DE3507886A1

DE3507886A1 - Schaltungsanordnung zum betreiben eines hf-ozonisators

Info

Publication number: DE3507886A1
Application number: DE19853507886
Authority: DE
Inventors: Hubert Ing.(grad.) 7015 Korntal-Münchingen Schmiga; Klaus 7447 Aichtal Wagner
Original assignee: EM Heinkel KG
Current assignee: EM Heinkel KG
Priority date: 1985-03-06
Filing date: 1985-03-06
Publication date: 1986-09-11
Also published as: DE3507886C2

Description

Schaltungsanordnung zum Betreiben eines HF-Ozonisators
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Hochfrequenz-Ozonisators zur Ozonisierung von Luft oder Sauerstoff mittels stiller Entladung.
Ozonisatoren, insbesondere der ,FSiemenssche Ozonisator" sind schon sehr lange bekannt. Hierbei nutzt man die Entladung zwischen zwei mit Dielektrikum abgedeckten Elektroden aus, die bei angelegtem hochgespanntem Wechselstrom entsteht. Die Elektroden können hierbei plattenförmig oder rohrförmig sein.
Im Laufe der Jahre sind eine Vielzahl von Vorschlägen gemacht worden, um einerseits den Energieverbrauch günstiger und die Ozonausbeute wirtschaftlicher zu machen. Als vorteilhaft haben sich Ozonisatoren erwiesen, die von einem Hochspannungs-Impulsgenerator angesteuert werden, und die aus einem Gasentladungsrohr mit zwei rohrförmigen, koaxial angeordenten Elektroden, deren eine mit Masse und deren andere mit der Hochspannung verbunden ist, bestehen (vgl.
z.B. EP-OS 89 973).
Es ist nun bekannt, daß die Ozonausbeute mit der angelegten Frequenz steigt; es ist aber auch bekannt, daß die Wärmeverluste ebenfalls mit der Frequenz ansteigen. Bei der Erzeugung von Ozon mittels stiller Entladung kommt es nämlich zu starker Erhitzung der Luft bzw. des Sauerstoffs in der Entladungsstrecke. Mit zunehmender Erhitzung der Entladungsstrecke nimmt die Ozonerzeugung auch bei steigender Energiezufuhr ab. Daraus ergibt sich, daß der Kosten-Nutzen-Effekt bei der Ozonerzeugung hauptsächlich durch Verminderung des Wärmeproblems beeinflußt werden kann.
Die üblichen, mit 50 Hz Sinusspannung betriebenen Ozongeneratoren benötigen andererseits zu einer zufriedenstellenden Ozonausbeute eine sehr hohe Betriebsspannung (15-30 KV) und große Gefäße mit einer der niedrigen Frequenz angepaßten großen Kapazität. Derartige Ozonisatoren sind daher auch nicht geeignet für den Einsatz zum Reinigen von z.B. Wasser eines Schwimmbades, da sie zu aufwending und zu teuer sind.
Die impulsförmig betriebenen Ozonisatoren haben aber den Nachteil, daß wegen der Flankensteilheit die Entladung zwischen den beiden Elektroden punktförmig oder linienförmig, d.h. nicht am gesamten Umfang der zylinderförmigen Elektroden gleichmäßig verteilt erfolgt. Dieses bringt dann die Gefahr mit sich, daß an den Elektroden Einbrennlöcher entstehen können, die dann das einwandfreie Funktionieren gefährden.
Wie vorstehend gesagt, benötigen niederfrequente Sinus-Ozongeneratoren eine hohe Betriebsspannung, um den aus den beiden Entladungselektroden gebildeten Kondensator zu laden; bei der sinusförmigen Spannung kann nämlich nur ein schmaler Bereich des Sinusbogens ausgenutzt werden, und zwar nur ein schmaler Bereich um das Maximum der Amplitude.
Man muß also nun nach einem Mittelweg suchen, dessen Lösung sowohl hinsichtlich des Energiebedarfs, der Betriebsspannung und der Ozonausbeute optimal ist. Diese Lösung ist gemäß der Lehre des Anspruchs 1 gefunden. Sie besteht darin, die Primärseite des die Entladungsstrecke versorgenden Hochspannungstransformators impulsförmig anzusteuern, was schaltungstechnisch und energiemäßig am günstigsten ist. Durch die lose Kopplung der beiden Transformatorenspulen erhält man sekundärseitig eine hochfrequente (10 - 100 KHz) sinusförmige Spannung, die im allgemeinen ausreicht, um den Entladungsstrecken-Kondensator hinreichend schnell aufzuladen.
