Verfahren zum Betreiben eines Ozonerzeugers und Ozonerzeuger
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines zur Erzeugung von Sau- erstoffionen, Sauerstoffatomen und Ozon in der Luft dienenden Ozon/ Sauerstoffionen/ Sauerstoff atomer zeuger, sowie einen derartigen Ozon/ Sauerstoff ionen/- Sauerstoffatomerzeuger.
Es besteht vielfach der Wunsch, in Belüftungsanlagen von Gebäuden, Fahrzeugen, Klimageräten und Kraftfahrzeugen als auch in kompakten Luftaufbereitungs- und Luftkonditionierungsanlagen die Luft nicht nur von Stäuben und Partikeln zu befreien, sondern auch von Gerüchen und vor allem von Keimen ( Bakterien und Pilze ) zu befreien.
Die Oberfläche des Verdampfers als auch eingesetzte Filter in Fahrzeugen mit Klimaanlagen sind Nährboden für Keime und Pilze aller Art. Die vom Luftstrom abgerissenen und in die Kabine bzw. in Räume getragenen Bakterien, Pilze und Keime sowie die Stoffwechselprodukte der Bakterien, Pilze und Keime sondern einen üblen Geruch ab und sind gesundheitlich bedenklich.
Durch die DE 199 31 366.0 ist eine flache Baugruppe mit planarem Aufbau vorgeschlagen worden, die vorteilhaft und langzeitstabil Ozon und Sauerstoffionen nach dem physikalischen Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung nach Anlegen einer elektrischen Hochfrequenz-Hochspannung erzeugt.
In der DE 100 13 841.1 ist z.B. ein Verfahren angegeben, die Ozon und Ionenproduktion mit Hilfe einer elektrischen Regelschaltung konstant zu halten, weil die Ozon- und Ionenproduktion verschiedensten Einflüssen unterliegt und auch weil bei Langzeitbetrieb sich die elektrischen und mechanischen Werte der zur Ozon- und Ionenproduktion eingesetzten Baugruppen verändern.
Das wirkt sich vorteilhaft auf die Ozon- und Ionenproduktion auf, so daß ohne Einsatz dieser Erfindung keine konstanten Bedingungen erreicht werden, was bei der bekannten Toxizität von Ozon bedenklich ist.
Aus der DE 100 58 476.4 ist es bekannt, die Produktionsmenge von Ozon- und Sauerstoffionen als Funktion der Luftmenge zu begreifen und mit Signalen des die Ventilatoren steuernden zentralen Lüftungssteuergerätes so auf den Ozon- und Ionenerzeuger einzuwirken, daß auch bei unterschiedlichen Luftmengen eine konstante Konzentration an Ozon und Ionen entsteht. Dies ist die Voraussetzung für eine kontrollierte und sichere Funktion der Geräte, weil bei zu geringer Konzentration keine wesentliche Wirkung mehr besteht und weil bei zu hoher Ozonkonzentration negative Effekte auf das beteiligte Material erfolgen, ohne daß die lufttechnische Wirkung größer wird.
In der DE 196 51 403.7 ist vorgeschlagen, einen Ozon- und Ionenerzeuger in Strömungsrichtung vor dem Verdampfer in Klimaanlagen von z.B. Kraftfahrzeugen, Gebäuden oder kompakten Klimatisierungsanlagen eine Ozon- und Ionenquelle anzuordnen und den feuchten Verdampfer mit Ozon- und Luftionen zu umströmen. Vor allem Ozon löst sich im Wasser auf der Oberfläche des Verdampfers und bildet Hydroradikale, die extrem bakterizid und fungizid wirken und erprobt und sicher jegliche biologische Aktivität auf der Oberfläche des Verdampfers unterbinden. In Strömungsrichtung nach dem Verdampfer wird ein Katalysator vorgeschlagen, der überschüssigen Ozon zu normalem zweiatomigem Sauerstoff abbaut. Diese Erfindung ist vorteilhaft zum sicheren, sterilem Betrieb von Klimaanlagen aller Art, insbesondere von solchen in Kraftfahrzeugen.
Ergänzend wurde in der DE 199 33 180.4 vorgeschlagen, die Ozon- und Ionenquelle vor dem Lufteinlaß und vor dem Luftfilter anzuordnen. Dieser Luftfilter ist so ausgerüstet, daß überschüssigen Ozon katalytisch abgebaut werden kann.
Das Verständnis des komplexen Wirkungsmechanismusses und insbesondere die Wirkung von in Wasser gelöstem Ozon (es werden Hydroradikale gebildet) ist von Bedeutung, weil Wasser sich auf allen Oberflächen und in allen Materialien befindet und dieses Wasser mit zugeführtem Ozon Hydroradikale bildet, welche extrem wirksam gegen Bakterien, Viren und Pilzen als auch Gerüchen sind und weil die Oxidationskraft und damit die Bakterizidität des in Hydroradikalen abgespalteten einatomigen Sauerstoffes ( 0;ι) sehr viel höher ist als die Oxidationskraft des Ozon O3.
In den vorgenannten Patentanmeldungen wird die Wirkung vor allem auf die oxidative chemische Wirkung des dreiatomigen und einatomigen Sauerstoffs abgestellt.
Die vorgeschlagenen Problemlösungen machen die Handhabung von Ozonisierungseinrichtungen sicherer und berechenbarer.
Es ist bekannt, Luft mit Hilfe hoher elektrischer Spannungen zu ionisieren. Prinzipiell entsteht dabei Ozon, wenn es zu energiereichen Entladungen im Raum kommt ( Stoßionisation ). Die Ionisation erfolgt zumeist mit der Methode der Koronarentladung ( Spitzenentladung ). Dabei ragen feine Spitzen in den Luftraum, die an eine Hochspannungsquelle angeschlossen sind. Diese Spitzen können auch zu Bündeln zusammengefaßt werden, die feinen Pinseln ähneln. Als Materialien sind Metallnadel, Metallfäden, und neuerdings auch elektrisch leitfähige Kunststoffe bekannt. Auch sehr dünne Drähte werden als Elektrode eingesetzt. Der andere Pol der Hochspannungsquelle liegt an einer großflächigen Gegenelektrode. An den Spitzen entsteht ein hohes elektrisches Feld. Es kommt dort zum Austritt von Elektronen, die sich auf benachbarte Luftmoleküle bzw. auf in der Luft befindliche Teilchen, Partikel oder sogar Bakterien setzten und insofern Ionen bilden. Vor allem luftgetragene Partikel aller Art werden bevorzugt ionisiert und tragen insofern eine negative elektrische Ladung. Diese elektrische Ladung
veranlaßt die ionisierten Partikel sich auf Oberflächen ( Abscheide- Elektrode ) abzulagern um dort das überschüssige Elektron abzugeben.
Vom Ergebnis her kommt es zu einer Befreiung der Luft von Partikeln und Keimen, was in sogenannten elektrostatischen Luftaufbereitungsgeräten und Entstaubungsanlagen seit Jahrzehnten industriell ausgenutzt wird.
Bei Apparaten nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung, wie zum Beispiel bei der seit 1857 ( Analen der Physik ) bekannten Siemensröhre oder bei dem in DE 199 31 366.0 beschriebenen Flachmodul, entstehen sowohl Ionen als auch Ozon. Die chemische Reaktivität von Ozon ist höher als die chemische Reaktivität von Sauerstoffionen. Die Nützlichkeit luftgetragener Sauerstoffionen ist in zahlreichen Arbeiten beschrieben worden und ein Prinzip der Natur zur Reinigung der Luft von Partikeln als auch zur Sterilisierung von Luft und von Oberflächen. In einigen Arbeiten wird berichtet, daß ionisierte Luft positiv auf das vegetative Nervensystem von Menschen und Tieren einwirken. Im Experiment konnte nachwiesen werden, daß unter Einfluß ionisierter Luft der Serotonin- Spiegel im Serum ansteigt.
Weiter ist medizinisch durch Messung des Sauerstoffpartialdruckes im Blut bewiesen, daß die Sauerstoff aufnähme des Blutes nachhaltig verbessert wird, wenn die Luft ionisierten Sauerstoff enthält.
Da in der Natur unter Einwirkung von zum Beispiel ionisierendendem ultravioletten Sonnenlichtes stets sowohl ein- und dreiatomiger Ozon als auch zweiatomige Sauerstoffionen entstehen, liegt es nahe, dieses hochwirksame und nützliche Prinzip der Natur technisch zur Aufbereitung von Luft auszunutzen.
Die seit langem bekannte Spitzenionisation nach dem Koronarprinzip hat den prinzipiellen Nachteil, daß die Spitzen sich im Betrieb permanent verbrauchen und daß dazu Einflüsse wie Luftfeuchte, Distanz zur Gegenelektrode, schwankende
Spannung an der Elektrode Einfluß nehmen auf die Effizienz der Ionen- und Ozon-
Produktion. Im Nebenprodukt entsteht bei der Koronarentladung stets auch Ozon. Dem Stand der Technik entsprechend kann ein kontrollierter, sicherer und langzeitstabiler Betrieb mit auf dem Prinzip der Koronarentladung beruhenden Apparaten nicht garantiert werden. Dies mag der Grund dafür sein, daß sich dieses Prinzip großtechnisch nur in Anlagen zur Entstaubung von Abluft ( Industrie- Schornsteine ) erfolgreich bewährt hat, weil hier die genannten Nachteile nicht relevant sind.
Bei Anwendungen in Apparaten zur Aufbereitung von Atemluft bestehen Anforderungen an Luftionisations- und Ozonisierungsapparaten wie:
• Sicherer Betrieb, niemals darf die Konzentration von Ozon Werte erreichen, die bedenklich sind. Allerdings ist die Beimischung geringer Mengen Ozon, -etwa 10-15ppb-, durchaus erwünscht, weil die Natur in gesunder Außenluft stets auch geringe Mengen Ozon kennt, was sich nützlich auf die Luftqualität auswirkt. Die Ozonkonzentration muß unterhalb der
Geruchsschwelle ( ca. 30-40ppb ) und unter dem bereits erwähnten Grenzwert der US-EPA von 50ppb sein.
• Kontrollierte Erzeugung großer Mengen negativer und positiver Sauerstoffionen. • Langzeitstabilität und automatische Konstanthaltung der Produktionswerte.
• Steuerbar nach externen Einflüssen, wie zum Beispiel Luftmenge, Luftqualität.
• Die Ionen- und Ozonerzeuger weisen zwischen Hochspannungserzeuger und Ionen- und Ozonerzeuger eine Regelschaltung auf, die als geschlossener Regelkreis ausgebildet ist mit dem Zweck, die einmal gewählte Produktionsmenge auch langfristig und unter Einfluß von z.B. Feuchte konstant zu halten.
Wird in bestimmten Anwendungen gefordert, mehrheitlich aktive zweiatomige Sauerstoff ionen zu produzieren und Ozon kontrolliert nur in sehr kleinen Mengen zu erzeugen, erfolgt dies dem Stand der Technik entsprechend nach dem
Verfahren der Spitzenionisation ( Koronar-Prinzip ). Allerdings kann mit dieser Technik weder die Langzeitstabilität als auch die Mengen an Ionen als auch die Anteile von Ozon zugesichert werden.
Bei Anschalten einer Wechselspannung an z.B. ein planares Flachmodul nach der DE 199 31 366.0 , vorzugsweise einer mit einer Frequenz von 20-100KHz und einer Spannung zwischen 4KV bis 6KV, kommt es ab einer bestimmten, von der Geometrie abhängigen elektrischen Feldstärke aufgrund des Auftretens von Feldüberhöhungen an den Elektroden zur Produktion von negativen und positiven Ionen und zur Produktion von Ozon.
Dabei treten elektrische Entladungen nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung auf. Die den Einzelentladungen, „Filamente" genannt, innewohnende kinetische Energie zerlegt zweiatomige Sauerstoffmoleküle ( 02) zu Oi, die sich nach wenigen Millisekunden zu O3 rekombinieren.
Aus der DE 199 31 366.0 ist eine flache Baugruppe mit planarem Aufbau bekannt, die vorteilhaft und langzeitstabil Ozon und Sauerstoffionen nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung nach Anlegen einer elektrischen Hoch- frequenz-Hochspannung erzeugt. Damit lassen sich mit Hilfe von Ozon bzw. von aktiven Sauerstoff-Ionen in lufttechnischen Anlagen Gase, Dampfe, üble Gerüche sowie Keime aller Art zerstören und in der Luft enthaltene Gerüche und Keime oxidativ abbauen.
Beim Betrieb von Ozonisierungsgeräten treten Probleme auf: Herkömmliche elektrische Gasentladungsapparate eines zur Erzeugung von Sauerstoffionen, Sauerstoffatomen und Ozon sind mit einem erheblichen Risiko für Fehlfunktionen, insbesondere zu hohe Ozonproduktion, behaftet. Fehlfunktionen können z.B. durch Verschmutzung, Korrosion, Alterung, Abnutzung, Drift oder Ausfall einzelner, insbesondere elektrischer und elektronischer Komponenten des Gasentladungsapparates verursacht werden. Verschmutzung der Oberflächen,
Luftfeuchte, Abbrand, und Einflüsse der Versorgungsspannung beeinflussen die Ozonproduktion, bzw. unterbinden sie völlig.
Nachteilig bei allen bekannten Ausführungsformen von Gasentladungsmodulen ist, daß das bei zu hoher elektrischer Spannung entstehende überschüssige Ozon sehr unerwünscht ist und daß bei zu geringer elektrischer Spannung der Wirkungsgrad unzureichend ist. Problematisch ist, daß sich die Produktionsmenge von Ozon den unterschiedlichsten Beaufschlagungen der Luft mit Geruchsstoffen anpassen muß, weil stets ein bestimmtes Verhältnis von Ozon zu den luftgetragenen, oxidierbaren Luftbestandteilen bestehen muß. Wird zuwenig Ozon produziert, ist die Wirkung der Anlage unzureichend. Wird zuviel Ozon produziert, kann Ozon überschießen und belästigend wirken. Außerdem entstehen bei zu hoher elektrischer Spannung als Nebenprodukt stark ätzend wirkende und gesundheitsschädliche Stickoxide, welche die luftreinigende Wirkung dieser Geräte geradezu ad absurdum führen.
So wurde nachgewiesen, daß das Verhältnis von produziertem Ozon zu produzierten Stickoxiden bei üblichen Ionisationsrnodulen, z.B. von klassischen Siemensröhren, zumeist etwa 10 Teile Ozon und 1 Teil Stickoxid ist (10:1). Bei richtiger Auswahl der Dimensionierungen des Gasentladungsmoduls und bei dessen konstantem Betrieb in einem eng definierten Arbeitsbereich läßt sich dieses Verhältnis auf Werte von ca. 50:1 verbessern.
Dies ist für Anwendungen in lufttechnischen Anlagen deshalb von Bedeutung, weil Ozon als solcher in hohen Konzentrationen unerwünscht und durchaus gesundheitsrelevant ist, aber in sogenannten "natürlichen Konzentrationen" von ca. 50-200ppb (also Konzentrationen, wie sie z.B. in den Bergen oder an der See auch natürlich vorkommen) ohne negative Empfindungen und ohne weiteres physiologisch akzeptiert wird. Wird diesem "reinen Ozon" jedoch Stickoxid beigemischt, ändert sich sofort die physiologische Akzeptanz. Denn mit Stickoxid verunreinigter Ozon führt schon bei Konzentrationen von deutlich unter lOOppb
zu heftigen Reizungen am Bindegewebe, vor allem an Augen, Hals und Nase. Es ist daher wichtig, daß die lonisationsmodule so aufgebaut werden und elektrisch so angesteuert werden, daß der Anteil von Stickoxiden an der Ozonproduktion so klein wie möglich ist.
Nachteilig in vorgenanntem Sinne ist bei herkömmlichen lonisationsgeräten, daß ihre Wirkung, z.B. das Verhältnis von produzierter Ozonmenge zu produzierter Stickoxid-Menge, durch zahlreiche Faktoren stark beeinflußt wird. So muß z.B. bei Austausch des Gasentladungsmoduls aufgrund von bauartbedingten Toleranzen, Exemplarstreuungen jeweils die Größe der Hochspannung durch einen Eingriff von außen neu eingestellt werden muß und die Wirkung, also die Ozonproduktion und ggf. die Stickoxidproduktion, neu eingemessen werden müssen. Derartige Maßnahmen sind des Weiteren auch nötig, um Alterungseffekte des Gasentladungsmoduls, z.B. wegen Abbrand der Elektroden, sowie Änderungen des Zustandes, der Zusammensetzung, der relativen Feuchte und der Strömungsgeschwindigkeit des Gases zu auszugleichen.
Um diese Nachteile zu kompensieren, sind sensorgesteuerte Anlagen bekannt, die den Betrieb der Anlagen in einem definierten, günstigen Bereich geregelt konstant halten. Bekannt ist, in Strömungsrichtung hinter dem Gasentladungsmodul einen Ozonsensor vorzusehen, dessen Signal über einen Regler dem Hochspannungserzeuger so zugeführt wird, daß eine steigende Ozonproduktion eine verminderte elektrische Spannung zur Folge hat, was im Ergebnis zu einem gleichmäßigen und niemals zu hohem Ozonpegel führt. Nachteilig ist, daß genaue und langzeitstabile Ozonmeßeräte sehr teuer sind und preiswerte Sensoren in den geforderten Konzentrationsbereichen von weniger als δOppb unzuverlässig sind.
Weiter wird im Stand der Technik vorgeschlagen, in Strömungsrichtung vor dem
Gasentladungsmodul einen geeigneten Sensor anzuordnen, welcher die Strömungsgeschwindigkeit, die Luftfeuchte und die Konzentrationen an oxidierbaren Luftbestandteilen feststellt. Ein Steuergerät wertet diese Sensorsignale
so aus, daß die lonisationsleistung dann erhöht wird, wenn
• die Luftfeuchte zunimmt,
• die Schadstoff -Konzentration in der Luft zunimmt,
• die Luftmenge bzw. die Strömungsgeschwindigkeit zunimmt bzw. umgekehrt. Diese Methoden sind aufwendig und erzeugen hohe Kosten.
Wird entsprechend der Lehre der DE 10013 841.1 und DE 100 04326.7 und DE 101 180 78.0 aus den hochfrequenten und energiereichen, selektiv ausgekoppelten Filament-Entladungsimpulsen eine Regelspannung gewonnen, kann der Arbeitspunkt eines Ionisationsgerätes nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung so gewählt werden, daß eine maximale Ionisation erfolgt, und daß dabei eine so geringe Menge Ozon produziert wird, daß einerseits die sterilisierende und deodorierende Wirkung von Ozon genutzt wird, ohne daß dabei der Ozon riechbar wird oder Grenzwerte überschritten werden können. Beim Betrieb von Ozonisierungsgeräten treten Probleme auf. Herkömmliche elektrische Gasentladungsapparate eines zur Erzeugung von Sauerstoffionen, Sauerstoffatomen und Ozon sind mit einem erheblichen Risiko für Fehlfunktionen, insbesondere zu hohe Ozonproduktion, behaftet. Fehlfunktionen können z.B. durch Verschmutzung, Korrosion, Alterung, Abnutzung, Drift oder Ausfall einzelner, insbesondere elektrischer und elektronischer Komponenten des Gasentladungsapparates verursacht werden. Verschmutzung der Oberflächen, Luftfeuchte, Abbrand, und Einflüsse der Versorgungsspannung beeinflussen die Ozonproduktion, bzw. unterbinden sie völlig.
Soll beispielsweise ein solcher Gasentladungsapparat zur Luftaufbereitung in einem Kfz oder in einem geschlossenen Raum eingesetzt werden, so geht z.B. von einer Ozon-Überproduktion erhebliche Gefahr aus. Auch eine zu geringe Produktion von Sauerstoffionen, Sauerstoffatomen und Ozon ist unerwünscht, da in diesem Fall keine ausreichende Luftaufbereitung mehr stattfindet. In bestimmten Fällen kann sich auch eine zu geringe Produktion von Sauerstoffionen bzw. Sauerstoffatomen bzw. Ozon gesundheitsschädlich oder gefährlich auswirken, z.B.
dann, wenn eine Aufbereitung von stark belasteter, ohne Aufbereitung nicht mehr atembarer Atemluft, durch derartige Gasentladungsapparate erfolgt. Insbesondere können solche Fehlfunktionen auch schleichend eintreten. Ohne regelmäßige, aufwendige Warrungs- und Kontrollmaßnahmen besteht bei herkömmlichen Gasentladungsapparaten eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, daß solche Fehlfunktionen für längere Zeit unbemerkt bleiben. In der Kfz.-Anwendung z.B. ist jedoch keinerlei Wartung möglich, bzw. gewünscht.
Technische Aufgabe:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Ozon/ Sauerstof f ionen/ Sauerstoff atomerzeugers sowie einen Ozon/ Sauerstoffionen/ Sauerstoff atomerzeuger zur Verfügung stellen, mit welchem gezielt geringe wirksame Mengen Ozon erzeugt werden können, ohne Grenzwerte zu überschrei- ten.
Bevorzugt soll zudem eine gute Absicherung gegen Fehlfunktionen vorliegen.
In der Kfz-Anwendung von Ozonisierungsgeräten z.B. soll die Funktion möglichst über die gesamte Lebensdauer von ca. 4000h zuverlässig gegeben sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Die Erzeugung von Ozon kann ohne weitere zusätzliche Sensoren genau geregelt werden, weil die Zahl der Entladungen einen direkten Rückschluss auf die sich bildende Menge an Ozon zulässt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den nachfolgenden Ansprüchen.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist es, dass über eine geschlossene Regelstrecke ein Vergleich der Zahl der tatsächlich erfolgenden Entladungen mit
einer vorgegebenen Sollzahl stattfindet. Diese Sollzahl kann von außen verändert werden. Diese Veränderung kann insbesondere über eine Schnittstelle, insbesondere auch analog oder mittels einer zeitabhängigen Funktion erfolgen.
Vorteilhaft ist insbesondere, dass mit dem vorgeschlagenen Verfahren eine Erzeugung von Ozon in kleinsten Mengen und dennoch sehr genau stattfinden kann, wodurch einerseits die luftreinigende Funktion des Ozon gegeben ist und andererseits eine Überschreitung von gesetzlichen Grenzwerten unterbleibt.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist das Verfahren eigensicher und es wird verhindert, dass bei einer Fehlfunktion des Gerätes eine unkontrollierbare Ozonproduktion stattfindet.
Die Erfindung umfasst zudem ein Verfahren zum Betreiben eines zur Erzeugung von Sauerstoff ionen, Sauerstoff atomen und Ozon in der Luft dienenden elektrischen Gasentladungsapparates, welcher ein Gasentladungsmodul, insbesondere eines solchen für dielektrisch behinderte Entladung, mit zwei Elektroden aufweist, zwischen denen über eine Zuleitung und eine Rückleitung eine von einem Hochspannungsgenerator erzeugte Hochspannung zumindest zeitweise angelegt wird, welche eine Wechselspannung oder eine pulsierende Gleichspannung ist und welche eine Gasentladung in dem Gasentladungsmodul sowie einen elektrischen Strom durch die Hinleitung, das Gasentladungsmodul und die Rückleitung erzeugt, und durch die Gasentladung Entladeimpulse entstehen, deren jeder einen Strahlungsblitz und einen Stromimpuls erzeugt, wobei sich die Stromimpulse dem Strom als Stromimpulse bzw. Rauschen überlagern und bei jedem Entladeimpuls im Mittel eine bestimmte Einzelmenge Mo von Ozon und gegebenenfalls von Sauerstoffionen sowie Sauerstoffatomen entsteht, und ein Schaltsignal, welches die Hochspannung des Hochspannungsgenerators abschaltet und/ oder eine Störungsmeldung auslöst, dann erzeugt wird, wenn - entweder die innerhalb einer vorgegebenen Zählzeitdauer auftretenden Stromimpulse oder Strahlungsblitze durch eine Zählschaltung gezählt
werden und das Zählergebnis kleiner bzw. größer ist als eine vorgegebene Vergleichszahl, erste Bedingung, oder die Stromimpulse bzw. das Rauschen ein Pulssignal erzeugen und dieses mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird, und das Pulssignal kleiner bzw. größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, zweite
Bedingung.
Die Erfindung umfasst zudem ein Verfahren zum Betreiben eines zur Erzeugung von Sauerstoffionen, Sauerstoffatomen und Ozon in der Luft dienenden elektrischen Gasentladungsapparates, welcher ein Gasentladungsmodul, insbesondere eines solchen für dielektrisch behinderte Entladung, mit zwei Elektroden aufweist, zwischen denen über eine Zuleitung und eine Rückleitung eine von einem Hochspannungsgenerator erzeugte Hochspannung zumindest zeitweise angelegt wird, welche eine Wechselspannung oder eine pulsierende Gleichspannung ist und welche eine Gasentladung in dem Gasentladungsmodul sowie einen elektrischen Strom durch die Hinleitung, das Gasentladungsmodul und die Rückleitung erzeugt, und durch die Gasentladung Entladeimpulse entstehen, deren jeder einen Strahlungsblitz und einen Stromimpuls erzeugt, wobei sich die Stromimpulse dem Strom als Stromimpulse bzw. Rauschen überlagern und bei jedem Entladeimpuls im Mittel eine bestimmte Einzelmenge Mo von Ozon und gegebenenfalls von Sauerstoffionen sowie Sauerstoffatomen entsteht, und ein Schaltsignal dann erzeugt wird, wenn entweder die innerhalb einer vorgegebenen Zählzeitdauer auftretenden Stromimpulse oder Strahlungsblitze durch eine Zählschaltung gezählt werden und das Zählergebnis kleiner bzw. größer ist als eine vorgegebene
Vergleichszahl, erste Bedingung, oder die Stromimpulse bzw. das Rauschen ein Pulssignal erzeugen und dieses mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird, und das Pulssignal kleiner bzw. größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, zweite Bedingung,
wobei die Anzahl der Auslösungen des Schaltsignals gezählt wird und das Schaltsignal dann nach jeweils einer vorgegebenen Haltezeitdauer nach seiner Auslösung zurückgesetzt wird, wenn die Anzahl der Auslösungen einen bestimmten Grenzwert nicht übersteigt, und nicht mehr zurückgesetzt wird und die Hochspannung des Hochspannungsgenerators abgeschaltet und/ oder eine Störungsmeldung ausgelöst wird, wenn die Anzahl der Auslösungen den Grenzwert übersteigt.
In dieser Variante führt also eine einzige Auslösung des Schaltsignals noch nicht zur Abschaltung der Hochspannung. Vielmehr wird dieses Schaltsignal bei nach wie vor eingeschalteter Hochspannung wieder zurückgesetzt. Die Hochspannung wird erst abgeschaltet, nachdem das Schaltsignal mehrmals ausgelöst wurde. Gemäß einer weiteren Variante wird die Hochspannung wird nur dann abgeschaltet, wenn das Schaltsignal mehrmals innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ausgelöst wurde.
Die Erfindung umfasst zudem einen Gasentladungsapparat zur Erzeugung von Sauerstoffionen, Sauerstoffatomen und Ozon in der Luft, umfassend ein Gasentladungsmodul, insbesondere eines solchen für dielektrisch behinderte Entladung, mit zwei Elektroden, zwischen denen über eine Zuleitung und eine Rückleitung zumindest zeitweise eine von einem Hochspannungsgenerator erzeugte Hochspannung anliegt, welche eine Wechselspannung oder eine pulsierende Gleichspannung ist und welche eine Gasentladung in dem Gasentladungsmodul sowie einen elektrischen Strom durch die Hinleitung, das Gasentladungsmodul und die Rückleitung erzeugt, durch welche Gasentladung Entladeimpulse entstehen, deren jeder einen Strahlungsblitz und einen Stromimpuls erzeugt, wobei sich die Stromimpulse dem Strom als Stromimpulse bzw. Rauschen überlagern und bei jedem Entladeimpuls im Mittel eine bestimmte Einzelmenge Mo von Ozon und gegebenenfalls von Sauerstoffionen sowie Sauerstoffatomen entsteht, und der Gasentladungsapparat
entweder eine Zählschaltung umfaßt, welche imstande ist, die Anzahl der während einer vorgegebenen Zählzeitdauer auftretenden Stromimpulse oder Strahlungsblitze zu zählen und das Zählergebnis mit einer vorgegebenen Vergleichszahl zu vergleichen und ein Schaltsignal unter der Bedingung, erste Bedingung, auszulösen, daß das Zählergebnis kleiner bzw. größer ist als die vorgegebene Vergleichszahl, oder imstande ist, aus den Stromimpulsen bzw. dem Rauschen ein Pulssignal zu erzeugen und dieses mit Hilfe einer Vergleichsschaltung mit einem vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen und das Schaltsignal unter der Bedingung, zweite Bedingung, auszulösen, daß das Pulssignal kleiner bzw. größer ist als der vorgegebene Schwellenwert, wobei das Schaltsignal ein Abschalten der Hochspannung und/ oder eine Ausgabe einer Störungsmeldung zu bewirken imstande ist.
Gemäß einer Variante der Erfindung wird zum Zweck der Überwachung der Funktion des Gasentladungsapparates entweder die Anzahl der während der vorgegebenen Zählzeitdauer auftretenden Stromimpulse durch die Zählschaltung gezählt und das Zählergebnis mit der vorgegebenen Vergleichszahl verglichen, wobei das Schaltsignal unter der Bedingung, erste Bedingung, ausgelöst wird, daß das Zählergebnis kleiner bzw. größer ist als die vorgegebene Vergleichszahl, oder die Stromimpulse bzw. das Rauschen werden zur Bildung eines Pulssignals herangezogen und dieses mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen, wobei das Schaltsignal unter der Bedingung, zweite Bedingung, ausgelöst wird, daß das Pulssignal kleiner bzw. größer ist als der vorgegebene Schwellenwert.
