CN1736856B - 制造臭氧的装置 - Google Patents

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Abstract

一种制造臭氧的装置，该装置包括：一壳体，它形成一供包含氧气的流体用的通道；设置在通道附近的第一和第二电极；以及一电压脉冲发生装置，用于产生电压施加于电极而给电极通电，其中，电压脉冲发生装置包括一场效应晶体管和一供场效应晶体管使用的开关电路，场效应晶体管连接于一与电极连接的漏极-源极电路，开关电路包括一电荷存储装置和一开关装置，开关电路连接于场效应晶体管的一门。

Description

制造臭氧的装置
本申请是申请号为00805478.9、申请日为2000年2月24日、发明名称为“制造臭氧的方法和装置”的分案申请。
技术领域
本发明涉及制造臭氧的装置。
背景技术
已知的制造臭氧的方法包括使1个大气压和25℃的氧气通过同中心的喷涂金属的玻璃管，而在玻璃管上施加50-500Hz和10-20kV的低频电力。由于电压上的相当缓慢的变化(每毫秒5kV)，在电极之间维持着电晕或无声的放电。这种方法的一个缺点是能量以热量的形式被损耗，并只能获得相当低的臭氧产额比。
发明内容
因此，本发明的目的是提供制造臭氧的装置，它可克服上述缺陷，并可有效地替换已知的方法。
按照本发明，提供一种制造臭氧的装置，该装置包括：一壳体，它形成一供包含氧气的流体用的通道；设置在通道附近的第一和第二电极；以及一电压脉冲发生装置，用于产生电压施加于电极而给电极通电，其中，电压脉冲发生装置包括一场效应晶体管和一供场效应晶体管使用的开关电路，场效应晶体管连接于一与电极连接的漏极-源极电路，开关电路包括一电荷存储装置和一开关装置，开关电路连接于场效应晶体管的一门。
间歇脉冲串可通过给电极提供具有至少2kV/100ns的陡度的间歇电压脉冲、从而在该区域内产生变化电场而产生，该电场具有每毫米至少2kV的峰值。在本说明书里，术语“陡度”被用来表示在脉冲的峰峰值的30％和70％之间的陡度。
较佳的是，峰值在每毫米至少3kV，而陡度为3kV/10ns的数量级。
各电压脉冲较佳的是具有小于100ns的脉冲宽度。
脉冲串可是不连续的脉冲串。
脉冲发生装置通过产生具有至少20kV/100ns的陡度的一系列电压脉冲而产生一变化的电场。
电场具有至少每毫米3kV的峰值。
开关装置可连接在场效应晶体管的门和电荷存储装置之间，开关装置操作时将来自电荷存储装置的电荷堆积在场效应晶体管的门上。
电压脉冲发生装置在电极之间所产生的电压脉冲可足以使电极之间的电场以约10kV/mm/10ns的速率变化。
开关装置可连接于场效应晶体管的门。
各脉冲较佳的是具有至少100ns的脉冲宽度。
脉冲发生装置可以是一自激振荡电路。
电荷存储装置可包括一电容器，而开关装置可包括一SIDAC(硅对称二端开关元件)。
该制造臭氧的装置还可包括一变压器，该变压器具有一初级线圈和一次级线圈，电极与次级线圈连接，初级线圈与连接于场效应晶体管的漏极-源极电路连接。
通道可在通向壳体的一进口和离开壳体的一出口之间延伸。
第一电极可设置在壳体里的一环形电极，通道在第一电极和壳体之间延伸。
壳体可是一金属壳体，其与变压器的次级线圈连接。
在另一实施例里，壳体由电绝缘材料制造，它包括一内壁，第一电极环绕地设置在壳体的外侧上，第二电极设置在壳体内，通道形成在第二电极和内壁之间。
附图说明
现在通过例子并参考附图进一步描述本发明，其中：
图1是按照本发明的第一实施例的、用来制造臭氧的装置的零件分解图；
图2是图1的装置中的塞头和电极组件的零件分解图；
图3是图2中的塞头和电极组件组装后的立体图；
图4是用来产生一系列电压脉冲的电路的示意图，该电压脉冲施加在图2和3中的电极组件上；
图5(a)、(b)、(c)和(d)是在图4中的a、b、c和d点处的、相对第一时间标度的电压波形；
图6(a)、(b)、(c)和(d)是相对于较大时间标度的相同波形；
图7是沿图3中的VII-VII线的的剖视图；
图8是按照本发明第二实施例的、用来制造臭氧的装置的局部被剖开的立体图；以及
图9是图8中的装置的中心部分的侧剖视图。
具体实施方式
参看图1，按照本发明第一实施例的、用来制造臭氧的装置用标号10表示。
