DE3108563C2

DE3108563C2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur elektrischen Versorgung einer Ozonerzeugereinheit

Info

Publication number: DE3108563C2
Application number: DE3108563A
Authority: DE
Inventors: Maurice Sevran Marets
Original assignee: Trailigaz Compagnie Generale de lOzone SA
Current assignee: Trailigaz Compagnie Generale de lOzone SA
Priority date: 1980-03-06
Filing date: 1981-03-06
Publication date: 1986-06-05
Also published as: US4495043A; DE3153037C2; DE3108563A1

Abstract

Die vorliegende Vorrichtung umfaßt einen Mittelfre quenz wechselrichter (14), der einen Transformator (15) aufweist, dessen Sekundärseite (16) mit den Klemmen einer Ozonerzeugereinheit (2) verbunden ist, und eine Schaltung (23 bis 28; 66 bis 70) zur periodischen Steuerung der Aufgabe von elektronische Entladungen erzeugenden Wellenzügen auf die Ozonerzeugereinheit (2) durch den Wechselrichter.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur elektrischen Versorgung einer Ozonerzeugereinheit gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 3.

Aus der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 3 zugrundeliegenden CH-PS 6 11 249 ist es bekannt, einen Ozonerzeuger mit einer besonderen nicht-sinusförmigen, aber kontinuierlichen Wechselspannung variabler Frequenz zu betreiben. Eine spe/icl-

Ic Schaltung zur Erzeugung einer solchen Wechselspannung ist angegeben.

Mit einer derartigen Wechselspannung ist es zwar möglich, in den Ozonerzeuger viel Energie hineinzubekommen, die angelegte Leistung ist jedoch derart, daß sich eine erhebliche Erwärmung des Ozonerzeugers ergibt, was wiederum die Notwendigkeit einer Kühlung desselben mit sich bringt, die ihrerseits die Ozonausbeute wieder senkt, die man eigentlich erhöhen wolke.

Aus der FR 23 93 762 ist es im Zusammenhang mit einem Ozonerzeugungsverfahren, bei dem Gasmoleküle durch Ultrahochfrequenz angeregt werden, bekannt, die Ultrahochfrequenz mit Unterbrechungen durch Ruhezeiten anzulegen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß sich bei hohem Gesamtwirkungsgrad eine weiter erhöhte Ozonausbeule ergibt. Aufgabe der Erfindung ist es ferner eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen.

Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren, wie es in Anspruch 1 gekennzeichent ist, bzw. eine Vorrichtung, wie sie in Anspruch 3 gekennzeichnet ist, gelöst

Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die elektrische Entladung am Ende eines jeden Wellenpakets unterbrochen, was eine Zerstörung von gerade erzeugtem Ozon nach der Reaktion

c + O₃ — O₂ + 0- + 42 kj

verhindert.

Wenn ein Wellenpaket angelegt wird, ist wenigstens ein Teil der durch das vorhergehende Wellenpaket ozonisierten Luft bereits aus dem Zwischenraum zwischen den Elektroden abgezogen und wird nicht mehr durch die neue Entladung beeinflußt, so daß bei gleichbleibender Leistung die Art der Energieeinspeisung in Form von Wellenpaketen eine Erhöhung des Ozonisierungswirkungsgra^es verglichen mit einer dauernden Wechselspannungseinspeisung im Falle eines auf einer Elektroncnentladung beruhenden Ozonerzeugers gestattet.

In Verbindung mit der Verwendung von Wellenpakelen wirkt sich die hohe Grundfrequenz nicht nachteilig auf den Ozonerzeugungswirkungsgrad aus, gestattet aber andererseits, ein erhebliches Maß an Energie in den Ozonerzeuger hineinzubringen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgsmäßen Verfahrens ist Gegenstand von Anspruch 2, vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Ansprüche 4 bis 8.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser zeigt bzw. zeigen

F i g. 1 einen Längsschnitt eines elektrischen Ozonerzeugers mit zylindrischen Elektroden herkömmlichen Aufbaus, auf den die Erfindung angewandt ist,

F i g. 2 ein vereinfachtes Schaltschema eines mit einer Steuerschaltung verbundenen Wechselrichters zur Versorgung des Ozonerzeugers der Fig. 1,

Fig.3 ein detaillierteres Schaltschema einer ersten Ausfiihrungsform der Steuerschaltung der F i g. 2,

Fig. 4 ein Zeitdiagramm, das die Signalformen an verschiedenen Punkten der Schaltung der F i g. 3 zeigt,

Fig. 5 ein Schema, das die Form der Wellenpakete zeigt, die der Wechselrichter mittels der Steuerschaltung der Fi g. 3 auf den Ozonerzeuger gibt, F i κ. 6 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform, auf Mikroprozessorbasäs, der Steuerschaltung der F i g. 2.

Fig. 7 ein Flußdiagramm, das das Arbeiten der Mikroprozessor-Steuerschultung der F i g. 6 veranschaulicht,

F i g. 8 ein Schaltbild eines für eine Kombination mit der Schaltung der F i g. 3 bestimmten Impulsgenerators zur Erzeugung von Impulsen veränderbarer Dauer.

F i g. 9 ein vereinfachtes Schaltbild einer zweiten Art von Steuerschaltung für den Wechselrichter der F i g. 2. und

F i g. 10 und 11 der F i g. 5 entsprechende Diagramme, welche Wellenpakete zeigen, die durch den Wechselrichter der Fig.2 mittels der Steuerschaltung der F i g. 9 erzeugt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand des in F i g. 1 dargestellten Ozonerzeugers beschrieben, es ist jedoch zu beachten, daß sie nicht auf einen solchen Ozonerzeuger beschränkt ist und ebenso auch bei jeder anderen Ausführungsform angewandt werden V'ann.