Mit Hilfe der Erfindung ist die Gefahr einer Fehlfunktion, und hierbei insbesondere die Gefahr einer unbemerkten Fehlfunktion, wesentlich reduziert, da Fehlfunktionen festgestellt werden und zur Selbstabschaltung der Gasentladung und/ oder zur Ausgabe einer Störungsmeldung führen. Ein erfindungsgemäßer Gasentladungsapparat besitzt daher nicht nur eine große Sicherheit gegenüber einer Fortdauer des Betriebes trotz Fehlfunktion, sondern ist auch
ferndiagnosefähig. Die Fehlfunktion kann z.B. über eine Kommunikationsschnittstelle automatisch gemeldet werden, so daß die Störungsmeldung über die Komn unikationsschnittstelle ausgegeben wird.
Die Stromimpulse bzw. das Rauschen werden vorzugsweise durch ein Auskoppelelement z.B. induktiv oder kapazitiv aus der Hinleitung oder der Rückleitung ausgekoppelt. Zu diesem Zweck kann der Gasentladungsapparat ein Auskoppelelement umfassen, welches imstande ist, die Stromimpulse z.B. induktiv oder kapazitiv aus der Hinleitung oder der Rückleitung auszukoppeln und über einen Auskopplungsausgang abzugeben. Als induktives Auskoppelelement kann z.B. ein Übertrager benutzt werden, dessen eine Wicklung in der Hinleitung oder in der Rückleitung zwischengeschaltet ist; in diesem Fall werden die ausgekoppelten Strornimpulse bzw. das ausgekoppelte Rauschen durch die andere Wicklung abgegeben. Der Übertrager kann vorteilhaft so ausgelegt sein, daß die Grundfrequenz der Hochspannung nicht oder nur unwesentlich auf die zweite Wicklung übergeht, so daß die zweite Wicklung ein Signal abgibt, welches nicht bzw. nur wenig durch die genannte Grundfrequenz moduliert ist.
Aufgrund der Notwendigkeit, die Ozonkonzentration in der ausgeblasenen Luft auf einen von der amerikanischen Umweltbehörde ( US-EPA / Environment Protection Agency ) und der DIN / EN-Norm EN 60335-2-65 ; (1995) zwingend geforderten Wert sicher so zu begrenzen, daß niemals in den so belüfteten Räumen ein Ozon-Pegel von mehr als 50ppb entstehen kann, beschäftigt sich die hier vorgestellte Patentanmeldung mit der nützlichen Wirkung ionisierter Luftionen und der technischen und sicheren Anwendung aktiver Sauerstoffionen unter Einhaltung der geforderten Grenzwerte.
Im Falle von Fehlfunktionen soll dies z.B. über eine Komniunikationsschnittstelle automatisch gemeldet werden, so daß vorteilhafterweise auf eine prophylaktische Routine- Wartung der Ozonisierungsgräte verzichtet werden kann.
Die hier vorgestellte Erfindung beschreibt eine vorteilhafte und sichere Methode, welche sich selbst überwacht und Datenkonstanz im Langzeitbetrieb aufweist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, daß jeder Entladeimpuls im Mittel eine bestimmte Einzelmenge Mo von Ozon bzw. Sauerstoffionen bzw. Sauerstoffatomen erzeugt, so daß die produzierte Menge von Ozon bzw. Sauerstoffionen bzw. Sauerstoffatomen zu der Anzahl der Entladeimpulse im wesentlichen proportional ist. Typischerweise werden einige Pikogramm Ozon je Entladeimpuls erzeugt, wobei dieser Wert selbstverständlich von der Geometrie des Gasentlädungsmoduls abhängt. Die Entladeimpulse können gezählt werden.
Die Größe des Pulssignals und die Anzahl der während einer vorgegebenen Zählzeitdauer auftretenden Stromimpulse sind jeweils ein Maß für die Produktionsrate von Sauerstoffionen bzw. Sauerstoffatomen bzw. Ozonmolekülen bzw. Ozonionen. Eine zu hohe Produktionsrate äußert sich daher in einer zu großen Zahl von Entladeimpulsen pro Zeit bzw. in einem zu großen Pulssignal, eine zu niedrige Produktionsrate in einer zu kleinen Zahl von Entladeimpulsen pro Zeit bzw. in einem zu kleinen Pulssignal. Dies wird erfindungsgemäß für eine Selbstüberwachung des Gasentladungsapparates ausgenutzt, wobei eine zu hohe und/ oder zu niedrige Produktionsrate zur zwangsweisen Abschaltung der Hochspannung führt.
Die einzelnen Entladeimpulse sind in der Regel von weit kürzerer Zeitdauer als die Halbwellen der Hochspannung HV; sie können z.B. 0,1 Mikrosekunden andauern und dabei Amplituden von z.B. 50 Volt erreichen; diese Werte hängen selbstverständlich von den Betriebsbedingungen und der Geometrie das Gasentladungsmoduls ab. Typischerweise entstehen z.B. 5 bis 50 Entladeimpulse je Halbwelle der Hochspannung HV.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung bilden die Stromimpulse bzw. das Rauschen unmittelbar das Pulssignal. Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist
zwischen den Auskopplungsausgang und die Vergleichsschaltung bzw. die Zählschaltung ein Filter, insbesondere Hochpaß oder Bandpaß, zwischengeschaltet, so daß die Stromimpulse bzw. das Rauschen nach der Auskopplung ein Filter, insbesondere Hochpaß oder Bandpaß, durchlaufen und das Pulssignal somit ein gefiltertes Signal ist. Das Filter kann insbesondere so ausgelegt sein, daß es die ausgekoppelten Stromimpulse passieren läßt, die Grundfrequenz der Hochspannung jedoch unterdrückt. Der Hochpaß kann z.B. eine Grenzfrequenz von über 500 kHz besitzen.
Die Strahlungsblitze können durch einen Strahlungsdetektor erfaßt und in Stromimpulse umgesetzt werden, so daß eine Auskopplung aus der Hinleitung oder aus der Rückleitung entfallen kann.
Gemäß einer bevorzugten Variante ist ein Gleichrichter oder eine Diode zwischen den Auskopplungsausgang und die Vergleichsschaltung bzw. zwischen den Auskopplungsausgang und die Zählschaltung zwischengeschaltet, so daß die Stromimpulse bzw. das Rauschen nach der Auskopplung die Diode durchlaufen oder gleichgerichtet werden und das Pulssignal keine wechselnde Polarität aufweist, sondern unipolar ist., wobei gegebenenfalls nur solche Stromimpulse gezählt werden, deren Größe einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung bilden die so gewonnen unipolaren Stromimpulse bzw. das so gewonnene unipolare Rauschen unmittelbar das Pulssignal.
Gemäß einer anderen Variante umfaßt der Gasentladungsapparat einen Sensor für elektromagnetische Strahlung. Dieser ist mit der Zählschaltung verbunden und imstande, die Strahlungsblitze zu erfassen und bei jedem erfaßten Strahlungsblitz einen Puls abzugeben, wobei die Zählschaltung die Pulse zu zählen imstande ist. In diesem Fall werden also die Entladeimpulse durch Zählung der Strahlungsblitze
und nicht durch Zählung der Stromimpulse gezählt. Die von dem Sensor erfaßte Strahlung kann z.B. sichtbares Licht, UV-Licht oder Röntgenstrahlung sein.
Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung werden nur solche Stromimpulse gezählt, deren Größe einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Zu diesem Zweck kann zwischen den Auskopplungsausgang und die Zählschaltung ein Grenzwertschalter, z.B. ein Komparator, zwischengeschaltet sein, welcher dann und nur dann ein Digitalsignal an die Zählschaltung abgibt, wenn die Höhe eines Stromimpulses den Grenzwert übersteigt, so daß die Zählschaltung nur solche Stromimpulse zählt, deren Höhe den Grenzwert übersteigt, und keine analogen Stromimpulse verarbeitet. Solche Stromimpulse, deren Höhe den Grenzwert nicht erreicht, werden hierbei als Störimpulse betrachtet und nicht gezählt. Vorteilhaft hierbei ist, daß so eine Auslösung des Schaltsignals aufgrund von Störimpulsen vermieden werden kann. Der Grenzwertschalter kann alternativ hierzu auch interner Bestandteil der Zählschaltung selbst sein, anstatt ihr extern vorgeschaltet zu sein. Die Zählschaltung kann des Weiteren einen Speicher umfassen, in welchem die Zählergebnisse zwischengespeichert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Stromimpulse bzw. das Rauschen mit einer vorgegebenen Integrationszeit oder einer vorgegebenen Integrationszeitkonstanten durch eine Integrierschaltung zeitlich integriert, so daß das Pulssignal ein integrales Pulssignal ist. Zu diesem Zweck kann der Vergleichsschaltung eine Integrierschaltung vorgeschaltet sein, welche imstande ist, die Stromimpulse bzw. das Rauschen mit einer vorgegebenen Integrationszeit oder einer vorgegebenen Integrationszeitkonstanten zeitlich zu integrieren. Vorteilhaft hierbei ist, daß so eine Auslösung des Schaltsignals durch kurzzeitige einzelne Störimpulse oder Stromschwankungen vermieden werden kann. Die Integrationszeitkonstante kann z.B. 100 Millisekunden betragen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gleichrichter oder die Diode zwischen den Auskopplungsausgang und die Integrierschaltung zwischen-
geschaltet, so daß die Stromimpulse bzw. das Rauschen vor Erreichen der Integrierschaltung gleichgerichtet werden.
Gemäß einer Variante der Erfindung werden die Stromimpulse an einen Grenzwertschalter geführt, welcher nur dann ein Digitalsignal abgibt, wenn die Höhe eines Stromimpulses einen bestimmten Grenzwert übersteigt, und die Digitalsignale mit einer vorgegebenen Integrationszeit oder einer vorgegebenen Integrationszeitkonstanten zu dem Pulssignal integriert werden, so daß das Pulssignal ein integrales Pulssignal ist. Zu diesem Zweck kann der Gasentladungsapparat einen Strahlungsdetektor aufweisen, welcher die Strahlungsblitze zu erfassen und in Stromimpulse umzusetzen imstande ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann fortlaufend oder in vorgegebenen Zeitabständen oder nur zu vorgegebenen Zeiten durchgeführt werden. Auch können z.B. zwei verschiedene Verfahrensvarianten alternierend durchgeführt werden. Zunächst kann hierzu für eine bestimmte Zeit das Pulssignal mit einem ersten Schwellenwert verglichen und das Schaltsignal erzeugt werden, falls das Pulssignal kleiner ist als der erste Schwellenwert, und anschließend für eine bestimmte Zeit das Pulssignal mit einem zweiten, größeren Schwellenwert verglichen und das Schaltsignal erzeugt werden, falls das Pulssignal größer ist als der zweite Schwellenwert, usw.. Alternativ dazu können diese beiden Vergleiche, anstatt alternierend ausgeführt zu werden, selbstverständlich gleichzeitig oder jeweils fortlaufend durchgeführt werden; hierzu kann hardwaremäßig eine zweite Vergleichsschaltung benutzt werden. Selbstverständlich können die beiden Vergleiche, anstatt alternierend ausgeführt zu werden, gleichzeitig oder jeweils fortlaufend durchgeführt werden; hierzu kann hardwaremäßig eine zweite Vergleichsschaltung benutzt werden.
Alternativ dazu kann für eine bestimmte Zeit das Zählergebnis jeweils mit einer ersten Vergleichszahl verglichen und das Schaltsignal erzeugt werden, falls ein
Zählergebnis ermittelt wird, welches größer ist als die erste Vergleichszahl, und
anschließend für eine bestimmte Zeit das Zählergebnis jeweils mit einer zweiten, größeren Vergleichszahl verglichen und das Schaltsignal erzeugt werden, falls das Zählergebnis größer ist als die zweite Vergleichszahl, usw.. Selbstverständlich können auch die beiden Vergleiche, anstatt alternierend ausgeführt zu werden, gleichzeitig oder jeweils fortlaufend durchgeführt werden.
Somit wird in diesen Fällen sowohl bei zu geringer als auch bei zu hoher Produktionsrate das Schaltsignal erzeugt. Vorteilhafterweise kann dadurch erreicht werden, daß die Produktionsrate einen bestimmten beliebig vorgebbaren Toleranzbereich nicht verlassen kann, ohne daß eine Abschaltung der Hochspannung und/ oder eine Auslösung der Störungsmeldung erfolgt.
Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung wird die Hochspannung, solange die erste bzw. zweite Bedingung nicht erfüllt ist, durch eine Steuerschaltung oder durch die Zählschaltung in zyklischer Folge jeweils für eine erste Zeitspanne eingeschaltet und anschließend für eine zweite Zeitspanne abgeschaltet, so daß während der ersten, nicht jedoch während der zweiten Zeitspannen jeweils Sauerstoffionen bzw. Sauerstoffatome bzw. Ozon produziert wird. Der Zweck dieses zyklischen Ein- und Ausschaltens der Hochspannung HV besteht darin, eine bestimmte mittlere Produktionsrate von Ozon bzw. Sauerstoffatomen bzw. Sauerstoffionen zu erreichen, ohne die Größe der Wechselspannung zu verändern. Die Produktionsrate ist in diesem Fall vom Verhältnis der ersten zur zweiten Zeitspanne abhängig. Das Verhältnis der Dauer der ersten Zeitspanne zur Dauer der zweiten Zeitspanne kann dabei konstant gehalten werden, um eine bestimmte mittlere Produktionsrate aufrecht zu erhalten, oder zum Zwecke der Veränderung der Produktionsrate von Ozon bzw. Sauerstoffatomen bzw. Sauerstoffionen oder verändert werden.
Der Gasentladungsapparat ist daher bevorzugt mit einer Steuerschaltung ausgestattet, welche, solange die erste bzw. zweite Bedingung nicht erfüllt ist, imstande ist, die Hochspannung in zyklischer Folge jeweils für eine erste
Zeitspanne einzuschalten und anschließend für eine zweite Zeitspanne abzuschalten, wobei das Verhältnis der Dauer der ersten Zeitspanne zur Dauer der zweiten Zeitspanne entweder fest oder zum Zwecke der Veränderung der Produktionsrate von Ozon bzw. Sauerstoffionen bzw. Sauerstoffatomen veränderbar ist, z.B. durch einen entsprechenden Eingriff von außen etwa mittels eines Potentiometers, einer Tastatur oder über eine Schnittstelle. Das genannte Verhältnis kann dabei frei wählbar sein. Die Dauer der ersten und der zweiten Zeitspannen und damit auch deren Verhältnis können z.B. durch eine Pulsweitenmodulation (PWM) gesteuert werden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Zählschaltung, solange die erste Bedingung nicht erfüllt ist, imstande, die Hochspannung in zyklischer Folge jeweils für eine erste Zeitspanne einzuschalten und anschließend für eine zweite Zeitspanne abzuschalten, wobei das Verhältnis der Dauer der ersten Zeitspanne zur Dauer der zweiten Zeitspanne entweder fest oder zum Zwecke der Veränderung der Produktionsrate von Ozon bzw. Sauerstoff ionen bzw. Sauerstoffatomen veränderbar ist.
Die Steuerschaltung kann eine astabile Kippschaltung, z.B. ein Multivibrator sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerschaltung eine EDV-Einrichtung, z.B. Mikrokontroler oder Mikroprozessor.
Die Vergleichsschaltung umfaßt vorzugsweise einen Komparator, an welchen das Pulssignal und der Schwellenwert angelegt sind und welcher ein Komparatorsignal abgibt, wenn die zweite Bedingung erfüllt ist, wobei das Komparatorsignal das Schaltsignal auszulösen imstande ist oder unmittelbar als Schaltsignal dient. Gemäß einer Variante ist dabei der Komparator unmittelbar mit dem Auskoppelelement verbunden, so daß das von demselben ausgekoppelte Signal direkt als Pulssignal dient. Bevorzugt ist jedoch die Integrierschaltung und/ oder das Filter zwischen das Auskoppelelement und den Komparator zwischengeschaltet, so daß das Pulssignal ein gefiltertes und/ oder ein integrales Pulssignal ist.
Die Steuerschaltung kann mit dem Komparator verbunden sein und ein Steuersignal erzeugen, wenn der Komparator das Komparatorsignal abgibt, wobei das Steuersignal das Schaltsignal auslöst oder unmittelbar als Schaltsignal dient. In diesem Fall dient das Komparatorsignal selbst nicht unmittelbar als Schaltsignal, sondern dazu, die Steuerschaltung zur Abgabe oder Auslösung des Schaltsignals zu veranlassen.
In einer anderen Ausführungsform ist die Vergleichsschaltung eine EDV- Einrichtung , z.B. Mikrokontroler, mit vorgeschaltetem A/D- Wandler, an welchen das Pulssignal angelegt ist. Der Vergleich zwischen Pulssignal und Schwellenwert erfolgt hierbei softwaremäßig. Gemäß einer Verfeinerung dieser Ausführungsform erfolgt hierbei ein Vergleich des Pulssignals sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten, kleineren Schwellenwert, so daß sowohl bei zu großer als auch bei zu kleiner Produktionsrate das Schaltsignal ausgelöst wird, ohne daß eine zweite
Vergleichsschaltung erforderlich ist. Ferner können die Vergleichsschaltung und die Steuerschaltung in einer einzigen EDV-Einrichtung, z.B. Mikroprozessor, miteinander kombiniert sein. Ebenso können die Zählschaltung und die
Steuerschaltung in einer einzigen EDV-Einrichtung, z.B. Mikroprozessor, miteinander kombiniert sein.
In einer anderen Variante ist die Zählschaltung so eingerichtet, daß diese ein Zählersignal abgibt, wenn die erste Bedingung erfüllt ist. Dabei ist die Steuerschaltung mit der Zählschaltung verbunden und dann ein Steuersignal abzugeben imstande, wenn die Zählschaltung das Zählersignal abgibt, wobei das Steuersignal das Schaltsignal auszulösen imstande ist oder unmittelbar als Schaltsignal dient.
Die Steuerschaltung ist gemäß einer Ausführungsform so eingerichtet, daß sie die Hochspannung während der zweiten Zeitspannen abschaltet, indem sie während derselben das Schaltsignal oder ein zur Erzeugung desselben führendes
Steuersignal abgibt, obwohl die erste bzw. zweite Bedingung nicht erfüllt ist. Während der ersten Zeitspannen wird das Steuersignal bzw. Schaltsignal hingegen nicht abgegeben, die Hochspannung also eingeschaltet, sofern die erste bzw. zweite Bedingung nicht erfüllt ist. Wenn jedoch die erste bzw. zweite Bedingung erfüllt ist, wird die zyklische Folge abgebrochen und das Steuersignal bzw. das Schaltsignal ständig abgegeben. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, daß die Länge der ersten Zeitspannen auf Null gesetzt wird, so daß keine neue erste Zeitspanne mehr beginnt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung weist der Gasentladungsapparat zusätzlich eine Alarmschaltung auf, welche ebenfalls imstande ist, das Schaltsignal auszulösen oder zu erzeugen. In diesem Fall wird das Schaltsignal zusätzlich auch unter der Bedingung, dritte Bedingung, erzeugt, daß die Alarmschaltung das Alarmsignal abgibt.
Der Gasentladungsapparat kann insbesondere so eingerichtet sein, daß verschiedene Fehlfunktionen desselben jeweils das Alarmsignal auslösen und damit zur Abschaltung der Hochspannung führen. Hierzu kann die Alarmschaltung so eingerichtet sein, daß sie den Gasentladungsapparat und/ oder das Gasentladungsmodul und/ oder die Steuerschaltung und/ oder die Zählschaltung und/ oder die Integrierschaltung und/ oder den Komparator auf Fehlfunktion zu überwachen und bei Feststellung einer solchen das Schaltsignal auszulösen imstande ist. Die Alarmschaltung kann also vorteilhaft dazu herangezogen werden, den Gasentladungsapparat und/ oder einzelne Komponenten desselben, insbesondere das Gasentladungsmodul und/ oder die Steuerschaltung und/ oder die Zählschaltung und/ oder die Integrierschaltung auf Fehlfunktion zu überwachen und bei Feststellung einer solchen das Alarmsignal abzugeben, wodurch die Betriebssicherheit des Gasentladungsapparates wesentlich verbessert werden kann. Beispielsweise können bestimmte Komponen- ten des Gasentladungsapparates mit Thermoschaltern versehen sein, welche an die
Alarmschaltung angeschlossen sind und bei Übertemperatur einer Komponente das Alarmsignal und damit die Abschaltung der Hochspannung auslösen.
Die Alarmschaltung kann insbesondere die Funktion der Steuerschaltung oder der Zählschaltung überwachen, d.h. als sog. "watchdog" für die Steuerschaltung bzw. für die Zählschaltung dienen. Die Steuerschaltung bzw. die Zählschaltung kann zu diesem Zweck so eingerichtet sein, daß sie bei einwandfreier Funktion derselben Ausgabesignale an die Alarmschaltung abgibt, welche eine einwandfreie Funktion der Steuerschaltung bzw. Zählschaltung anzeigen und von der Alarmschaltung ausgewertet werden, z.B. durch Vergleich der Ausgabesignale mit vorgegebenen Soll-Signalmustern; bei Feststellung einer Fehlfunktion der Steuerschaltung bzw. Zählschaltung, z.B. Programmabsturz, wird das Alarmsignal abgegeben, was zur Abschaltung der Hochspannung führt. Die Alarmschaltung kann insbesondere ebenfalls eine EDV-Einrichtung sein.
Ebenso kann die Steuerschaltung bzw. die Zählschaltung imstande sein, ihrerseits die Alarmschaltung auf Fehlfunktion zu überwachen und bei Feststellung einer Fehlfunktion der Alarmschaltung das Schaltsignal auszulösen oder abzugeben, so daß die Alarmschaltung durch die Steuerschaltung oder die Zählschaltung auf Fel lfunktion überwacht wird und die Steuerschaltung bei Feststellung einer Fehlfunktion der Alarmschaltung das Schaltsignal abgibt oder auslöst. Hierdurch wird die Betriebssicherheit des Gasentladungsapparates erhöht.
Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung überwachen sich die Steuerschaltung bzw. die Zählschaltung und die Alarmschaltung gegenseitig. Dies bedeutet, daß einerseits die Steuerschaltung bzw. Zählschaltung auf Fehlfunktion überwacht wird und andererseits auch ein Ausfall ebendieser Überwachung bemerkt wird, was die Sicherheit beim Betrieb des Gasentladungsapparates wesentlich erhöht.
Das Einsetzen der Gasentladung ist nach dem Einschalten der Hochspannung aus physikalischen Gründen mit einer gewissen Trägheit behaftet, so daß nach dem Einschalten der Hochspannung eine bestimmte Aufbauzeit - typischerweise einige Millisekunden - verstreicht, bevor Stromimpulse bzw. ein Pulssignal entstehen. Gemäß einer bevorzugten Variante wird daher das Verfahren nach Beginn der ersten Zeitspanne jeweils für eine bestimmte Wartezeit, welche kleiner ist als die erste Zeitdauer, nicht durchgeführt, um zu verhindern, daß das Ausbleiben der Stromimpulse bzw. des Pulssignals unmittelbar nach Einschalten der Hochspannung zur Auslösung des Schaltsignals führt. Ein solches Ausbleiben wird also gemäß dieser Variante während der Wartezeiten nicht als Störung interpretiert und führt nicht zur Abschaltung der Hochspannung. Im Falle einer Integration des Pulssignals ist auch die hierdurch vergrößerte Anstiegszeit des integralen Pulssignals bei der Bemessung der Wartezeit zu berücksichtigen.
Die Vergleichszahl bzw. der Schwellenwert können zeitlich verändert werden und damit nicht konstant, sondern variabel sein. Insbesondere kann die Vergleichszahl bzw. der Schwellenwert während der ersten Zeitspannen anders gewählt werden als während der zweiten Zeitspannen.
Gemäß einer bevorzugten Variante wird daß das Schaltsignal und/ oder die Störungsmeldung sowohl dann ausgelöst, wenn das Zählergebnis kleiner ist als eine erste Vergleichszahl, als auch dann, wenn das Zählergebnis größer ist als eine zweite Vergleichszahl, welche größer ist als die erste Vergleichszahl, bzw. sowohl dann ausgelöst, wenn das Pulssignal kleiner ist als ein erster Schwellenwert, als auch dann, wenn das Pulssignal größer ist als ein zweiter Schwellenwert, welcher größer ist als der erste Schwellenwert.
Dabei kann die zweite Vergleichszahl bzw. der zweite Schwellenwert während der zweiten Zeitspannen niedriger gewählt werden als während der ersten Zeitspannen, und die erste Vergleichszahl bzw. der erste Schwellenwert während der zweiten Zeitspannen auf Null oder auf einen negativen Wert gesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Variante wird das Schaltsignal sowohl dann ausgelöst, wenn das Zählergebnis während der ersten Zeitspanne kleiner ist als eine erste Vergleichszahl, als auch dann, wenn das Zählergebnis während der zweiten Zeitspanne größer ist als eine zweite, größere Vergleichszahl. Gemäß einer alternativen bevorzugten Variante wird das Schaltsignal sowohl dann ausgelöst, wenn das Pulssignal während der ersten Zeitspanne kleiner ist als ein erster Schwellenwert, als auch dann, wenn das Pulssignal während der zweiten Zeitspanne größer ist als ein zweiter, größerer Schwellenwert.
Gemäß einer Variante der Erfindung wird das Schaltsignal nach Ablauf einer vorgegebenen Haltezeitdauer nach seiner Erzeugung zurückgesetzt, so daß die Hochspannung erneut eingeschaltet wird. In diesem Fall wird also die Hochspannung nur vorübergehend durch das Schaltsignal abgeschaltet und anschließend wieder eingeschaltet. Zu diesem Zweck kann der Gasentladungsapparat eine Rücksetzschaltung umfassen, welche imstande ist, jeweils nach Ablauf der vorgegebenen Haltezeitdauer nach Auslösung des Schaltsignals eine Rücksetzung desselben zu bewirken. Der Gasentladungsapparat versucht somit, sich nach seiner Selbstabschaltung von selbst wieder in Gang zu setzen. Diese Variante ist z.B. dann sinnvoll, wenn durch eine nur vorübergehende, das Schaltsignal jedoch auslösende Störung keine dauerhafte Abschaltung des Gasentladungsapparates erfolgen soll. Falls die Störung nach dem Wiedereinschalten der Hochspannung weiterhin vorliegt, wird selbstverständlich das Schaltsignal abermals erzeugt und somit die Hochspannung erneut abgeschaltet.
Bei Vorliegen einer dauerhaften Störung erfolgt bei dieser Variante eine endlose Folge von Versuchen des Gasentladungsapparates, sich selbst wieder in Gang zu setzen. Dies wird vorteilhaft durch eine andere Variante der Erfindung vermieden, gemäß welcher die Anzahl der Auslösungen des Schaltsignals gezählt wird und das Schaltsignal dann nach jeweils einer vorgegebenen Haltezeitdauer nach seiner Auslösung zurückgesetzt wird, wenn die Anzahl der Auslösungen einen
bestimmten Höchstwert nicht übersteigt, und ansonsten nicht mehr zurückgesetzt wird. Die Anzahl der Versuche des Gasentladungsapparates, sich selbst wieder in Gang zu setzen, ist somit begrenzt; nach dieser Anzahl von Versuchen wird die Störung als nicht nur vorübergehend interpretiert und die Hochspannung bleibt dauerhaft abgeschaltet. Zu diesem Zweck kann der Gasentladungsapparat eine Rücksetzschaltung und einen Zähler umfassen, wobei der Zähler die Anzahl der Auslösungen des Schaltsignals zu erfassen und mit einem vorgegebenen Höchstwert zu vergleichen imstande ist und die Rücksetzschaltung dann und nur dann imstande ist, jeweils nach Ablauf einer vorgegebenen Haltezeitdauer nach Auslösung des Schaltsignals eine Rücksetzung desselben zu bewirken, wenn die Anzahl der Auslösungen den Höchstwert nicht übersteigt.
Der Erfindung soll ein Verfahren zur Steuerung eines Ozonerzeugers bereitstellen, welches auf einfache Weise und ohne Verwendung eines Ozonsensors die Herstellung einer definierten, vorgegebenen Sollmenge von Ozon mit sehr hoher Präzision erlaubt. Ferner liegt der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen steuerbaren Ozonerzeuger bereitzustellen, mit welchem auf einfache und Weise somit kostengünstig, insbesondere ohne Verwendung eines Ozonsensors, die Herstellung einer definierten, vorgegebenen Sollmenge von Ozon mit sehr hoher Präzision möglich ist.
Der Erfindung soll ein einfaches und somit kostengünstiges Verfahren zur präzisen Regelung der mittleren Ozon-Produktionsrate eines Ozonerzeugers ohne Verwendung eines Ozonsensors schaffen, wie auch ein Ozonerzeuger mit geregelter Ozon-Produktionsrate geschaffen werden soll, welcher die gewünschte Ozon-Produktionsrate präzise und ungeachtet etwa veränderlicher Umgebungsund Betriebsbedingungen (z.B. Temperatur, Luftfeuchte) einzuhalten imstande ist, nach Kalibrieren ohne Ozonsensor auskommt und kostengünstig herzustellen ist.
Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Ozonerzeugers mit einem Gasentladungsmodul für dielektrisch behinderte Entladung mit zwei
Elektroden, zwischen denen über eine Zuleitung und eine Rückleitung eine Hochspannung angelegt wird, welche eine Wechselspannung oder eine pulsierende Gleichspannung ist und eine Gasentladung in dem Gasentladungsmodul sowie einen elektrischen Strom durch die Hinleitung, das Gasentladungsmodul und die Rückleitung erzeugt, und durch die Gasentladung Entladeimpulse entstehen, deren jeder einen Strahlungsblitz und einen sich dem Strom überlagernden Stromimpuls erzeugt, wobei bei jedem Entladeimpuls im Mittel eine bestimmte Einzelmenge Mo von Ozon entsteht, und aus der Einzelmenge Mo sowie der Zahl der Einzelentladungen die Ozon-Produktionsmenge oder aus der Einzelmenge Mo sowie der zeitlichen Dichte der Einzelentladungen eine mittlere Ozon-Produktionsrate abgeleitet wird.
Der Erfindung stellt ein Verfahren zur Steuerung eines Ozonerzeugers bereit, welches auf einfache Weise und ohne Verwendung eines Ozonsensors die Herstellung einer definierten, vorgegebenen Sollmenge von Ozon mit sehr hoher Präzision erlaubt. Ferner stellt die Erfindung einen steuerbaren Ozonerzeuger bereit, mit welchem auf einfache und Weise somit kostengünstig, insbesondere ohne Verwendung eines Ozonsensors, die Herstellung einer definierten, vorgegebenen Sollmenge von Ozon mit sehr hoher Präzision möglich ist.
Der Erfindung schafft ferner ein einfaches und somit kostengünstiges Verfahren zur präzisen Regelung der mittleren Ozon-Produktionsrate eines Ozonerzeugers ohne Verwendung eines Ozonsensors, und einen Ozonerzeuger mit geregelter Ozon-Produktionsrate, welcher die gewünschte Ozon-Produktionsrate präzise und ungeachtet etwa veränderlicher Umgebungs- und Betriebsbedingungen (z.B. Temperatur, Luftfeuchte) einzuhalten imstande ist, nach Kalibrieren ohne Ozonsensor auskommt und kostengünstig herzustellen ist.
Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Ozonerzeugers mit einem Gasentladungsmodul für dielektrisch behinderte Entladung mit zwei Elektroden, zwischen denen über eine Zuleitung und eine Rückleitung eine Hochspan-
nung angelegt wird, welche eine Wechselspannung oder eine pulsierende Gleichspannung ist und eine Gasentladung in dem Gasentladungsmodul sowie einen elektrischen Strom durch die Hinleitung, das Gasentladungsmodul und die Rückleitung erzeugt, und durch die Gasentladung Entladeimpulse entstehen, deren je- der einen Strahlungsblitz und einen sich dem Strom überlagernden Stromimpuls erzeugt, wobei bei jedem Entladeimpuls im Mittel eine bestimmte Einzelmenge Mo von Ozon entsteht, und aus der Einzelmenge Mo sowie der Zahl der Einzelentladungen die Ozon-Produktionsmenge oder aus der Einzelmenge Mo sowie der zeitlichen Dichte der Einzelentladungen eine mittlere Ozon-Produktionsrate abgeleitet wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, daß jeder Entladeimpuls im Mittel eine bestimmte Einzelmenge Mo von Ozon erzeugt, so daß die produzierte Ozonmenge zu der Anzahl der Entladeimpulse im wesentlichen proportional ist. Die Größe der Einzelmenge Mo beträgt typischerweise einige Pikogramm Ozon (je Entladeimpuls), wobei dieser Wert selbstverständlich von der Geometrie des Gasentladungsmoduls abhängt. Die Entladeimpulse können mit einem Zähler gezählt werden. Aus dem Zählergebnis wird die erzeugte Ozonmenge oder die mittlere Ozon-Produktionsrate ermittelt und zur Steuerung oder Regelung des Ozonerzeu- gers herangezogen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, daß jeder Entladeimpuls im Mittel eine bestimmte Einzelmenge Mo von Ozon erzeugt, so daß die produzierte Ozonmenge zu der Anzahl der Entladeimpulse im wesentlichen proportional ist. Die Größe der Einzelmenge Mo beträgt typischerweise einige Pikogramm Ozon (je Entladeimpuls), wobei dieser Wert selbstverständlich von der Geometrie des Gasentladungsmoduls abhängt. Die Entladeimpulse können mit einem Zähler gezählt werden. Aus dem Zählergebnis wird die erzeugte Ozonmenge oder die mittlere Ozon-Produktionsrate ermittelt und zur Steuerung oder Regelung des Ozonerzeugers herangezogen.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, aus der Anzahl der Entladungsimpulse die Produktionsmenge oder Produktionsrate (d.h. die Produktionsmenge pro Zeit) von Ozon zu bestimmen. Vorteilhaft ist es mit dieser Methode möglich, die produzierte Ozonmenge sehr genau zu bestimmen und mit einem Luftstrom zu vermischen, daß die im Luftstrom befindliche Ozonmenge unter einem definierten Grenzwert bleibt.
Die Erfindung umfasst einen Ozonerzeuger, umfassend ein Gasentladungsmodul für dielektrisch behinderte Entladung mit zwei Elektroden, zwischen denen über eine Zuleitung und eine Rückleitung eine Hochspannung anlegbar ist, welche eine Wechselspannung oder eine pulsierende Gleichspannung ist und eine Gasentladung in dem Gasentladungsmodul sowie einen elektrischen Strom durch die Hinleitung, das Gasentladungsmodul und die Rückleitung erzeugt, und durch die Gasentladung Entladeimpulse entstehen, deren jeder einen Strahlungsblitz und einen sich dem Strom überlagernden Stromimpuls erzeugt, wobei bei jedem Entladeimpuls im Mittel eine bestimmte Einzelmenge Mo von Ozon entsteht, und ferner umfassend einen Zähler, welcher imstande ist, die Stromimpulse oder Strahlungsblitze und damit die Einzelentladungen zu zählen, wobei aus der Einzelmenge Mo sowie der Zahl der Einzelentladungen die Ozon- Produktionsmenge oder aus der Einzelmenge Mo sowie der zeitlichen Dichte der Einzelentladungen eine mittlere Ozon-Produktionsrate ableitbar ist.
Eine vorgegebene Gesamtmenge von Ozon wird gemäß einer Variante der Erfindung erzeugt, indem diese Gesamtenge als zu produzierende Ozon- Sollmenge Msoll vorgegeben wird, die Entladeimpulse oder Stromimpulse oder Strahlungsblitze durch einen Zähler gezählt werden, und die Hochspannung abgeschaltet wird, sobald eine Sollzahl Nsoll von gezählten Entladeimpulsen oder Stromimpulsen oder Strahlungsblitzen erreicht ist, welche Sollzahl Nsoll die zur Produktion der Ozon-Sollmemge Msoll erforderliche Anzahl von Entladeimpulsen ist, gegeben durch den Quotienten Msoll/Mo aus der zu produzierenden Ozon- Sollmenge Msoll und der pro Entladeimpuls erzeugten Ozonmenge Mo, so daß die
der Ozon-Sollmenge Msoll entsprechende bzw. im wesentlichen entsprechende Anzahl von Entladeimpulsen in dem Gasentladungsmodul zur Entstehung gebracht wird. Gemäß dieser Variante wird also die Ozonproduktion so gesteuert, daß die vorgegebene Gesamtmenge von Ozon erzeugt wird. Der Zähler kann zu diesem Zweck imstande sein, die Hochspannung HV abzuschalten, sobald eine Sollzahl Nsoll von gezählten Stromimpulsen oder Strahlungsblitzen erreicht ist, welche einer vorgebbaren zu produzierenden Soll-Ozonmenge Msoll entspricht.
Dabei können die Entladeimpulse oder Stromimpulse oder Strahlungsblitze für eine vorgegebene Zählzeitdauer Tz durch einen Zähler gezählt werden, und die Hochspannung nach einer ersten Prodüktionszeitspanne abgeschaltet werden, wobei die erste Produktionszeitspanne Tpl gegeben ist durch Tpl = Tz*(Msoll/Mtz), oder nach einer zweiten Produktionszeitspanne Tp2 abgeschaltet werden, wobei die zweite Produktionszeitspanne Tp2 gegeben ist durch Tp2 = Tz*(Nsoll/Ntzist), wobei Tz die Zählzeitdauer, Mo die pro Entladeimpuls im Mittel erzeugte Einzelmenge von Ozon, Ntzist die während der Zählzeitdauer (Tz) gezählte Anzahl von Entladeimpulsen, Mtz die während der Zählzeitdauer (Tz) produzierte Ozonmenge, gegeben durch das Produkt Ntzist*Mo, Msoll die zu produzierende Ozon-Sollmenge, und Nsoll die zur Produktion der Ozon-Sollmenge Msoll erforderliche Anzahl von Entladeimpulsen, gegeben durch den Quotienten Msoll/ Mo, ist.
Der Zähler ist vorzugsweise imstande, die Stromimpulse oder Strahlungsblitze für eine vorgegebene Zählzeitdauer Tz zu zählen und die Hochspannung nach einer ersten Produktionszeitspanne Tpl abzuschalten, welche gegeben ist durch Tpl = Tz*(Msoll/Mtz), oder nach einer zweiten Produktionszeitspanne Tp2 abzuschalten, welche gegeben ist durch Tp2 = Tz*(Nsoll/ Ntzist).
Das Verfahren kann insbesondere periodisch in regelmäßigen Zeitabständen wiederholt werden, so daß im Mittel eine konstante Menge von Ozon pro
Zeiteinheit erzeugt wird und somit eine konstante mittlere Ozon-Produktionsrate
erzielt wird.
Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung werden ein Sollwert Rsoll der mittleren Ozon-Produktionsrate vorgegeben, die Entladeimpulse oder Stromim- pulse oder Strahlungsblitze während einer Zählzeitdauer Tz gezählt, und das Zählergebnis Ntzist und die Zählzeitdauer Tz dazu herangezogen, um eine mittlere Ozon-Produktionsrate Rist zu ermitteln, wobei die mittlere zeitliche Dichte der zur Entstehung gebrachten Entladeimpulse vergrößert bzw. verkleinert wird, falls der Ist-Wert der mittleren Ozon-Produktionsrate Rist kleiner bzw. größer ist als der Sollwert Rsoll, so daß die mittlere Ozon-Produktionsrate Rist geregelt wird.
Anstatt das Zählergebnis Ntzist und die Zählzeitdauer Tz dazu heranzuziehen, um eine mittlere Ozon-Produktionsrate Rist zu ermitteln, können entweder das Zählergebnis Ntzist und die Zählzeitdauer Tz dazu herangezogen werden, eine mittlere zeitliche Dichte der Entladeimpulse zu ermitteln, und der Sollwert Rsoll der Ozon-Produktionsrate dazu herangezogen werden, eine mittlere zeitliche Soll- Dichte der Entladeimpulse zu ermitteln, und die mittlere zeitliche Dichte der zur Entstehung gebrachten Entladeimpulse vergrößert bzw. verkleinert werden, falls diese kleiner bzw. größer ist als die Soll-Dichte, oder es können der Sollwert Rsoll und die Zählzeitdauer Tz dazu herangezogen werden, eine Sollzahl Ntzsoll der während der Zählzeitdauer Tz auftretenden Entladeimpulse zu ermitteln, und die mittlere zeitliche Dichte der zur Entstehung gebrachten Entladeimpulse vergrößert bzw. verkleinert werden, falls das Zählergebnis Ntzist kleiner bzw. größer ist als die Sollzahl Ntzsoll.
Die mittlere Ozon-Produktionsrate Rist wird in einer alternativen Variante der Erfindung aus der Einzelmenge Mo sowie aus der Größe eines Pulssignals abgeleitet, anstatt mit Hilfe der zeitlichen Dichte der Einzelentladungen abgeleitet zu werden, wobei das Pulssignal durch die Stromimpulse oder die Strahlungsblitze erzeugt wird und ein Maß für die Produktionsrate von Ozon ist.
Hierbei kann das Pulssignal erzeugt werden, indem die Stromimpulse aus der Hinleitung oder aus der Rückleitung ausgekoppelt und danach mit einer vorgegebenen Integrationszeit oder einer vorgegebenen Integrationszeitkonstanten zeitlich integriert werden, so daß das Pulssignal ein integrales Pulssignal ist.. Die Stromimpulse können nach der Auskopplung eine Diode durchlaufen oder gleichgerichtet werden, so daß das Pulssignal keine wechselnde Polarität aufweist.
Die Größe des Pulssignals und die Anzahl der während einer vorgegebenen Zählzeitdauer auftretenden Stromimpulse sind jeweils ein Maß für die Produktionsrate von Ozon. Dies wird erfindungsgemäß für eine Steuerung oder Regelung des Ozonerzeugers ausgenutzt. Somit kann auch das Pulssignal als Regelgröße verwendet werden.
Der Zähler kann die während einer Zählzeitdauer Tz auftretenden Entladeimpulse oder Stromimpulse oder Strahlungsblitze zählen und ein Zählergebnis Ntzist liefern, wobei ein Sollwert Rsoll der mittleren Ozon-Produktionsrate vorgegeben ist, und der Ozonerzeuger einen Regler umfassen, welcher eine unter Heranziehung des Sollwertes Rsoll und der Zählzeitdauer Tz ermittelte Sollzahl Ntzsoll der während der Zählzeitdauer Tz auftretenden Entladeimpulse mit dem Zählergebnis Ntzist vergleicht und imstande ist, die mittlere zeitliche Dichte der zur Entstehung gebrachten Entladeimpulse zu vergrößern bzw. zu verkleinern, falls das Zählergebnis Ntzist kleiner bzw. größer ist als die Sollzahl Ntzsoll. Das von dem Zähler gelieferte Zählergebnis Ntzist gibt die Anzahl der während der Zählzeitdauer Tz auftretenden Entladeimpulse oder Stromimpulse oder Strahlungsblitze an.
Gemäß einer anderen Variante weist der Ozonerzeuger ein Rechenwerk auf, welches mit dem Zähler verbunden ist und das Zählergebnis Ntzist sowie die Zählzeitdauer Tz dazu heranzieht, um eine mittlere Ozon-Produktionsrate Rist als
Ist-Wert Rist zu ermitteln, wobei der Regler mit dem Rechenwerk verbunden ist
und, anstatt die Sollzahl Ntzsoll mit dem Zählergebnis Ntzist zu vergleichen, die mittlere Ozon-Produktionsrate Rist mit dem Sollwert der Produktionsrate Rsoll vergleicht und die mittlere zeitliche Dichte der zur Entstehung gebrachten Entladeimpulse zu vergrößern bzw. zu verkleinern imstande ist, falls der Ist-Wert der mittleren Produktionsrate Rist kleiner bzw. größer ist als der Sollwert Rsoll.
In einer weiteren Alternative hierzu zieht das Rechenwerk, anstatt das Zählergebnis Ntzist und die Zählzeitdauer Tz dazu heranzuziehen, um eine mittlere Ozon-Produktionsrate Rist zu ermitteln, das Zählergebnis Ntzist und der Zählzeitdauer Tz dazu heran, um eine mittlere zeitliche Dichte der Entladeimpulse als Ist-Dichte zu ermitteln, wobei der Regler, anstatt die mittlere Ozon-Produktionsrate Rist mit dem Sollwert der Produktionsrate Rsoll zu vergleichen, die Ist- Dichte mit einer zeitlichen Soll-Dichte der Entladeimpulse vergleicht, welche gegeben ist durch den Quotienten Rsoll/ Mo aus dem Sollwert Rsoll und der Einzelmenge Mo, und der Regler die mittlere zeitliche Dichte der zur Entstehung gebrachten Entladeimpulse zu vergrößern bzw. verkleinern imstande ist, falls die Ist-Dichte kleiner bzw. größer ist als die Soll-Dichte.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß alle ungewollten Veränderungen der Ozon-Produktionsrate, z.B. aufgrund von Temperaturdrift, Schwankungen der Luftfeuchte, Verschmutzung oder Abbrand der Elektroden, Schwankungen der Hochspannung, usw., automatisch ausgeglichen werden, d.h. die mittlere Produktionsrate nicht beeinflussen.
Die mittlere zeitliche Dichte der Entladeimpulse kann auf verschiedene Weisen vergrößert bzw. verkleinert werden. Eine Möglichkeit besteht darin, die mittlere zeitliche Dichte der Entladeimpulse dadurch zu vergrößern bzw. zu verkleinern, daß der Effektivwert der Hochspannung vergrößert bzw. verkleinert wird, da bei zunehmendem Effektivwert der Hochspannung HV die mittlere zeitliche Dichte der Entladeimpulse und damit auch die mittlere Ozon-Produktionsrate ansteigt, und umgekehrt.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Hochspannung HN in fortlaufender Folge jeweils für eine Einschaltdauer Tl eingeschaltet und anschließend jeweils für eine Pausendauer T2 abgeschaltet wird, wobei die mittlere zeitliche Dichte der Entladeimpulse dadurch vergrößert bzw. verkleinert wird, daß das Verhältnis T1/T2 der Einschaltdauer Tl zur Pausendauer T2 vergrößert bzw. verkleinert wird. Hierdurch kann also vorteilhafterweise der Ist-Wert der Ozon-Produktionsrate beeinflußt werden, ohne daß die Größe der Hochspannung verändert zu werden braucht; die Hochspannung wird lediglich ein- und ausgeschaltet.
Hierzu weist der Ozonerzeuger vorzugsweise eine Steuerschaltung auf, welche zwischen den Regler und den Hochspannungsgenerator zwischengeschaltet und imstande ist, die Hochspannung in fortlaufender Folge jeweils für eine Einschaltdauer einzuschalten und anschließend jeweils für eine Pausendauer abzuschalten, wobei der Regler imstande ist, die Steuerschaltung so zu steuern, daß das Verhältnis T1/T2 der Einschaltdauer Tl zur Pausendauer T2 vergrößert bzw. verkleinert wird, und damit die mittlere zeitliche Dichte der Entladeimpulse zu vergrößern bzw. zu verkleinern.
Vorzugsweise wird die Summe von Einschaltdauer Tl und Pausendauer T2 konstant gehalten. Die Zählzeitdauer Tz kann mit der Einschaltdauer Tl zusammenfallen und jeweils gleichzeitig mit derselben beginnen. Gemäß einer anderen, bevorzugten Ausführungsform ist die Zählzeitdauer Tz gleich der Summe oder ein ganzzahliges Vielfaches der Summe von Einschaltdauer Tl und Pausendauer T2.
Gemäß einer weiteren Variante ist die Zählzeitdauer Tz um mindestens das 10- fache größer ist als die Summe T1+T2. Die Zählzeitdauer Tz wird hierbei gezielt sehr viel größer gewählt als die Summe T1+T2, damit der relative Fehler bei der Bestimmung der mittleren Ozon-Produktionsrate Rist, welcher dann entstehen kann, wenn die Zählzeitdauer Tz kein ganzzahliges Vielfaches der Summe T1+T2
ist, klein ist; in diesem Fall braucht Tz kein ganzzahliges Vielfaches der Summe T1+T2 zu sein.
Gemäß einer weiteren Variante entfällt mindestens ein Teil der Zählzeitdauer Tz, nämlich eine Überschneidungszeit Tüb, auf die Einschaltdauer Tl, wobei der Ist- Wert der mittleren Produktionsrate Rist berechnet wird aus der Gleichung Rist=Ntzist*Mo*(Tl/Tüb)/(Tl+T2), wobei Rist der Ist-Wert der mittleren Ozon- Produktionsrate, Mo die pro Entladeimpuls im Mittel erzeugte Einzelmenge von Ozon, Ntzist das Zählergebnis, d.h. die während der Zählzeitdauer Tz gezählte Anzahl von Entladeimpulsen, Tüb die Überschneidungszeit, Tl die Einschaltdauer und T2 die Pausendauer ist.
Gemäß einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens entfällt ebenfalls mindestens ein Teil der Zählzeitdauer Tz, nämlich die Über- schneidungszeit Tüb, auf die Einschaltdauer Tl, wobei die Sollzahl Ntzsoll aus der Gleichung Ntzsoll=Rsoll*(Tl+T2)*(Tüb/Tl)/Mo berechnet wird.
Bei jedem Entladeimpuls entsteht im Mittel eine bestimmte Einzelmenge Mo von Ozon, so daß die erzeugte Ozonmenge bei bekannter Anzahl der Entladeimpulse im wesentlichen bekannt ist. Die Einzelmenge Mo bildet somit den Proportionalitätsfaktor zwischen der Anzahl der in dem Gasentladungsmodul zur Entstehung gebrachten Entladeimpulsen und der dabei insgesamt entstehenden Ozonmenge. Die pro Entladeimpuls im Mittel erzeugte mittlere Ozonmenge, die Einzelmenge Mo, kann mittels eines dem Gasentladungsmodul strömungs- technisch nachgeschalteten Ozonsensor bestimmt werden; durch Bestimmung der Größe Mo wird das Gasentladungsmodul kalibriert. Nachdem eine derartige Kalibrierung vorgenommen wurde, kann die zu einem beliebigen Zeitpunkt erzeugte Ozonmenge auf einfache Weise und insbesondere ohne erneute Zuhilfenahme eines Ozonsensors durch Zählung der Stromimpulse ermittelt werden, und eine vorgegebene Gesamtmenge vom Ozon kann dadurch erzeugt werden, indem die dieser Gesamtmenge entsprechende bzw. im wesentlichen
entsprechende Anzahl von Entladeimpulsen in dem Gasentladungsmodul zur Entstehung gebracht wird. Einer zu produzierenden Gesamtmenge Msoll entspricht im wesentlichen eine Sollzahl von hierzu erforderlichen Entladeimpulsen, welche gegeben ist durch den Quotienten Msoll/ Mo.
Vorzugsweise werden dem Zähler die Stromimpulse oder hieraus gewonnene Digitalsignale zugeführt, um die Entladeimpulse zu zählen.
Die Stroniimpulse können durch ein Auskoppelelement z.B. induktiv oder kapa- zitiv aus der Hinleitung oder der Rückleitung ausgekoppelt und anschließend dem Zähler zugeführt werden. Zu diesem Zweck kann der Ozonerzeuger ein Auskopplungselement aufweisen, welches imstande ist, die Stromimpulse z.B. induktiv oder kapazitiv aus der Hinleitung oder der Rückleitung auszukoppeln und über einen Auskopplungsausgang an den Zähler abzugeben.
Die Stromimpulse können insbesondere nach der Auskopplung und vor Erreichen des Zählers ein Filter, insbesondere Hochpaß oder Bandpaß, durchlaufen. Zu diesem Zweck kann zwischen den Auskopplungsausgang und den Zähler ein Filter, insbesondere Hochpaß oder Bandpaß, zwischengeschaltet sein. Das Filter kann z.B. ein Hochpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von 500kHz sein, welches die Stromimpulse, nicht jedoch die Grundfrequenz der Hochspannung HV passieren läßt. Das Filter kann ferner eine Schaltung zur Impulsaufbereitung umfassen.
Ferner können die Stromimpulse nach der Auskopplung und vor Erreichen des Zählers gleichgerichtet werden. Zu diesem Zweck kann ein Gleichrichter, insbesondere ein HF-Gleichrichter (auch Demodulator genannt) oder eine Diode zwischen den Auskopplungsausgang und den Zähler zwischengeschaltet sein, so daß alle an den Zähler gelangenden Stromimpulse von einheitlicher Polarität sind.
Da jeder Entladeimpuls einen Strahlungsblitz erzeugt, kann der Zähler mit einem Sensor für elektromagnetische Strahlung verbunden sein, welcher imstande ist, die
Strahlungsblitze zu erfassen und bei jedem erfaßten Strahlungsblitz ein Pulssignal abzugeben, wobei der Zähler die Pulssignale zu zählen imstande ist. Die von dem Sensor erfaßte Strahlung kann z.B. sichtbares Licht, UV-Licht oder Röntgenstrahlung sein.
Die Strahlungsblitze können ferner durch einen Strahlungsdetektor erfaßt und in Sttomimpulse umgesetzt werden. Zu diesem Zweck kann der Ozonerzeuger einen Strahlungsdetektor aufweisen, welcher die Strahlungsblitze zu erfassen und in Stromimpulse umzusetzen imstande ist.
Die Stromimpulse können an einen Grenzwertschalter geführt werden, welcher nur dann ein Digitalsignal abgibt, wenn die Höhe eines Stromimpulses einen bestimmten Grenzwert übersteigt, und die Digitalsignale können mit einer vorgegebenen Integrationszeit oder einer vorgegebenen Integrationszeitkonstanten zu dem Pulssignal integriert werden, so daß das Pulssignal ein integrales Pulssignal ist.
Gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nur solche Stromimpulse bzw. Strahlungsblitze gezählt, deren Größe bzw. Intensität einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Zu diesem Zweck kann zwischen den Auskopplungsausgang bzw. den Sensor und den Zähler ein Komparator zwischengeschaltet sein, welcher dann und nur dann ein Digitalsignal an den Zähler abgibt, wenn die Höhe eines Stromimpulses bzw. Intensität eines Strahlungsblitzes einen bestimmten Grenzwert übersteigt, so daß der Zähler nur solche Stromimpulse bzw. Strahlungsblitze zählt, deren Größe bzw. Intensität den Grenz- wert übersteigt.
Solche Stromimpulse bzw. Strahlungsblitze, deren Größe bzw. Intensität den Grenzwert nicht erreicht, werden hierbei als Störungen betrachtet und nicht gezählt. Der Komparator kann interner Bestandteil des Zählers sein, anstatt ihm extern vorgeschaltet zu sein.
Gemäß einer Variante des Verfahrens wird die Hochspannung abgeschaltet und/- oder eine Störungsmeldung ausgegeben, wenn die Anzahl Ntz ist der innerhalb der vorgegebenen Zählzeitdauer Tz auftretenden Entladeimpulse oder Stromimpulse oder Strahlungsblitze kleiner bzw. größer ist als eine vorgegebene Ver- gleichszahl.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Variante erfolgt eine Abschaltung der Hochspannung und/ oder die Ausgabe einer Störungsmeldung sowohl dann, wenn die mittlere Ozon-Produktionsrate größer ist als eine erste Vergleichszahl, als auch dann, wenn die mittlere Ozon-Produktionsrate kleiner ist als eine zweite, kleinere Vergleichszahl. Dies ist sinnvoll, da sowohl eine zu hohe als auch zu geringe Ozon-Produktionsrate nachteilig oder sogar gefährlich sein können. Die Ausgabe der Störungsmeldung stellt sicher, daß derartige Fehlfunktionen nicht unbemerkt bleiben.
Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung werden der Zähler und/ oder der Ozonerzeuger durch eine Alarmschaltung auf Fehlfunktion überwacht, wobei die Alarmschaltung bei Feststellung einer Fehlfunktion des Zählers oder des Ozonerzeugers die Hochspannung abschaltet und/ oder eine Störungsmeldung ausgibt. Hierbei können sämtliche Komponenten des Ozonerzeugers einzeln durch die Alarmschaltung auf Fehlfunktion überwacht werden, wobei die Alarmschaltung bei Feststellung einer Fehlfunktion einer Komponente die Hochspannung abschaltet und/ oder eine Störungsmeldung abgibt. Die Alarmschaltung kann imstande sein, den Zähler und/ oder den Regler und/ oder die Steuerschaltung und/ oder das Rechenwerk auf Fehlfunktion zu überwachen und bei Feststellung einer Fehlfunktion des Zählers und/ oder Reglers und/ oder der Steuerschaltung und/ oder des Rechenwerkes die Hochspannung abzuschalten oder eine Störungsmeldung auszugeben.
Umgekehrt können der Zähler oder der Regler oder die Steuerschaltung oder das Rechenwerk oder eine sonstige Komponente des Ozonerzeugers imstande sein, die Alarmschaltung auf Fehlfunktion zu überwachen und bei Feststellung einer
Fehlfunktion der Alarmschaltung die Hochspannung anzuschalten und/ oder eine Störungsmeldung auszugeben.
Der Regler und/ oder das Rechenwerk und/ oder die Steuerschaltung und/ oder der Zähler können insbesondere gemeinsam durch eine entsprechend programmierte EDV-Schaltung, z.B. Mikrocontroler, gebildet sein. Die Alarmschaltung kann zum Zweck einer erhöhten Betriebssicherheit des Ozonerzeugers insbesondere die Funktion dieser EDV-Schaltung überwachen, d.h. als sog. "watchdog" für die EDV- Schaltung dienen. Die EDV-Schaltung kann zu diesem Zweck so eingerichtet sein, daß sie bei einwandfreier Funktion derselben Ausgabesignale an die Alarmschaltung abgibt, welche eine einwandfreie Funktion der EDV-Schaltung anzeigen und von der Alarmschaltung ausgewertet werden, z.B. durch Vergleich der Ausgabesignale mit vorgegebenen Soll-Signalmustern; bei Feststellung einer Fehlfunktion der EDV-Schaltung, z.B. Programmabsturz, wird das Alarmsignal abgegeben, was zur Abschaltung der Hochspannung führt. Die Alarmschaltung kann insbesondere ebenfalls eine EDV-Einrichtung sein.
Ebenso kann die EDV-Schaltung imstande sein, ihrerseits die Alarmschaltung auf Fehlfunktion zu überwachen und bei Feststellung einer Fehlfunktion der Alarmschaltung die Hochspannung abzuschalten und/ oder die Störungsmeldung auszugeben, so daß die Alarmschaltung durch die EDV-Schaltung auf Fehlfunktion überwacht wird. Hierdurch wird die Betriebssicherheit des Ozonerzeugers weiter erhöht.
Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung überwachen sich die EDV-Schaltung und die Alarmschaltung gegenseitig. Dies bedeutet, daß einerseits die EDV- Schaltung auf Fehlfunktion überwacht wird und andererseits auch ein Ausfall ebendieser Überwachung bemerkt wird, was die Sicherheit beim Betrieb des Ozon- erzeugers wesentlich erhöht.
