專利名稱：制造臭氧的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造臭氧的方法和裝置。
背景技術(shù)：
已知的制造臭氧的方法包括使1個(gè)大氣壓和25℃的氧氣通過同中心的噴涂金屬的玻璃管，而在玻璃管上施加50-500Hz和10-20kV的低頻電力。由于電壓上的相當(dāng)緩慢的變化(每毫秒5kV)，在電極之間維持著電暈或無聲的放電。這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)是能量以熱量的形式被損耗，并只能獲得相當(dāng)?shù)偷某粞醍a(chǎn)額比。
本發(fā)明的目的因此，本發(fā)明的目的是提供制造臭氧的方法和裝置，它可克服上述缺陷，并可有效地替換已知的方法。
本發(fā)明的簡(jiǎn)要說明按照本發(fā)明，提供一種制造臭氧的方法，它包括以下的步驟在電極區(qū)域內(nèi)發(fā)生電暈放電的間歇脈沖串，以及使含氧流體通過該區(qū)域，由此發(fā)生氧氣的電離。
間歇脈沖串可通過給電極提供具有至少2kV/100ns的陡度的間歇電壓脈沖、從而在該區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生變化電場(chǎng)而產(chǎn)生，該電場(chǎng)具有每毫米至少2kV的峰值。在本說明書里，術(shù)語(yǔ)“陡度”被用來表示在脈沖的峰峰值的30％和70％之間的陡度。
較佳的是，峰值在每毫米至少3kV，而陡度為3kV/10ns的數(shù)量級(jí)。
各電壓脈沖較佳的是具有小于100ns的脈沖寬度。
脈沖串可是不連續(xù)的脈沖串。
本發(fā)明的范圍還包括用來制造臭氧的裝置，該裝置包括一殼體，它形成一供包含氧氣的流體用的通道；一設(shè)置在通道附近的電極；以及與電極連接的脈沖發(fā)生裝置，脈沖發(fā)生裝置通過產(chǎn)生具有至少20kV/100ns的陡度的一系列電壓脈沖而產(chǎn)生一變化的電場(chǎng)。
電場(chǎng)具有至少每毫米3kV的峰值。
各脈沖較佳的是具有至少100ns的脈沖寬度。
脈沖發(fā)生裝置可包括一自激振蕩電路。
自激振蕩電路可包括一場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)和一開關(guān)電路，開關(guān)電路包括電荷存儲(chǔ)裝置；開關(guān)裝置連接在電荷存儲(chǔ)裝置和FET的一門之間；開關(guān)裝置操作時(shí)將來自電荷存儲(chǔ)裝置的電荷堆積在門上，由此改善在FET的漏極-源極電路里的信號(hào)的上升時(shí)間。
電荷存儲(chǔ)裝置可包括一電容器，而開關(guān)裝置可包括一SIDAC(硅對(duì)稱二端開關(guān)元件)。
電極可與一變壓器的次級(jí)線圈連接，變壓器的初級(jí)線圈與FET的漏極-源極電路連接。
通道可在通向殼體的一進(jìn)口和離開殼體的一出口之間延伸。
電極可是設(shè)置在殼體里的一環(huán)形電極，而通道可延伸通過在電極和殼體內(nèi)的一環(huán)形突脊之間形成的間隙。
殼體可是一金屬殼體，殼體可與變壓器的次級(jí)線圈連接，而供電極用的絕緣載體可安裝在殼體中的臺(tái)肩結(jié)構(gòu)上。
在另一實(shí)施例里，殼體可是一種電絕緣材料，電極可環(huán)繞地設(shè)置在殼體的外側(cè)上，而與次級(jí)線圈連接的第二電極與殼體的內(nèi)壁間隔設(shè)置，從而在第二電極和內(nèi)壁之間形成通道。
附圖的簡(jiǎn)要說明現(xiàn)在通過例子并參考附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中

圖1是按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的、用來制造臭氧的裝置的零件分解圖；圖2是圖1的裝置中的塞頭和電極組件的零件分解圖；圖3是圖2中的塞頭和電極組件組裝后的立體圖；圖4是用來產(chǎn)生一系列電壓脈沖的電路的示意圖，該電壓脈沖施加在圖2和3中的電極組件上；圖5(a)、(b)、(c)和(d)是在圖4中的a、b、c和d點(diǎn)處的、相對(duì)第一時(shí)間標(biāo)度的電壓波形；圖6(a)、(b)、(c)和(d)是相對(duì)于較大時(shí)間標(biāo)度的相同波形；圖7是沿圖3中的VII-VII線的的剖視圖；圖8是按照本發(fā)明第二實(shí)施例的、用來制造臭氧的裝置的局部被剖開的立體圖；以及圖9是圖8中的裝置的中心部分的側(cè)剖視圖。
本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的介紹參看圖1，按照本發(fā)明第一實(shí)施例的、用來制造臭氧的裝置用標(biāo)號(hào)10表示。
裝置10包括一管狀的陽(yáng)極化鋁殼體12，它具有一敞口端14、一封閉端16和一關(guān)閉敞口端的單獨(dú)的塞頭18。裝置10還包括一可安裝在塞頭18上的電極組件20和一以電子電路30(圖4所示)形式出現(xiàn)的、給電極組件20提供能量的脈沖發(fā)生器。