Gemäß Fig.! weist der dargestellt*; Ozonerzeuger 1 untereinander gleiche Ozonerzeugungselement 2 auf, die innerhalb einer rohrförmigen Umhüllung 3 angeordnet sind, welche an ihren entgegengesetzt liegenden Enden einerseits eine Eintrittskammer für trockene zu ozonisierende Luft und andererseits eine Abzugskamer 5 für ozonisierte Luft aufweist. Die Kammern 4 und 5 stehen miteinander über zylindrische Rohrleitungen 6 in Verbindung, die sich durch ein Umschließungsteil 7 erstrecken, das von der rohrförmigen Wand der Umhüllung 3, den zylindrischen Leitungen 6 und von Endwänden 7a, Tb begrenzt wird, die ihrerseits mit den Endteilen der Umhüllung 3 die Kammer 4 bzw. 5 bestimmen. Im Betrieb wird das Umschließungsteil 7 von einem Kühlwasserstrom durchflossen.

Jedes Ozonerzeugungselement 2 umfaßt in seiner Leitung 6, die eine erste mit Masse verbundene Elektrode bildet, einen Satz von zwei zylindrischen Elektroden 8 und 9, die mit einem dielektrischen Material ummantelt und mit einer später noch zu beschreibenden Spannun^sversorgungseinrichtung über Leiter 10 und 11 und in den entsprechenden Kammern 4 und 5 vorgesehene dichte Anschlußstücke 12 und 13 verbunden sind.

Im Betrieb strömt die in die Kammer 4 eingelassene zu behandelnde trockene Luft durch die Ozonirzeugungselemente 2 zur Kammer 5. Die Spannungsversorgungseinrichtung gibt auf die Elektroden 8,9 derselben Wellenpakete mittlerer Frequenz mit einer Amplitude, die geeignet ist, eine Elektronenentladung zwischen den Elektroden 8, 9 und der zugehörigen zylindrischen Leitung 6 zu erzeugen, die die Ionisation der im Raum e zwischen den Elektroden befindlichen Luft bewirkt. Außerdem werden diese Wellenpakete mit einer Wiederholfrequenz derart angelegt, daß ein wesentlicher Teil der gerade ozonisieren Luft aus den Ozonorzeugungselementen 2 abgezogen ist, wenn das nachfolgende Wellenpaket angelegt wird, um so eine Zerstörung des vorher gebildeten Ozons durch die neue Entladung zu verhindern.

Mit dem folgenden wird auf F i g. 2 Bezug genommen, die einen Thyristorwechselrichter 14 und seine Steuerschaltung zeigt. Der Wechselrichter 14 umfaßt einen Transformator 15 dessen Sekundärseite 16 mit den Elektroden eines Ozonerzeugerelements 2 des Ozoner-M zeugers 1 verbunden \Λ. Die Primärseite 17 des Transformators 15 ist einerseits an eine Klemme eines Kondensators C angeschlossen, dessen andere Klemme mit dem Dositiven Pol einer GleichsDannunesauelle 18 ver-

bunden ist, und andererseits bei 19 zwischen zwei Thyristoren th\ und tti2, die in Reihe an den Klemmen der Gleichspannungsquelle 18 liegen. In den Steuerelektrodenkreisen der Thyristoren th\ und th₂ liegen Spannungsgeneratoren 20 bzw. 21. die die Thyristoren ansprechend auf Steuersignale leitend machen, die auf sie über Stromwandler Th bzw. Tl₁ gegeben werden. Der Stromwandler 77| ist zwischen dem Thyristor th\ und dem Punkt 19 angeschlossen, der Stromwandler Th zwischen dem Thyristor th₂ und dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle 18. Die Aufgabe der Stromwandler 77| und Th besteht darin, den Nulldurchgang des Stromes im zugehörigen Thyristor festzustellen und ansprechend auf diese Feststellung ein Steuersignal auf den entsprechenden Spannungsgenerator zu geben. Der gerade beschriebene Wechselrichter bildet einen herkömmlichen autonomen selbstgeführten Wechseltrichter.

Ein Thyristor /Λ3 ist mit seiner Anode zwischen dem Kondensator C und der Primärseite 17 und mit seiner Kathode an den negativen Pol der Gleichspannungsquelle 18 angeschlossen. Ein dritter Spannungsgenerator 22 liegt zur Steuerung des Leitungszustands des Thyristors thi im Steuerelektrodenkreis desselben.

Normalerweise offene Analogtore 23, 24 und 25 liegen in den Steuerelektrodenkreisen der Thyristoren th\. thi bzw. thy Für die vorliegende Beschreibung soll unter »Analoger« jede elektronische Schaltung wie beispielsweise ein Halbleiterbauelement bzw. -bauteil verstanden werden, das sich bei Vorhandensein eines bestimmten Logikpegels schließt und ein Signal ohne Veränderung von dessen Amplitude oder Form durchläßt. Ein solches Analogtor kann beispielsweise durch ein kontaktloses Relais gebildet sein.