Kurzbeschreibung der Figuren des Figurensatzes I, in welchem schematisch zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasentladungsapparates mit einer Zählschaltung und induktiver Auskopplung, Fig. 2 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemä- ßen Gasentladungsapparates, mit der Zählschaltung und kapazitiver Auskopplung, Fig. 3 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasentladungsapparates, mit einer Zählschaltung und einer Steuerschaltung, Fig.4 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasentladungsapparates, mit einer Integrierschaltung und einem Komparator, Fig. 5 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasentladungsapparates, mit einer Integrierschaltung und einem Kom- parator,
Fig. 6 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasentladungsapparates, mit einer Integrierschaltung, einem Komparator, einer Steuerschaltung, einer Alarmschaltung sowie einem UND-Gatter, Fig. 7 ein Beispiel für einen zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannungen der Steu- erschaltung, des Komparators, der Alarmschaltung und des UND-Gliedes von Fig. 6, Fig. 8 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasentladungsapparates, mit einer Zählschaltung und einem Grenzwertschalter, Fig. 9 ein Beispiel für einen zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannungen der Zählschaltung, des Grenzwertschalters, der Alarmschaltung und des UND-Gatters von Fig. 8, Fig. 10 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasentladungsapparates, und Fig. 11 ein Beispiel für einen zeitlichen Verlauf der logischen Verknüpfungen des Gasentladungsapparates von Fig. 10.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasentladungsapparates zur Erzeugung von Sauerstoffionen, Sauerstoffatomen und Ozon in der Luft. Der Gasentladungsapparat von Fig. 1 um- faßt einen Hochspannungsgenerator 1, ein Gasentladungsmodul 2 mit zwei Elektroden 2A, 2B, ein Auskoppelelement 31 mit einem Auskopplungsausgang 31C, sowie eine Zählschaltung 14. Das Gasentladungsmodul 2 ist vorzugsweise ein solches für dielektrisch behinderte Entladung; bei einem solchen befinden sich zwischen den Elektroden 2A, 2B mindestens zwei unterschiedliche Dielektrika, was jedoch in Fig. 1 nicht dargestellt ist.
Der Hochspannungsgenerator 1 ist imstande, eine Hochspannung HV zu erzeugen, die im Beispiel von Fig. 1 eine Sinus-Wechselspannung mit einer Frequenz von typischerweise 20...100 kHz und einer Spannung von typischerweise 4...6 kV ist.
Die Hochspannung HN ist über eine Hinleitung 11 und eine Rückleitung 12 zwischen den beiden Elektroden 2A, 2B angelegt und erzeugt in dem Gasentladungsmodul 2 eine Gasentladung, welche zur Produktion von Ozon bzw. Sauerstoffionen bzw. Saueratoffatomen führt und einen elektrischen Strom durch die Hinleitung 11, das Gasentladungsmodul 2 und die Rückleitung 12 erzeugt. Durch die Gasentladung entstehen ferner schnelle Entladeimpulse, welche sich dem Strom als Stromimpulse bzw. Rauschen überlagern. Die einzelnen Entladeimpulse sind in der Regel von weit kürzerer Zeitdauer als die Halbwellen der Hochspannung HV; sie können z.B. 0,1 Mikrosekunden andauern und dabei Amplituden von z.B. 50 Volt erreichen; diese Werte hängen selbstverständlich von den Betriebsbedingungen und der Geometrie das Gasentladungsmoduls 2 ab.
Der Hochspannungsgenerator 1 besitzt einen Eingang 1E und ist so eingerichtet, daß die Hochspannung HV abgeschaltet wird, wenn an dem Eingang E ein Schaltsignal anliegt. Als Schaltsignal dient also ein solches Signal, welches
imstande ist, die Hochspannung HV abzuschalten; dies kann je nach Auslegung des Hochspannungsgenerators z.B. High-Signal bzw. ein Low-Signal sein.
Der Gasentladungsapparat von Fig. 1 umfaßt ferner eine Zählschaltung 14. Die Stromimpulse werden durch das Auskoppelelement 31 aus der Rückleitung 12 ausgekoppelt und über den Auskopplungsausgang 31C der Zählschaltung 14 zugeführt. Das Auskoppelelement 31 ist in dem Beispiel von Fig. 1 ein Transformator oder Übertrager 31, dessen eine Wicklung 31B in der Rückleitung 12 zwischengeschaltet ist und dessen andere Wicklung 31 A mit der Zählschaltung 14 verbunden ist. Das Auskoppelelement 31 ist also im Beispiel von Fig. 1 ein induktives Auskoppelelement.
Die Zählschaltung 14 ist erfindungsgemäß imstande, die Anzahl der während einer vorgegebenen Zählzeitdauer T0 auftretenden Stromimpulse zu zählen und das Zählergebnis mit einer vorgegebenen Vergleichszahl zu vergleichen. Nach Ablauf der Zählzeitdauer wird eine neue Zählung begonnen und das Ergebnis wiederum mit der Vergleichszahl verglichen, usw.. Gemäß einer anderen Variante erfolgt die Zählung gleitend, d.h. eine neue Zählung wird bereits begonnen, bevor die vorherige Zählung beendet ist.
Die Zählschaltung 14 besitzt einen Ausgang 14A, der mit dem Eingang 1E des Hochspannungsgenerators 1 verbunden ist und der unter der Bedingung, daß das Zählergebnis einer Zählung größer ist als die vorgegebene Vergleichszahl, ein Zählersignal abgibt, welches im Beispiel von Fig. 1 unmittelbar als Schaltsignal zur Abschaltung der Hochspannung HV dient. Die Vergleichszahl muß nicht konstant sein, sondern kann zeitlich veränderbar sein, z.B. um eine Anpassung an veränderte Betriebs- oder Umgebungsbedingungen zu ermöglichen.
Die Anzahl der während der Zeitdauer T0 auftretenden Sttomimpulse ist ein Maß für die Produktionsrate von Sauerstoffionen, Sauerstoffatomen und Ozon in dem
Gasentladungsmodul 2. Dies bedeutet, daß eine zu hohe Produktionsrate an einer
zu hohen Anzahl von Stromimpulsen pro Zeiteinheit erkannt werden kann. Die Vergleichszahl kann daher vorteilhaft so gewählt werden, daß sie einer bestimmten kritischen Zahl von Stiomimpulsen pro Zeiteinheit und damit einer bestimmten kritischen Produktionsrate entspricht. Falls diese Produktionsrate z.B. auf Grund einer Fehlfunktion des Gasentladungsmoduls 2, des Hochspannungsgenerators 1 oder einer sonstigen Komponente des Gasentladungsapparates ist oder größer wird als ein beliebig vorgebbarer kritischer Wert, wird dies durch die Zählschaltung 14 erkannt und durch dieselbe das Schaltsignal abgegeben, welches zur Abschaltung der Hochspannung HV führt.
Somit wird vorteilhafterweise erreicht, daß eine zu hohe, evtl. gefährliche Produktionsrate von Sauerstoffionen, Sauerstoffatomen und Ozon automatisch verhindert wird. Der Gasentladungsapparat von Fig. 1 ist also erfindungsgemäß imstande, sich selbst zu überwachen und sich bei Feststellung einer Fehlfunktion zwangswei- se abzuschalten.
Ebenso ist es selbstverständlich möglich, eine zu niedrige Produktionsrate an einer zu geringen Anzahl von Stromimpulsen zu erkennen. Auch eine zu niedrige Produktionsrate kann ein Hinweis auf eine Fehlfunktion des Gasentladungs- apparates sein. In einer anderen Variante der Erfindung ist daher die Zählschaltung 14 von Fig. 1 so eingerichtet, daß eine Abgabe des Schaltsignals über den Ausgang 14A und damit die Selbstabschaltung des Gasentladungsappates dann erfolgt, wenn das Zählergebnis niedriger ist als eine vorgegebene Vergleichszahl.
In einer weiteren Variante der Erfindung ist die Zählschaltung 14 von Fig. 1 so eingerichtet, daß eine Abgabe des Schaltsignals und damit die Selbstabschaltung des Gasentladungsapparates sowohl dann erfolgt, wenn das Zählergebnis niedriger ist als eine vorgegebene erste Vergleichszahl, als auch dann, wenn das Zählergebnis größer ist als eine vorgegebene zweite Vergleichszahl, so daß sich der Gas- entladungsapparat sowohl auf einer zu geringe als auch auf eine zu hohe Produktionsrate von Sauerstoffionen, Sauerstoff atomen und Ozon selbst überwacht.
Zwischen den Auskopplungsausgang 31C und die Zählschaltung 14 kann ein Grenzwertschalter, z.B. ein Komparator, zwischengeschaltet sein, welcher dann und nur dann ein Digitalsignal an die Zählschaltung 14 abgibt, wenn die Höhe eines Sfrorrύmpulses einen bestimmten Grenzwert übersteigt, so daß die Zählschaltung keine analogen Stromimpulse zu verarbeiten braucht. Der Grenzwertschalter kann alternativ hierzu auch interner Bestandteil der Zählschaltung 14 selbst sein, anstatt ihr extern vorgeschaltet zu sein.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Gasentladungsapparates. Der Gasentladungsapparat von Fig. 2 unterscheidet sich von demjenigen von Fig. 1 lediglich dadurch, daß er anstelle des induktiven Auskoppelelements 31 ein kapazitives Auskoppelelement 32 aufweist, welches einen in dem Rückleiter 12 zwischengeschalteten Widerstand 32B und einen zwischen den Rückleiter 12 und die Zählschaltung 14 geschalteten Kondensator 32 A umfaßt. Das Auskoppelelement 32 gibt die ausgekoppelten Stromimpulse über einen Auskopplungsausgang 32 C an die Zählschaltung 14 ab. Anstelle des Widerstandes 32B kann eine als Tiefpaß wirkende Induktivität verwendet werden.
In einer bevorzugten Variante (nicht gezeigt) der Erfindung umfaßt der Gasentladungsapparat einen Gleichrichter oder eine Diode, welcher oder welche zwischen den Auskopplungsausgang 31C bzw. 32C und die Zählschaltung 14 geschaltet ist, so daß alle an die Zählschaltung 14 gelangenden Stromimpulse von einheitlicher Polarität sind.
Zwischen dem Auskopplungsausgang 31C (Fig. 1) bzw. 32C (Fig. 2) und der Zählschaltung 14 kann ein (nicht gezeigtes) Filter zwischengeschaltet sein, welche die ausgekoppelten Stromimpulse passieren läßt, die Grundfrequenz der Hochspannung jedoch unterdrückt. Dieses Filter kann z.B. ein Hochpaß oder ein Band- paß oder z.B. auch eine Bandsperre sein, deren Sperrfrequenz der Grundfrequenz
der Wechselspannung entspricht. Der Kondensator 32A von Fig. 2 kann zugleich Bestandteil des Filters sein.
Bevorzugt wird die Hochspannung HV zum Betrieb des Gasentladungsmoduls 2 in zyklischer Folge jeweils für eine erste Zeitspanne Tl eingeschaltet, anschließend für eine zweite Zeitspanne T2 abgeschaltet, anschließend erneut für die erste Zeitspanne Tl eingeschaltet usw., wie in Fig. 1 durch den abschnittsweise geradlinigen Verlauf der Wellenlinie, welche den zeitlichen Verlauf der Hochspannung HV symbolisieren soll, angedeutet ist. Um die Produktionsrate zu erhöhen, kann das Verhältnis der Dauer der ersten Zeitspanne Tl zur Dauer der zweiten Zeitspanne T2 vergrößert werden, und um die Produktionsrate zu verringern, kann dieses Verhältnis verkleinert werden.
Die Steuerung des zyklischen An- und Abschaltens der Hochspannung HV kann gemäß einer Ausführungsform durch einen innerhalb des Hochspannungsgenerators 1 angeordneten entsprechenden Steuer- oder Unterbrecher-Schaltkreis erfolgen.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, zwischen den Ausgang 14A der Zählschal- tung 14 und den Eingang 1E des Hochspannungsgenerators 1 eine Steuerschaltung zwischenzuschalten (nicht gezeigt), welche, solange keine Fehrfunktion festgestellt wurde, in zyklischer Folge jeweils für die erste Zeitspanne Tl das Schaltsignal nicht abgibt und anschließend für die zweite Zeitspanne T2 das Schaltsignal an den Eingang 1E abgibt, usw., so daß das Ein- und Abschalten der Hochspannung HV durch die Steuerschaltung gesteuert wird. Die Steuerschaltung ist dabei so eingerichtet, daß sie die zyklische Folge abbricht und das Schaltsignal abgibt, wenn die Zählschaltung das Zählersignal abgibt, d.h. eine Fehlfunktion des Gasentladungsapparates festgestellt wurde. In diesem Fall dient also das Zählersignal der Zählschaltung 14 nicht unmittelbar als Schaltsignal, sondern dazu, dasselbe auszulösen.
Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, sowohl das zyklische Ein- und Ausschalten der Hochspannung HV als auch das Abschalten derselben bei Feststellung einer Fehlfunktion über den Eingang 1E zu steuern.
Gemäß einer weiteren Variante (Fig. 3) ist der Ausgang 14A der Zählschaltung 14 an einen Eingang eines ODER-Gliedes 18 angeschlossen, dessen Ausgang 18A mit dem Eingang 1E des Hochspannungsgenerators 1 verbunden ist. Falls die Zählschaltung 14 das Zählersignal abgibt, gelangt dieses über das ODER-Glied 18 an den Eingang 1E und dient dort als Schaltsignal, was zur Abschaltung der Hochspannung HN führt.
Der andere Eingang des ODER-Gliedes 18 ist mit dem Ausgang 6A einer Steuerschaltung 6 verbunden. Die Steuerschaltung 6 gibt über ihren Ausgang 6A in zyklischer Folge jeweils für die erste Zeitspanne Tl kein Steuersignal ab und anschließend für die zweite Zeitspanne T2 ein Steuersignal ab, welches über das ODER-Glied 18 an den Eingang 1E gelangt und dort als Schaltsignal dient, was ebenfalls zur Abschaltung der Hochspannung HV führt. Die ODER-Schaltung gibt also über ihren Ausgang 18A das Schaltsignal ab, wenn entweder das Zählersignal oder das Steuersignal an ihr anliegt. Solange keine Fehlfunktion festgestellt wird, d.h. solange die Zählschaltung 14 kein Zählersignal abgibt, wird somit das Ein- und Abschalten der Hochspannung HV und damit die mittlere Produktionsrate von Ozon bzw. Saueratoffatomen bzw. Sauerstoffionen durch die Steuerschaltung 6 gesteuert. Sobald jedoch die Zählschaltung 14 das Zählersignal abgibt, wird die Hochspannung HN unabhängig vom Steuersignal abgeschaltet. Die Steuer- Schaltung 6 kann z.B. ein astabiler Multivibrator oder eine programmierbare EDV- Einrichtung sein.
Die Zählzeitdauer T0 ist gemäß einer Variante der Erfindung so gewählt, daß sie wesentlich länger ist als die Summe der ersten und zweiten Zeitspanne T1,T2. Auf diese Weise wird insbesondere bei schwacher Intensität der Gasentladung die
Gefahr einer Fehlauslösung des Schaltsignals auf Grund von zufälligen, statistisch
bedingten Abweichungen zwischen dem im Einzelfall erzielten Zählergebnis und dem tatsächlichen Langzeit-Mittelwert der pro Zeiteinheit auftretenden Stromimpulse verringert. Gemäß einer anderen Variante der Erfindung ist die Zählzeitdauer TO kleiner als sowohl die erste als auch die zweite Zeitspanne Tl, T2 gewählt. Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ist die Zählzeitdauer TO nicht konstant gewählt, sondern synchron mit dem Ein- und Ausschalten der Hochspannung HN veränderlich und dabei so zwischen den Werten Tl und T2 so alternierend, daß mit Beginn jeder ersten Zeitspanne Tl eine erste Zählzeitdauer tOl beginnt, welche mit der ersten Zeitspanne Tl übereinstimmt, und mit Beginn jeder zweiten Zeitspanne T2 eine zweite Zählzeitdauer t02 beginnt, welche mit der zweiten Zeitspanne T2 übereinstimmt. In diesem Fall beginnt mit jedem zyklischen Ein- und Ausschaltvorgang der Hochspannung HN eine neue Zählung.
In einer weiteren Verfeinerung dieser Variante ist synchron hierzu auch die Vergleichszahl zyklisch zwischen zwei Werten alternierend veränderlich. Bevorzugt ist die Vergleichszahl während der ersten Zeitspanne Tl größer gewählt als während der zweiten Zeitspanne T2, so daß zu jeder der beiden Zeitspannen T1,T2 eine eigene Vergleichszahl gehört.
Eine Zählung der Stiornimpulse auch während er zweiten Zeitspanne T2 ist - trotz des Umstandes, daß die Hochspannung HV hier abgeschaltet ist - sinnvoll, da das Auftreten von Stromimpulsen bei abgeschalteter Hochspannung auf eine Fehlfunktion hindeutet; eine solche Fehlfunktion läßt sich demnach erkennen, indem auch während der zweiten Zeitspanne T2 auftretende Stromimpulse gezählt werden und das Zählergebnis mit der zur zweiten Zeitspanne T2 gehörenden Vergleichszahl verglichen wird. Das Schaltsignal wird ausgelöst, wenn das Zählergebnis über der zur zweiten Zeitspanne T2 gehörenden Vergleichszahl liegt. Diese wird hierbei vorzugsweise sehr niedrig gewählt, da bei einwandfreier Funktion während der zweiten Zeitspannen T2 keine Stromimpulse zu erwarten sind.
Insbesondere kann gemäß einer vorteilhaften Variante während der ersten Zeitspannen Tl das Schaltsignal sowohl bei zu hoher als auch bei zu geringer Produktionsrate und während der zweiten Zeitspannen T2 nur bei zu hoher Produktionsrate ausgelöst werden, wobei die Vergleichszahlen synchron mit der zyklischen Abfolge der ersten und zweiten Zeitspannen Tl, T2 zwischen verschiedenen Werten alternieren. In diesem Fall wird das erfindungsgemäße Verfahren jeweils während der ersten Zeitspannen Tl und unabhängig davon auch jeweils während der zweiten Zeitspannen T2 angewendet.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung wird das Schaltsignal nicht nur zur Abschaltung der Hochspannung HV herangezogen, sondern auch zur Ausgabe einer Störungsmeldung, insbesondere einer akustischen oder optischen Störungsmeldung.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Gasentladungsapparates. Der Gasentladungsapparat von Fig. 4 unterscheidet sich von demjenigen von Fig. 1 dadurch, daß er anstelle der Zählschaltung 14 eine Vergleichsschaltung 5 und eine Integrierschaltung 24 umfaßt, welche zwischen den Auskopplungsausgang 31C und die Vergleichsschaltung 5 zwischengeschaltet und somit der Vergleichsschaltung 5 vorgeschaltet ist. Die Vergleichsschaltung 5 ist im Beispiel von Fig. 4 ein Komparator 5.
Die Integrierschaltung 4 integriert die durch das Auskoppelelement 31 ausgekoppelten Stromimpulse mit der vorgegebenen Integrationszeit oder mit der vorgegebenen Integrationszeitkonstanten zeitlich zu einem integralen Pulssignal, so daß das Pulssignal ein integrales Pulssignal ist, und gibt dieses an den Komparator 5 ab. An den Komparator 5 ist ferner über eine Klemme 5B eine Spannung angelegt, die als vorgegebener Schwellenwert dient.
Selbstverständlich kann zur Auskopplung der Stromimpulse auch das kapazitive Auskoppelelement 32 von Fig. 3 verwendet werden.
Der Komparator 5 vergleicht das integrale Pulssignal mit dem vorgegebenen Schwellenwert und gibt über einen Ausgang 5A ein Komparatorsignal ab, falls das integrale Pulssignal größer ist als der vorgegebene Schwellenwert. Der Ausgang 5A ist mit dem Eingang 1E des Hochspannungsgenerators 1 verbunden. Das Komparatorsignal dient in dem Beispiel von Fig. 4 unmittelbar als Schaltsignal, welches zum Abschalten der Hochspamiung HN führt.
Die Größe des integralen Pulssignals ist ein Maß für die Produktionsrate von Sauerstoff ionen bzw. Sauerstoff atomen bzw. Ozon in dem Gasentladungsmodul 2. Dies bedeutet, daß eine zu hohe Produktionsrate an einem zu großen integralen Pulssignal erkannt werden kann. Der Schwellenwert kann daher vorteilhaft so gewählt werden, daß er einer bestimmten kritischen Produktionsrate entspricht. Falls diese Produktionsrate z.B. auf Grund einer Fehlfunktion des Gasentla- dungsmoduls 2, des Hochspannungsgenerators 1 oder einer sonstigen Komponente des Gasentladungsapparates ist oder größer wird als ein beliebig vorgebbarer kritischer Wert, wird dies durch den Komparator 5 erkannt und durch denselben das Schaltsignal abgegeben, welches zur Abschaltung der Hochspannung HN führt.
Somit wird vorteilhafterweise erreicht, daß eine zu hohe Produktionsrate automatisch verhindert wird. Der Gasentladungsapparat von Fig. 4 ist also erfindungsgemäß imstande, sich selbst zu überwachen und sich bei Feststellung einer Fehlfunktion abzuschalten.
Ebenso ist es selbstverständlich möglich, eine zu niedrige Produktionsrate an einem zu kleinen integralen Pulssignal zu erkennen. In einer anderen Variante der Erfindung ist daher die Vergleichsschaltung so eingerichtet, daß eine Abgabe des Schaltsignals und damit die Selbstabschaltung des Gasentladungsapparates dann erfolgt, wenn das integrale Pulssignal kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert.
In einer bevorzugten Variante (nicht gezeigt) der Erfindung umfaßt der Gasentladungsapparat einen Gleichrichter oder eine Diode, welcher oder welche zwischen den Auskopplungsausgang 31C und die Integrierschaltung 4 geschaltet ist, so daß alle an die Integrierschaltung 24 gelangenden Stromimpulse von einheitlicher Polarität sind.
In einer weiteren Variante der Erfindung ist die Integrationsschaltung so eingerichtet, daß eine Abgabe des Schaltsignals und damit die Selbstabschaltung des Gasentladungsapparates sowohl dann erfolgt, wenn das integrale Pulssignal kleiner ist als ein vorgegebener erster Schwellenwert, als auch dann, wenn das integrale Pulssignal größer ist als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert, so daß sich der Gasentladungsapparat sowohl auf einer zu geringe als auch auf eine zu hohe Produktionsrate von Sauerstoffionen bzw. Sauerstoffatomen bzw. Ozon selbst überwacht. Zu diesem Zweck kann die Vergleichsschaltung zwei Komparatoren umfassen.
Fig. 5 zeigt schematisch ein Blockschaltbild einer weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Gasentladungsapparates. Der Unterschied zu dem Gasentladungsapparat von Fig. 4 besteht darin, daß in Fig. 5 zwischen dem Ausgang 5A des Komparators 5 und den Eingang 1E des Hochspannungsgenerators 1 zusätzlich eine Steuer Schaltung 10 zwischengeschaltet ist, welche, solange keine Fehlfunktion festgestellt wird, in zyklischer Folge jeweils für die erste Zeitspanne Tl das Schaltsignal nicht abgibt und anschließend für die zweite Zeitspanne T2 das Schaltsignal über ihren Ausgang 10 A an den Eingang 1E abgibt, usw., so daß das Ein- und Abschalten der Hochspannung HV durch die Steuerschaltung 10 gesteuert wird. Die Steuerschaltung 10 ist dabei so eingerichtet, daß sie die zyklische Folge abbricht und das Schaltsignal abgibt, wenn der Komparator 5 das Komparatorsignal an ihren Eingang 10E abgibt, d.h. eine Fehlfunktion des Gasentladungsapparates festgestellt wurde. In diesem Fall dient also das Komparatorsignal nicht unmittelbar als Schaltsignal, sondern dazu,
dasselbe auszulösen. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, sowohl das zyklische Ein- und Ausschalten der Hochspannung HV als auch das Abschalten derselben bei Feststellung einer Fehlfunktion über den Eingang 1E zu steuern.
Die Steuerschaltung 10 kann z.B. ein astabiler Multivibrator sein. Bevorzugt ist die Steuerschaltung 10 jedoch eine prograrnmierbare EDV-Einrichtung, z.B. Mikrokontroler oder Mikroprozessor, in welcher die erste und die zweite Zeitspanne Tl, T2 gespeichert sind.
Die Integrationszeit ist gemäß einer Variante der Erfindung so gewählt, daß sie wesentlich länger ist als die Summe der ersten und zweiten Zeitspanne T1,T2. Gemäß einer anderen Variante der Erfindung ist die Integrationszeit kleiner als sowohl die erste als auch die zweite Zeitspanne Tl, T2 gewählt. Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ist die Integrationszeit nicht konstant gewählt, sondern synchron mit dem Ein- und Ausschalten der Hochspannung HV veränderlich. In einer weiteren Verfeinerung dieser Variante ist synchron hierzu auch der Schwellenwert zyklisch zwischen zwei Werten alternierend veränderlich.
Gemäß einer Variante der Erfindung sind das Steuersignal, das Zählersignal bzw. das Komparatorsignal und das Schaltsignal jeweils High-Signale, wobei der Hochspannungsgenerator so eingerichtet ist, daß die Hochspannung HV abgeschaltet wird, wenn am Eingang 1E ein High-Signal anliegt, und eingeschaltet wird, wenn am Eingang 1E ein Low-Signal anliegt. Gemäß einer anderen Variante der Erfindung sind das Zählersignal bzw. das Komparatorsignal, das Steuersignal und das Schaltsignal jeweils Low-Signale, wobei der Hochspannungsgenerator so eingerichtet ist, daß die Hochspannung HV abgeschaltet wird, wenn an seinem Eingang ein Low-Signal oder keine Spannung anliegt, und eingeschaltet wird, wenn diesem Eingang ein High-Signal anliegt. In diesem Fall ist das ODER-Glied 18 von Fig. 3 selbstverständlich durch ein UND-Glied zu ersetzen, oder es sind entsprechende Invertierer zu verwenden. Gemäß einer wiederum anderen Variante der Erfindung sind das Zählersignal bzw. das Komparatorsignal und das
Steuersignal jeweils High-Signale, das Schaltsignal jedoch ein Low-Signal, wobei der Hochspannungsgenerator ebenfalls so eingerichtet ist, daß die Hochspannung HV abgeschaltet wird, wenn an seinem Eingang ein Low-Signal oder keine Spannung anliegt, und eingeschaltet wird, wenn diesem Eingang ein High-Signal anliegt. In diesem Fall ist das ODER-Glied 18 von Fig. 3 durch ein NOR-Glied zu ersetzen, oder es sind entsprechende Invertierer zu verwenden.
In Abhängigkeit von der Art der zu verknüpfenden Signale können die logischen Funktionen durch verschiedene Logik-Bausteine ausgeführt werden, z.B. UND- Glied, ODER-Glied, NAND-Glied, NOR-Glied.
Fig. 6 zeigt schematisch ein Blockschaltbild einer bevorzugten weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Gasentladungsapparates. Diese Variante unterscheidet sich von dem Gasentladungsapparat von Fig. 5 durch eine zusätzliche Alarmschaltung 7, auch "watchdog" genannt, ein zusätzliches UND-Glied 9 sowie dadurch, daß anstelle der Steuerschaltung 10 eine Steuerschaltung 20 zum Einsatz kommt, welche eine EDV-Einrichtung, z.B. Mikrokontroler, ist. Ferner kommt in Fig. 6 anstelle des Hochspannungsgenerators 1 von Fig. 5 ein Hochspannungsgenerator 21 mit einem Eingang 21E zum Einsatz, welcher so eingerichtet ist, daß die Hochspannung HV abgeschaltet wird, wenn am Eingang 21E ein Low-Signal oder keine Spannung anliegt, und eingeschaltet wird, wenn am Eingang 21E ein High-Signal anliegt.
Darüber hinaus kommt in Fig. 6 anstelle des Komparators 5 von Fig. 5 als Vergleichsschaltung ein Komparator 15 zum Einsatz, der mit dem Ausgang 4A der Integrierschaltung 4 verbunden ist und über seinem Ausgang 15A ein Komparatorsignal abgibt, wenn das integrale Pulssignal kleiner ist als ein vorgegebener, an einer Klemme 15B des Komparators 15 angelegter Schwellenwert, wobei dieses Komparatorsignal im Beispiel von Fig. 6 ein Low- Signal ist. Wenn das integrale Pulssignal größer ist als der vorgegebene Schwellenwert, gibt der Komparator 15 dagegen ein High-Signal ab. Das
Komparatorsignal, Low-Signal am Ausgang 15E, zeigt in dem Gasentladungsapparat von Fig. 6 also eine zu niedrige Produktionsrate an, während ein High-Signal am Ausgang 15E anzeigt, daß die Produktionsrate nicht zu niedrig ist.
Die Steuerschaltung 20 besitzt zwei Ausgänge 20A, 20B sowie zwei Eingänge 20E, 20F. Der eine Eingang 20E der Steuerschaltung 20 ist mit dem Ausgang 15E des Komparators 15 verbunden. Der eine Ausgang 20A der Steuerschaltung 20 ist an einen Eingang eines UND-Gliedes 9 angeschlossen, dessen Ausgang 9A mit dem Eingang 21E des Hochspannungsgenerators 21 verbunden ist.
Der andere Eingang des UND-Gliedes 9 ist mit dem Ausgang 7A der Alarmschaltung 7 verbunden, deren Funktion unten noch erläutert wird. Ferner ist der andere Ausgang 7B der Alarmschaltung 7 mit dem zweiten Eingang 20B der Steuerschaltung 20 verbunden.
