frequentie van de functiegenerator verkregen die nauwelijks verloopt. Het signaal dat de microprocessor levert wordt vervolgens gebruikt om een of meerdere transistors te schakelen die vervolgens met de frequentie waarop de 10 microprocessor is geprogrammeerd een stroom door de primaire spoel van de hoogspanningstransformator laten lopen. Hierdoor ontstaat een spanning in de secundaire spoel van de transformator en loopt een stroom door de elektrode die op de secundaire zijde van de hoogspanningstransformator is aangesloten.

In een tweede uitvoeringsvorm wordt een van de eerdere uitvoeringsvormen toegepast 15 waarbij in elke behuizing die door de centrale voeding van elektrische energie wordt voorzien, de stroom wordt gemeten die aan de ozongenerator in de betreffende behuizing wordt geleverd. Deze meting vindt plaats via een AD converter die is aangesloten op de microprocessor die als functiegenerator dienst doet voor het schakelen van de ozongenerator in de betreffende behuizing. Bij voorkeur is de AD converter geïntegreerd in 20 de microprocessor. Indien de stroom door de elektronische schakeling in de betreffende behuizing te groot wordt, kan ervoor worden gekozen dat de microprocessor uitschakelt en pas weer inschakelt indien de stroomvoorziening wordt onderbroken. Het is de vakman duidelijk dat we op deze wijze een softwarematige zekering hebben gerealiseerd waarbij gebruikt wordt gemaakt van de microprocessor die reeds in elke behuizing aanwezig is om 25 de ozongenerator aan te sturen. Verder is de vakman duidelijk dat de sensor om de stroom te meten die geleverd wordt aan de elektronische schakeling in elke behuizing kan bestaan uit een weerstand in serie met de elektronische schakeling voor de ozongenerator in elke behuizing. Er kan echter ook gebruik worden gemaakt van een lichtsensor, een sensor voor magnetische velden, een sensor voor elektrische velden, een sensor voor 30 elektromagnetische velden, een sensor voor ultrasone trillingen of een acoustische sensor. Desgewenst kan het signaal dat door een of meerdere van deze sensors wordt geleverd worden gebruikt om de werking van elke ozongenerator automatisch via een terugkoppeling te optimaliseren. Dit kan gebeuren door middel van software in de microprocessor die de functiegenerator automatisch op de optimale frequentie instelt indien 35 deze verloopt door bijvoorbeeld slijtage van de elektroden.

In een derde uitvoeringsvorm bestaat de centrale voeding die in uitvoeringsvormen 1 en 2 wordt toegepast uit een schakelende voeding die is opgebouwd op een vergelijkbare wijze 4 als elke individuele voeding voor de ozongenerator in elke behuizing is ontworpen. Een dergelijke voeding bestaat dus bij voorkeur uit een microprocessor die is geprogrammeerd als functiegenerator, schakeltransistors en een transformator. In dit geval wordt bij voorkeur de wisselspanning van het openbaar elektriciteitsnet gelijkgericht. Vervolgens wordt deze 5 gelijkspanning aangesloten op tenminste 1 schakeltransistor, bij voorkeur een FET vergelijkbaar met het type IRF840. De schakeltransistor(s) worden aangestuurd door de microprocessor die wordt gebruikt als functiegenerator en zijn verbonden met tenminste een primaire spoel van een scheidingstransformator. Als gevolg hiervan gaat een stroom door de primaire spoel lopen in het ritme van het signaal dat door de microprocessor wordt 10 gegenereerd. Het gevolg hiervan is dat over de secundaire spoel van de transformator een wisselspanning ontstaat. Door nu de verhouding van het aantal windingen van de primaire en de secundaire spoel volgens bekende principes op elkaar af te stemmen en vervolgens gelijk te richten en eventueel af te vlakken, kan ervoor worden zorggedragen dat de centrale voeding een gelijkspanning van 24V levert. Ook de centrale voeding kan worden 15 beveiligd tegen overbelasting door gebruik te maken van een schakeling zoals beschreven in eerdere uitvoeringsvormen.