装置10包括一管状的阳极化铝壳体12，它具有一敞口端14、一封闭端16和一关闭敝口端的单独的塞头18。装置10还包括一可安装在塞头18上的电极组件20和一以电子电路30(图4所示)形式出现的、给电极组件20提供能量的脉冲发生器。
在封闭端16处提供一进入壳体的进口22，并在塞头18上形成一出口24。一通道21(图7所示)从进口22延伸至出口24。
如图1和7所示，电极组件20包括一耐臭氧和电晕的材料、诸如玻璃、铝等制造的绝缘盘或底座20.1，以及一安装在底座20.1上的背离塞头18的表面上的环形电极20.2。底座20.1上设置许多互相间隔的周边缺口20.3，它们的作用将在下面介绍。
塞头18上设置一环形突脊18.1。如图7所示，当电极组件20安装在塞头18的台肩上时，突脊18.1与底座20.1非常靠近，但具有一约0.3mm的间隙23。
上述通道21从进口22沿着管状壳体12延伸，通过底座上的缺口20.3，再通过突脊18.1与底座20.1之间的间隙23，通过出口24出去。
如下面将要介绍的，在通道21内的突脊18.1的区域内建立一个迅速变化的电场，产生电晕放电，从而使在使用时沿着通道21流动的氧气通过该电场。电场的作用是，通过电晕放电获得氧的瞬间电离，利用氧气产生臭氧，且没有以发热形式出现的显著的能量损失。
申请人发现，臭氧的产额比取决于在施加于电极组件20的脉冲系列52(见图6(d))里的脉冲50的上升时间tr、下降时间tf和宽度Wp(见图5(d))。可以相信，上升和下降时间和/或脉冲宽度越短，装置的效率越高。
图4显示了给电极组件20提供能量的一自激振荡电路30。图5(a)、(b)、(c)和(d)及图6(a)、(b)、(c)和(d)分别显示了在点a、b、c和d处测量到的电压波形。
电路30包括与硅对称二端开关元件(SIDAC)36和感应器37并联的电容器34。SIDAC与场效应晶体管(FET)、诸如IRF 740型的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)38的门39连接。当超过一定阈值(例如100V)的电压施加给它时，SIDAC 36导电。变压器43的初级线圈与MOSFET 38的漏极-源极电路45连接。变压器的次级线圈与电极组件20连接，如图4所示。
约150V的直流电压施加在电路的点41处。开始，横跨SIDAC 36的电位差不足以使SIDAC 36接通，因此电容器34充电。当SIDAC 36上的电压超过SIDAC 36的上述阈值电压时，它接通，导致从电容器34至MOSFET 38的门39的一闭合电路，使电容器34部分放电，因而给门39充电。结果是，电荷将在电容器34和门39之间被分享，从而一些电压、较佳的是相对于地显著地高于门阈值电压(一般是6V)的电压将施加在门上。由电容器34放出的电流略微在电流流入漏极-源极电路45之前通过SIDAC 36施加给MOSFET 38的门39。由于从电容器流出的电流，在门上的电压显著地超过上述阈值电压。由此在点a、b、c和d处产生的信号分别如图5(a)至(d)和图6(a)至(d)所示。
使用该方法，门电压可在短时间内被激发约2至4倍，超过某些MOSFET的额定最大阈值电压而不会毁坏装置。
从图5(d)和图6(d)可看到，施加在电极组件上的电压脉冲系列52里的各脉冲50具有比2kV/100ns好的、较佳的是为3kV/10ns数量级、30％-70％的陡度或上升时间tr和下降时间tf。此外，当它们通过平均值54时，脉冲的宽度Wp小于100ns，较佳的是小于30ns。
施加给电极组件的电压的峰值为3kV的数量级，而电极20.2和突脊18.1之间的间隙在0.3mm范围内，最大的电场强度E大于3kV/mm，较佳的是在10kV/mm的数量级。
参看图8和9，按照本发明第二实施例的、用来制造臭氧的装置用标号100表示。
装置100的基本工作类似于装置10，但装置100结构的不同处在于，壳体102是用绝缘材料制造的。装置100包括第一电极104和第二电极106，第一电极104包括环绕着壳体102延伸的导电环形件，而第二电极106设置在壳体102内。
第二电极106上设置一环形突脊106.1，它靠近壳体102的内壁，并在第一电极104的区域内。第一电极104与自激振荡电路连接，第二电极106接地。由此，在突脊106.1和壳体102的内壁之间发生电晕放电，从而如上所述那样产生臭氧。
应该知道，在不超出本发明的构思和范围的情况下，按照本发明的方法和装置还可以有许多细节上的变化。