Das UND-Glied 9 gibt nur dann ein High-Signal an den Eingang 21E des Hochspannungsgenerators 21 ab, wenn an beiden Eingängen des UND-Gliedes 9 zugleich ein High-Signal anliegt. In diesem Fall ist die Hochspannung HV eingeschaltet. Falls dagegen auch nur einer der Eingänge des UND-Gliedes 9 ein Low-Signal empfängt, gibt das UND-Glied 9 das Schaltsignal, welches im Beispiel von Fig. 6 ein Low-Signal ist, an den Eingang 21E des Hochspannungsgenerators 21 ab, was zur Abschaltung der Hochspannung HV führt.
Die Alarmschaltung 7 besitzt zwei Ausgänge 7A, TB sowie einen Eingang 7E. Der eine Eingang 20E der Steuerschaltung 20 ist mit dem Ausgang 15A des Komparators 15 verbunden. Der andere Eingang 20F der Steuerschaltung 20 ist mit dem Eingang 7E der Alarmschaltung verbunden.
Die Alarmschaltung 7 ist so eingerichtet, daß sie imstande ist, die Funktion der Steuerschaltung 20 z.B. in an sich bekannter Weise zu überwachen, und wird daher
auch als "watchdog" bezeichnet. Die Steuerschaltung 20 ist zu diesem Zweck so eingerichtet, daß sie bei einwandfreier Funktion derselben über ihren Ausgang 20B zeitweise oder ständig ein Ausgabesignal oder Ausgabesignale an den Eingang 7E der Alarmschaltung 7 abgibt, welche eine einwandfreie Funktion der Steuerschaltung 20 anzeigen. Diese Ausgabesignale können z.B. Flags sein, welche von der Steuerschaltung 20 bei einwandfreier Funktion derselben regelmäßig vorübergehend am Ausgang 20B gesetzt werden, bei einer Störung, z.B. Programmabsturz, jedoch ausbleiben. In einer anderen Variante sind die Ausgabesignale digitale Worte, welche seriell vom Ausgang 20B an den Eingang 7E gelangen. In einer weiteren Ausführungsform sind die Ausgabesignale ebenfalls digitale Worte, der Ausgang 20B jedoch ein Parallel- Ausgang, der Eingang 7E ein Parallel-Eingang und die Verbindung zwischen beiden ein Bus. Gemäß einer weiteren Variante ist die Steuerschaltung so eingerichtet, daß sie regelmäßig einen Selbsttest durchführt und die Ergebnisse desselben als Ausgabesignale abgibt.
Die Alarmschaltung 7 wertet die Ausgabesignale aus und gibt über ihren Ausgang 7A ein Alarmsignal aus, falls die Ausgabesignale oder ein Ausbleiben derselben eine Fehlfunktion der Steuerschaltung 20 anzeigen, wobei das Alarmsignal im Beispiel von Fig. 6 ein Low-Signal ist, über das UND-Gatter 9 an den Eingang 21E des Hochspannungsgenerators 21 gelangt und zur Abschaltung der Hochspannung HV führt. Falls die Alarmschaltung 7 keine Fehlfunktion der Steuerschaltung 20 feststellt, gibt sie über ihren Ausgang 7A im Beispiel von Fig. 6 hingegen ein High-Signal ab.
Die Alarmschaltung 7 kann insbesondere ebenfalls eine EDV-Einrichtung sein und ist vorzugsweise so eingerichtet, daß sie die an ihrem Eingang 7E ankommenden Ausgabesignale mit vorgegebenen, gespeicherten Soll-Signalmustern vergleicht und über ihren Ausgang 7A das Alarmsignal abgibt, wenn eine Abweichung der Ausgabesignale von den Soll-Signalmustern festgestellt wird.
Somit ist die Alarmschaltung 7 imstande, die Steuerschaltung 20 auf einwandfreie Funktion zu überwachen und bei Feststellung einer Fehlfunktion derselben die Abschaltung der Hochspannung HV auszulösen, wodurch die Betriebssicherheit des Gasentladungsapparates wesentlich erhöht wird.
Umgekehrt kann die Alarmschaltung 7 so eingerichtet sein, daß sie bei einwandfreier Funktion derselben über den Ausgang 7B Kontrollsignale an den Eingang 20F der Steuerschaltung 20 abgibt, und die Steuerschaltung 20 so eingerichtet sein, daß sie die Kontrollsignale auswertet und über ihren Ausgang 20 A das Steuersignal abgibt, falls dieselben oder ein Ausbleiben derselben eine Fehlfunktion der Alarmschaltung 7 anzeigen, so daß die Steuerschaltung 20 imstande ist, die Alarmschaltung 7 auf einwandfreie Funktion zu überwachen und bei Feststellung einer Fehlfunktion derselben ebenfalls die Abschaltung der Hochspannung HV auszulösen, wodurch die Betriebssicherheit des Gasent- ladungsapparates weiter erhöht wird.
Im Beispiel von Fig. 6 sind somit das Alarmsignal, das Steuersignal und das Schaltsignal jeweils Low-Signale. Hierdurch führt z.B. auch ein Bruch der Verbindung zwischen der Alarmschaltung 7 und dem UND-Gatter 9 oder derjenigen zwischen der Steuerschaltung 20 und dem UND-Gatter 9 zur Auslösung des Schaltsignals, was bei der Verwendung von High-Signalen als Alarm- bzw. Steuersignal nicht der Fall wäre. Dies ist vorteilhaft, da z.B. bei einem Bruch der Verbindung zwischen der Alarmschaltung 7 und dem UND-Gatter 9 die Alarmschaltung 7 ihre Überwachungsaufgabe selbstverständlich nicht mehr wahrnehmen kann und dennoch die Steuerschaltung 20 diesen Ausfall der Überwachung nicht feststellen würde. Ebenso führt auch ein Bruch der Verbindung zwischen UND-Gatter 9 und dem Eingang 21E des Hochspannungsgenerators 1 zur Abschaltung der Hochspannung HV. Hierdurch wird die Sicherheit des Gasentladungsapparates gegen Fehlfunktionen weiter vergrößert.
Die Steuerschaltung 20 ist so eingerichtet, daß sie über den Ausgang 20A in zyklischer Folge jeweils für die erste Zeitspanne Tl ein High-Signal und anschließend für die zweite Zeitspanne T2 ein Steuersignal, welches im Beispiel von Fig. 6 ein Low-Signal ist, an das UND-Glied 9 abgibt, sofern der Komparator 15 spätestens eine Wartezeit Tw jeweils nach Beginn der ersten Zeitpanne Tl ein High-Signal abgibt, d.h. kein Komparatorsignal abgibt. Hingegen bricht die Steuerschaltung 20 die zyklische Folge ab und gibt permanent das Steuersignal ab, wenn der Komparator 15 während der ersten Zeitspanne Tl nach Ende der Wartezeit Tw immer noch das Komparatorsignal abgibt, d.h. eine Fehlfunktion des Gasentladungsapparates "Produktionsrate zu niedrig" festgestellt wird. Die Folge davon ist erfindungsgemäß eine permanente Abschaltung der Hochspannung HV, d.h. Selbstabschaltung des Gasentladungsapparates.
Die Steuerschaltung 20 ist also so eingerichtet, daß das Komparatorsignal während der Zeitspannen Tl jeweils vor Ende der Wartezeit Tw nicht zur Abgabe des Steuersignals und damit auch nicht zur Abschaltung der Hochspannung HV führt, was bedeutet, daß das erfindungsgemäße Verfahren nach Beginn der ersten Zeitspanne Tl jeweils für die Wartezeit Tw nicht durchgeführt wird. Dies ist sinnvoll, da vom Einschalten der Hochspannung HV, d.h. dem Beginn der ersten Zeitspanne Tl, bis zum tatsächlichen Einsetzen der Gasentladung eine bestimmte Zeit verstreicht, also eine Nerzögerung auftritt, so daß unmittelbar nach Beginn der ersten Zeitspanne Tl noch kein integrales Pulssignal vorliegt und daher durch dem Komparator 15 zunächst immer, auch bei einwandfreier Funktion des Gasentladungsmoduls 2, eine zu geringe Produktionsrate festgestellt wird. Eine weitere Nerzögerung entsteht dadurch, daß das integrale Pulssignal aufgrund der Integration durch die Integrierschaltung 4 auch nach Einsetzen der Gasentladung nur mit begrenzter Geschwindigkeit ansteigt. Die Wartezeit Tw wird daher vorzugsweise länger als die Summe der genannten Verzögerungen, selbstverständlich jedoch kürzer als die erste Zeitspanne Tl gewählt. Die Wartezeit Tw kann typischerweise z.B. 10 Millisekunden betragen.
In einer alternativen Variante wird der Schwellenwert während der Wartezeit Tw auf Null gesetzt, so daß während dieser Zeit daher durch dem Komparator 15 keine zu geringe Produktionsrate festgestellt werden kann. Die Steuerschaltung 20 braucht in diesem Fall nicht so eingerichtet zu sein, daß während der Zeitspannen Tl jeweils vor Ende der Wartezeit Tw eine Abgabe des Steuersignals immer unterbleibt.
Gemäß einer weiteren Variante ist die Steuerschaltung so eingerichtet, daß sie die zyklische Folge nicht oder nur vorübergehend abbricht und das Steuersignal nur vorübergehend abgibt, wenn der Komparator 15 während der ersten Zeitspanne Tl nach Ende der Wartezeit Tw immer noch das Komparatorsignal abgibt, und nach einer bestimmten Haltezeit die zyklische Folge wieder in Gang setzt bzw. das Steuersignal zurücksetzt, um festzustellen, ob die Fehlfunktion des Gasentladungsapparates "Produktionsrate zu niedrig" erneut auftritt. In dieser Variante werden also nach der Haltezeit das Steuersignal und damit auch das Schaltsignal zurückgesetzt, was zu einem erneuten Einschalten der Hochspannung führt. Hierzu kann die Steuerschaltung mit einer Rücksetzschaltung verbunden oder ausgestattet sein, welche imstande ist, nach Ablauf der Haltezeitdauer nach Auslösung des Steuersignals eine Rücksetzung desselben und damit auch eine Rücksetzung des Schaltsignals auszulösen.
Gemäß einer weiteren Variante ist die Anzahl dieser Rücksetzungen begrenzt, d.h. nach einer bestimmten Zahl von Rücksetzungen wird das Schaltsignal permanent ausgegeben und die zyklische Folge nicht wieder in Gang gesetzt. Zu diesem Zweck kann die Rücksetzschaltung in einen aktiven oder in einem inaktiven Zustand versetzbar sein, wobei sie und nur im aktiven Zustand imstande ist, eine Rücksetzung des Schaltsignals auszulösen. Ein Zähler zählt die Anzahl der Rücksetzungen und versetzt die Rücksetzschaltung in den inaktiven Zustand, wenn die Anzahl der Rücksetzungen einen bestimrnten Grenzwert übersteigt.
In einer weiteren Variante der Erfindung erfolgen eine Abgabe des Steuersignals und damit die Selbstabschaltung des Gasentladungsapparates sowohl dann, wenn das integrale Pulssignal kleiner ist als ein vorgegebener erster Schwellenwert, als auch dann, wenn das integrale Pulssignal größer ist als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert, so daß sich der Gasentladungsapparat sowohl auf einer zu geringe als auch auf eine zu hohe Produktionsrate selbst überwacht. Zu diesem Zweck kann die Vergleichsschaltung zwei Komparatoren umfassen. Dabei kann insbesondere der zweite Schwellenwert während der zweiten Zeitspannen T2 niedriger sein als während der ersten Zeitspannen Tl, und der erste Schwellenwert während der zweiten Zeitspannen T2 auf Null oder auf einen negativen Wert gesetzt werden, so daß die Schwellenwerte zeitlich veränderlich sind. Auf diese Weise kann vorteilhafterweise eine Selbstabschaltung des Gasentladungsapparates auch dann erzwungen werden, wenn während der zweiten Zeitspannen T2 eine Gasentladungstätigkeit festgestellt wird. Dies ist sinnvoll, da eine Gasentladungstätigkeit während der zweiten Zeitspannen T2 ein deutlicher Hinweis auf eine Fehlfunktion des Gasentladungsapparates ist. Auch während der Wartezeiten Tw kann der erste Schwellenwert auf Null oder auf einen negativen Wert gesetzt werden.
In einer alternativen Ausführungsform wird anstelle der Integrierschaltung 4 und des Komparators 15 von Fig. 6 eine Zählschaltung verwendet, welche ein Low- Signal als Zählersignal abgibt, wenn die erste Bedingung erfüllt ist, von der Steuerschaltung 20 auf Fehlfunktion überwacht wird und ihrerseits die Steuerschaltung 20 auf Fehlfunktion überwacht.
Fig. 7 veranschaulicht schematisch ein Beispiel für einen zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannungen der Steuerschaltung 20 am Ausgang 20A, des Komparators 15 am Ausgang 15A, der Alarmschaltung 7 am Ausgang 7A und des UND-Gliedes 9 des Gasentladungsapparates von Fig. 6.
Die Steuerschaltung 20 gibt über ihren Ausgang 20A in zyklischer Folge jeweils für die erste Zeitspanne Tl, welche in Fig. 7 vom Zeitpunkt tl bis zum Zeitpunkt t4
reicht, ein High-Signal, danach für die zweite Zeitspanne T2, Zeitpunkt t4 bis Zeitpunkt t5, ein Steuersignal ab, welches im Beispiel von Fig. 6 und Fig. 7 ein Low-Signal ist. Danach gibt die Steuerschaltung 20 in einem nächsten Zyklus vom Zeitpunkt t5 bis zum Zeitpunkt t8 wieder für eine erste Zeitspanne Tl das High- Signal ab, usw.. (Fig. 7a)
Die Alarmschaltung stellt im Beispiel von Fig. 7 keine Fehlfunktion der Steuerschaltung 20 fest und gibt daher (Fig. 7c) ein permanentes High-Signal, d.h. kein Alarmsignal aus, welches im Beispiel von Fig. 6 und 7 ja ein Low-Signal wäre, wie oben erläutert wurde.
Vom Zeitpunkt tl bis zum Zeitpunkt t4 sowie vom Zeitpunkt t5 bis zum Zeitpunkt t8 liegt daher an beiden Eingängen des UND-Gliedes 9 ein High-Signal an, wodurch das UND-Glied 9 veranlaßt wird, an den Eingang 21E des Hochspannungsgenerators 21 ein High-Signal abzugeben (Fig. 7d). Dies bedeutet, daß die Hochspannung HV vom Zeitpunkt tl bis zum Zeitpunkt t4 sowie vom Zeitpunkt t5 bis zum Zeitpunkt t8 eingeschaltet ist.
Vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t5 gibt die Steuerschaltung 20 das Steuersignal ab (Fig. 7a), was zur folge hat, daß das UND-Glied 9 für diesen Zeitraum das Schaltsignal S, welches im Beispiel von Fig. 6 und Fig. 7 ein Low- Signal ist, an den Eingang 21E des Hochspannungsgenerators 21 abgibt, so daß die Hochspannung HV in diesem Zeitraum abgeschaltet ist (Fig. 7d).
Zwischen den Elektroden 2A, 2B des Gasentladungsmoduls 2 liegt somit vom Zeitpunkt tl bis zum Zeitpunkt t4 sowie vom Zeitpunkt t5 bis zum Zeitpunkt t8 die Hochspannung HV an. Vom Einschalten der Hochspannung HV, Zeitpunkte tl und t5, bis zum tatsächlichen Einsetzen der Gasentladung verstreicht aus physikalischen Gründen eine bestimmte Zeit, so daß unmittelbar nach Beginn der ersten Zeitspannen Tl noch kein integrales Pulssignal vorliegt. Eine weitere Verzögerung entsteht dadurch, daß das integrale Pulssignal aufgrund der Integration
durch die Integrierschaltung 4 auch nach Einsetzen der Gasentladung nur mit begrenzter Geschwindigkeit ansteigt. Daher übersteigt das integrale Pulssignal erst zu den Zeitpunkten t2 bzw. t6 den Schwellenwert. Dies hat zur Folge, daß der Komparator 15 erst ab diesen Zeitpunkten ein High-Signal abgibt (Fig. 7b).
Die Steuerschaltung 20 setzt zyklische Folge T1-T2-T1-T2 usw. fort, sofern der Komparator 15 spätestens eine Wartezeit Tw jeweils nach Beginn der ersten Zeitpanne Tl ein High-Signal abgibt. Die Wartezeit Tw ist gemäß Fig. Tb so gewählt, daß ihr Ende zum Zeitpunkt t3 bzw. t7, also nach dem Zeitpunkt t2 bzw. t6 und vor dem Zeitpunkt t4 bzw. t8, erreicht ist. Vorzugsweise ist daher die erste Zeitdauer Tl deutlich größer gewählt als die Wartezeit Tw. Zu dem Zeitpunkten t3 bzw. t7 hat daher der Komparator 15 jeweils bereits begonnen, ein High-Signal abzugeben, so daß die zyklische Folge T1-T2-T1-T2 usw. fortgesetzt wird.
Zum Zeitpunkt t4 gibt jedoch die Steuerschaltung 20 das Steuersignal ab (Fig. 7a). Dies führt, wie oben erläutert, zum Abschalten der Hochspannung HV und damit zum Erlöschen der Gasentladung. Das integrale Pulssignal sinkt daher zum Zeitpunkt t4 bzw. t8 wieder unter den Schwellenwert, so daß das Komparatorsignal abgegeben wird (Fig. 7b).
Fig. 8 zeigt schematisch ein Blockschaltbild einer bevorzugten weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Gasentladungsapparates. Diese besonders vorteilhafte Variante unterscheidet sich von dem Gasentladungsapparat von Fig. 6 dadurch, daß die Integrierschaltung 4, der Komparator 15, die Steuerschaltung 20 und die Alarmschaltung 7 von Fig. 6 nicht vorhanden sind, sowie dadurch, daß der Gasentladungsapparat von Fig. 7 einen Gleichrichter 22 mit einem Ausgang 22A und einen Eingang 22E, einen Grenzwertschalter23 mit einer Klemme 23B, eine Zählschaltung 30 mit zwei Eingängen 30B,30E und zwei Ausgängen 30A,30B sowie eine Alarmschaltung 17, ebenfalls watchdog" genannt, mit einem Eingang 17E und zwei Ausgängen 17A,17B aufweist.
Der Gleichrichter 22 ist ein HF-Gleichrichter, auch Demodulator genannt. Sein Eingang 22E ist mit dem Auskopplungsausgang 31C verbunden. Vorzugsweise ist zwischen diesem und dem Eingang 22E ein Hochpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von 500kHz zwischengeschaltet (nicht gezeigt), welcher die Stromimpulse, nicht jedoch die Grundfrequenz der Hochspannung HV passieren läßt. Die Stromimpulse durchlaufen nach der Auskopplung den Gleichrichter 22 und verlassen diesen über den Ausgang 22A mit einheitlicher Polarität.
Vom Ausgang 22A des Gleichrichters 22 gelangen die Stromimpulse an den Grenzwertschalter 23, welcher insbesondere ein Komparator sein kann. An die Klemme 23B des Grenzwertschalters 23 ist ein vorgegebener Grenzwert angelegt. Der Grenzwertschalter 23 gibt über seinen Ausgang 23A dann und nur dann ein Digitalsignal ab, wenn die Höhe eines Stromimpulses den Grenzwert übersteigt.
Der Ausgang 23 A des Grenzwertschalters 23 ist mit einem Eingang 30E der Zählschaltung 30 verbunden. Diese zählt die vom Grenzwertschalter 23 abgegebenen Digitalsignale, so daß nur solche Stromimpulse gezählt werden, deren Höhe den Grenzwert übersteigt.
Die Zählschaltung 30 ist vorzugsweise eine EDV-Einrichtung wie Mikrokontroler oder Mikroprozessor und so eingerichtet, daß sie über den Ausgang 30A in zyklischer Folge jeweils für die erste Zeitspanne Tl ein High-Signal und anschließend für die zweite Zeitspanne T2 ein Zählersignal, welches im Beispiel von Fig. 8 ein Low-Signal ist, an das UND-Glied 9 abgibt, sofern spätestens eine bestimmte Wartezeit jeweils nach Beginn der ersten Zeitpanne Tl ein Zählergebnis erzielt wurde, welches größer ist als eine erste Vergleichszahl, was bedeutet, daß keine zu niedrige Produktionsrate festgestellt wurde. In diesem Fall wird die zyklische Folge also fortgesetzt.
Die Zählzeitdauer ist dabei vorzugsweise kürzer gewählt als die erste bzw. zweite Zeitdauer. Das Einsetzen der Gasentladung ist nach dem Einschalten der
Hochspannung aus physikalischen Gründen mit einer gewissen Trägheit behaftet, so daß nach dem Einschalten der Hochspannung eine bestimmte Aufbauzeit von typischerweise z.B. 10 Millisekunden verstreicht, bevor Stromimpulse entstehen. Unmittelbar nach Beginn der ersten Zeitspannen sind daher keine Stromimpulse zu erwarten. Die Wartezeit wird daher bevorzugt so groß gewählt, daß zumindest eine vollständige Zählzeitdauer in das Zeitintervall zwischen dem Ende der Aufbauzeit und dem Ende der Wartezeit fällt.
Die Zählschaltung 30 ist ferner so eingerichtet, daß sie die zyklische Folge abbricht und permanent das Zählersignal abgibt, wenn nach Ende der Wartezeit und vor Ende der ersten Zeitspanne ein Zählergebnis erzielt wird, welches kleiner ist als die erste Vergleichszahl, d.h. eine Fehlfunktion des Gasentladungsapparates "Produktionsrate zu niedrig" festgestellt wird. Die Folge davon ist erfindungsgemäß eine permanente Abschaltung der Hochspannung HN, d.h. Selbstabschaltung des Gasentladungsapparates.
Gemäß einer bevorzugten Variante bricht die Zählschaltung 30 die zyklische Folge auch dann ab und gibt permanent das Zählersignal ab, wenn ein Zählergebnis erzielt wird, welches größer ist als eine vorgegebene zweite Vergleichszahl, welche größer ist als die erste Vergleichszahl, d.h. eine Fehlfunktion des Gasentladungsapparates "Produktionsrate zu hoch" festgestellt wird. Die Folge davon ist erfindungsgemäß ebenfalls eine permanente Abschaltung der Hochspannung HV, d.h. Selbstabschaltung des Gasentladungsapparates.
Dabei kann insbesondere die zweite Vergleichszahl während der zweiten Zeitspannen T2 niedriger sein als während der ersten Zeitspannen Tl, und die erste Vergleichszahl während der zweiten Zeitspannen T2 auf Null oder auf einen negativen Wert gesetzt werden, so daß die Vergleichszahlen zeitlich veränderlich sind. Auf diese Weise kann vorteilhafterweise eine Selbstabschaltung des Gasentladungsapparates auch dann erzwungen werden, wenn während der zweiten Zeitspannen T2 Stromimpulse festgestellt werden, während zugleich
während der zweiten Zeitspannen T2 keine zu niedrige Produktionsrate festgestellt werden kann. Dies ist sinnvoll, da während der zweiten Zeitspannen T2 keine Stromimpulse zu erwarten sind und ein Auftreten von solchen während der zweiten Zeitspannen T2 ein deutlicher Hinweis auf eine Fehlfunktion des Gasentladungsapparates ist. Auch während der Wartezeiten Tw kann die erste Vergleichszahl auf Null oder auf einen negativen Wert gesetzt werden.
Die Zählschaltung 30 besitzt zwei Ausgänge 30A, 30B sowie zwei Eingänge 30E, 30F. Der eine Eingang 30E ist mit dem Ausgang 23E des Grenzwertschalters 23 verbunden. Der eine Ausgang 30 A der Zählschaltung 30 ist an einen Eingang des UND-Gliedes 9 angeschlossen, dessen Ausgang 9A mit dem Eingang 21E des Hochspannungsgenerators 21 verbunden ist.
Der andere Eingang des UND-Gliedes 9 ist mit dem Ausgang 17A der Alarmschaltung 17 verbunden, deren Funktion unten noch erläutert wird. Ferner ist der andere Ausgang 17B der Alarmschaltung 17 mit dem zweiten Eingang 30B der Zählschaltung 30 verbunden.
Das UND-Glied 9 gibt nur dann ein High-Signal an den Eingang 21E des Hochspannungsgenerators 21 ab, wenn an beiden Eingängen des UND-Gliedes 9 zugleich ein High-Signal anliegt. In diesem Fall wird die Hochspannung HV eingeschaltet. Falls dagegen auch nur einer der Eingänge des UND-Gliedes 9 ein Low-Signal empfängt, gibt das UND-Glied 9 das Schaltsignal, welches im Beispiel von Fig. 7 ein Low-Signal ist, an den Eingang 21E des Hochspannungsgenerators 21 ab, was zur Abschaltung der Hochspannung HV führt.
Die Alarmschaltung 17 besitzt zwei Ausgänge 17A, 17B sowie einen Eingang 17E. Der eine Eingang 30E der Zähl-Steuer-Schaltung 30 ist mit dem Ausgang 23A des Grenzwertschalters 23, der andere Eingang 30F mit dem Eingang 17E der Alarmschaltung 17 verbunden.
Die Alarmschaltung 17 überwacht die Funktion der Zähl-Steuer-Schaltung 30 in an sich bekannter Weise und wird daher auch als "watchdog" bezeichnet. Die Zählschaltung 30 gibt zu diesem Zweck bei einwandfreier Funktion derselben über ihren Ausgang 30B zeitweise oder ständig ein Ausgabesignal oder Ausgabesignale an den Eingang 7E der Alarmschaltung 7 ab, welche eine einwandfreie Funktion der Steuerschaltung 30 anzeigen. Die Alarmschaltung 17 wertet die Ausgabesignale aus und gibt über ihren Ausgang 17A ein Alarmsignal aus, falls die Ausgabesignale oder ein Ausbleiben derselben eine Fehlfunktion der Zähl- Steuer-Schaltung 30 anzeigen, wobei das Alarmsignal im Beispiel von Fig. 8 ein Low-Signal ist, welches über das UND-Gatter 9 zur Abschaltung der Hochspannung HV führt. Falls die Alarmschaltung 7 keine Fehlfunktion der Zählschaltung 30 feststellt, gibt sie über ihren Ausgang 7A im Beispiel von Fig. 8 hingegen ein High-Signal ab. Somit ist die Alarmschaltung 7 imstande, die Zählschaltung 30 auf einwandfreie Funktion zu überwachen und bei Feststellung einer Fehlfunktion derselben die Abschaltung der Hochspannung HV auszulösen.
Umgekehrt gibt die Alarmschaltung 17 bei einwandfreier Funktion derselben über den Ausgang 7B Kontrollsignale an den Eingang 30F der Zählschaltung 30 ab. Diese wertet die Kontrollsignale aus und gibt über ihren Ausgang 30A das Zählersignal ab, falls dieselben oder ein Ausbleiben derselben eine Fehlfunktion der Alarmschaltung 17 anzeigen, so daß die Zählschaltung 30 die Alarmschaltung 17 auf einwandfreie Funktion überwacht und bei Feststellung einer Fehlfunktion derselben ebenfalls die Abschaltung der Hochspannung HV auszulöst, wodurch die Betriebssicherheit des Gasentladungsapparates weiter erhöht wird.
Fig. 9 veranschaulicht schematisch ein Beispiel für einen zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannungen der Zählschaltung 30 an deren Ausgang 30A, der Grenzwertschaltung 23 an deren Ausgang 23 A, der Alarmschaltung 17 an deren Ausgang 17A und des UND-Gliedes 9 des Gasentladungsapparates von Fig. 8.
Die Zählschaltung 30 gibt über ihren Ausgang 30A in zyklischer Folge jeweils für die erste Zeitspanne Tl, welche in Fig. 9 vom Zeitpunkt tll bis zum Zeitpunkt tl4 reicht, ein High-Signal, danach für die zweite Zeitspanne T2, Zeitpunkt tl4 bis Zeitpunkt tl5, ein Zählersignal ab, welches im Beispiel von Fig. 8 und Fig. 9 ein Low-Signal ist. Danach gibt die Zählschaltung 30 in einem nächsten Zyklus vom Zeitpunkt tl5 bis zum Zeitpunkt tl8 wieder für eine erste Zeitspanne Tl das High- Signal ab, usw.. (Fig. 9a)
Die Alarmschaltung 17 stellt im Beispiel von Fig. 9 keine Fehlfunktion der Zählschaltung 30 fest und gibt daher (Fig. 9c) ein permanentes High-Signal, d.h. kein Alarmsignal aus, welches im Beispiel von Fig. 8 und 9 ja ein Low-Signal wäre, wie oben erläutert wurde.
Vom Zeitpunkt tll bis zum Zeitpunkt tl4 sowie vom Zeitpunkt tl5 bis zum Zeitpunkt tl8 liegt daher an beiden Eingängen des UND-Gliedes 9 ein High-Signal an, wodurch das UND-Glied 9 veranlaßt wird, an den Eingang 21E des Hochspannungsgenerators 21 ein High-Signal abzugeben (Fig. 9d). Dies bedeutet, daß die Hochspannung HV vom Zeitpunkt tll bis zum Zeitpunkt tl4 sowie vom Zeitpunkt tl5 bis zum Zeitpunkt tl8 eingeschaltet ist.
Vom Zeitpunkt tl4 bis zum Zeitpunkt tl5 gibt die Zählschaltung 30 das Zählersignal ab (Fig. 9a), was zur Folge hat, daß das UND-Glied 9 für diesen Zeitraum das Schaltsignal S, welches im Beispiel von Fig. 8 und Fig. 9 ein Low- Signal ist, an den Eingang 21E des Hochspannungsgenerators 21 abgibt, so daß die Hochspannung HV in diesem Zeitraum abgeschaltet ist (Fig. 9d).