Die Analogtore 23, 24 und 25 werden durch eine Logikeinrichtung 26 gesteuert, die mit einem Zeitbasisgenerator H verbunden ist, der die Wiederholfrequenz der Weiienpakete bestimmt. Die Logikeinriehiung 26 steuert außerdem eine Initialisierungs-Logikschaltung 27, deren Ausgangssignal auf den Eingang eines ODER-Glieds 28 gegeben wird. Der andere Eingang des ODER-Glieds 28 erhält die Steuersignale des Stromwandlers Th. der also, anders als der Stromwandler Tl\, nicht direkt mit dem zugehörigen Spannungsgenerator 20 des Steuerelektrodenkreises verbunden ist. Der Spannungsgenerator 20 ist mit dem Ausgang des ODER-Glieds 28 verbunden, so daß dieser nur dann eine Spannung auf die Steuerelektrode des Thyristors tht gibt, wenn ein geeigneter Logikpegel an wenigstens einem der Eingänge des ODER-Glieds 28 vorhanden ist.

Die Wirkungsweise der Schaltung der F i g. 2 ist die folgende:

Die Steuer-Logikeinrichtung 26 schließt auf der Anstiegsflanke des Zeitbasissignals A (F i g. 4) die Analogtore 23 und 24, so daß Steuerspannungen auf die Steuerelektroden der Thyristoren th\ und th₂ gegeben werden können, die dann sperren, und ebenso auch das Analogtor 25. so daß der Spannungsgenerator 22 auf die Steuerelektrode des Thyristors r/73 eine Spannung gibt, die diesen leitend macht und das Aufladen des Kondensators Cbewirkt. Nach einer bestimmten, der Ladezeit des Kondensators 20 entsprechenden Zeit sperrt der Thyristor r/73, weil sein Haltestrom zu klein geworden ist, und die Logikeinrichtung 26 öffnet das Analogtor 25. Nach einer geringen Sicherheitszeit steuert die Logikeinrichtung 26 die initiaiisierungs-Logikschaitung 27 an, die daraufhin einen Initialisierungsimpuls auf das ODER-Glied 28 gibt. Dessen Ausgang geht vom Pegel einer logischen »0« auf den Pegel einer logischen »1« über, der dem Generator 20 befiehlt, eine Spannung auf die Steuerelektrode des Thyristors th\ zu geben, was diesen leitend macht. Der Kondensator C entlädt sich dann über den Thyristor th\ durch die Drossel der Primärseile 17 des Transformators 15, was das Erscheinen einer ersten Halbwelle an den Klemmen der Sekundärseitc 16 und eine Übertragung von Energie auf den Ozonerzeuger 1 bewirkt. Wenn der Strom im Entladekrcis des Kondensators C zu klein wird, sperrt der Thyristor th\ und der Stromwandler Tl\ steuert den Spannungsgenerator 21 an, der den Thyristor Ih₂ leitend macht. Der Kondensator C lädt sich dann über die Primärseitc 17 des Transformators 15 und den Thyristor /Zi₂ auf, so daß eine Halbwelle mit zur vorhergehenden entgegengesetzter Polarität an den Klemmen der Sekundärseite 16 erzeugt wird und erneut Energie auf den Ozonerzeuger 1 übertragen wird. Bei zu kleinem Strom im Ladekreis des Kondensators C sperrt der Thyristor //12 und der Thyristor th\ wird über den Stromwandler Th und den Spannungsgenerator 20 leitend. Damit beginnt ein neuer Entladezyklus für den Kondensator Cund der gerade beschriebene Vorgang wiederholt sich, bis die Abfallflanke des Zeitbasissignals A erscheint. Auf dieser Abfallflanke öffnet die Logikeinrichtung 26 die Analoglorc 23 und 24, was die Thyristoren th\ und Ih₂ sperrt und das Arbeiten des Wechselrichters unterbricht. Der Ozonisator wird dann nicht mehr gespeist, bis eine neue Anstiegsfiunke des Zeitbasissignals A erscheint, das von neuem die Initialisierung des Arbeitsablaufs des Wechselrichters ist, bewirkt.

Mit dem folgenden wird nun auf F i g. 3 Bezug genommen, die ein Ausführungsbeispiel für die Steuerschaltung des Wechselrichters 14 der Fig.2 zeigt. In diesem Beispiel ist der Zeitbasisgenerator H ein monostabiler Multivibrator. Er erzeugt am Ausgang T das Zeitbasissignal Λ, dessen Frequenz die Wiederholfrequenz der Weüenpakctc des Wechselrichters 14 bestimmt. Das Signal A wird einerseits auf die Eingänge / und CLR eines Flip-Flop 29 und andererseits über ein UND-Glied 30 auf die Analogtore 23 und 24 gegeben. Der monostabile Multivibrator erzeugt außerdem an seinem Ausgang Q ein Signal B (Fig.4) der gleichen Frequenz wie das Signal A, dessen Impulsdauer kurzer ist, aber die Ladezeit des Kondensators C bestimmt. Dieses Signal B wird auf das Analogtor 25 über ein zweites UND-Glied 31, auf einen Inverter 32 und auf den Eingang K des Flip-Flop JK 29 gegeben.

Der Inverter 32 erzeugt beim Anlegen des Signals B ein dazu identisches Signal C, das aber bezüglich des Signals B um Δι zeitlich leicht verzögert ist und ausgehend vom Signal C ein Signal D, das auf den Eingang CLK des Flip-Flop 29 gegeben wird. Das Flip-Flop 29 erzeugt an seinem Ausgang Qein Signal £, das auf einen zweiten monostabilen Multivibrator 33 gegeben wird. Schließlich erzeugt der monostabile Multivibrator 33 an seinem Ausgang Q ein Signal F, das aus einem oder mehreren kalibrierten Impulsen besteht, die auf die Initialisierungs-Logikschaltung 27 gegeben werden. Wie dargestellt, kann diese Initialisierungsschaltung 27 durch einen Transistor 34 mit Emitterlast REund ein im Basiskreis des Transistors 34 liegendes Analogtor 35 gebildet sein.

