TWI436820B - 臭氧產生裝置及控制放電模組產生臭氧的方法 - Google Patents

Description

臭氧產生裝置及控制放電模組產生臭氧的方法

本發明是有關於一種臭氧產生裝置，以及控制放電模組產生臭氧的方法。

利用放電原理來產生臭氧的裝置已屬公知，此類裝置的控制方法一般是PID控制方法，即透過對放電產生單元頻繁地進行通電、斷電動作來控制臭氧濃度在預定範圍內。

然而，此類裝置及其控制方法在於控制不精確，即無法精確控制輸入至放電產生單元的電壓，以致於無法精確控制放電產生單元的臭氧生成量，而且頻繁地對放電產生單元進行通電、斷電控制，也容易縮短放電產生單元的壽命。

根據一實施範例，為了延長放電模組中放電產生單元的壽命(例如放電燈管、或是管式放電元件的壽命)，本實施例把習知的PID控制動作，即重覆開關放電模組的動作(例如對燈管或管式放電元件頻繁地進行通電/斷電的動作)，轉換為本實施例的維持開著放電模組，但切換於產生臭氧、停止產生臭氧的動作，因而避免了重覆開關放電模組所造成其壽命縮減。

根據另一實施範例，為了延長放電模組的壽命，本實施例藉由設定一個預定比例來限制輸入至放電模組的功率，例如可根據放電模組的使用時數來決定此預定比例，使用時數愈長則預定比例愈大。經由此特徵可進一步延長放電模組的使用壽命。

因此根據一實施範例提出一種臭氧產生裝置，包括：藉由放電反應產生臭氧的放電模組、以及功率控制模組。功率控制模組適於接受一電源輸入，並輸出一控制後的功率至放電模組。功率控制模組包括數位線性控制器、開關以及逆變器依序連接而構成。數位線性控制器包括：通訊埠、微處理單元、數位類比轉換單元依序連接而構成。通訊埠接受電源輸入並傳送至微處理單元。微處理單元接受電源輸入並輸出一功率控制指令至數位類比轉換單元。數位類比轉換單元具有低功率轉換部以及設定功率轉換部，且根據功率控制指令選擇低功率轉換部及設定功率轉換部其中之一。

另根據一實施範例還提供一種控制放電模組產生臭氧的方法，經由PID控制方法控制連接至放電模組的逆變器的開及關，以控制放電模組的放電以產生並維持預定的臭氧濃度。本控制方法包括：當PID控制方法欲控制逆變器呈關狀態時，控制逆變器仍呈開狀態且控制逆變器的輸入電壓至第一電壓範圍，以使逆變器產生一低功率。此低功率大於零且不致使放電模組放電至產生臭氧的程度。維持逆變器的輸入電壓至第一電壓的範圍，直至PID控制方法控制逆變器呈開狀態。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請參考圖1，其繪示依照本實施例的一種臭氧產生裝置的示意圖。

[臭氧產生裝置]

臭氧產生裝置100包括：藉由放電反應產生臭氧的放電模組110、以及功率控制模組120。此功率控制模組120，適於接受電源輸入，並輸出控制後的功率至放電模組110。

放電模組110包括放電產生單元112。此放電產生單元112包括放電元件112a，例如是UV放電燈、或管式放電元件。例如是在一套筒111中配置基座112b，並於基座112b上連接至少一放電元件112a(UV燈管、或者是管式放電元件)。此套筒111例如是圓柱型的抗臭氧不鏽鋼氣密式套筒，或其他類似的結構。值得注意的是，在此並不限定放電產生單元112是何型式(UV燈管型式、或者是管式放電型式)，只要是藉由放電來產生臭氧的結構或手段皆屬之，且此類的放電單元112亦可使用一般的公知手段。

上述放電單元112中的放電元件112a的數量(UV燈管數量、或者是管式放電元件數量)一般不予限制，但需注意燈管之間、管式放電元件之間保持適當的配置，以獲得較佳的放電效果。該配置方式，舉例如下：請參考圖3A~3D，其繪示依照本實施例的放電模組中的放電產生單元中的燈管或放電元件的排列配置圖。