Zwischen den Elektroden 2A, 2B des Gasentladungsmoduls 2 liegt somit vom Zeitpunkt tll bis zum Zeitpunkt tl4 sowie vom Zeitpunkt tl5 bis zum Zeitpunkt tl8 die Hochspannung HV an. Vom Einschalten der Hochspannung HV, Zeitpunkte tll und tl5, bis zum tatsächlichen Einsetzen der Gasentladung verstreicht aus physikalischen Gründen eine bestimmte Aufbauzeit A, so daß
unmittelbar nach Beginn der ersten Zeitspannen Tl noch keine Stromimpulse vorliegen, sondern erst zu den Zeitpunkten tl2 bzw. tl6. Daher können erst ab diesen Zeitpunkten Digitalsignale vom Grenzwertschalter 23 abgegeben werden, welche in Fig. 9b symbolisch als unregelmäßig verteilte senkrechte Balken dargestellt sind. Die wirkliche Zahl der Digitalsignale kann um ein Nielfaches größer sein als in Fig. 9b dargestellt.
Eine weitere Nerzögerung entsteht dadurch, daß zum Erzielen eines Zählergebnisses die Zählzeitdauer erforderlich ist.
Die Wartezeit Tw wird daher bevorzugt so groß gewählt, daß zumindest eine vollständige Zählzeitdauer in das Zeitintervall zwischen dem Ende der Aufbauzeit A (Zeitpunkte tl2, tl6) und dem Ende der Wartezeit Tw (Zeitpunkte tl3, tl7) fällt. Vorzugsweise ist die erste Zeitdauer Tl deutlich größer gewählt als die Wartezeit Tw.
Die Zählschaltung 30 setzt zyklische Folge T1-T2-T1-T2 usw. fort, sofern am Ende der Wartezeit Tw jeweils nach Beginn der ersten Zeitpanne Tl ein Zählergebnis vorliegt, welches größer ist als die erste und kleiner als die zweite Vergleichszahl. In den Zeitraum tl3 bis tl4 bzw. tl7 bis tl8 können weitere Zählzeitdauern fallen. Das Schaltsignal S wird ausgelöst, falls hierbei ein Zählergebnis erzielt wird, welches größer ist als die erste und kleiner als die zweite Vergleichszahl.
In einigen Fällen ist es aus Sicherheitsgründen vorteilhaft, die maximale Produktionsmenge von Ozon durch die Baugröße des Ozonerzeugers sozusagen „hardware-mäßig" zu begrenzen, etwa auf Werte von 30-50mg/h. In diesen Fällen ist es angebracht, die zum Betrieb des Ozonerzeugers benötigte hochfrequente Wechselspannung oder pulsierende Gleichspannung auf einem konstant hohen Spannungswert zu halten, welcher meist der maximalen Spannung der gewählten Treiberschaltung entspricht und in der Regel ca. 5-5,5KV ist.
Um die Produktionsmenge von Ionen und von Ozon zu steuern, wird die Hochspannung kontinuierlich ein- und ausgeschaltet. Das Verhältnis von EIN zu AUS steht in direkter Proportion zur tatsächlich produzierten Ozonmenge. Die maximale Ozonmenge kann durch das Teilerverhältnis praktisch beliebig heruntergeteilt werden. Diese an sich bekannte Methode „Puls-Breiten- Modulation" ( international „PWM" genannt ) wird durch Sicherheits- und Kontrollfunktionen vorteilhaft ausgestaltet.
Figur 1 zeigt den erfindungsgemäßen Steuer- und Regelkreis mit folgender Legende:
101 Hochspannungsgenerator ( mit Transformator oder als Piezo-Generator )
2 Dielektrisches Entladungsmodul ( Ozon-und Ionenquelle )
31 Auskoppelung für hochfrequente Entladungsimpulse 104 Filter für hochfrequente Entladungsimpulse und Gleichrichtung bzw. Impulsaufbereitung
105 Komparator, ( z.B. Schmitt-Trigger ) und/ oder Zählerbaustein
106 Micro-Controller
107 Watch-Dog-Schaltung, Alarmschaltung, zur Überwachung des Micro- Controllers
108 BUS-Treiber, bidirektional
109 NAND-Glied, der Ausgang steuert den Hochspannungsgenerator EIN/ AUS, besteht zum Beispiel aus zwei hintereinander geschalteten, die Versorgungsspannung unterbrechenden Transistoren, welche jeweils durch Signale vom Watchdog oder vom Mikrocontroller angesteuert werden.
110 Signal vom Watchdog „ μController arbeitet korrekt"
111 Signal vom μController „Hochspannungserzeugung = EIN" 12 Signal vom NAND-GLIED „Hochspannung EIN / AUS"
Der Hochspannungsgenerator 101 wird durch das Signal 112 ein- und ausgeschaltet. Wenn die in diesem Generator erzeugte hochfrequente Hochspannung (ca. 20-100KHz ; 4 - 5,5KV) an das dielektrische Entladungsmodul 2 angelegt wird, kommt es zu kurzzeitigen und energiereichen Entladungsimpulsen im Frequenzpektrum zwischen l-10MHz.
Diese Impulse werden zum Beispiel induktiv 3 durch das Auskopplunselement 31 über einen Hochpass 104 ausgekoppelt und insofern von der Frequenz der hochfrequenten Hochspannung abgetrennt, und gleichgerichtet. Die so gewonnene Spannung wird in einem Komparator 105 in einen digitalen Schaltpegel umgesetzt und vom Microcontroller 106 gelesen. Alternativ könnte das von den Entladungen erzeugte hochfrequente Signal auch kapazitiv ausgekoppelt werden. Im weiteren Verlauf der Beschreibung wird jedoch lediglich die induktive Auskopplung erwähnt.
Es leuchtet ein, daß diese Spannung nur dann entstehen kann, wenn es zu dielektrisch behinderten elektrischen Entladungen im Entladungsmodul 2 kommt. Da jede Einzelentladung eine geringe, vergleichbare Menge an ozon erzeugt, besteht ein direkter Zusammenhang wie folgt:
Zahl der Entladungsimpulse -» produzierte Ozon- und Ionenmenge
Erfindungsgemäß gilt für den Steuer- und Regelkreis dabei folgende, vorteilhafte
Logik: Das Signal 112 kann nur zustande kommen, wenn zwei weitere Signale miteinander verknüpft zeitgleich vorhanden sind:
1: Ein zur Kontrolle des Microcontrollers 106 eingesetzter übergeordneter
Schaltkreis 107 ( genannt „Watchdog" ) gibt ein Signal 110, was nur dann entstehen kann, wenn der Microcontroller einwandfrei arbeitet. 2. Ein vom Microcontroller erzeugtes Signal 111 gibt den Befehl, den
Hochspannungsgenerator einzuschalten.
Die beiden Signale 110;111 werden in einem Logik-Schaltkreis miteinander verknüpft ( UND-Funktion ). Nur dann, wenn beide Signale vorhanden sind, schaltet der Ausgang des Logik-Schaltkreises 109 in die Schaltfunktion „Hochspannungsgenerator = EIN".
Wenn eines der Signale fehlen sollte, kann der Hochspannungsgenerator nicht eingeschaltet werden.
Das Verhältnis Impulsbündel / Pause, d.h. Verhältnis Zeitspanne 214 / Zeitspanne 204, wird von der Software so eingestellt, daß die Zahl der je Zeiteinheit erzeugten elektrischen Entladungen (Filamente) einer vorgegebenen Anzahl entspricht, welche streng eine bestimmte Produktionsmenge als Folge hat (mg/h). Zwangsläufig ist die Ozonproduktionsmenge damit einstellbar und über den Langzeitbetrieb hochkonstant.
Figur 11 zeigt den zeitlichen Ablauf der logischen Verknüpfungen mit dieser
Legende:
210 Zeitachse für Ansteuerung Hochspannungsgenerator ( 201 = aktiv ) vom Microcontroller 211 Zeitachse für gleichgerichtete und am Comparator digitalisierte
Entladungsimpulse als Funktionsrückmeldung „Ozonerzeugung /
Ionisation arbeitet"
212 Zeitachse Funktion Hochspannungsgenerator
213 Zeitachse des Signals vom Watchdog „Micro-Controller arbeitet korrekt".
201 Start Ansteuerung Hochspannungsgenerator, Beginn der Hochspannungserzeugung
202 Beginn der Verlängerungzeit für Hochspannungserzeugung 203 Ende der Ansteuerung Hochspannungserzeugung
204 Pause - variabel vom μC gesteuert - bis zum nächsten
Ansteuerimpuls
205 Zeitlich nachfolgender Hochspannungsimpuls
206 Ende, rückgemeldeter Impuls „Ozonerzeugung / Ionisation arbeitet nicht mehr"
207 Beginn, rückgemeldeter Impuls „Ozonerzeugung / Ionisation arbeitet"
208 Hochspannungsgenerator arbeitet, als Funktion der Ansteuersignale
209 Watchdog-Signal „μController arbeitet korrekt"
214 vom MikrocontroUer erzeugte - prinzipiell variable -Zeitspanne, in welcher die Hochspannung eingeschaltet ist.
Ablauf der Steuerungslogik.
Die zentrale Steuer- und Regeleinheit, - der MikrocontroUer - , wirkt mit dem übergeordneten Überwachungsschaltkreis - Watchdog - zusammen. Wenn der MikrocontroUer einwandfrei arbeitet, stellt der Watchdog ein Signal 110 zur Verfügung, welches bei einwandfreier Funktion permanent an einem Eingang des Logikschaltkreises 109 anliegt.
Der MikrocontroUer erzeugt über die Signalleitung 111 einen Impuls 201, welcher den Hochspannungsgenerator ansteuert: EIN. Wenn der Logikschaltkreis durch Anliegen des Watchdog-Signals 110 freigeschaltet ist, erreicht dieser Impuls 201 den Hochspannungsgenerator und schaltet diesen ein, was zur Erzeugung von Hochspannung und in Folge von Entladungen führt. Diese Entladungen werden über die Auskopplung 31 und die Signalaufbereitung 114 aufbereitet. Eine kurze Zeit - etwa lOmsec - nach Einschaltung des Hochspannungsgenerators kann das Vorhandensein dieser Spannung 202 vom Microcontroller festgestellt werden.
Der Microcontroller hält vom Zeitpunkt 202 den Hochspannungsgenerator für eine frei gewählte Zeit in der Funktion „EIN". Nach Ablauf dieser EIN-Zeit 203 nimmt der Microcontroller diesen Impuls zurück und schaltet damit den Hochspannungsgenerator „AUS". Nach einer im MikrocontroUer abgelegten Zeitspanne 204 ( AUS ) beginnt der Cyklus von vorn. Sollte nach Einschalten des
Hochspannungsgenerators nicht in einer vorgegebenen Zeitspanne das rückgekoppelte Entladungs-Signal am Ausgang von 104 anliegen, dann liegt eine Störung vor.
Der MikrocontroUer wird den Cyklus noch - beispielsweise - 10 mal versuchen. Sollte dann irrimer noch keine Zündung der Entladungen festgestellt werden können, signalisiert der MikrocontroUer über die Schnittstelle 108, daß eine Störung vorliegt.
Im Normalbetrieb wird ist das Verhältnis der beiden Zeitspannen 214 ( EIN ) und 204 ( AUS ) vorzugsweise so gewählt, daß sich ein Verhältnis von etwa 10:1 ergibt. Abhängig von der gewählten Geometrie des Entladungsmoduls 2 und der angelegten hochfrequenten Spannung ( ca. 5KV) wird damit eine Ozonmenge von ca. 15mg/h produziert. Bei einer Luftmenge von z.B. 100m3/h ( = 140kg Luft / h ) wird eine Ozonkonzentration in der Größenordnung nachstehender Tabelle produziert:
Ozon Luft Konzentration mg/h m3/h mg/m3 ppb
15 100 0,15 0,075
Es besteht die Möglichkeit, über die Schnittstelle 108 dem MikrocontroUer andere EIN/ AUS- Verhältnisse zu befehlen. Dies etwa dann, wenn die gewünschte Ozon- Konzentration aus bestimmten Gründen sehr stark verringert werden soll, etwa auf Werte von 5mg/ h, was bei gegebener Luftmenge eine Konzentration von 25ppb ergäbe. In diesem Fall wird der Microcontroller die Zeitspanne 214 ( EIN ) verringern, und die Zeitspanne 204 ( AUS ) vergrößern, bis sich das gewünschte EIN/ AUS-Verhältnis ergibt.
Erfindungsgemäß setzt die Wiederholung des Cyklus voraus, daß es im dielektrischen Entladungsmodul 2 zu kurzzeitigen, energiereichen Entladungen kommt, welche über den beschriebenen Rückmeldungsweg an den MikrocontroUer zurückgemeldet werden.
Während der Zeitspanne „AUS" 204 wird programmveranlasst vom Microcontroller überprüft, daß keine rückgekoppelten Signale aus Entladungstätigkeit vorhanden sind. Sollte dies dennoch der Fall sein, wird zwangsweise der Hochspannungsgenerator abgeschaltet, etwa durch Sperren der das UND-Glied bildenden hinter- einander geschalteten Transistor-Schaltern 109.
Es sind prinzipiell andere logische Abläufe und andere elektronische Schaltungen denkbar.
Allen denkbaren Variablen ist jedoch der erfindungsgemäße Gedanke zueigen, daß das die Ozonerzeugung kennzeichnende, aus den Entladungsimpulsen gewonnene Signal stets Bestandteil einer logischen Verkettung ist, und daß dann, wenn das rückgekoppelte und energiereiche Entladungen anzeigenden Signals anders als im Programmablauf vorgesehen auftritt, das System dies programmgesteuert als Stö- rung interpretiert und damit einerseits die Einschaltung des Hochspannungsgenerators verhindert, und zum anderen über die Schnittstelle eine Fehlermeldung absetzt.
Gewerbliche Anwendbarkeit: Die Erfindung ist gewerblich anwendbar z.B. im Bereich der Luftaufbereitung mit Ozon sowie der Klimatechnik insbesondere in Kraftfahrzeugen oder in Krankenhäusern.
Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines zur Erzeugung von Sau- erstoffionen, Sauerstoffatomen und Ozon in der Luft dienenden elektrischen Gasentladungsapparates, welcher ein Gasentladungsmodul 2, insbesondere eines solchen für dielektrisch behinderte Entladung, mit zwei Elektroden 2A, 2B aufweist, zwischen denen über eine Zuleitung 11 und eine Rückleitung 12 eine von einem Hochspannungsgenerator 1,21,101 erzeugte Hochspannung HV zumindest zeitweise angelegt wird, welche eine Wechselspannung oder eine pulsierende Gleichspannung ist und welche eine Gasentladung in dem Gasentladungsmodul 2
sowie einen elektrischen Strom durch die Hinleitung 11, das Gasentladungsmodul 2 und die Rückleitung 12 erzeugt, und durch die Gasentladung Entladeimpulse entstehen, deren jeder einen Strahlungsblitz und einen Stiomimpuls erzeugt, wobei sich die Stromimpulse dem Strom als Stromimpulse bzw. Rauschen überlagern und bei jedem Entladeimpuls im Mittel eine bestimmte Einzelmenge Mo von Ozon und gegebenenfalls von Sauerstoffionen sowie Sauerstoffatomen entsteht, und ein Schaltsignal S, welches die Hochspannung HV des Hochspannungsgenerators 1,21,101 abschaltet und/ oder eine Störungsmeldung auslöst, dann erzeugt wird, wenn - entweder die innerhalb einer vorgegebenen Zählzeitdauer auftretenden
Stromimpulse oder Strahlungsblitze durch eine Zählschaltung 14,30 gezählt werden und das Zählergebnis kleiner bzw. größer ist als eine vorgegebene
Vergleichszahl, erste Bedingung, oder die Stiornimpulse bzw. das Rauschen ein Pulssignal erzeugen und dieses mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird, und das
Pulssignal kleiner bzw. größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, zweite
Bedingung.
Weiter bevorzugt ist, das vorgenannte Verfahren so auszubilden, dass die Stromimpulse bzw. das Rauschen durch ein Auskoppelelement 31,32 z.B. induktiv oder kapazitiv aus der Hinleitung 11 oder der Rückleitung 12 ausgekoppelt werden.
Weiter bevorzugt ist, das vorgenannte Verfahren so auszubilden, dass die Strom- impulse bzw. das Rauschen nach der Auskopplung ein Filter, insbesondere Hochpaß oder Bandpaß 104, durchlaufen.
Weiter bevorzugt ist, das vorgenannte Verfahren so auszubilden, dass die Stromimpulse bzw. das Rauschen nach der Auskopplung eine Diode durchlaufen oder gleichgerichtet werden, so daß das Pulssignal keine wechselnde Polarität aufweist,
wobei gegebenenfalls nur solche Stromimpulse gezählt werden, deren Größe einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.
Weiter bevorzugt ist, das vorgenannte Verfahren so auszubilden, dass die Strah- lungsblitze durch einen Strahlungsdetektor erfaßt und in Stromimpulse umgesetzt werden.
Weiter bevorzugt ist, das vorgenannte Verfahren so auszubilden, dass die Stromimpulse bzw. das Rauschen mit einer vorgegebenen Integrationszeit oder einer vorgegebenen Integrationszeitkonstanten durch eine Integrierschaltung (24,34) zeitlich integriert werden, so daß das Pulssignal ein integrales Pulssignal ist.
Weiter bevorzugt ist, das vorgenannte Verfahren so auszubilden, dass die Stromimpulse an einen Grenzwertschalter geführt werden, welcher nur dann ein Digitalsignal abgibt, wenn die Höhe eines Stromimpulses einen bestimmten Grenzwert übersteigt, und die Digitalsignale mit einer vorgegebenen Integrationszeit oder einer vorgegebenen Integrationszeitkonstanten zu dem Pulssignal integriert werden, so daß das Pulssignal ein integrales Pulssignal ist.
Weiter bevorzugt ist, das vorgenannte Verfahren so auszubilden, dass dasselbe fortlaufend oder in vorgegebenen Zeitabständen oder nur zu vorgegebenen Zeiten durchgeführt wird.
Weiter bevorzugt ist, das vorgenannte Verfahren so auszubilden, dass die Hoch- Spannung HN, solange die erste bzw. zweite Bedingung nicht erfüllt ist, durch eine Steuerschaltung 6,10,20,106 oder durch die Zählschaltung 30 in zyklischer Folge jeweils für eine erste Zeitspanne Tl eingeschaltet und anschließend für eine zweite Zeitspanne T2 abgeschaltet wird, wobei das Verhältnis der Dauer der ersten Zeitspanne Tl zur Dauer der zweiten Zeitspanne T2 entweder konstant gehalten oder zum Zwecke der Veränderung der Produktionsrate von Ozon bzw. Sauerstoff atomen bzw. Sauerstoffionen verändert wird.
Weiter bevorzugt ist das vorgenannte Verfahren, wobei das Schaltsignal S zusätzlich auch unter der Bedingung, dritte Bedingung, erzeugt wird, daß eine Alarmschaltung 7,17,107 ein Alarmsignal abgibt.
Weiter bevorzugt ist, das vorgenannte Verfahren so auszubilden, dass die Alarmschaltung 7,17,107 den Gasentladungsapparat und/ oder das Gasentladungsmodul 2 und/ oder die Steuerschaltung 6,10,20,106 und/ oder die Zählschaltung 14,30 und/ oder die Integrierschaltung 4 auf Fehlfunktion überwacht und bei Feststelhing einer solchen das Alarmsignal abgibt.
Weiter bevorzugt ist, das vorgenannte Verfahren so auszubilden, dass die Alarmschaltung 7,17,107 durch die Steuerschaltung 6,10,20,106 oder die Zählschaltung 30 auf Fehlfunktion überwacht wird und die Steuerschaltung 6,10,20,106 bzw. die Zählschaltung 30 bei Feststellung einer Fehlfunktion der Alarmschaltung 7,17,107 das Schaltsignal S abgibt oder auslöst.
Weiter bevorzugt ist, das vorgenannte Verfahren so auszubilden, dass das Verfahren nach Beginn der ersten Zeitspanne Tl jeweils für eine bestimmte Wartezeit Tw, welche kleiner ist als die erste Zeitdauer Tl, nicht durchgeführt wird.
Weiter bevorzugt ist, das vorgenannte Verfahren so auszubilden, dass die Vergleichszahl bzw. der Schwellenwert zeitlich verändert werden.
Weiter bevorzugt ist, das vorgenannte Verfahren so auszubilden, dass das Schaltsignal S nach Ablauf einer vorgegebenen Haltezeitdauer nach seiner Erzeugung zurückgesetzt wird.
Weiter bevorzugt ist, das vorgenannte Verfahren so auszubilden, dass die Anzahl der Auslösungen des Schaltsignals S gezählt wird und das Schaltsignal S dann nach jeweils einer vorgegebenen Haltezeitdauer nach seiner Auslösung zurückge-
setzt wird, wenn die Anzahl der Auslösungen einen bestirrunten Höchstwert nicht übersteigt, und ansonsten nicht mehr zurückgesetzt wird.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines zur Erzeu- gung von Sauerstoffionen, Sauerstoffatomen und Ozon in der Luft dienenden elektrischen Gasentladungsapparates, welcher ein Gasentladungsmodul 2, insbesondere eines solchen für dielektrisch behinderte Entladung, mit zwei Elektroden 2A, 2B aufweist, zwischen denen über eine Zuleitung 11 und eine Rückleitung 12 eine von einem Hochspannungsgenerator 1,21,101 erzeugte Hochspannung HV zumindest zeitweise angelegt wird, welche eine Wechselspannung oder eine pulsierende Gleichspannung ist und welche eine Gasentladung in dem Gasentladungsmodul 2 sowie einen elektrischen Strom durch die Hinleitung 11, das Gasentladungsmodul 2 und die Rückleitung 12 erzeugt, und durch die Gasentladung Entladeimpulse entstehen, deren jeder einen Strahlungsblitz und einen Stromim- puls erzeugt, wobei sich die Stromimpulse dem Strom als Stromimpulse bzw. Rauschen überlagern und bei jedem Entladeimpuls im Mittel eine bestimmte Einzelmenge Mo von Ozon und gegebenenfalls von Sauerstoffionen sowie Sauerstoffatomen entsteht, und ein Schaltsignal S dann erzeugt wird, wenn entweder die innerhalb einer vorgegebenen Zählzeitdauer auftretenden Stromimpulse oder Strahlungsblitze durch eine Zählschaltung 14,30 gezählt werden und das Zählergebnis kleiner bzw. größer ist als eine vorgegebene Vergleichszahl, erste Bedingung, oder die Stromimpulse bzw. das Rauschen ein Pulssignal erzeugen und dieses mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird, und das Pulssig- nal kleiner bzw. größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, zweite Bedingung, wobei die Anzahl der Auslösungen des Schaltsignals S gezählt wird und das Schaltsignal S dann nach jeweils einer vorgegebenen Haltezeitdauer nach seiner Auslösung zurückgesetzt wird, wenn die Anzahl der Auslösungen einen bestimm- ten Grenzwert nicht übersteigt, und nicht mehr zurückgesetzt wird und die Hochspannung HV des Hochspannungsgenerators 1,21,101 abgeschaltet und/ oder eine
Störungsmeldung ausgelöst wird, wenn die Anzahl der Auslösungen den Grenzwert übersteigt.
Weiter bevorzugt ist, das vorgenannte Verfahren so auszubilden, dass das Schalt- signal S und/ oder die Störungsmeldung sowohl dann ausgelöst wird, wenn das Zählergebnis kleiner ist als eine erste Vergleichszahl, als auch dann, wenn das Zählergebnis größer ist als eine zweite Vergleichszahl, welche größer ist als die erste Vergleichszahl, bzw. sowohl dann ausgelöst wird, wenn das Pulssignal kleiner ist als ein erster Schwellenwert, als auch dann, wenn das Pulssignal größer ist als ein zweiter Schwellenwert, welcher größer ist als der erste Schwellenwert.
Weiter bevorzugt ist, das vorgenannte Verfahren so auszubilden, dass die zweite Vergleichszahl bzw. der zweite Schwellenwert während der zweiten Zeitspannen T2 niedriger gewählt wird als während der ersten Zeitspannen Tl, und die erste Vergleichszahl bzw. der erste Schwellenwert während der zweiten Zeitspannen T2 auf Null oder auf einen negativen Wert gesetzt wird.
Weiter bevorzugt ist, das vorgenannte Verfahren so auszubilden, dass die Entladeimpulse durch Zählung der Strahlungsblitze gezählt werden.
Die Erfindung umfasst einen weiterhin Gasentladungsapparat zur Erzeugung von Sauerstoffionen, Sauerstoffatomen und Ozon in der Luft, umfassend ein Gasentladungsmodul 2, insbesondere eines solchen für dielektrisch behinderte Entladung, mit zwei Elektroden 2A, 2B, zwischen denen über eine Zuleitung 11 und eine Rückleitung 12 zumindest zeitweise eine von einem Hochspannungsgenerator 1,21,101 erzeugte Hochspannung HV anliegt, welche eine Wechselspannung oder eine pulsierende Gleichspannung ist und welche eine Gasentladung in dem Gasentladungsmodul 2 sowie einen elektrischen Strom durch die Hinleitung 11, das Gasentladungsmodul 2 und die Rückleitung 12 erzeugt, durch welche Gasentla- dung Entladeimpulse entstehen, deren jeder einen Strahlungsblitz und einen Stromimpuls erzeugt, wobei sich die Stromimpulse dem Strom als Stromimpulse
bzw. Rauschen überlagern und bei jedem Entladeimpuls im Mittel eine bestimmte Einzelmenge Mo von Ozon und gegebenenfalls von Sauerstoffionen sowie Sauerstoffatomen entsteht, und der Gasentladungsapparat entweder eine Zählschaltung 14,30 umfaßt, welche imstande ist, die Anzahl der während einer vorgegebenen Zählzeitdauer auftretenden Stromimpulse oder Strahlungsblitze zu zählen und das Zählergebnis mit einer vorgegebenen Vergleichszahl zu vergleichen und ein Schaltsignal S unter der Bedingung, erste Bedingung, auszulösen, daß das Zählergebnis kleiner bzw. größer ist als die vorgegebene Vergleichszahl, - oder imstande ist, aus den Stromimpulsen bzw. dem Rauschen ein Pulssignal zu erzeugen und dieses mit Hilfe einer Vergleichsschaltung 5,15 mit einem vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen und das Schaltsignal S unter der Bedingung, zweite Bedingung, auszulösen, daß das Pulssignal kleiner bzw. größer ist als der vorgegebene Schwellenwert, wobei das Schaltsignal S ein Abschalten der Hochspannung HN und/ oder eine Ausgabe einer Störungsmeldung zu bewirken imstande ist.
Weiter bevorzugt ist es, den Gasentladungsapparat so auszubilden, dass der Gasentladungsapparat ein Auskopplungselement 31,32 umfaßt, welches imstande ist, die Stromimpulse z.B. induktiv oder kapazitiv aus der Hinleitung 11 oder der Rückleitung 12 auszukoppeln und über einen Auskopplungsausgang 31C, 32C abzugeben.
Weiter bevorzugt ist es, den Gasentladungsapparat so auszubilden, dass zwischen den Auskopplungsausgang 31Q32C und die Nergleichsschaltung 5,15 bzw. die Zählschaltung 14,30 ein Filter, insbesondere Hochpaß oder Bandpaß, zwischengeschaltet ist.
Weiter bevorzugt ist es, den Gasentladungsapparat so auszubilden, dass ein Gleichrichter 22 oder eine Diode zwischen den Auskopplungsausgang 31C,32C
und die Vergleichsschaltung 5,15 bzw. die Zählschaltung 14 zwischengeschaltet ist, so daß das Pulssignal keine wechselnde Polarität aufweist.
Weiter bevorzugt ist es, den Gasentladungsapparat so auszubilden, dass zwischen den Auskopplungsausgang 31 32C und die Zählschaltung 14,30 ein Grenzwertschalter 23 zwischengeschaltet ist, welcher dann und nur dann ein Digitalsignal an die Zählschaltung 14,30 abgibt, wenn die Höhe eines Stromimpulses einen bestimmten Grenzwert übersteigt, so daß die Zählschaltung 14,30 nur solche Stromimpulse zählt, deren Höhe den Grenzwert übersteigt.
Weiter bevorzugt ist es, den Gasentladungsapparat so auszubilden, dass derselbe einen Strahlungsdetektor aufweist, welcher die Strahlungsblitze zu erfassen und in Stromimpulse umzusetzen imstande ist.
Weiter bevorzugt ist es, den Gasentladungsapparat so auszubilden, dass der Nergleichsschaltung eine Integrierschaltung 24,34 vorgeschaltet ist, welche imstande ist, die Stromimpulse bzw. das Rauschen mit einer vorgegebenen Integrationszeit oder einer vorgegebenen Integrationszeitkonstanten zeitlich zu integrieren, so daß das Pulssignal ein integrales Pulssignal ist.
Weiter bevorzugt ist es, den Gasentladungsapparat so auszubilden, dass der Gleichrichter 22 oder die Diode zwischen den Auskopplungsausgang 31 32C und die Integrierschaltung 24,34 zwischengeschaltet ist.
Weiter bevorzugt ist es, den Gasentladungsapparat so auszubilden, dass die Zählschaltung 30 imstande ist, die Hochspannung HN in zyklischer Folge jeweils für eine erste Zeitspanne Tl einzuschalten und anschließend für eine zweite Zeitspanne T2 abzuschalten, solange die erste Bedingung nicht erfüllt ist, wobei das Verhältnis der Dauer der ersten Zeitspanne Tl zur Dauer der zweiten Zeitspanne T2 entweder fest oder zum Zwecke der Veränderung der Produktions- rate von Ozon bzw. Sauerstoffionen bzw. Sauerstoffatomen veränderbar ist, oder
der Gasentladungsapparat eine Steuerschaltung 6,10,20 aufweist, welche, solange die erste bzw. zweite Bedingung nicht erfüllt ist, imstande ist, die Hochspannung HV in zyklischer Folge jeweils für eine erste Zeitspanne Tl einzuschalten und anschließend für eine zweite Zeitspanne T2 abzuschalten, wobei das Verhältnis der Dauer der ersten Zeitspanne Tl zur Dauer der zweiten Zeitspanne T2 entweder fest oder zum Zwecke der Veränderung der Produktionsrate von Ozon bzw. Sauerstoffionen bzw. Sauerstoffatomen veränderbar ist.