Im Zeitpunkt to (F i g. 4), auf der Anstiegsflanke eines Rechteckimpulses der Dauer th\ des durch den monostabilen Multivibrator H erzeugten Signals Λ, schließen die Analogtore 23 und 24 während ein Pegel »1« auf die Eingänge j und CLR des Flip-Flop /K 29 gegeben wird.

Zur Zeil I_n erzeugt außerdem der monostabile Multivibrator //am Ausgang (feinen Reehtcckimpuls der Dauer 7*.·, der das Analogtor 25 schließt und den Thyristor thi feilend macht, wodurch sich der Kondensator C während der Zeit T₂ aufladen kann. Durch den Rechtcckimpuls des Signals B erzeugt der Inverter 32 seinerseits im Zeitpunkt th\, mit der Verzögerung von At bezüglich fo. einen Reehtcckimpuls (Signal C). Zur Zeit ih₂ hat dt.; Kondensator C seine Aufladung beendet und das Signal B kehrt auf den Pegel »0« zu zurück, so daß das Analogtor 25 öffnet.

Der Wechselrichter ist nun funktionsbereit.

Zur Zeit r/13 kehrt das Signal C auf den Pegel »0« zurück, während das Signal D auf den Pegel »I« geht, was das Kippen des Flip-Flop JK und den Übergang seines Ausgangs ζ) auf den Pegel »1« bewirkt. Ansprechend auf dieses Kippen erzeugt der zweite monostabile Vibrator 33 seinerseits, im wesentlichen zur Zeit f/?3 einen Initialisierungsimpuls kurzer Dauer, beispielsweise der Größenordnung von 100 ms, der die Initialisierungsschaltung 27 ansteuert. Dieser schließt dann das Analogtor 35, was den Transistor 34 leitend macht. Dieser gibt einen Impuls auf das ODER-Glied 28, das dann den Spannungsgenerator 20 auslöst, der den Thyristor lh, leitend macht, was das Arbeiten des Wechselrichters 14 einleitet. Es ist zu beachten, das der initialisierungsimpuls (Signal F₁ Fig.4) mit der Verzögerung von At bezüglich der Zeit /2 angelegt wird, wobei diese Verzögerungszeit einer Sicherheits-Stillstandszeit entspricht.

Das Arbeiten des Wechselrichters vollzieht sich in der angegebenen Weise bis zur Zeit ίΛι, wo mit der Abfallflanke des Rechteckimpulses das Zeitbasissignal A auf Pegel »0« zurückkehrt. Dies hat zur Folge, daß die Analogtore 23 und 24 öffnen und die Thyristoren th\ und th₂ sperren. Gleichzeitig bewirkt der Übergang des Signals A auf den Pegel »0« die Wiederherstellung des Zustands »0« des Flip-Flop JK 29. Folglich ist ein Wellenpaket durch den Wechselrichter erzeugt und auf den Ozonerzeuger zwischen den Zeitpunkten th-i und u während einer Zeitdauer Ty gegeben worden. Der Wechselrichter bleibt dann während einer Zeitdauer T_A in Ruhe, bis mit dem Erscheinen eines neuen Rechteckimpulses des Zeilbaissignals A im Zeitpunkt /5 ein neuer Arbeitszyklus des Wechselrichters im Zeitpunkt te eingeleitet wird.

Aus Vorstehendem ergibt sich, daß der Wechselrichter 14 als autonomer selbstgeführter Wechselrichter arbeitet, wobei die von ihm erzeugte Wechselspannung unterbrochen und dann nach einer Ruhezeit Ta einer bestimmten Dauer erneut in Gang gesetzt wird. Das Einführen einer synchronen Unterbrechungs/Start-Logik (Flip-Flop JK 29) ändert nicht das grundsätzliche Arbeiten des Wechselrichters 14.

Natürlich lassen sich die oben beschriebenen einzelnen Arbeitsfolgen auch durch andere Logikeinrichtungen als die oben beschriebene erreichen, wobei beispielsweise integrierte Schaltungen des Typs DTL, TTL oder CMOS verwendet werden können. Es ist andererseits auch möglich, einen einem Zeitbasisgenerator und einem System von Speichern zugeordneten Mikroprozessor zu verwenden, wie dies im folgenden beschrieben wird.

Dieses Mikroprozessor-Speicher-System ermöglicht die direkte Erzeugung der Signale für die Steuerung der Thyristoren th\, th₂ und thi nach dem gleichen Ablauf, wie sie vorstehend für die Ausführungsform in verdrahteter Logik beschrieben wurden. Die Verwendung eines Mikroprozessors gestattet jedoch außerdem sehr einfach die Einführung einer Regelung.