在套筒111中配置有基座112b，基座112b上排列著燈管112a。當放電單元112包括三個以上的燈管(或是管式放電元件)112a時，可使燈管(或是管式瓷放電元件)112a呈等間隔配置於第一圓周路徑C1。其實施方式例如是對插設燈管(或放電元件)112a的基座112b進行適當的佈置，使其在某個圓周曲線(如第一圓周路徑C1)上呈等間隔配置，便可達成此種結構。

如圖3A所示，當排列三個燈管112a時，各燈管112a的分布大致是如圖中的虛線所示，為”Y”字上的三個端點，以等間距的方式排列在第一圓周路徑C1上，使得各燈管112a與基座112b的圓心呈等距，且各燈管112a也與基座112b的套筒111等距。

如圖3B所示，當排列四個燈管112a時，各燈管112a的分布大致是如圖中的虛線所示，為”十”字上的四個端點，以等間距的方式排列在第一圓周路徑C1上，使得各燈管112a與基座112b的圓心呈等距，且各燈管112a也與基座112b的套筒111等距。

如果燈管數量(或是管式放電元件數量)較多時，可圍第二圈(第二圓周路徑C2)繼續排列。

同理類推，請參照圖3C，當排列六個燈管時，可比照圖3A的排列方式排成兩圈，即第一圓周路徑C1與第二圓周路徑C2，且在各圓周路徑C1、C2上各排列三個燈管112a，且各圈的燈管112a彼此錯開。

請再參照圖3D，當排列八個燈管時，可比照圖3B的排列方式排成兩圈，即第一圓周路徑C1與第二圓周路徑C2，且在各圓周路徑C1、C2上各排列四個燈管112a，且各圈的燈管112a彼此錯開。

再請參照圖4，其繪示多個燈管呈多圈配置的例子。舉例而言，可把多個燈管(或是多個管式放電元件)112a分成多組，每組包括至少三個燈管(或管式放電元件) 112a，且同組的燈管(或管式放電元件) 112a是等間隔配置於同一圓周路徑上，不同組的燈管(或放電元件)112a則設於不同的圓周路徑上。例如第一組的燈管(或放電元件) 112a是配置於第一圓周路徑C1上，而第二組的燈管(或放電元件) 112a則是配置於第二圓周路徑C2上，第三組的燈管(或放電元件) 112a則是配置於第三圓周路徑C3上，以此類推，其中不同組的圓周路徑C1~C3為直徑不同的同心圓。藉由此方式適當地配設基座的位置，便可達成此種結構。圖4僅為例示，於圖4中是以3組圓周路徑為例，當然可以減為1條，也可為2條以上，可根據放電產生單元112的放電需求而調整。

[功率控制模組]

以下參照圖2，進一步說明功率控制模組的結構。

功率控制模組120包括數位線性控制器122、開關124以及逆變器126依序連接而構成。此開關124適於接受一開關指令而執行開關動作。舉例而言，開關指令可由PID控制器130(見圖1)傳送到上述開關124。

且在上述臭氧產生裝置100中，還可加入分析儀140，例如為臭氧分析儀，配置於放電模組110產生臭氧的一端，以分析產生的臭氧濃度，並根據分析結果輸出一回饋訊號至PID控制器130。

[數位線性控制器]

如圖2所示，數位線性控制器122包括：通訊埠122a、微處理單元(MCU)122b、數位類比轉換單元122c依序連接而構成。微處理單元122b控制逆變器126產生的功率與數位類比轉換單元122c所輸出的電壓(後述的第一或第二電壓)呈線性變化。

通訊埠122a包括RS232、或RS485的輸入輸出單元，但不限於此，可接受電源輸入並傳送至微處理單元122b。微處理單元122b接受此電源輸入並輸出一功率控制指令至數位類比轉換單元122c。