Weiter bevorzugt ist es, den Gasentladungsapparat so auszubilden, dass die Ver- gleichsschaltung einen Komparator 5,15 umfaßt, an welchen das Pulssignal und der Schwellenwert angelegt sind und welcher ein Komparatorsignal abgibt, wenn die zweite Bedingung erfüllt ist, wobei das Komparatorsignal das Schaltsignal S)auszulösen imstande ist oder unmittelbar als Schaltsignal S dient.
Weiter bevorzugt ist es, den Gasentladungsapparat so auszubilden, dass die Steuerschaltung 6,10,20 mit dem Komparator 5,15 verbunden ist und ein Steuersignal erzeugt, wenn der Komparator 5,15 das Komparatorsignal abgibt, wobei das Steuersignal das Schaltsignal S auslöst oder unmittelbar als Schaltsignal S dient.
Weiter bevorzugt ist es, den Gasentladungsapparat so auszubilden, dass die Zählschaltung 14 ein Zählersignal abgibt, wenn die erste Bedingung erfüllt ist, und die Steuerschaltung 6,10,20 mit der Zählschaltung 14 verbunden ist und dann ein Steuersignal abzugeben imstande ist, wenn die Zählschaltung 14 das Zählersignal abgibt, wobei das Steuersignal das Schaltsignal S auszulösen imstande ist oder unmittelbar als Schaltsignal S dient.
Weiter bevorzugt ist es, den Gasentladungsapparat so auszubilden, dass der Gasentladungsapparat zusätzlich eine Alarmschaltung 7,17,107 aufweist, welche ebenfalls imstande ist, das Schaltsignal S auszulösen.
Weiter bevorzugt ist es, den Gasentladungsapparat so auszubilden, dass die Alarmschaltung 7,17,107 den Gasentladungsapparat und/ oder das Gasentladungsmodul 2 und/ oder die Steuerschaltung 6,10,20,106 und/ oder die Zählschaltung 14,30 und/ oder die Integrierschaltung 4 und/ oder den Komparator 5,15 auf Fehl- funktion zu überwachen und bei Feststellung einer solchen das Schaltsignal S auszulösen imstande ist.
Weiter bevorzugt ist es, den Gasentladungsapparat so auszubilden, dass die Steuerschaltung 6,10,20,106 bzw. die Zählschaltung 30 imstande ist, die Alarmschal- tung 7,17,107 auf Fehlfunktion zu überwachen und bei Feststellung einer Fehlfunktion der Alarmschaltung 7 das Schaltsignal S auszulösen oder abzugeben.
Weiter bevorzugt ist es, den Gasentladungsapparat so auszubilden, dass die Vergleichszahl bzw. der Schwellenwert zeitlich variabel ist.
Weiter bevorzugt ist es, den Gasentladungsapparat so auszubilden, dass der Gasentladungsapparat eine Rücksetzschaltung umfaßt, welche imstande ist, jeweils nach Ablauf einer vorgegebenen Haltezeitdauer nach Auslösung des Schaltsignals S eine Rücksetzung desselben zu bewirken.
Weiter bevorzugt ist es, den Gasentladungsapparat so auszubilden, dass der Gasentladungsapparat eine Rücksetzschaltung und einen Zähler umfaßt, wobei der Zähler die Anzahl der Auslösungen des Schaltsignals S zu erfassen und mit einem vorgegebenen Höchstwert zu vergleichen imstande ist und die Rücksetzschaltung dann und nur dann imstande ist, jeweils nach Ablauf einer vorgegebenen Haltezeitdauer nach Auslösung des Schaltsignals eine Rücksetzung desselben zu bewirken, wenn die Anzahl der Auslösungen den Höchstwert nicht übersteigt.
Weiter bevorzugt ist es, den Gasentladungsapparat so auszubilden, dass die Zählschaltung 14,24 mit einem Sensor für elektromagnetische Strahlung verbunden ist, welcher imstande ist, die Strahlungsblitze zu erfassen und bei jedem erfaßten
Strahlungsblitz einen Puls abzugeben, und die Zählschaltung (14,24) die Pulse zu zählen imstande ist.
Liste der Bezugszeichen zum Figurensatz I:
1, 21,121 Hochspannungsgeneratoren
1E, 21E Eingänge von 1, 21
2 Gasentladungsmodul
2A, B Elektroden von 2
4 Integrierschaltung
4A Ausgang von 4
5, 15 Komparatoren
5A, 15A Ausgänge von 5
5B, 15B Klemmen
6, 10, 20,106 Steuerschaltungen
7,17,107 Alarmschaltungen
7A,B, 17A,B Ausgänge von 7,17
7E, 17E Eingang von 7,17
9 UND-Gatter
10A,E Eingang, Ausgang von 10
11 Hinleitung
12 Rückleitung
14,30 Zählschaltung
14A Ausgang von 14
18 ODER-Gatter
18A Ausgang von 18
20A,B Ausgänge von 20
20E,F Eingänge von 20
22 Gleichrichter
22A,E Ausgang, Eingang von 22
23 Grenzwertschalter
23B Klemme von 23
30A,B Ausgänge von 30
30E,F Eingänge von 30
31, 32 Auskoppelelemente
31A,B Wicklungen von 31
32A,B Kondensator, Widerstand von 32
31C, 32C Auskopplungsausgang von 31,32
104 Filter 108 Bustreiber
Kurzbeschreibung der Zeichnung des Figurensatz II, in welchem zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen steuerbaren Ozonerzeugers mit einem Zähler und induktiver Auskopplung, Fig. 2 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen steuerbaren Ozonerzeugers mit kapazitiver Auskopplung, Fig. 3 ein Beispiel für eine typische zeitliche Abfolge von Stromimpulsen zur Er- zeugung einer konstanten Ozon-Produktionsrate,
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ozonerzeugers mit geregelter Ozon-Produktionsrate, Fig. 5 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ozonerzeugers mit geregelter Ozon-Produktionsrate, Fig. 6 ein Beispiel für eine zeitliche Abfolge des Ein- und Ausschaltens der Hochspannung des Ozonerzeugers von Fig. 5, und Fig. 7 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ozonerzeugers mit geregelter Ozon-Produktionsrate, und Fig. 8 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemä- ßen Ozonerzeugers mit geregelter Ozon-Produktionsrate.
In den Figuren sind Bauteilen mit einander vollständig oder im wesentlichen entsprechender Funktion gleiche Bezugszeichen zugeordnet.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines .erfindungsgemäßen steuerbaren Ozonerzeugers, umfassend einen Hochspannungsgenerator 1 mit einem Eingang 1E, ein Gasentladungsmodul 2 mit zwei Elektroden 2A, 2B, einen Zähler 14 mit einem Ausgang 14A, und einen induktiven Auskoppelelement 31 mit einem Auskopplungsausgang 31.
Der Hochspannungsgenerator 1 ist imstande, eine Hochspannung HV zu erzeugen, die im Beispiel von Fig. 1 eine Sinus-Wechselspannung mit einer Frequenz von typischerweise 20...100 kHz und einer Spannung von typischerweise 4...6 kV ist. Der Hochspannungsgenerator 1 ist so eingerichtet, daß die Hochspannung HV abgeschaltet wird, wenn am Eingang 1E ein Schaltsignal anliegt, und eingeschaltet wird, wenn am Eingang 1E kein Schaltsignal anliegt.
Das Gasentladungsmodul 2 ist ein solches für dielektrisch behinderte Entladung; bei einem solchen befinden sich zwischen den Elektroden 2A, 2B mindestens zwei unterschiedliche Dielektrika, was jedoch nicht dargestellt ist.
Die Hochspannung HV ist über eine Hinleitung 11 und eine Rückleitung 12 zwischen den beiden Elektroden 2A, 2B angelegt und erzeugt in dem Gasentladungsmodul 2 eine Gasentladung, welche zur Produktion von Ozon führt und einen elektrischen Strom durch die Hinleitung 11, das Gasentladungsmodul 2 und die Rückleitung 12 erzeugt. Durch die Gasentladung entstehen schnelle Entladeimpulse, wobei jeder derselben einen Strahlungsblitz und einen sich dem Strom überlagernden Stromimpuls erzeugt. Die Zahl der Entladeimpulse, die Zahl der Strahlungsblitze und die Zahl der Stromimpulse sind also miteinander identisch. Die einzelnen Entladeimpulse sind in der Regel von weit kürzerer Zeitdauer als die Halbwellen der Hochspannung HV; sie können z.B. 0,1 Mikrosekunden andauern und dabei Amplituden von z.B. 50 Volt erreichen; diese Werte hängen selbstverständlich von den Betriebsbedingungen und der Geometrie das Gasentladungsmoduls 2 ab. Typischerweise entstehen z.B. 5 bis 50 Entladeimpulse je Halbwelle der Hochspannung HV.
Die Stromimpulse werden durch das Auskoppelelement 31 aus der Rückleitung 12 ausgekoppelt und über den Auskopplungsausgang 31C dem Zähler 14 zugeführt. Das Auskoppelelement 31 ist in dem Beispiel von Fig. 1 ein Transformator oder Übertrager 31, dessen eine Wicklung 31B in der Rückleitung 12 zwischengeschaltet ist und dessen andere Wicklung 31A mit dem Zähler 14 verbunden ist. Das
Auskoppelelement 31 ist also im Beispiel von Fig. 1 ein induktives Auskoppelelement.
Jeder Entladeimpuls erzeugt eine bestimmte mittlere Einzelmenge Mo von Ozon, so daß die produzierte Ozonmenge zu der Anzahl der Entladeimpulse im wesentlichen proportional ist. Typische Werte für die Einzelmenge Mo betragen z.B. 2 bis 8 Pikogramm Ozon (je Entladeimpuls), wobei auch dieser Wert selbstverständlich von der Geometrie des Gasentladungsmoduls abhängt. Einer bestimmten zu produzierenden Gesamtmenge Msoll entspricht daher im wesentlichen eine bestimmte Sollzahl von hierzu erforderlichen Entladeimpulsen, welche gegeben ist durch den Quotienten Msoll/ Mo. Nachdem diese Anzahl von Entladeimpulsen zur Entstehung gebracht wurde, wird die Hochspannung HV abgeschaltet.
Der Zähler 14 von Fig. 1 dient dazu, Anzahl der Stromimpulse zu zählen und ist imstande, über seinen Ausgang 14 A das Schaltsignal an den Eingang 1E des Hochspannungsgenerators 1 abzugeben, wenn das Zählergebnis die Sollzahl Nsoll erreicht, was zur Abschaltung der Hochspannung HV und damit zum Ende der Ozonproduktion führt.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Ozonerzeugers. Der Ozonerzeuger von Fig. 2 unterscheidet sich von demjenigen von Fig. 1 lediglich dadurch, daß er anstelle des induktiven Auskoppelelements 31 ein kapazitives Auskoppelelement 32 aufweist, welches einen in dem Rückleiter 12 zwischengeschalteten Widerstand 32B und einen zwischen den Rückleiter 12 und den Zähler 14 geschalteten Kondensator 32A umfaßt. Das Auskoppelelement 32 gibt die ausgekoppelten Stromimpulse über einen Auskopplungsausgang 32 C an den Zähler 14 ab.
Die Ozonerzeuger von Fig. 1 und Fig. 2 können sehr leicht so erweitert werden, daß die zu produzierende Ozon-Gesamtmenge Msoll in regelmäßigen Zeitabständen T periodisch wiederholt erzeugt wird. Zu diesem Zweck kann der Zähler
so eingerichtet sein, daß er imstande ist, nach dem Einschalten der Hochspannung HV nach jeweils einer festen Periodendauer T den Zähler zurückzusetzen und die Hochspannung HV erneut einzuschalten, wobei die Periodendauer T so gewählt ist, daß das Zählergebnis des Zählers vor Ende der Periodendauer T die Sollzahl Nsoll erreicht. Auf diese Weise wird der Ozonerzeuger mit einer im wesentlichen konstanten mittleren Ozon-Produktionsrate betrieben.
Fig. 3 veranschaulicht diese Variante anhand eines Beispiels für eine typische zeitliche Abfolge von Stromimpulsen zur Erzeugung einer konstanten Ozon- Produktionsrate. Zum Zeitpunkt tl wird die Hochspannung HV erstmals eingeschaltet. Es entstehen Stromimpulse P, welche in Fig. 3 symbolisch als unregelmäßig verteilte senkrechte Balken dargestellt sind. Die wirkliche Zahl der Stromimpulse P kann um ein Vielfaches größer sein als in Fig. 3 dargestellt. Der Zähler zählt die Stiomimpulse; zum Zeitpunkt t2 hat deren Zahl die Sollzahl Nsoll er- reicht, so daß die Hochspannung HV abgeschaltet wird und keine Stromimpulse mehr entstehen. Nach einer Periodendauer T, deren Ende mit einem Zeitpunkt t3 zusammenfällt, wird der Zähler zurückgesetzt, d.h. der Zählerstand auf Null gesetzt, und die Hochspannung HV wieder eingeschaltet, so daß erneut Strompulse P entstehen, welche erneut vom Zähler gezählt werden, worauf zu einem Zeitpunkt t4 erneut die Sollzahl Nsoll erreicht wird, usw.
Auf diese Weise wird in jeder Periode T, also in regelmäßigen Zeitabständen T, jeweils eine bestimmte vorgebbare Gesamtmenge von Ozon erzeugt. Der Ozonerzeuger wird somit mit einer im wesentlichen konstanten mittleren Produktionsrate betrieben, welche gegeben ist durch den Quotienten Gesamtmenge/ Periodendauer.
Gemäß einer anderen Variante wird im wesentlichen eine bestimmte vorgegebene zu produzierende Ozon-Sollmenge Msoll produziert, indem zunächst die Entladeimpulse oder Stromimpulse für eine vorgegebene Zählzeitdauer Tz gezählt wer- den. Das so erhaltene Zählergebnis wird im folgenden mit Ntzist bezeichnet, d.h. in der Zählzeitdauer Tz wird eine Anzahl Ntzist von Stromimpulsen gezählt. Diese
Anzahl Ntz ist entspricht einer Ozonmenge Mtz, welche innerhalb der Zählzeitdauer Tz durch die Anzahl Ntzist von Stromimpulsen erzeugt wurde und gegeben ist durch das Produkt Ntzist*Mo, wobei Mo die pro Entladeimpuls erzeugte Ozonmenge ist.
Aus der Zählzeitdauer Tz und der innerhalb derselben produzierten Ozonmenge Mtz läßt sich daher durch lineare Extrapolation der produzierten Ozonmenge als Funktion der Zeit berechnen, nach welcher Zeit, erste Produktionszeitspanne Tpl, die Soll-Ozonmenge Msoll produziert sein wird. Erfindungsgemäß wird daher gemäß dieser Variante die Hochspannung HV nach der ersten Produktionszeitspanne Tpl abgeschaltet. Die erste Produktionszeitspanne Tpl ist gegeben durch Tpl = Tz*(Msoll/Mtz).
Selbstverständlich ist bei dieser Variante die Zählzeitdauer Tz so zu wählen, daß die Soll-Ozonmenge Msoll am Ende der Zählzeitdauer Tz noch nicht überschritten ist. Bei einer großen Zahl Ntzist von innerhalb der Zählzeitdauer gezählten Impulsen, d.h. geringer statistischer relativer Schwankung aufgrund von ungleichmäßiger, statistischer zeitlicher Verteilung der Impulse, sind die erste und zweite Produktionszeitdauer Tpl, Tp2 miteinander praktisch identisch.
Gemäß einer hierzu alternativen Variante läßt sich aus der Zählzeitdauer Tz und der innerhalb derselben gezählten Anzahl Ntzist von Stromimpulsen durch lineare Extrapolation dieser gezählten Impulszahl als Funktion der Zeit ebenfalls berechnen, nach welcher Zeit, zweite Produktionszeitspanne Tp2, eine Soll- Impulszahl Nsoll erreicht wird, welche der Soll-Ozonmenge Msoll entspricht. Die zur Produktion der Soll-Ozonmenge Msoll erforderliche Soll-Impulszahl Nsoll ist gegeben durch den Quotienten Msoll/ Mo. Erfindungsgemäß wird daher gemäß der alternativen Variante die Hochspannung HV nach der zweiten Produktionszeitspanne Tp2 abgeschaltet, welche gegeben ist durch Tp2 = Tz*(Nsoll/Ntzist).
Auch gemäß diesen Varianten läßt sich durch periodische Wiederholung der erläuterten Vorgehensweisen eine im wesentlichen konstante mittlere Ozon-Produktionsrate realisieren.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ozonerzeugers mit geregelter Ozon-Produktionsrate. Dieser weist einen Hochspannungsgenerator 21 auf, dessen Ausgangsspannung, die Hochspannung HN, steuerbar ist. Hierzu besitzt der Hochspannungsgenerator 21 einen Steuereingang 21E und ist so eingerichtet, daß der Effektivwert der Hochspannung HN proportional ist zur Größe der am Steuereingang anliegenden Spannung. Der Hochspannungsgenerator 21 ist somit über seinen Eingang 21E steuerbar.
Die Hochspannung HV ist über die Hinleitung 11 und die Rückleitung 12 zwischen den beiden Elektroden 2A, 2B des Gasentladungsmoduls 2 angelegt und verursacht in demselben eine Gasentladung, durch welche Entladeimpulse entstehen, deren jeder einen sich dem Strom überlagernden Stromimpuls erzeugt und die Entstehung einer bestimmten Einzelmenge Mo von Ozon bewirkt.
Die Stromimpulse werden z.B. durch das Auskoppelelement 31 aus der Rücklei- tung 12 ausgekoppelt und einem Zähler 24 zugeführt, welcher die während einer Zählzeitdauer Tz auftretenden Stromimpulse zählt und mit einem Istwert-Eingang 30E eines Reglers 30 verbunden ist. Das Zählergebnis Ntzist wird dem Regler 30 über den Eingang 30E zugeführt; dies kann z.B. im Form eines analogen Signals oder eines seriellen oder parallelen digitalen Signals erfolgen.
Dabei ist ein Sollwert Rsoll der mittleren Ozon-Produktionsrate vorgegeben und z.B. in dem Regler 30 gespeichert. Der Sollwert Rsoll kann z.B. über eine Tastatur in den Regler eingebbar sein.
Ein Rechenwerk 40, welches mit dem Zähler 24 verbunden ist, zieht das Zählergebnis Ntzist und die Zählzeitdauer Tz heran, um als Ist-Wert der Ozon-
Produktionsrate eine mittlere Ozon-Produktionsrate Rist zu ermitteln. Diese ist in der in Fig. 4 veranschaulichten Variante gegeben durch die Gleichung Rist=Ntzist*Mo/Tz. Die Einzelmenge Mo sowie die Zählzeitdauer Tz können in dem Rechenwerk 40 gespeichert sein; in einer anderen Variante wird die Zählzeitdauer Tz z.B. nach jeder Zählung vom Zähler 24 an das Rechenwerk 40 übermittelt.
Das Rechenwerk 40 ist mit einem Regler 30 verbunden. Dieser besitzt einen Ausgang 30A, welcher mit dem Steuereingang 21E des Hochspannungsgenerators 21 verbunden ist. Der Regler 30 fragt die mittlere Ozon-Produktionsrate Rist von dem Rechenwerk 40 ab und vergleicht diese mit dem Sollwert der Produktionsrate Rsoll. Der Ausgang 30A gibt eine Steuerspannung ab, welche durch den Regler 30 vergrößert bzw. verkleinert wird, falls der Ist-Wert Rist kleiner bzw. größer ist als der Sollwert Rsoll. Somit wird der Effektivwert der Hochspannung HV vergrößert bzw. verkleinert, falls die Regeldifferenz dR=Rsoll-Rist positiv bzw. negativ ist.
Bei zunehmendem Effektivwert der Hochspannung HV steigt die mittlere zeitliche Dichte der Entladeimpulse und damit die mittlere Ozon-Produktionsrate an; bei abnehmendem Effektivwert der Hochspannung HN sinkt die mittlere zeitliche Dichte der Entladeimpulse und damit auch die mittlere Ozon-Produktionsrate ab.
Somit ist der Regler 30 imstande, den Hochspannungsgenerator 21 so zu steuern, daß die mittlere Ozon-Produktionsrate Rist vergrößert bzw. verkleinert wird, falls diese kleiner bzw. größer ist als der Sollwert Rsoll, und damit die mittlere Ozon- Produktionsrate zu regeln.
Der Regler, das Rechenwerk und der Zähler können insbesondere gemeinsam durch eine einzige entsprechend programmierte EDV-Schaltung, z.B. Mikrocontro- ler, gebildet sein.
Gemäß einer anderen Variante zieht das Rechenwerk das Zählergebnis Ntzist und
die Zählzeitdauer Tz nicht dazu heran, um als Ist-Wert der Ozon-Produktionsrate eine mittlere Ozon-Produktionsrate Rist zu ermitteln, sondern dazu, um eine mittlere zeitliche Dichte der Entladeimpulse als Ist-Dichte Dist zu ermitteln. Diese ist in der vorliegenden Variante gegeben durch die Gleichung Dist=Ntzist/Tz. Der Regler vergleicht diese mit einer zeitlichen Soll-Dichte Dsoll der Entladeimpulse, welche gegeben ist durch den Quotienten Rsoll/ Mo aus dem Sollwert Rsoll und der Einzelmenge Mo, und vergrößert bzw. verkleinert den Effektivwert der Hochspannung und damit die mittlere zeitliche Dichte der zur Entstehung gebrachten Entladeimpulse, falls die mittlere zeitliche Dichte der Entladeimpulse kleiner bzw. größer ist als die Soll-Dichte.
Gemäß einer weiteren Variante (nicht gezeigt) werden der Sollwert Rsoll der mittleren Ozon-Produktionsrate und die Zählzeitdauer Tz dazu herangezogen, um eine Sollzahl Ntzsoll der während der Zählzeitdauer Tz auftretenden Entladeimpulse zu ermitteln. Diese ist in der vorliegenden Variante gegeben durch die Gleichung Ntzsoll=Tz*Rsoll/Mo. Der Regler vergleicht diese mit dem Zählergebnis Ntzist und vergrößert bzw. verkleinert den Effektivwert der Hochspannung und damit die mittlere zeitliche Dichte der zur Entstehung gebrachten Entladeimpulse, falls das Zählergebnis Ntzist kleiner bzw. größer ist als die Sollzahl Ntzsoll. Die Sollzahl Ntzsoll kann in dem Regler gespeichert sein und das Zählergebnis Ntzist direkt vom Zähler an den Regler übergeben werden, so daß kein Rechenwerk erforderlich ist. Alternativ dazu kann die Sollzahl Ntzsoll von dem Rechenwerk berechnet und an den Regler übergeben werden, was z.B. dann sinnvoll sein kann, wenn sich die Zählzeitdauer Tz oder der Sollwert Rsoll immer wieder ändern.
Nun wird auf die Figuren 5 und 6 Bezug genommen. Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ozonerzeugers mit geregelter Ozon-Produktionsrate, welcher demjenigen von Fig. 4 ähnlich, gegenüber diesem jedoch abgewandelt ist. Anstelle des steuerbaren Hochspannungsgenerators 21 von Fig. 4 wird in dem Ozonerzeuger von Fig. 5 der
Hochspannungsgenerator 1 von Fig. 1 verwendet, welcher so eingerichtet ist, daß die Hochspannung HN abgeschaltet wird, wenn am Eingang 1E ein Schaltsignal anliegt, und eingeschaltet wird, wenn am Eingang 1E kein Schaltsignal anliegt.
Das Rechenwerk 40 ist mit dem Eingang 20E eines Reglers 20 verbunden. Dieser besitzt einen Ausgang 20A, welcher mit dem Eingang 10E einer Steuerschaltung 10 verbunden ist. Die Steuerschaltung besitzt ferner einen Ausgang 10A, welcher mit dem Eingang 1E des Hochspannungsgenerators 1 verbunden ist. Die Steuerschaltung 10 ist somit zwischen den Regler 20 und den Hochspannungsgenerator 1 zwischengeschaltet. Sie gibt über ihren Ausgang 10A in zyklischer Folge jeweils für eine Einschaltdauer Tl kein Schaltsignal ab und anschließend für eine Pausendauer T2 ein Schaltsignal an den Eingang 1E ab. Somit wird die Hochspannung HN durch die Steuerschaltung 10 in fortlaufender Folge jeweils für die Einschaltdauer Tl eingeschaltet und anschließend jeweils für die Pausendauer T2 abgeschaltet, wie in Fig. 5 durch den abschnittsweise geradlinigen Verlauf der Wellenlinie HV, welche den zeitlichen Verlauf der Hochspannung HV symbolisieren soll, angedeutet ist.
Fig. 6 veranschaulicht ein Beispiel für eine zeitliche Abfolge des Ein- und Ausschal- tens der Hochspannung HV des Ozonerzeugers von Fig. 5. Zu einem Zeitpunkt tl beginnt eine Einschaltdauer Tl, die Steuerschaltung 10 gibt kein Schaltsignal ab, die Hochspannung HN wird eingeschaltet (Fig. 6 oben), es entstehen Stromimpulse P, welche symbolisch als unregelmäßig verteilte senkrechte Balken dargestellt sind (Fig. 6 unten). Die wirkliche Zahl der Stiomimpulse P kann um ein Nielfaches größer sein als in Fig. 6 dargestellt. Zu einem Zeitpunkt tl3 beginnt eine Pausendauer T2, die Steuerschaltung 10 beginnt mit der Abgabe des Schaltsignals, Hochspannung HN wird abgeschaltet, und es entstehen keine Stromimpulse P mehr. Zu einem Zeitpunkt tl5 beginnt die nächste Einschaltdauer Tl, Hochspannung HV wird wieder eingeschaltet, und es entstehen wieder Stromimpulse P.
Ein Sollwert Rsoll der mittleren Ozon-Produktionsrate ist vorgegeben und in dem
Regler 20 gespeichert. Dieser fragt die mittlere Ozon-Produktionsrate Rist von dem Rechenwerk 40 ab, vergleicht diese mit dem Sollwert der Produktionsrate Rsoll, und gibt über seinen Ausgang 20A gibt ein Reglersignal an die Steuerschaltung 10 ab. Der Regler 20 fragt die mittlere Ozon-Produktionsrate Rist von dem Rechenwerk 40 ab, vergleicht diese mit dem Sollwert der Produktionsrate Rsoll und steuert die Steuerschaltung 10 so, daß das Verhältnis T1/T2 der Einschaltdauer Tl zur Pausendauer T2 vergrößert wird, falls der Ist-Wert Rist kleiner ist als der Sollwert Rsoll, also die Regeldifferenz dR=Rsoll-Rist positiv ist, und umgekehrt.
Zur Vergrößerung des Verhältnisses T1/T2 kann die Einschaltdauer Tl verlängert werden oder die Pausendauer T2 verkürzt werden oder beides. Gemäß einer bevorzugten Variante wird zur Vergrößerung des Verhältnisses T1/T2 sowohl die Einschaltdauer Tl verlängert als auch die Pausendauer T2 verkürzt, wobei die Summe T1+T2 aus Einschalt- und Pausendauer konstant gehalten wird.
Bei zunehmendem Verhältnis T1/T2 steigt die mittlere zeitliche Dichte der Entladeimpulse und damit die mittlere Ozon-Produktionsrate an; bei abnehmendem Verhältnis T1/T2 sinkt die mittlere zeitliche Dichte der Entladeimpulse und damit auch die mittlere Ozon-Produktionsrate ab. Somit ist der Regler 20 imstande, den Hochspannungsgenerator 1 so zu steuern, daß die mittlere Ozon-Produktionsrate Rist vergrößert bzw. verkleinert wird, falls diese kleiner bzw. größer ist als der Sollwert Rsoll, und somit die mittlere Ozon- Produktionsrate zu regeln.
Der Regler, das Rechenwerk, der Zähler und die Steuerschaltung können insbesondere sehr vorteilhaft gemeinsam durch eine einzige entsprechend programmierte EDV-Schaltung, z.B. Mikrocontroler, gebildet sein. Das Rechenwerk 40, welches mit dem Zähler 24 verbunden ist, zieht das Zählergebnis Ntzist und die Zählzeitdauer Tz heran, um den Ist-Wert der mittleren Ozon- Produktionsrate Rist zu ermitteln. Dies ist auf verschiedene Weisen möglich.
Gemäß einer bevorzugten speziellen Variante des Ozonerzeugers von Fig. 5 wird die Zählzeitdauer Tz gleich der Summe von Einschaltdauer Tl und Pausendauer T2 oder gleich einem ganzzahligen Vielfachen dieser Summe gewählt. In diesem Fall ist der Wert der mittleren Ozon-Produktionsrate Rist gegeben durch die Gleichung Rist=Ntzist*Mo/Tz.
Gemäß einer weiteren Variante wird die Zählzeitdauer Tz sehr viel größer, z.B. um einen Faktor 10 bis 10000 größer gewählt als die Summe T1+T2, so daß der relative Fehler bei der Bestimmung der mittleren Ozon-Produktionsrate Rist, welcher dann entstehen kann, wenn die Zählzeitdauer Tz kein ganzzahliges Vielfaches der Summe T1+T2 ist, vernachlässigbar ist; in diesem Fall braucht also Tz kein ganzzahliges Vielfaches der Summe T1+T2 zu sein.