Dies kann beispielsweise darin bestehen, daß die vom Ozonisator absorbierte Energie unter Beibehaltung von Wellenpaketen konstanter Dauer regelt und daß man eine veränderbare und gesteuerte Anzahl der Wellenpakete während einer Basiszeit ri vorsieht, die beispielsweise eine Sekunde sein kann. Wenn man die Nennleistung des Ozonerzeugers beispielsweise mit 100 Wellenpaketen pro Sekunde erreicht, wird man 30% der Ozonisierungsleistung erreichen, wenn man nur 30 Wellenpakete während der Dauer einer Sekunde vorsieht. Der Vorgang ist natürlich so entworfen, daß die Abstände zwischen den einzelnen Wellenzügen innerhalb jeder Basiszeitdauer η regelmäßig sind, um eine gute Linearität der Regelung zu bekommen. In Anbetracht der Tatsache, daß die Leistung des Ozonisators und die Produktion von Ozon eine lineare Funktion der an den Ozonisator gelegten Scheitelspannung sind, ist die Übertragungsfunktion des Ozonisators im Rahmen der Laplace-Transformation:

/+ T₂P
d. h. ein Ausdruck erster Ordnung, in dem bedeuten:

P den Laplace-Operator
Π eine Zeitkonstante des Ozonisators mit
1 < Γ2 < 5 Sekunden

Neben dem Vorteil der Linearität gestattet diese Art der Regelung mit kleiner Leistung sich mehr den Minimumbedingungen für die Zerstörung des Ozons zu nähern, weil für eine bestimmte Durchflußmenge von Luft mit zunehmendem Intervall aufeinanderfolgender Wellenpakete ein erhöhtes Volumen ozonisierter Luft während dieses Intervalls abgezogen wird.

Bei dem im folgenden unter Bezugnahme auf Fig.6 beschriebenen Ausführungsbeispiel geschieht die Regelung als Funktion von zwei Parametern, nämlich: Einer Referenzgröße für die Leistung/Produktion von Ozon, die durch ein auf den Mikroprozessor gegebenes äußeres Analogsignal gebildet wird, das proportional zur gewünschten Ozonproduktion ist, und der weiter oben definierten Basiszeitdauer ri, die im Mikroprozessor gespeichert ist.

Der Mikroprozessor hat bei der Regelung die Aufgabe, daß die Anzahl von Wellenpaketen in der Basiszeitdauer ri einer Leistung bzw. Produktion von Ozon entspricht, die gleich dem Referenzwert für die Leistung Produktion von Ozon ist.

Fl g. 6 zeigt ein Mikroprozessorsystem, das zur Verwirklichung der Steuereinrichtung 26 und des Basiszeitgenerators H verwendet werden kann. Dieses System umfaßt eine mit einer Speichereinrichtung 37 und einem lokalen Taktgeber 38 verbundenen Mikroprozessor. Der Mikroprozessor ist mit einer Ein/Ausgabeeinheit 39 verbunden, welche die Signale der Stromwandler TI₁ und Th sowie das Referenzsignal Leistung/Produktion von Ozon REF erhält. Die Ein/Ausgabe-Einheit 39 ist andererseits mit Anpassungsschaltungen AD₁, AD₂, ALh und AD4 verbunden, die entsprechend die Analogtore 23, 24, 25 und das ODER-Glied 28 beaufschlagen, wobei die Initialisierungs-Logikschaltung 27 in diesem Fall durch die Anpassungsschaltung ADt, ersetzt ist.

Der durch das Mikroprozessorsystem der F i g. 6 erreichte Regelungsvorgang wird durch das Flußdiagramm der F i g. 7 wiedergegeben und läuft folgender-

maßen ab:

Nach dem Startschritt des Ablaufs (Schritt 40) liest der Mikroprozessor den Referenzwert Leistung/Produktion von Ozon ein und speichert denselben (Schritt 41), wonach erden gespeicherten Referenzwert mit dem vorherigen Wert vergleicht (Schritt 42). Wenn sich beide Werte unterscheiden, berechnet der Mikroprozessor die Anzahl η ν-·?η Wellenpaketen die in der Basiszeitdauer ausgehend vom Referenzwert Leistung/Ozon notwendig sind und speichert diese Anzahl (Schritt 43). Der Mikroprozessor berechnet dann die Zeitdauer zwischen : zwei Wellenpaketen und speichert diese (Schritt 44).

Nach Schritt 44 vergleicht der Mikroprozessor die

Anzahl n' der während der laufenden Basiszeitdauer schon ausgeführten Wellenpakete und vergleicht diese mit η (Schritt 45). Andererseits geht, wenn im Schritt 42 der gelesene Wert mit dem vorhergehenden Wert über-

■' einstimmt, der Mikroprozessor direkt auf den Schritt 45

;_ über.

·'; Wenn im Schritt 45 eine Gleichheit zwischen η und n'

.';·. festgestellt wird, so zeigt dies an, daß Übereinstimmung

L zwischen der gelieferten und der geforderten Leistung

r besteht. Der Mikroprozessor geht dann in den Schritt 46

über, wo ein Vergleich zwischen der tatsächlich durch-': geführten Basiszeitdauer und der theoretischen Basis-

4 Zeitdauer bewirkt wird. Wenn diese Basiszeitdauern ■' übereinstimmen, kehrt die Folge nach Schritt 41 zurück. .ψ Wenn umgekehrt eine eine gewisse Schwelle über-

-^' schreitetende Differenz festgestellt wird, gibt der Mi-

i. kroprozessor ein Signal »mutmaßlicher Defekt« aus.

Sä Wenn in Schritt 45 festgestellt wird, daß η und π'nicht

^:;;j gleich sind, macht der Mikroprozessor den Thyristor tfo

=·:: für das Aufladen des Kondensators 20 leitend (Schritt

|i 47) und dann nach einer der Ladezeit des Kondensators

5 20 und der Sicherheit-Stillstandszeit entsprechenden H Verzögerung auch den Thyristor th\, um das Arbeiten |5 des Wechselrichters in Gang zu setzen (Schritt 48).

p Der Mikroprozessor bestimmt dann durch Ablesen

|i des Stromwandlers 77i, ob der Leitungszustand des

|i Thyristors th\ beendet ist. Bei negativem Ergebnis die-

pj ser Prüfung kehrt der Vorgang nach Schritt 48 zurück.