數位類比轉換單元122c具有低功率轉換部DAC1以及設定功率轉換部DAC2，且數位類比轉換單元122c根據功率控制指令選擇低功率轉換部DAC1及設定功率轉換部DAC2其中之一。當選擇低功率轉換部DAC1時，低功率轉換部DAC1輸出第一電壓經由開關124至逆變器126，使逆變器126產生一低功率。此低功率大於零且不足以使放電模組110放電而產生臭氧。在這裏的第一電壓是一個範圍值，其具體數值可根據放電模組110的操作特性而調整，舉例而言可參照放電模組110在不同輸入功率的情況下的放電情況、及導致臭氧產生的狀況來調整。

經由上述特徵，本實施例可使逆變器126在低功率、及啟動燈管放電的狀態之間切換，可延長放電模組110中的放電產生單元112的使用壽命。

當選擇設定功率轉換部DAC2時，設定功率轉換部DAC1輸出第二電壓經由開關124至逆變器126，使逆變器126產生一設定功率。此設定功率為逆變器126能夠產生的極限功率乘以小於等於100%的一預定比例。同理，在這裏的第二電壓也可以是一個範圍值，其具體數值可根據放電模組110的操作特性而調整，舉例而言可參照放電模組110在不同輸入功率的情況下的放電情況、及導致臭氧產生的狀況來調整。

舉例而言，當放電模組110中的放電產生單元112的放電元件112a(放電燈、或管式放電元件)還很新的時候，可把此預定比例設為70%上下某個範圍，等過一陣子，例如使用2萬小時之後，再把預定比例調高至80%上下某個範圍，以此類推。經由此特徵可進一步延長放電模組的使用壽命。也就是說，可根據放電模組的使用時數來決定此預定比例，使用時數愈長則預定比例愈大。且預定比例亦可隨著使用時數呈階段性變化。且此處的預定比例僅為例示，可為0~100%中的任意數字，也可參照放電元件出廠時的性能及對放電模組的放電強度需求而適當調整。

上述設定預定比例及第一電壓、第二電壓的方式，舉例而言，可透過電腦150，利用通訊埠122a連接至電腦150，經由電腦150輸入上述功率控制指令至微處理單元122b，以決定上述第一電壓、第二電壓、及預定比例。通訊埠122a亦適於將數位類比轉換單元122c輸出的上述第一電壓或第二電壓的資料傳送到電腦150。

[控制放電燈產生臭氧的方法]

以下說明依照本實施例的控制方法。

本實施例的控制放電模組產生臭氧的方法，是經由PID控制方法控制與放電模組110連接的逆變器126的開及關，以控制該放電模組110的放電以產生並維持預定的臭氧濃度。也就是說，當臭氧濃度達預定範圍時，便把逆變器126關掉，當濃度低下時，更再打開逆變器126。值得注意的是，本實施例此處所謂的把逆變器126關掉，並不需實際切掉逆變器126的輸入電壓，而是仍給予逆變器126一個第一電壓，以使該逆變器126產生一低功率，此低功率大於零且不致使放電模組110放電至產生臭氧的程度。

如同圖2的功率模組的方塊圖可知，藉由把逆變器126連接到開關124，並以PID控制器130(見圖1)來控制開關124的開及關便可達到此功效。

請參照圖5，其繪示依照本實施例的控制放電模組產生臭氧的方法。如步驟S120，以PID控制方法控制與放電模組110連接的逆變器126，使放電模組110產生臭氧(見步驟S130)。接著如步驟S140，檢測是否達預定臭氧濃度。當未達預定臭氧濃度時，執行步驟S160，持續產生臭氧。當檢出已達預定臭氧濃度時，即當PID控制方法欲控制逆變器126呈關狀態時，執行步驟S150，本實施例使逆變器126仍呈開狀態，並控制逆變器126的輸入電壓至第一電壓範圍，以使逆變器126產生低功率。此低功率大於零且不足使放電燈放電至足以產生臭氧的程度。

如步驟S170，維持逆變器126的輸入電壓至此第一電壓範圍，直至PID控制方法欲控制逆變器126呈開狀態為止(即直至臭氧濃度落至預定值以下而執行步驟S160為止)。