Gemäß einer weiteren Variante des Ozonerzeugers von Fig. 5 ist die Dauer der Zählzeitdauer Tz beliebig, wobei sie jedoch mindestens teilweise auf die Einschaltdauer Tl entfällt, da während der Pausendauer T2 selbstverständlich keine Entladeimpulse auftreten. Wird derjenige Teil der Zählzeitdauer Tz, welcher auf die Einschaltdauer Tl entfällt, als Überschneidungszeit Tüb bezeichnet, so ergibt sich der Ist-Wert der Produktionsrate Rist im Wesentlichen aus der Gleichung Rist=Ntzist*Mo*(Tl/Tüb)/(Tl+T2). Die Überschneidungszeit Tüb ist anhand eines Beispiels in Fig. 6 eingetragen; sie beginnt dort zu einem Zeitpunkt tl2 und endet zum Zeitpunkt tl3.
Gemäß einer weiteren Variante (Fig. 7), welche kein Rechenwerk aufweist, wird eine Sollzahl Ntzsoll der während der Zählzeitdauer Tz auftretenden Entladeimpulse aus der Gleichung Ntzsoll=Rsoll*(Tl+T2)*(Tüb/Tl)/Mo bestimmt und in dem Regler 20 gespeichert. Der Regler 20 fragt die während der Zählzeitdauer aufgetretene Ist-Zahl Ntzist von dem Zähler 24 ab, vergleicht sie mit der Sollzahl Ntzsoll und steuert die Steuerschaltung 10 so, daß das Verhältnis T1/T2 der Einschaltdauer Tl zur Pausendauer T2 vergrößert wird, falls die Ist-Zahl
Ntzist kleiner ist als die Sollzahl Ntzsoll, also die Regeldifferenz dN=Ntzsoll-Ntzist positiv ist, und umgekehrt. Da die Ist-Zahl Ntzist ein Maß für die mittlere Ozon- Produktionsrate und die Sollzahl Ntzsoll ein Maß für den Sollwert der mittleren Ozon-Produktionsrate ist, wird auch in diesem Fall die mittlere Ozon- Produktionsrate entsprechend einem vorgegebenen Sollwert geregelt.
Die Ozonerzeuger, welche in den Figuren 1, 2, 4, 5 und 7 veranschaulicht sind, können zusätzlich einen Komparator (in Fig. 1 bis 7 nicht gezeigt) aufweisen, welcher zwischen den Auskopplungsausgang 31C zw. 32C und den Zähler 14 bzw. 24 zwischengeschaltet ist und dann und nur dann ein Digitalsignal an den Zähler 14 bzw. 24 abgibt, wenn die Höhe eines Stromimpulses den Grenzwert übersteigt, so daß der Zähler 14 bzw. 24 nur solche Stromimpulse zählt, deren Höhe den Grenzwert übersteigt, und keine analogen Stromimpulse verarbeitet. Solche Stromimpulse, deren Höhe den Grenzwert nicht erreicht, werden hierbei als Störimpulse betrachtet und nicht gezählt. Der Komparator kann interner Bestandteil des Zählers sein, anstatt ihm extern vorgeschaltet zu sein.
Figur 8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuer- und Regelkreises mit folgender Legende: 1 Hochspannungsgenerator (mit Transformator oder als Piezo-Generator )
2 Dielektrisches Entladungsmodul ( Ozon- und Ionenquelle )
31 Auskoppelungselement für die hochfrequenten Stromimpulse
4 Filter für hochfrequente Entladungsimpulse und Impulsaufbereitung
5 Komparator, ( z.B. Schmitt-Trigger ) und Zählerbaustein 6 Micro-Controller
7 Alarmschaltung, Watch-Dog-Schaltung zur Überwachung des Micro- Controllers
8 BUS-Treiber, bidirektional
9 NAND-Glied oder andere Logik-Schaltung, der Ausgang steuert den Hochspannungsgenerator EIN/ AUS, besteht zum Beispiel aus zwei hintereinander geschalteten, die Versorgungsspannung unterbrechenden
Transistoren, welche jeweils durch Signale vom Watchdog oder vom MikrocontroUer angesteuert werden.
50 Signal vom Watchdog „μController arbeitet korrekt"
51 Signal vom μController „Hochspannungserzeugung = EIN" 52 Signal vom NAND-GLIED „Hochspannung EIN / AUS"
Der Hochspannungsgenerator 1 wird durch das Signal 52 ein- und ausgeschaltet. Wenn die in diesem Generator erzeugte hochfrequente Hochspannung (ca. 20- lOOKHz ; 4 - 5,5KV) an das dielektrische Entladungsmodul 2 angelegt wird, kommt es zu kurzzeitigen und energiereichen Entladungsimpulsen im Frequenzpektrum zwischen 1-lOMHz.
Diese Impulse werden zum Beispiel durch das induktive Auskopplungselement 31 über einen nachgeschalteten Hochpass 4 ausgekoppelt und insofern von der Frequenz der hochfrequenten Hochspannung abgetrennt. Die so gewonnene Spannung wird in einem Komparator 5 spannungsmäßig normiert und in einen Zählerbaustein registriert dessen Inhalte vom Microcontroller 6 gelesen werden. Alternativ könnte das von den Entladungen erzeugte hochfrequente Signal auch kapazitiv ausgekoppelt werden. Im weiteren Verlauf der Beschreibung wird jedoch lediglich die induktive Auskopplung erwähnt.
Es leuchtet ein, daß diese Impulse nur dann entstehen können, wenn es zu dielektrisch behinderten elektrischen Entladungen im Entladungsmodul 2 kommt. Da jede Einzelentladung eine geringe, vergleichbare Menge Ozon in der Größenordnung weniger Picogramm erzeugt, besteht ein direkter Zusammenhang wie folgt:
Zahl der Entladungsimpulse — » produzierte Ozonmenge sowie gegebenenfalls produzierte Ionenmenge.
Im Mikrocontroler ist zum Beispiel in einer Tabelle der Zusammenhang zwischen Zahl der Filamente pro Zeiteinheit und der produzierten Ozonmenge ( z.B. in mg/h ) niedergelegt.
Bei gegebener und weitgehend konstanter Ansteuerspannung des Entladungsmoduls bzw. der Siemensröhre von z.B. 5.000Volt Wechselspannung etwa 50Hz - lOOKHz mit entsprechender Anzahl von Filamenten / Sekunde und einer damit in strengem Zusammenhang stehenden Ozonproduktion kann durch Impuls-Pause- Betrieb aus dem Verhältnis von Impulsen und Pausen praktisch jede Teilmenge der maximal möglichen Ozonproduktion hergestellt werden.
Das Verhältnis Impulsbündel / Pause, d.h. das Verhältnis Einschaltzeitdauer / Pausenzeitdauer, wird von der Software des Mikrokontrollers so eingestellt, daß die Zahl der je Zeiteinheit erzeugten elektrischen Entladungen (Filamente) einer vorgegebenen Anzahl entspricht, welche streng eine bestimmte Produktionsmenge als Folge hat. ( mg/h ). Zwangsläufig ist die Ozonproduktionsmenge pro Zeit damit einstellbar und über den Langzeitbetrieb konstant, weil die chemische und physikalische Konditionierung der Luft die Anzahl der beobachteten Filamente fördert oder behindert, nicht aber den Energieinhalt und damit die Ozonproduk- tionsmenge des Einzelimpulses verändert.
Der Nutzen der Erfindung besteht darin, über die Zählung der Filamente je Zeiteinheit die Produktionsrate von Ozon je Zeiteinheit einstellbar zu machen.
Ein erfindungsgemäßer elektrischer Entladungsapparat nach dem physikalischen Prinzip der elektrisch behinderten Entladung besteht vorzugsweise aus einer Wechselspannung abgebenden Hochspannungsquelle und einer Entladungseinrichtung und einem die Entladungsimpulse von der Frequenz der Speisespannung abtrennenden elektrischen Filter, wobei die Zahl der Einzelentladungen ge- zählt wird und aus der Zahl der Einzelentladungen die Ozon-Produktionsmenge abgeleitet wird.
Die Zahl der ermittelten Einzelimpulse kann als IST-Größe so in einen Regelkreis eingespeist werden, daß die IST-Größe an eine frei bestimmbare SOLL-Größe herangeführt wird.
Die Zahl der Einzelimpulse kann auf eine frei definierte Anzahl je Zeiteinheit eingestellt werden, welche einer bestimmten Produktionsmenge von OZON entspricht.
Gewerbliche Anwendbarkeit:
Die Erfindung ist gewerblich anwendbar z.B. im Bereich der Luftaufbereitung mit Ozon sowie der Klimatechnik insbesondere in Kfz oder in Krankenhäusern.
Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Ozonerzeugers mit einem Gasentladungsmodul 2 für dielektrisch behinderte Entladung mit zwei Elektroden 2A, 2B, zwischen denen über eine Zuleitung 11 und eine Rückleitung 12 eine Hochspannung HV angelegt wird, welche eine Wechselspannung oder eine pulsierende Gleichspannung ist und eine Gasentladung in dem Gasentladungsmodul 2 sowie einen elektrischen Strom durch die Hinleitung 11, das Gasentla- dungsmodul 2 und die Rückleitung 12 erzeugt, und durch die Gasentladung Entladeimpulse entstehen, deren jeder einen Strahlungsblitz und einen sich dem Strom überlagernden Stromimpuls P erzeugt, wobei bei jedem Entladeimpuls im Mittel eine bestimmte Einzelmenge Mo von Ozon entsteht, und aus der Einzelmenge Mo sowie der Zahl der Einzelentladungen die Ozon- Produktionsmenge oder aus der Einzelmenge Mo sowie der zeitlichen Dichte der Einzelentladungen eine mittlere Ozon-Produktionsrate abgeleitet wird.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass eine vorgegebene Gesamtmenge von Ozon erzeugt wird, indem - diese Gesamtenge als zu produzierende Ozon-Sollmenge Msoll vorgegeben wird,
die Entladeimpulse oder Stromimpulse P oder Strahlungsblitze durch einen Zähler 5,14,24 gezählt werden, und die Hochspannung HV abgeschaltet wird, sobald eine Sollzahl Nsoll von gezählten Entladeimpulsen oder Stromimpulsen P oder Strahlungsblitzen erreicht ist, welche Sollzahl Nsoll die zur Produktion der Ozon-Sollmemge
Msoll erforderliche Anzahl von Entladeimpulsen ist, gegeben durch den Quotienten Msoll/ Mo aus der zu produzierenden Ozon-Sollmenge Msoll und der pro Entladeimpuls erzeugten Ozonmenge Mo, so daß die der Ozon-Sollmenge Msoll entsprechende bzw. im wesentlichen entsprechende Anzahl von Entladeimpulsen in dem Gasentladungsmodul 2 zur
Entstehung gebracht wird.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass die Entladeimpulse oder Stromimpulse P oder Strahlungsblitze für eine vorgegebene Zählzeitdauer Tz durch einen Zähler 5,14,24 gezählt werden, und die Hochspannung HV nach einer ersten Produktionszeitspanne Tpl abgeschaltet wird, wobei die erste Produktionszeitspanne Tpl gegeben ist durch Tpl = Tz*(Msoll/Mtz), oder nach einer zweiten Produktions- Zeitspanne Tp2 abgeschaltet wird, wobei die zweite Produktionszeitspanne
Tρ2 gegeben ist durch Tp2 = Tz*(Nsoll/ Ntzist), wobei
Tz die Zählzeitdauer,
Mo die pro Entladeimpuls im Mittel erzeugte Einzelmenge von Ozon, Ntzist die während der Zählzeitdauer Tz gezählte Anzahl von Entladeimpulsen, Mtz die während der Zählzeitdauer Tz produzierte Ozonmenge, gegeben durch das Produkt Ntzist*Mo, Msoll die zu produzierende Ozon-Sollmenge, und
Nsoll die zur Produktion der Ozon-Sollmenge Msoll erforderliche Anzahl von Entladeimpulsen, gegeben durch den Quotienten Msoll/ Mo, ist.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass das Verfahren periodisch in regelmäßigen Zeitabständen wiederholt wird, so daß im Mittel eine konstante Menge von Ozon pro Zeiteinheit erzeugt wird und somit eine konstante mittlere Ozon-Produktionsrate erzielt wird.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass ein Sollwert Rsoll der mittleren Ozon-Produktionsrate vorgegeben wird, die Entladeimpulse oder Stromimpulse oder Strahlungsblitze während einer Zählzeitdauer Tz gezählt werden, und - das Zählergebnis Ntzist und die Zählzeitdauer Tz dazu herangezogen werden, um eine mittlere Ozon-Produktionsrate Rist zu ermitteln, und die mittlere zeitliche Dichte der zur Entstehung gebrachten Entladeimpulse vergrößert bzw. verkleinert wird, falls der Ist-Wert der mittleren Ozon- Produktionsrate (Rist) kleiner bzw. größer ist als der Sollwert Rsoll. so daß die mittlere Ozon-Produktionsrate Rist geregelt wird.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass anstatt das Zählergebnis Ntzist und die Zählzeitdauer Tz dazu heranzuziehen, um eine mittlere Ozon-Produktionsrate Rist zu ermitteln, - entweder das Zählergebnis Ntzist und die Zählzeitdauer Tz dazu herangezogen werden, eine mittlere zeitliche Dichte der Entladeimpulse zu ermitteln, und der Sollwert Rsoll der Ozon-Produktionsrate dazu herangezogen wird, eine mittlere zeitliche Soll-Dichte der Entladeimpulse zu ermitteln, und die mittlere zeitliche Dichte der zur Entstehung gebrachten Entladeimpulse vergrößert bzw. verkleinert wird, falls diese kleiner bzw. größer ist als die Soll-Dichte, oder der Sollwert Rsoll und die Zählzeitdauer Tz dazu herangezogen werden, eine Sollzahl Ntzsoll der während der Zählzeitdauer Tz auftretenden Entladeimpulse zu ermitteln, und die mittlere zeitliche Dichte der zur Entstehung gebrachten Entladeimpulse vergrößert bzw. verkleinert wird, falls das Zählergebnis Ntzist kleiner bzw. größer ist als die Sollzahl
Ntzsoll.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass die mittlere Ozon- Produktionsrate Rist aus der Einzelmenge Mo sowie aus der Größe eines Pulssignals abgeleitet wird, anstatt mit Hilfe der zeitlichen Dichte der Einzelentladungen abgeleitet zu werden, wobei das Pulssignal durch die Stromimpulse oder die Strahlungsblitze erzeugt wird und ein Maß für die Produktionsrate von Ozon ist.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass das Pulssignal erzeugt wird, indem die Stiomimpulse aus der Hinleitung 11 oder aus der Rückleitung 12 ausgekoppelt und danach mit einer vorgegebenen Integrationszeit oder einer vorgegebenen Integrationszeitkonstanten zeitlich integriert werden, so daß das Pulssignal ein integrales Pulssignal ist.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass die Stromimpulse nach der Auskopplung eine Diode durchlaufen oder gleichgerichtet werden, so daß das Pulssignal keine wechselnde Polarität aufweist.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass die Strahlungsblitze durch einen Strahlungsdetektor erfaßt und in Stromimpulse umgesetzt werden.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass die Stromimpulse an einen Grenzwertschalter geführt werden, welcher nur dann ein Digitalsignal abgibt, wenn die Höhe eines Stromimpulses einen bestimmten Grenzwert übersteigt, und die Digitalsignale mit einer vorgegebenen Integrationszeit oder einer vorgegebenen Integrationszeitkonstanten zu dem Pulssignal integriert werden, so daß das Pulssignal ein integrales Pulssignal ist.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass die Hochspannung HV in fortlaufender Folge jeweils für eine Einschaltdauer Tl eingeschaltet und
anschließend jeweils für eine Pausendauer T2 abgeschaltet wird, wobei die mittlere zeitliche Dichte der Entladeimpulse dadurch vergrößert bzw. verkleinert wird, daß das Verhältnis T1/T2 der Einschaltdauer Tl zur Pausendauer T2 vergrößert bzw. verkleinert wird.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass die mittlere zeitliche Dichte der Entladeimpulse dadurch vergrößert bzw. verkleinert wird, daß der Effektivwert der Hochspannung HV vergrößert bzw. verkleinert wird.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass mindestens ein Teil der Zählzeitdauer Tz, nämlich eine Überschneidungszeit Tüb, auf die Einschaltdauer Tl entfällt, der Ist-Wert der mittleren Produktionsrate Rist berechnet wird aus der Gleichung Rist=Ntzist*Mo*(Tl/Tüb)/(Tl+T2), wobei Rist der Ist-Wert der mittleren Produktionsrate,
Mo die pro Entladeimpuls im Mittel erzeugte Einzelmenge von Ozon,
Ntzist das Zählergebnis, d.h. die während der Zählzeitdauer Tz gezählte Anzahl von Entladeimpulsen, Tüb die Überschneidungszeit, Tl die Einschaltdauer und T2 die Pausendauer ist.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass mindestens ein Teil der Zählzeitdauer Tz, nämlich eine Überschneidungszeit Tüb, auf die Einschaltdauer Tl entfällt, die Sollzahl Ntzsoll aus der Gleichung Ntzsoll=Rsoll*(Tl+T2)*(Tüb/Tl)/Mo berechnet wird, wobei Ntzsoll die Sollzahl der während der Zählzeitdauer Tz auftretenden Entladeimpulse, Rsoll der Sollwert der mittleren Produktionsrate, Tüb die Überschneidungszeit,
Mo die pro Entladeimpuls im Mittel erzeugte Einzelmenge von Ozon, Tl die Einschaltdauer und T2 die Pausendauer ist.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass die Summe von Einschaltdauer Tl und Pausendauer T2 konstant gehalten wird.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass die Zählzeitdauer Tz mit der Einschaltdauer Tl zusammenfällt und jeweils gleichzeitig mit derselben beginnt.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass die Zählzeitdauer Tz gleich der Summe oder ein ganzzahliges Vielfaches der Summe von Einschaltdauer Tl und Pausendauer T2 ist.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass die Zählzeitdauer Tz um mindestens das 10~fache größer ist als die Summe T1+T2.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass die im Mittel pro Entladeimpuls erzeugte Ozonmenge, die Einzelmenge Mo, mittels eines dem Gasentladungsmodul strömungstechnisch nachgeschalteten Ozonsensors bestimmt wird.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass die Stiomimpulse durch ein Auskoppelelement 31,32 z.B. induktiv oder kapazitiv aus der Hinleitung 11 oder der Rückleitung 12 ausgekoppelt und anschließend dem Zähler 14 zugeführt werden.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass die Stromimpulse nach der Auskopplung und vor Erreichen des Zählers 14 ein Filter 4, insbesondere Hochpaß oder Bandpaß, durchlaufen.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass nur solche Stromimpulse bzw. Strahlungsblitze gezählt werden, deren Größe bzw. Intensität einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass die Hochspannung HV abgeschaltet und/ oder eine Störungsmeldung ausgegeben wird, wenn die Anzahl Ntzist der innerhalb der vorgegebenen Zählzeitdauer Tz auftretenden Entladeimpulse oder Stromimpulse P oder Strahlungsblitze kleiner bzw. größer ist als eine vorgegebene Vergleichszahl.
Weiter bevorzugt ist es, das Verfahren so auszubilden, dass der Zähler 5,14,24 und/ oder der Ozonerzeuger durch eine Alarmschaltung 7 auf Fehlfunktion überwacht werden und die Alarmschaltung 7 bei Feststellung einer Fehlfunktion des Zählers 5,14,24 oder des Ozonerzeugers die Hochspannung HV abschaltet und/ oder eine Störungsmeldung ausgibt.
Die Erfindung umfasst einen Ozonerzeuger, umfassend ein Gasentladungsmodul 2 für dielektrisch behinderte Entladung mit zwei Elektroden 2A, 2B, zwischen denen über eine Zuleitung 11 und eine Rückleitung 12 eine Hochspannung HV anlegbar ist, welche eine Wechselspannung oder eine pulsierende Gleichspannung ist und eine Gasentladung in dem Gasentladungsmodul 2 sowie einen elektrischen Strom durch die Hinleitung 11, das Gasentladungsmodul 2 und die Rückleitung 12 erzeugt, und durch die Gasentladung Entladeimpulse entstehen, deren jeder einen Strahlungsblitz und einen sich dem Strom überlagernden Stromimpuls P erzeugt, wobei bei jedem Entladeimpuls im Mittel eine bestimmte Einzelmenge Mo von Ozon entsteht, und ferner umfassend einen Zähler 5,14,24, welcher imstande ist, die Stromimpulse P oder Strahlungsblitze und damit die Einzelentladungen zu zählen, wobei aus der Einzelmenge (Mo sowie der Zahl der Einzelentladungen die Ozon-Produktionsmenge oder aus der Einzelmenge Mo sowie der zeitlichen Dichte der Einzelentladungen eine mittlere Ozon-Produktionsrate ableitbar ist.
Weiter bevorzugt ist es, einen Ozonerzeuger so auszubilden, dass derselbe einen Strahlungsdetektor aufweist, welcher die Strahlungsblitze zu erfassen und in Stromimpulse umzusetzen imstande ist.
Weiter bevorzugt ist es, den Ozonerzeuger so auszubilden, dass derselbe der Zähler 5,14,24 imstande ist, die Hochspannung HN abzuschalten, sobald eine Sollzahl Νsoll von gezählten Sttomimpulsen P oder Strahlungsblitzen erreicht ist, welche einer vorgebbaren zu produzierenden Soll-Ozonmenge Msoll entspricht.
Weiter bevorzugt ist es, den Ozonerzeuger so auszubilden, dass der Zähler 5,14,24 imstande ist, die Sttominipulse P oder Strahlungsblitze für eine vorgegebene Zählzeitdauer Tz zu zählen und die Hochspannung HN nach einer ersten Produktionszeitspanne Tpl abzuschalten, welche gegeben ist durch Tpl = Tz*(Msoll/Mtz), oder nach einer zweiten Produktionszeitspanne Tp2 abzuschalten, welche gegeben ist durch Tp2 = Tz* (Νsoll/ Ntzist), wobei Tz die Zählzeitdauer,
Mo die pro Entladeimpuls im Mittel erzeugte Einzelmenge von Ozon, Ntzist die während der Zählzeitdauer Tz gezählte Anzahl von Entladeimpulsen, Mtz die während der Zählzeitdauer Tz produzierte Ozonmenge, gegeben durch das Produkt Ntzist*Mo, Msoll eine vorgebbare zu produzierende Ozon-Sollmenge, und Nsoll die zur Produktion der Ozon-Sollmemge Msoll erforderliche Anzahl von Entladeimpulsen, gegeben durch den Quotienten Msoll/ Mo ist.
Weiter bevorzugt ist es, den Ozonerzeuger so auszubilden, dass der Zähler 5,14,24 die während einer Zählzeitdauer Tz auftretenden Entladeimpulse oder Stiornimpulse oder Strahlungsblitze zählt und ein Zählergebnis Ntzist liefert, wobei ein Sollwert Rsoll der mittleren Ozon- Produktionsrate vorgegeben ist, und der Ozonerzeuger einen Regler 20,30 umfaßt, welcher eine unter
Heranziehung des Sollwertes Rsoll und der Zählzeitdauer Tz ermittelte Sollzahl Ntzsoll der während der Zählzeitdauer Tz auftretenden Entladeimpulse mit dem Zählergebnis Ntzist vergleicht und imstande ist, die mittlere zeitliche Dichte der zur Entstehung gebrachten Entladeimpulse zu vergrößern bzw. zu verkleinern, falls das Zählergebnis Ntzist kleiner bzw. größer ist als die Sollzahl Ntzsoll.
Weiter bevorzugt ist es, den Ozonerzeuger so auszubilden, dass der Ozonerzeuger ein Rechenwerk 40 aufweist, welches mit dem Zähler 24 verbunden ist und das Zählergebnis Ntzist sowie die Zählzeitdauer Tz dazu heranzieht, um eine mittlere Ozon-Produktionsrate Rist als Ist-Wert Rist zu ermitteln, und der Regler 20 mit dem Rechenwerk 40 verbunden und, anstatt die Sollzahl Ntzsoll mit dem Zählergebnis Ntzist zu vergleichen, die mittlere Ozon-Produktionsrate Rist mit dem Sollwert der Produktionsrate Rsoll vergleicht und die mittlere zeitliche Dichte der zur Entstehung gebrachten Entladeimpulse zu vergrößern bzw. zu verkleinern imstande ist, falls der Ist-Wert der mittleren Produktionsrate Rist kleiner bzw. größer ist als der Sollwert Rsoll.
Weiter bevorzugt ist es, den Ozonerzeuger so auszubilden, dass - das Rechenwerk 40, anstatt das Zählergebnis Ntzist und die Zählzeitdauer
Tz dazu heranzuziehen, um eine mittlere Ozon-Produktionsrate Rist zu ermitteln, das Zählergebnis Ntzist und der Zählzeitdauer Tz dazu heranzieht, um eine mittlere zeitliche Dichte der Entladeimpulse als Ist- Dichte zu ermitteln, und - der Regler 20,30, anstatt die mittlere Ozon-Produktionsrate Rist mit dem
Sollwert der Produktionsrate Rsoll zu vergleichen, die Ist-Dichte mit einer zeitlichen Soll-Dichte der Entladeimpulse vergleicht, welche gegeben ist durch den Quotienten Rsoll/ Mo aus dem Sollwert Rsoll und der Einzelmenge Mo, und die mittlere zeitliche Dichte der zur Entstehung gebrachten Entladeimpulse zu vergrößern bzw. verkleinern imstande ist, falls die Ist-Dichte kleiner bzw. größer ist als die Soll-Dichte.
Weiter bevorzugt ist es, den Ozonerzeuger so auszubilden, dass eine Steuerschaltung 10, welche zwischen den Regler 20 und den Hochspannungsgenerator 1 zwischengeschaltet und imstande ist, die Hochspannung HN in fortlaufender Folge jeweils für eine Einschaltdauer Tl einzuschalten und anschließend jeweils für eine Pausendauer T2 abzuschalten, und der Regler imstande ist, die Steuerschaltung 10 so zu steuern, daß das Verhältnis T1/T2 der Einschaltdauer Tl zur Pausendauer T2 vergrößert bzw. verkleinert wird, und damit die mittlere zeitliche Dichte der Entladeimpulse zu vergrößern bzw. zu verkleinern.
Weiter bevorzugt ist es, den Ozonerzeuger so auszubilden, dass ein Auskopplungselement 31,32, welches imstande ist, die Stromimpulse z.B. induktiv oder kapazitiv aus der Hinleitung 11 oder der Rückleitung 12 auszukoppeln und über einen Auskopplungsausgang 31C,32C an den Zähler 14 abzugeben.
Weiter bevorzugt ist es, den Ozonerzeuger so auszubilden, dass zwischen den Auskopplungsausgang 31C,32C und den Zähler 5,14,24 ein Filter 4, insbesondere Hochpaß oder Bandpaß, zwischengeschaltet ist.
Weiter bevorzugt ist es, den Ozonerzeuger so auszubilden, dass ein Gleichrichter oder eine Diode zwischen den Auskopplungsausgang 31 32C und den Zähler 5,14,24 zwischengeschaltet ist.
Weiter bevorzugt ist es, den Ozonerzeuger so auszubilden, dass zwischen den Auskopplungsausgang 31Q32C bzw. den Sensor und den Zähler 5,14,24 ein Komparator 5 zwischengeschaltet ist, welcher dann und nur dann ein Digitalsignal an den Zähler 5,14,24 abgibt, wenn die Höhe eines Stromimpulses bzw. Intensität eines Strahlungsblitzes einen bestimmten Grenzwert übersteigt, so daß der Zähler 5,14,24 nur solche Stromimpulse bzw. Strahlungsblitze zählt, deren Größe bzw. Intensität den Grenzwert übersteigt.
Weiter bevorzugt hat der Ozonerzeuger eine Alarmschaltung 7, welche imstande ist, den Zähler 5,14,24 und/ oder den Regler 20,30 und/ oder die Steuerschaltung 10 und/ oder das Rechenwerk 40 auf Fehlfunktion zu überwachen und bei Feststellung einer Fehlfunktion des Zählers 5,14,24 und/ oder Reglers 20,30 und/ oder der Steuerschaltung 10 und/ oder des Rechenwerkes 40 die Hochspannung HV abzuschalten und/ oder eine Störungsmeldung auszugeben.
Weiter bevorzugt ist es, den Ozonerzeuger so auszubilden, dass der Zähler 5,14,24) oder der Regler 20,30 oder die Steuerschaltung 10 das Rechenwerk 40 imstande sind, die Alarmschaltung 7 auf Fehlfunktion zu überwachen und bei Feststellung einer Fehlfunktion der Alarmschaltung 7 die Hochspannung HN anzuschalten und/ oder eine Störungsmeldung auszugeben.
Liste der Bezugszeichen zum Figurensatz II:
1, 21 Hochspannungsgenerator
1E, 21E Eingänge von 1, 21 2 Gasentladungsmodul
2A,2B Elektroden von 2
4 Filter und Impulsaufbereitung
5 Komparator und Zählerbaustein
6 Mikrokontroler 7 Alarmschaltung ("watchdog")
8 BUS-Treiber, bidirektional
10 Steuerschaltung 10A Ausgang von 10
11 Hinleitung 12 Rückleitung
14,24 Zähler
14A, 24A Ausgänge von 14, 24
20,30 Regler
20A,30 A Ausgänge von 20,30 20E, 30E Eingänge von 20,30
31,32 Auskopllungselemente
31 A,B erste, zweite Wicklung von 31
32A Kondensator
32B Widerstand 31 32C Auskopplungsausgang von 31,32
40 Rechenwerk