Il Bei positivem Ergebnis macht der Mikroprozessor den

|j Thyristor tfa leitend, indem er auf ihn, wie aud th\ einen

|> Impulszug gibt (Schritt 50).

sf Wie vorher für th\ bestimmt der Mikroprozessor

Il nach Schritt 50, ob der Leitungszustand des Thyristors

I th₂ beendet ist (Schritt 51). Bei negativem Ergebnis

■| kehrt der Vorgang nach Schritt 50 zurück, während bei

<■■; positivem Ergebnis der Mikroprozessor den mit den

§ Schritten 48 bis 51 erzeugten Wellenzug für die berech-

I nete und in Schritt 44 in den Speicher gesetzte Zeitdau-

I er unterbricht (Schritt 52). Der Ozonerzeuger wird dann

g nicht mehr mit Spannung versorgt.

j! Im nachfolgenden Schritt 53 inkrementiert der Mill kroprozessor ein Register, das die Anzahl n' der in der

Jl Basiszeit schon ausgeführten Wellenzüge enthält, und

j| liest und speichert dann den Referenzwert Leistung/

fs Ozon (Schritt 54) vor Rückkehr nach Schritt 42, von wo

|3j aus der Vorgang wie oben beschrieben abläuft.

p Bei diesem Regelungsvorgang mit Mikroprozessor

H ist, wie oben angegeben, die Dauer der Wellenpakete

% konstant. In Abwandlung dessen kann man jedoch die

|| Regelung auch bewirken, indem man die Dauer der

H Wellenpakete innerhalb jeder Basiszeit τ\ variieren läßt,

rjf F i g. 8 ist ein Schema einer Schaltung, mit der eich in

W- Verbindung mit der Steuerschaltung der F i g. 3 eine sol-

H ehe Regelung erreichen läßt. Diese Schaltung umfaßt

'Si einen Operationsverstärker 60. auf den das Referenzsignal Leistung/Produktion von Ozon REFuna ein Signal MES invertiert, das die gemessene Ozonproduktion repräsentiert, gegeben werden. Dieses Signal kann beispielsweise durch die Meßvorrichtung für die Ozonisierungsleistung eines Ozonerzeugers erzeugt werden, wie sie in der FR 24 26 644 beschrieben ist. Der Operationsverstärker 60 erzeugt an seinem Ausgang ein Analogsignal, das der Differenz zwischen den Signalen REF und MES proportional ist und nach Invertierung in einem

ίο Inverter 61 über einer. Umschalter 62 auf einen Analogsignal-Impulslängenwandler 63 gegeben werden kann. Der Umschalter 62 ist außerdem mit einem Potentiometer 64 verbunden, was es je nach Schalterstellung gestattet, entweder die Ozonproduktion auf den durch das Signal REF dargestellten Referenzwert zu regeln oder aber diese manuell über das Potentiometer 64 zu steuern.

Das Ausgangssignal des Wandlers 63 bildet das Zeiibasissignal A, wobei ein monostabiler Multivibrator 65 zur Erzeugung des Signals B der F i g. 4 vorgesehen ist. Die Schaltung der Fig.8 tritt also bei dieser Ausführungsform an die Stelle des monostabilen Multivibrators H der Schaltung der F i g. 3, die darüber hinaus keine anderen Abänderungen erfährt. Die Signale A und B werden auf die anderen Komponenten der Schaltung gegeben, die wie oben ausgeführt funktioniert, davon abgesehen, daß die Dauer der Wellenpakete nicht konstant ist, sondern von der gewünschten Ozonproduktion abhängt.

Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen wechseln sich die eine elektronische Entladung erzeugenden Wellenpakete mit Zeiten ab, während derer der Wechselrichter keine Wellenpakete erzeugt und infolgedessen die auf die Elektroden der Ozonerzeugerelemente gegebene Spannung verschwindet. In einer Abwandlung kann der Wechselrichter jedoch so gesteuert werden, daß er dauernd mit mittlerer Frequenz arbeitet, daß aber die Versorgungsgieichspannung so verändert wird, daß elektronische Entladungen erzeugende WcI-lenpakete mit anderen Wellenpaketen abwechseln, deren Amplitude nicht ausreicht, eine elektronische Entladung in dem mit dem Wechselrichter verbundenen Ozonerzeugerelement hervorzurufen.

F i g. 9 zeigt das Beispiel einer Schaltung, mit der dicser Steuervorgang durchgeführt werden kann. Diese Schaltung umfaßt einen Mikroprozessor 66, der die auf den Wechselrichter 14 gegebenen Gleichspannung variiert, wobei diese Variation in einem Speicher des Mikroprozessors fest einprogrammiert sein kann oder sich wie im Falle der Steuerschaltung der Fig.6 als Funktion eines äußeren Referenzsignals ändern kann. Das vom Mikroprozessor 66 erzeugte, dieser Variation entsprechende Digitalsignal steuert zwei gegensinnig angebrachte Thyristoren 67 und 68 über eine Schaltung 69, die das Digitalsignal des Mikroprozessors 66 in Steuerspannunger, für die Thyristoren 67 und 68 umwandelt, so daß diese die elektrische Energie in Impulse modulieren, deren Breite variiert Die durch die Thyristoren 67 und 68 angeschnittene Netzspannung wird auf eine Schaltung 70 gegeben, die an ihrem Ausgang eine Gleichspannung erzeugt, deren Amplitude variiert. Diese Gleichspannung wird auf den Wechselrichter 14 gegeben, in welchem natürlich der Stromwandler 772 hier unter Wegfall des ODER-Glieds 28 und der Analogtore

6* 23 und 24 direkt mit dem Spannungsgenerator 20 verbunden ist. Der Wechselrichter 14 gibt aiso dauernd auf das Ozonerzeugerelement 2, mit dem er verbunden ist. eine Wechselspannung mittlerer Frequenz und verän-

dcriicher Amplitude, deren Einhüllende der Form der auf den Wechselrichter gegebenen Gleichspannung entspricht.