根據此特徵，本實施例在控制過程中，當需暫緩產生臭氧時，可將放電模組110維特在一低功率但仍呈開啟狀態。把習知的PID控制動作，即重覆開關放電模組中的放電產生單元的動作(頻繁地通電、斷電的動作)，轉換為本實施例的維持著放電模組的仍有輸入功率的狀態下，僅切換於產生臭氧、停止產生臭氧的控制，因而避免了重覆開關放電模組110造成其壽命縮減。

此外，請參照圖6，為了進一步延長放電模組110的壽命，本實施例的控制方法也可包括了使用設定率的步驟S110:執行步驟S112，控制逆變器126的輸入電壓至第二電壓範圍，以使逆變器126產生一設定功率。此設定功率為逆變器126能夠產生的極限功率(即最大可達功率)乘以小於等於100%的一預定比例。

接著執行步驟S114，根據放電模組的使用時數來決定預定比例，如同上述關於臭氧產生裝置100中所說明，舉例而言，當放電模組110中的放電產生單元112的放電元件112a(放電燈、或管式放電元件)還很新的時候，可把此預定比例設為70%上下某個範圍，經過一段時間，例如使用2萬小時之後，再把預定比例調高至80%上下某個範圍，以此類推。經由此特徵可進一步延長放電模組的使用壽命。

也就是說，可根據放電模組的使用時數來決定此預定比例，使用時數愈長則預定比例愈大。且預定比例亦可隨著使用時數呈階段性變化。

至於，如何設定這個預定比例，則如前述臭氧產生裝置100的例子，可利用電腦150連接到數位線性控制器122中的通訊埠122a，藉此，可對微處理單元122b下相關的指命並進行相關的數值設定。

上述圖6的控制方法也可單獨使用，也可併入圖5的步驟中一併使用，例如插入於步驟S130之前的任何階段。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．臭氧產生裝置

110．．．放電模組

112．．．放電產生單元

112a．．．放電元件(燈管或陶瓷放電元件)

112b．．．基座

120．．．功率控制模組

130．．．PID控制器

140．．．分析儀

150．．．電腦

圖1繪示根據一實施例的一種臭氧產生裝置的示意圖。

圖2繪示根據一實施例的臭氧產生裝置中的功率模組的方塊圖。

圖3A~3D繪示根據一實施例的放電模組中的放電產生單元中的燈管或放電元件的排列配置圖。

圖4繪示根據一實施例的放電模組中的放電產生單元中的燈管或放電元件的排列配置圖。

圖5繪示根據一實施例的控制放電模組產生臭氧的方法流程圖。

圖6繪示一實施例的控制放電模組產生臭氧的方法中的使用設定功率的步驟示意圖。

S120~S170．．．本發明實施例的控制放電模組產生臭氧方法的各步驟

Claims (18)