In een vierde uitvoeringsvorm wordt, om te voorkomen dat de apparatuur volgens onderhavige vinding andere apparaten stoort, een van de uitvoeringsvormen 1 t/m 3 gecombineerd met gangbare filtertechnieken om te voorkomen dat de wisselspanning die 20 wordt gegenereerd andere apparatuur stoort door verplaatsing via het lichtnet of doordat de schakeling volgens onderhavige vinding zich als zender gedraagt. Opgemerkt wordt hierbij dat het ontwerp van het benodigde filter eenvoudig en efficient is aangezien de wisselspanning met een microprocessor als functiegenerator wordt opgewekt en bijgevolg de frequentie van door de functiegenerator opgewekte wisselspanning niet of nauwelijks 25 verloopt. Hierdoor is het mogelijk om een zeer selectief filter met smalle bandbreedte in te zetten om storing van de schakelende voeding op andere systemen te voorkomen.

Voorbeeld 1

Een accu van V1 die een spanning levert van 24V werd aangesloten op de schakeling in 30 figuur 1. Achtereenvolgens wordt nu de functie van de onderdelen in figuur 1 uitgelegd alsmede de werking van de schakeling. Condensator C3 met een capaciteit van 1000 pF / 100V is een afvlakcondensator die de wisselende belasting van accu V1 opvangt. Transistors T3 en T4 zijn van het type BC547B, worden door een functiegenerator gevoed via punten A en B en dienen voor versterking van het signaal dat door de functiegenerator 35 wordt geleverd. Weerstanden R1 en R2 beiden met een waarde van 100 Ohm begrenzen de stroom die door collector en emitter van transistors T3 en T4 loopt. Transistors T3 en T4 zijn van het type IRF540. De functiegenerator wordt aangesloten op punten A en B. De 5 funtiegenerator levert alternerend een signaal aan punt A en punt B. Met andere woorden: Eerst wordt punt A door de funtiegenerator van een spanning voorzien die gelijk is aan 5 volt. Deze spanning wordt vervolgens gedurende een tijd t1 seconden op 5 volt gehouden. Daarna maakt de functiegenerator de spanning op punt A gelijk aan 0 volt. Zodra de 5 spanning op punt A nul volt bedraagt, schakelt de functiegenerator de spanning op punt B op 5 volt. Deze spanning wordt eveneens gedurende t1 seconden op 5 volt gehouden terwijl de spanning op punt A nog steeds 0 volt bedraagt. Nadat de spanning op punt B gedurende t1 seconden op 5 volt is gehouden, wordt deze weer op 0 volt gebracht en wordt de spanning op punt A weer op 5 volt gebracht. Deze cyclus herhaalt zich eindeloos. 10 Het gevolg hiervan is dat transistors T3 en T4 alternerend ingeschakeld en uitgeschakeld worden. Dit heeft vervolgens tot gevolg dat via C2 met een capaciteit van 4.7 pF en R6 met een waarde van 300 Ohm, de FETT1 en via C1 met een capaciteit van 4.7 pF en R5 met een waarde van 300 Ohm, de FETT2 alternerend worden geschakeld. Het gevolg hiervan is dat de stroom door de primaire spoel van transformator TR1 via de centertip van TR1 15 alternerend door FET T1 en FET T2 loopt. Dit leidt ertoe dat transformator TR1 op zeer efficiënte wijze wordt voorzien van een wisselstroom die in dit geval door TR1 omhoog wordt getransformeerd naar een gewenste waarde i e., naar die waarde die nodig is om de belasting L1, de elektrode, op het gewenste vermogen te laten werken.