Claims (12)

1.一种制造臭氧的装置，该装置包括：
一壳体，它形成一供包含氧气的流体用的通道；
设置在通道附近的第一和第二电极；以及
一电压脉冲发生装置，用于产生电压施加于电极而给电极通电，
其中，所述电压脉冲发生装置包括一场效应晶体管和一供场效应晶体管使用的开关电路，场效应晶体管连接于一与电极连接的漏极-源极电路，开关电路包括一电荷存储装置和一开关装置，开关电路连接于场效应晶体管的一门。
2.如权利要求2所述的制造臭氧的装置，其特征在于，开关装置连接在场效应晶体管的门和电荷存储装置之间，开关装置操作时将来自电荷存储装置的电荷堆积在场效应晶体管的门上。
3.如权利要求1所述的制造臭氧的装置，其特征在于，电压脉冲发生装置在电极之间所产生的电压脉冲足以使电极之间的电场以10kV/mm/10ns的速率变化。
4.如权利要求1所述的制造臭氧的装置，其特征在于，开关装置连接于场效应晶体管的门。
5.如权利要求3所述的制造臭氧的装置，其特征在于，各电压脉冲具有小于100ns的脉冲宽度。
6.如权利要求1所述的制造臭氧的装置，其特征在于，电压脉冲发生装置是一自激振荡电路。
7.如权利要求1所述的制造臭氧的装置，其特征在于，电荷存储装置包括一电容器，而开关装置包括一硅对称二端开关元件。
8.如权利要求1所述的制造臭氧的装置，其特征在于，还包括一变压器，该变压器具有一初级线圈和一次级线圈，电极与次级线圈连接，初级线圈与连接于场效应晶体管的漏极-源极电路连接。
9.如权利要求1所述的制造臭氧的装置，其特征在于，通道在通向壳体的一进口和离开壳体的一出口之间延伸。
10.如权利要求1所述的制造臭氧的装置，其特征在于，第一电极是设置在壳体里的一环形电极，通道在第一电极和壳体之间延伸。
11.如权利要求8所述的制造臭氧的装置，其特征在于，壳体是一金属壳体，其与变压器的次级线圈连接。
12.如权利要求1所述的制造臭氧的装置，其特征在于，壳体由电绝缘材料制造，它包括一内壁，第一电极环绕地设置在壳体的外侧上，第二电极设置在壳体内，通道形成在第二电极和内壁之间。
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