Die Fig. !0 und 11 zeigen zwei Wellenformen, die mittels der Schaltung der F i g. 9 auf ein Ozonerzer.gerelement gegeben werden können. Im Beispiel der Fig. 10 ändert sich die Spannung plötzlich zwischen einer höheren Spannung Ui, die zur Erzeugung einer elektronischen Entladung im Ozonerzeugerelement geeignet ist, und einer niedrigeren Spannung U2, die nicht ausreicht, diese elektronische Entladung hervorzurufen. Im Beispiel der Fig. 11 ändert sich der Wechselspannungshub Spitze-Spitze nach und nach von beiden Seiten einer Schwellenspannung t/3, oberhalb derer elektronische Entladungen in Ozonerzeugerelement 2 entstehen und unterhalb derer solche Entladung fehlen.

Es wurde weiter oben angegeben, daß es wünschenswert ist, den Ozonisator mit Wellenpaketen mittlerer Frequenz zu speisen. Um diese Wahl, im Falle eines herkömmlichen elektrischen Ozorusätürs, zur criäuicrn, ist daran zu erinnern, daß die elektrische Entladung in einer solchen Art von Ozonerzeuger mit einer Spitze-Ebene-Entladung vergleichsbar ist. Die Mikrorauhigkeitcn des Dielektrikums bewirken, daß die Entladungen im allgemeinen von gut lokalisierten Stelllen ausgehen, die immer dieselben bleiben. Die Intensität der von einer Stelle des Dielektrikums ausgehenden Entladung ist proportional der Produktion von Ozon und die vom Ozonisator absorbierte Intensität ist die Summe aller Intensitäten der Mikroentladung -n. Bei konstanter Versorgungsspannung und für einen gegebenen Leistungsfaktor liegt im wesentlichen Proportionalität zwischen der Leistung und der Produktion von Ozon vor.

Andererseits verknüpft die Manley-Formel bei einem herkömmlichen dielektrischen Ozonisator die absorbiene Leistung mit verschiedenen, den Ozonisator charakterisierenden elektrischen Parametern:

-GH 4

wobei ist

seitigt und desto weniger vermindert das durch sie cizeugte Gegenfeld die Wirkung des eingespeisten elektrischen Felds. Diese Elektrisierung vermindert den Entladestrom und damit die Produktivität von Ozon.

Die Erhöhung der Frequenz ist jedoch durch die tatsächlich gebotenen Möglichkeiten der Le^tungsthyristoren, bei einer Mittelfrequenz zu arbeiten, beschränkt.

Diese verschiedenen Überlegungen führen dazu, eine Arbeitsfrequenz der Größenordnung von 2000 bis 5000 Hz und vorzugsweise von ungefähr 2000 Hz zu wählen.

40

C',1 Kapazität des Dielektrikums Glas,

W pro Elektrode abgegebene Leistung,

/* Frequenz der Energiequelle,

/:'» Stromeinsatzspannung, Funktion verschiedener

Parameter.

Um Scheitelspannung,

C\ Kapazität des Dielektrikums Luft.

Wenn alle Parameter außer der Frequenz konstant sind, ist die pro Ozonisierungsröhre absorbierte Energie theoretisch proportional zur Frequenz. Es ist daher wünschenswert, den Ozonisator mit einer Frequenz zu speisen, die ausreicht, daß eine solche Leistung absorbiert wird, daß der Ozonisator die erforderliche Ozonmenge erzeugt. Dies läuft auf eine Vervielfachung der Anzahl von Punktentladungen pro Röhre und Sekunde hinaus. Die Produktion von Ozon wird also durch eine Erhöhung der Frequenz begünstigt, was dazu führt, den Ozonisator mit einer über der Netzfrequenz (50 Hz) liegenden Frequenz zu speisen.

Ein anderer Grund, der dazu führt, die Frequenz zu erhöhen, besteht darin, die Wirkung des Gegenfeldes zu beschränken, das durch die Oberfläche des Dielektrikums elektrisierende Ladungen hervorgerufen wird. Je höher die Frequez ist, desto schneller werden diese be-Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektrischen Versorgung einer im wesentlichen rohrförmigen Ozonerzeugerereinheit, bei welcher ein Dielektrikum ringförmigen Querschnitts innenseiiig mit einer als erste Elektrode dienenden Metallschicht belegt ist und das Dielektrikum in einem gewissen radialen Abstand von einem eine zweite Elektrode bildenden Metallrohr umgeben ist, welches einen Durchtrittskanal ringförmigen Querschnitts für das zu ozonisierende Gas begrenzt, wobei zwischen den Elektroden eine eine Entladung hervorrufende Wechselspannung angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wech- ;5 selspannung in Form von sich wiederholenden Wellenpaketen aufgebaut wird, und daß die Grundfrequenz der Wechselspannung dieser Wellenpakete zwischen ungefähr 2000 Hz und 5000 Hz gewählt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfrequenz der Wellenpakete zu ungefähr 2000 Hz gewählt wird.