Nu de werking van de schakeling in figuur 1 bekend is wordt kort uiteengezet hoe op 20 efficiënte wijze het gewenste signaal met grote nauwkeurigheid en stabiliteit op punten A en B kan worden gerealiseerd. Dit wordt gedaan met een microprocessor. In dit geval is gebruik gemaakt van de microprocessor PIC16F84A maar voor de toepassing volgens onderhavige vinding is een scala aan microprocessors bruikbaar. Deze microprocessor werd gevoed via accu V1. Hiertoe werd de spanning van 24V die door V1 wordt geleverd 25 omlaag gebracht door toepassing van een spanningsregelaar van het type LM317. Deze spanningsregelaar werd volgens het schema in de bijbehorende datasheet ingesteld op een constante spanning van 5 Volt. Deze uitgangsspanning van de LM317 werd aan de microprocessor gevoed. Verder werd de kloksnelheid van de microprocessor ingesteld door gebruik te maken van een extern 20 MHz kristal, een en ander zoals aangegeven in de 30 datasheet van de PIC16F84A. De microprocessor werd geprogrammeerd om alternerend uitgang RB1 en RB2 "hoog" te maken (dus op 5 volt te brengen). De uitgang RB1 werd op punt A in figuur 1 aangesloten en de uitgang RB2 op punt B. Door de zojuist beschreven schakeling toe te passen kan softwarematig de gewenste frequentie worden ingesteld waarop de schakelende voeding werkt. Hierdoor kan de schakeling flexibel worden ingezet. 35 De microprocessor PIC16F84A werd geprogrammeerd op een frequentie van 6 kHz. Als transformator TR1 werd een zelfgewikkelde hoogspanningstransformator met centertip aan de primaire zijde toegepast die de spanning van de primaire spoel omhoogtransformeert 6 naar 15 kV. Op de secundaire spoel werd een stuk 2 aderige luidsprekerkabel van 60 cm aangesloten, in figuur 1 aangeduid met L1. De schakeling werd aangezet en het bleek dat de ozongenerator een sissend geluid maakte, dat een paarse coronagloed tussen beide geleiders van de 2 aderige kabel ontstond en dat het binnen enkele seconden naar ozon 5 rook. Verder bleek de schakeling zeer efficient. De FETs T1 en T2 werden niet warm bij een opgenomen vermogen van 20 Watt.

Het is voor de vakman duidelijk dat deze schakeling nog aanzienlijk kan worden geoptimaliseerd. Het voorbeeld toont echter zeer duidelijk aan dat de technologie volgens onderhavige vinding werkt en dat ozongenerators met een zeer hoge efficiency van energie 10 kunnen worden voorzien waarbij de energiebron een laagspanning is die in dit geval 24 Volt bedraagt. Opgemerkt wordt dat de schakeling voor het slim koppelen van ozongenerators met een kliksysteem zoals beschreven in deze aanvraag slechts een voorbeeld is. Het systeem zoals beschreven in deze aanvraag alsmede de elektronische besturing is algemeen toepasbaar voor ozongeneratorssystemen. Dergelijke 15 ozongeneratorssytemen maken nadrukkelijk deel uit van onderhavige vinding.

20 25 30 35 1036984

Claims (27)

1. Inrichting voor de produktie van ozon of radikalen of UV straling gekenmerkt door • tenminste een voedingsbron voor het leveren van elektrisch vermogen aan een belasting werkzaam verbonden met S · een functiegenerator en • middelen om de frequentie van de wisselspanning of de wisselende gelijkspanning die de functiegenerator levert nauwkeurig in te stellen en stabiel te houden en • een versterker om het signaal dat de functiegenerator levert te versterken in 10 spanning en / of stroom omvattende tenminste een transistor of elektronenbuis en • tenminste een hoogspanningstransformator die werkzaam verbonden is met de versterker en • tenminste twee elektroden die werkzaam verbonden zijn met de uitgang van 15 de hoogspanningstransformator

2. Inrichting conclusie 1 waarbij tenminste een deel van de elektroden uit 2 parallelle geleiders met daartussen een isolerende coating bestaat

3. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 en 2 waarbij de elektroden uit tenminste een 2 aderige kabel, zoals een commercieel verkrijgbare 20 luidsprekerkabel, bestaan.

4. Een eerste inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 4 waarbij op de behuizing van deze eerste inrichting elektrische contacten zijn aangebracht en tenminste een tweede inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 4 waarbij op de behuizing van deze tweede inrichting eveneens elektrische contacten 25 zijn aangebracht waarbij de eerste inrichting en tenminste een tweede inrichting parallel worden geschakeld door de contacten op de behuizing werkzaam met elkaar te verbinden en bijgevolg de eerste inrichting en tenminste een tweede inrichting gevoed worden vanuit eenzelfde voedingsbron.

5. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 4 waarbij de 30 voedingsbron een wisselspanning of een gelijkspanning levert die lager is dan 100 Volt.

6. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 4 waarbij de vodingsbron een wisselspanning of een gelijkspanning levert die lager is dan of gelijk is aan 24 volt.

7. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 4 waarbij de voedingsbron een gelijkspanning of een wisselspanning levert die lager is dan of gelijk is aan 12 Volt. 1036984

8. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 4 waarbij de voedingsbron een gelijkspanning of een wisselspanning levert die lager is dan of gelijk is aan 6 Volt.

9. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 8 waarbij de 5 voedingsbron die een gelijkspanning of een wisselspanning levert tenminste een batterij of een accu of een zonnecel of een met menskracht aangedreven dynamo bevat.

10. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 9 waarbij de functiegenerator en de middelen om de frequentie van de wisselspanning of de 10 wisselende gelijkspanning die de functiegenerator levert nauwkeurig in te stellen zijn geïntegreerd in een microprocessor volgens de definitie in deze aanvrage, bij voorbeeld een microcontroller van het type PIC16F84A.

11. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 10 vermeerderd met een sensor die het vermogen dat door de inrichting wordt opgenomen direct of 15 indirect meet en die de inrichting uitschakelt zodra het vermogen een ingestelde waarde overschrijdt.

12. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 11 waarbij de sensor een weerstand in serie met de voedingsbron is.

13. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 11 waarbij de sensor 20 een lichtsensor is.

14. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 11 waarbij de sensor een ultrasone sensor of een acoustische sensor is.

15. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 11 waarbij de sensor een sensor voor magnetische velden is.

16. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 11 waarbij de sensor een sensor voor elektrische velden is.

17. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 11 waarbij de sensor een sensor voor elektromagnetische velden is.

18. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 17 waarbij met behulp 30 van het signaal dat door de sensor wordt gemeten middels software in een microprocessor de frequentie van de functiegenerator op de optimale waarde wordt ingesteld zodra deze optimale frequentie afwijkt van de gewenste waarde door slijtage van de elektroden.

19. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 18 waarbij de 35 voedingsbron een schakelende voeding is.

20. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 19 waarbij de frequentie van de functiegenerator wordt gestabiliseerd door toepassing van een kristal. 1 036984

21. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 20 vermeerderd met een filter met een zeer smalle bandbreedte om storing via de voedingsbron of door antennewerking op andere systemen in de omgeving te voorkomen.

22. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 21 waarbij de 5 hoogspanningstransformator van het type push pull transformator is met tenminste een centertip aan de primaire zijde.

23. Werkwijze voor de produktie van ozon of radikalen met een inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 22 gekenmerkt door het toepassen van • een functiegenerator 10. middelen om de frequentie van de wisselspanning of de wisselende gelijkspanning die de functiegenerator levert nauwkeurig in te stellen en stabiel te houden • een versterker om het signaal dat de functiegenerator levert te versterken in spanning en / of stroom omvattende tenmbinste een transistor of 15 elektronenbuis • tenminste een hoogspanningstransformator

24. Werkwijze voor zuivering van water waaronder desinfectie van water met een inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 22 gekenmerkt door het het in contact brengen van water met ozon of water met radikalen die middels de 20 inrichting volgens conclusies 1 t/m 22 zijn geproduceerd.

25. Werkwijze voor de zuivering van lucht met een inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 22 gekenmerkt door het het in contact brengen van lucht met ozon of van lucht met radikalen die middels de inrichting volgens conclusies 1 t/m 22 zijn geproduceerd.

26. Werkwijze voor het uitvoeren van chemische reakties zoals het chloreren van organiche verbindingen en polymerisatiereakties waaronder emulsiepolymerisatie met een inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 22 gekenmerkt door het het in contact brengen van organische verbindingen waaronder monomeren met ozon of met radikalen die middels de inrichting volgens conclusies 30. t/m 22 zijn geproduceerd.

27. Werkwijze voor de produktie van synthesegas uit bio-afvai met een inrichting volgens conclusies 1 t/m 22 gekenmerkt door het het in contact brengen van bio-afval met ozon of met radikalen die middels de inrichting volgens conclusies 1 t/m 22 zijn geproduceerd. 1036984 35