Die Ozonausbeute kann noch - bei gleicher Energiebilanz -erhöht werden, wenn man den Transformator im Gegentakt ansteuert, da dann praktisch keine Pausen zwischen den Impulsen bzw. den Sinushalbwellen auftreten.
Durch geeignete Auswahl der Bauelemente kann man den Wirkungsgrad noch verbessern.
Die Figur zeigt beispielsweise eine Schaltung gemäß der Erfindung. Die Energie wird hierbei aus dem Netz entnommen und mittels des Netztransformators 1 und den beiden Schottky-Dioden 2 und 3 in Mittelpunktschaltung in eine niedrige Gleichspannung von 12 oder 24 Volt umgewandelt. Die Gleichspannung dient zur Ansteuerung des Rechteckgenerators 4, der an seinen beiden Ausgängen um 1800 versetzte Impulse liefert. Die beiden Impulszüge des Impulsgenerators 4 gelangen zu den beiden Feldeffekt-Transistoren 5 und 6, die gleich aufgebaut sind und damit abwechselnd leitend werden und somit im Gegentakt arbeiten. Die Ausgangsimpulse der Transistoren 5 und 6 gelangen zu der Primärspule 8 des Hochspannungstransformators 7 und erzeugen in der Sekundärspule 9 abwechselnd Sinushalbwellen, da die Kopplung zwischen den beiden Spulen 8 und 9 sehr lose ist; die lose Kopplung kann noch verbessert werden, wenn das Joch der Sekundärspule einen Luftspalt aufweist.
Mit 10 ist die Entladungsstrecke des Onozisators schematisch als Kondensator dargestellt.
An der Entladungsstrecke ist in unmittelbarem Kontakt der Temperaturfühler 11 vorgesehen, der über den Temperaturregler 12 die Ansteuerung des Ozonisators abschaltet, wenn die Temperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet, und die Ansteuerung automatisch wieder einschaltet, wenn die kritische Temperatur unterschritten wird.
Der Induktionswert der Sekundärspule 9 und der kapazitive Wert der Entladungsstrecke 10 sind nun so aufeinander abgestimmt, daß der so gebildete Resonanzkreis bei der angelegten Steuerfrequenz in Eigenfrequenz von etwa 20 KHz schwingt und somit eine maximale Ozonausbeute gegeben ist.
Es kann nun Fälle geben, wo man nicht die maximale Ozonmenge benötigt. Derartige Fälle liegen beispielsweise bei der Ozonisierung von Schwimmbadwasser vor. Uberlicherweise wird nämlich hierbei das Wasser in ein Zwischenbecken gegeben, in das die ozonisierte Luft eingeleitet wird und dort so lange verweilt, bis es mit dem Wasser reagiert hat. Das gereinigte Wasser wird dann in das Bekken zurückgeleitet. Die Verweilzeit dauert etwa 2 bis 3 Minuten. Wenn nun die maximal erzeugte Ozonmenge beigemischt wird, kann es vorkommen, daß nicht alles Ozon in der Verweilzeit reagieren kann und somit mit dem Wasser aus dem Zwischenbecken austritt. Dies würde einerseits eine Ozonverschwendung bedeuten und könnte andererseits zu Geruchsbelästigungen führen.
Durch Verändern der Steuerfrequenz mittels des Stellgliedes 13 kann man nun die Ozonausbeute regeln, und zwar wird die Ausbeute bei Erhöhung der Frequenz niedriger, da der Resonanzkreis nicht mehr in Eigenfrequenz schwingt.
Dies hat auch noch den Nebeneffekt, daß man bei niedrigerem Ozonbedarf auch weniger Energie zuführen muß.
- Leerseite -

Claims

Patentansprüche 1) Schaltungsanordnung zum energiesparenden Betreiben von Hochfrequenz-Ozonisatoren, bestehend aus einer Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Rechteckimpulsen zum Ansteuern eines Hochspannungstransformators, dessen Sekundärseite mit der Entladungsstrecke des Ozonisators verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Primärwicklung (8) und die Sekundärwicklung (9) des Hochspannungstransformators (7) so angeordnet sind, daß sich eine Lose magnetische Kopplung zwischen beiden Wicklungen ergibt, und daß der Widerstand der Sekundärwicklung (9) und die Kapazität der Entladungsstrecke (Kondensator 10) so bemessen sind, daß der aus (9 und 10) bestehende Schwingkreis bei der angelegten Steuerfrequenz in Eigenresonanz schwingt.
2) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ansteuerung des Hochspannungstransformators (7) im Gegentakt erfolgt.