在封閉端16處提供一進(jìn)入殼體的進(jìn)口22，并在塞頭18上形成一出口24。一通道21(圖7所示)從進(jìn)口22延伸至出口24。
如圖1和7所示，電極組件20包括一耐臭氧和電暈的材料、諸如玻璃、鋁等制造的絕緣盤或底座20.1，以及一安裝在底座20.1上的背離塞頭18的表面上的環(huán)形電極20.2。底座20.1上設(shè)置許多互相間隔的周邊缺口20.3，它們的作用將在下面介紹。
塞頭18上設(shè)置一環(huán)形突脊18.1。如圖7所示，當(dāng)電極組件20安裝在塞頭18的臺(tái)肩上時(shí)，突脊18.1與底座20.1非常靠近，但具有一約0.3mm的間隙23。
上述通道21從進(jìn)口22沿著管狀殼體12延伸，通過底座上的缺口20.3，再通過突脊18.1與底座20.1之間的間隙23，通過出口24出去。
如下面將要介紹的，在通道21內(nèi)的突脊18.1的區(qū)域內(nèi)建立一個(gè)迅速變化的電場(chǎng)，產(chǎn)生電暈放電，從而使在使用時(shí)沿著通道21流動(dòng)的氧氣通過該電場(chǎng)。電場(chǎng)的作用是，通過電暈放電獲得氧的瞬間電離，利用氧氣產(chǎn)生臭氧，且沒有以發(fā)熱形式出現(xiàn)的顯著的能量損失。
申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，臭氧的產(chǎn)額比取決于在施加于電極組件20的脈沖系列52(見圖6(d))里的脈沖50的上升時(shí)間tr、下降時(shí)間tf和寬度Wp(見圖5(d))。可以相信，上升和下降時(shí)間和/或脈沖寬度越短，裝置的效率越高。
圖4顯示了給電極組件20提供能量的一自激振蕩電路30。圖5(a)、(b)、(c)和(d)及圖6(a)、(b)、(c)和(d)分別顯示了在點(diǎn)a、b、c和d處測(cè)量到的電壓波形。
電路30包括與硅對(duì)稱二端開關(guān)元件(SIDAC)36和感應(yīng)器37并聯(lián)的電容器34。SIDAC與場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)、諸如IRF 740型的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)38的門39連接。當(dāng)超過一定閾值(例如100V)的電壓施加給它時(shí)，SIDAC 36導(dǎo)電。變壓器43的初級(jí)線圈與MOSFET 38的漏極-源極電路45連接。變壓器的次級(jí)線圈與電極組件20連接，如圖4所示。
約150V的直流電壓施加在電路的點(diǎn)41處。開始，橫跨SIDAC 36的電位差不足以使SIDAC 36接通，因此電容器34充電。當(dāng)SIDAC 36上的電壓超過SIDAC 36的上述閾值電壓時(shí)，它接通，導(dǎo)致從電容器34至MOSFET 38的門39的一閉合電路，使電容器34部分放電，因而給門39充電。結(jié)果是，電荷將在電容器34和門39之間被分享，從而一些電壓、較佳的是相對(duì)于地顯著地高于門閾值電壓(一般是6V)的電壓將施加在門上。由電容器34放出的電流略微在電流流入漏極-源極電路45之前通過SIDAC 36施加給MOSFET 38的門39。由于從電容器流出的電流，在門上的電壓顯著地超過上述閾值電壓。由此在點(diǎn)a、b、c和d處產(chǎn)生的信號(hào)分別如圖5(a)至(d)和圖6(a)至(d)所示。
使用該方法，門電壓可在短時(shí)間內(nèi)被激發(fā)約2至4倍，超過某些MOSFET的額定最大閾值電壓而不會(huì)毀壞裝置。
從圖5(d)和圖6(d)可看到，施加在電極組件上的電壓脈沖系列52里的各脈沖50具有比2kV/100ns好的、較佳的是為3kV/10ns數(shù)量級(jí)、30％-70％的陡度或上升時(shí)間tr和下降時(shí)間tf。此外，當(dāng)它們通過平均值54時(shí)，脈沖的寬度Wp小于100ns，較佳的是小于30ns。
施加給電極組件的電壓的峰值為3kV的數(shù)量級(jí)，而電極20.2和突脊18.1之間的間隙在0.3mm范圍內(nèi)，最大的電場(chǎng)強(qiáng)度E大于3kV/mm，較佳的是在10kV/mm的數(shù)量級(jí)。
參看圖8和9，按照本發(fā)明第二實(shí)施例的、用來制造臭氧的裝置用標(biāo)號(hào)100表示。
裝置100的基本工作類似于裝置10，但裝置100結(jié)構(gòu)的不同處在于，殼體102是用絕緣材料制造的。裝置100包括第一電極104和第二電極106，第一電極104包括環(huán)繞著殼體102延伸的導(dǎo)電環(huán)形件，而第二電極106設(shè)置在殼體102內(nèi)。
第二電極106上設(shè)置一環(huán)形突脊106.1，它靠近殼體102的內(nèi)壁，并在第一電極104的區(qū)域內(nèi)。第一電極104與自激振蕩電路連接，第二電極106接地。由此，在突脊106.1和殼體102的內(nèi)壁之間發(fā)生電暈放電，從而如上所述那樣產(chǎn)生臭氧。