3. Schaltungsanordnung zur elektrischen Versorgung einer Ozonerzeugereinheit, weiche wenigstens zwei einander gegenüberstehend angeordnete leitende Elektroden aufweist, zwischen denen ein zu ozonisierendes Gas strömt, mit einem über eine Steuerschaltung betriebenen Mittelfrequenzwechselrichter und einem Transformator, dessen Sekundärseite mit den Klemmen der Ozonerzeugereinheit verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Wechselrichter ein Kondensator (C) über die Primärwicklung (17) des Transformators (15) und einen ersten Thyristor (th\) entlader? vnd über einen zweiten Thyristor (th₂) geladen wird, daß die Steuerschaltung einen dritten Thyristor (thj) umfaßt, der in Reihe mit dem Kondensator (C) an den Klemmen der Gleichspannungsquelle (18) des Wechselrichters für ein dem Einsatz jedes Wellenpakets vorangehendes Aufladen des Kondensators (C) vorgesehen ist, und daß eine periodisch das Einsetzen und Anhalten des Wechselrichters (14) steuernde Logikeinrichtung (26) vorhanden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung ein erstes, zweites und drittes Analogtor (23,24,25), die normalerweise offen sind, im Steuerelektrodenkreis des ersten, zweiten bzw. dritten Thyristors (th\, tti2, thj) sowie eine Initialisierungs-Logikschaltung (27) zur Leitendsteuerung des für die Entladung des Kondensators (C) bestimmten ersten Thyristors (th\) umfaßt, wobei die Logikeinrichtung (26) so eingerichtet ist, daß sie das erste, zweite und dritte Analogtor (23, 24, 25) ansprechend auf das Erscheinen einer An-Stiegsflanke eines Rechtecks eines Zeitbasissignals f/V schließt, wobei das Schließen des dritten Analogtores (25) das Leitendwerden des dritten Thyristors (ώϊ) und das Aufladen des Kondensators (C) während einer bestimmten Zeitdauer bewirkt, daß sie das dritte Analogtor (25) am Ende der bestimmten Zeitdauer öffnet und einen Impuls durch die !niiialisierung-Logikschaltung (27) auf den ersten Thyristor (th\) gibt, um diesen leitend zu machen und den Wechselrichter (14) in Gang zu setzen, und ansprcchend auf das Erscheinen der Abfallflanke des Zeitbasissignals (A) das erste und das zweite Analogtor (23, 24) öffnet und das Arbeiten des Wechselrichters

(14) beendet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikeinrichtung (26) und die Schaltung (H) zur Erzeugung des Zettbasissignals durch einen Mikroprozessor (36 bis 38) gebildet ist, der ein die gewünschte Ozonproduktion wiedergebendes Referenzsignal (REF) erhält, der als Funktion des Referenzsignals die Anzahl der während der Basiszeitdauer aufzugebenden Wellenppkete berechnet und daß die Thyristoren (th\, tti2, tfa) des Wechselrichters so steuert, daß während der Basiszeitdauer die berechnete Anzahl von Wellenpakete erzeugt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (H) zur Erzeugung des Zeitbasissignals einen Wandler (63) umfaßt auf den ein die Differenz zwischen der gemessenen und der gewünschten Ozonproduktion wiedergebendes Analogsignal gegeben wird und der dieses Signal in proportionale Impulslängen umwandelt

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Wechselrichter einen ersten und einen zweiten Spannungsgenerator (20, 21), die in den Steuerelektrodenkreis des ersten bzw. des zweiten Thyristors CfAi, th₂) vorgesehen sind, sowie einen ersten und einen zweiten Stromwandler (TIt, Tl₂), die in Reihe mit der? ersten bzw. zweiten Thyristor (th\, thi) angeordnet und mit dem zweiten bzw. ersten Spannungsgenerator (21,20) verbunden sind, so daß sie die letzteren erregen und, ansprechend auf die Feststellung des Verschwindens des Stroms im zugehörigen Thyristor, den anderen Thyristor leitend steuern, dadurch gekennzeichnet daß sie ein ODER-Glied (28) mit zwei Eingängen umfaßt, von denen der eine mit dem dem zweiten Thyristor (th₂) zugeordneten Stromwandler (Ή₂)\ιηά der andere mit der initiaiisierungs-Logikschakung (27; AD*, 36) verbunden ist wobei der Ausgang des ODER-Glieds (28) mit dem ersten Spannungsgenerator (20) für den Steuerelektrodenkreis zur Leitsndsteuerung des ersten Thyristors (th\) bei Vorhandensein eines Leitungssteuersignals an wenigstens einem der Eingänge des ODER-Glieds verbunden ist

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Logikschaltung (66), die ein die auf die Ozonerzeugereinheit zu gebende variable Wechselspannungsamplitude wiedergebendes Digitalsignal erzeugt einen Digital/Analogwandler (69), eine Vorrichtuag (67, 68) zur Modulation der Netzspannung, die durch den Wandler (69) gesteuert wird, und einen Gleichrichter-Transformator (70) umfaßt, der an seinem Ausgang eine die modulierte Netzspannung abbildende Gleichspannung erzeugt, wobei diese Gleichspannung die Versorgungsspannung für den Wechselrichter (14) darstellt.