1. 一種臭氧產生裝置，包括：一放電模組，藉由放電反應產生臭氧；以及一功率控制模組，適於接受一電源輸入，並輸出一控制後的功率至該放電模組，該功率控制模組包括一數位線性控制器、一開關以及一逆變器依序連接而構成，其中該數位線性控制器包括：一通訊埠、一微處理單元、一數位類比轉換單元連接而構成，其中該通訊埠接受該電源輸入並傳送至該微處理單元；該微處理單元接受該電源輸入並輸出一功率控制指令至該數位類比轉換單元；以及該數位類比轉換單元具有一低功率轉換部以及一設定功率轉換部，且該數位類比轉換單元根據該功率控制指令選擇該低功率轉換部及該設定功率轉換部其中之一，其中該數位類比轉換單元當選擇該低功率轉換部時，該低功率轉換部輸出一第一電壓經由該開關至該逆變器，使該逆變器產生一低功率，該低功率大於零且不致使該放電模組放電至產生臭氧的程度；當選擇該設定功率轉換部時，該設定功率轉換部輸出一第二電壓經由該開關至該逆變器，使該逆變器產生一設定功率，該設定功率為該逆變器能夠產生的 極限功率乘以小於等於100%的一預定比例。
2. 如申請專利範圍第1項所述的臭氧產生裝置，其中該微處理單元控制該逆變器產生的功率與該數位類比轉換單元所輸出的該第一電壓或該第二電壓呈線性變化。
3. 如申請專利範圍第1項所述的臭氧產生裝置，其中該通訊埠連接至一電腦，經由該電腦輸入該功率控制指令至該微處理單元，以決定該第一電壓、該第二電壓、及該預定比例。
4. 如申請專利範圍第1項所述的臭氧產生裝置，其中該通訊埠適於連接至一電腦，以將該數位類比轉換單元輸出的該第一電壓或該第二電壓的資料傳送到該電腦。
5. 如申請專利範圍第1項所述的臭氧產生裝置，其中該開關適於接受一開關指令而執行開關動作。
6. 如申請專利範圍第5項所述的臭氧產生裝置，其中該開關指令是由一PID控制器傳送到該開關。
7. 如申請專利範圍第6項所述的臭氧產生裝置，更包括一分析儀，配置於該放電模組產生臭氧的一端，以分析產生的臭氧濃度，並根據分析結果輸出一回饋訊號至該PID控制器。
8. 如申請專利範圍第1項所述的臭氧產生裝置，其中該放電模組包括一放電產生單元。
9. 如申請專利範圍第8項所述的臭氧產生裝置，其中該放電產生單元包括UV放電燈、或管式放電元件。
10. 如申請專利範圍第9項所述的臭氧產生裝置，其中 該UV放電燈包括至少一個燈管。
11. 如申請專利範圍第10項所述的臭氧產生裝置，其中該放電產生單元包括一套筒，該UV放電燈配置於該套筒內，該UV放電燈包括三個以上燈管，等間隔配置於第一圓周路徑並與該套筒等距。
12. 如申請專利範圍第11項所述的臭氧產生裝置，其中該些燈管，分成多組，每組包括至少三個燈管，且各組的該些燈管是等間隔配置於一圓周路徑並與該套筒等距，各圓周路徑為直徑不同的同心圓。
13. 如申請專利範圍第9項所述的臭氧產生裝置，其中該放電產生單元包括一套筒，該管式放元件配置於該套筒內，該管式放電元件為三個以上，等間隔配置於第一圓周路徑並與該套筒等距。
14. 如申請專利範圍第13項所述的臭氧產生裝置，其中該些管式放電元件，分成多組，每組包括至少三個管式放電元件，且各組的該些管式放電元件是等間隔配置於一圓周路徑並與該套筒等距，各圓周路徑為直徑不同的同心圓。
15. 如申請專利範圍第1項所述的臭氧產生裝置，其中該通訊埠包括RS232、或RS485的輸入輸出單元。
16. 一種控制放電模組產生臭氧的方法，經由一PID控制方法控制連接至該放電模組的一逆變器的開及關，以控制該放電模組的放電以產生並維持預定的臭氧濃度，該方法包括： 當該PID控制方法欲控制該逆變器呈關狀態時，控制該逆變器仍呈開狀態且控制該逆變器的輸入電壓至一第一電壓的範圍，以使該逆變器產生一低功率，該低功率大於零且不致使該放電模組放電至產生臭氧的程度；維持該逆變器的該輸入電壓至該第一電壓的範圍，直至該PID控制方法控制該逆變器呈開狀態；以及控制該逆變器的該輸入電壓至一第二電壓的範圍，以使該逆變器產生一設定功率，該設定功率為該逆變器能夠產生的極限功率乘以小於等於100%的一預定比例。
17. 如申請專利範圍第16項所述的控制放電模組產生臭氧的方法，更包括決定該預定比例的步驟，根據該放電模組的使用時數來決定該預定比例，該使用時數愈長則該預定比例愈大。
18. 如申請專利範圍第16項所述的控制放電模組產生臭氧的方法，其中該預定比例隨著該使用時數呈階段性變化。