應(yīng)該知道，在不超出本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的情況下，按照本發(fā)明的方法和裝置還可以有許多細(xì)節(jié)上的變化。
權(quán)利要求
1.一種制造臭氧的方法，它包括以下步驟在一電極區(qū)域內(nèi)發(fā)生電暈放電的間歇脈沖串，以及使含氧流體通過該區(qū)域，由此發(fā)生氧氣的電離。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該間歇脈沖串通過給電極提供具有至少2kV/100ns的陡度的間歇電壓脈沖串、從而在該區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生變化電場(chǎng)而產(chǎn)生，該電場(chǎng)具有每毫米至少2kV的峰值。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，峰值為每毫米至少3kV，而陡度為3kV/10ns的數(shù)量級(jí)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，各電壓脈沖具有小于100ns的脈沖寬度。
5.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，脈沖串是不連續(xù)的脈沖串。
6.一種用來制造臭氧的裝置，該裝置包括；一殼體，它形成一供包含氧氣的流體用的通道；一設(shè)置在通道附近的電極；以及與電極連接的脈沖發(fā)生裝置，脈沖發(fā)生裝置通過產(chǎn)生具有至少20kV/100ns的陡度的一系列電壓脈沖而產(chǎn)生一變化的電場(chǎng)。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，電場(chǎng)具有每毫米至少3kV的峰值。
8.如權(quán)利要求6或7所述的裝置，其特征在于，各電壓脈沖具有小于100ns的脈沖寬度。
9.如前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，脈沖發(fā)生裝置可包括一自激振蕩電路。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，自激振蕩電路包括一場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)和一開關(guān)電路，開關(guān)電路包括電荷存儲(chǔ)裝置；開關(guān)裝置連接在電荷存儲(chǔ)裝置和FET的一門之間；開關(guān)裝置操作時(shí)將來自電荷存儲(chǔ)裝置的電荷堆積在門上，由此改善在FET的漏極-源極電路里的信號(hào)的上升時(shí)間。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，電荷存儲(chǔ)裝置包括一電容器，而開關(guān)裝置包括一SIDAC(硅對(duì)稱二端開關(guān)元件)。
12.如權(quán)利要求10或11所述的裝置，其特征在于，電極與一變壓器的次級(jí)線圈連接，變壓器的初級(jí)線圈與FET的漏極-源極電路連接。
13.如權(quán)利要求6至12之一所述的裝置，其特征在于，通道在通向殼體的一進(jìn)口和離開殼體的一出口之間延伸。
14.如權(quán)利要求6至13之一所述的裝置，其特征在于，電極是設(shè)置在殼體里的一環(huán)形電極，而通道延伸通過在電極和殼體內(nèi)的一環(huán)形突脊之間的間隙。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，殼體是一金屬殼體，殼體與變壓器的次級(jí)線圈連接，而供電極用的絕緣載體安裝在電極和突脊之間。
16.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，殼體是一種電絕緣材料制造的，電極環(huán)繞地設(shè)置在殼體的外側(cè)上，而與次級(jí)線圈連接的第二電極與殼體的內(nèi)壁間隔設(shè)置，從而在第二電極和內(nèi)壁之間形成通道。
17.一種制造臭氧的方法，該方法包括以下步驟在一電極區(qū)域內(nèi)發(fā)生一變化電場(chǎng)；該電場(chǎng)具有每毫米至少2kV的峰值；通過給電極提供具有至少2kV/100ns的陡度的間歇電壓脈沖串產(chǎn)生該電場(chǎng)；以及使含氧流體通過該區(qū)域。
18.一種基本上通過參考附圖在此描述的產(chǎn)生臭氧的方法。
19.一種基本上通過參考附圖在此描述的產(chǎn)生臭氧的裝置。
全文摘要
一種制造臭氧的方法包括以下步驟:在一電極區(qū)域(20.2)內(nèi)發(fā)生電暈放電的間歇脈沖串,以及使含氧流體通過該區(qū)域,由此發(fā)生氧氣的電離。電極由一系列的電壓脈沖供給能量。各脈沖具有比2kV/100ns好的上升時(shí)間。
文檔編號(hào)C01B13/11GK1345290SQ00805478
公開日2002年4月17日 申請(qǐng)日期2000年2月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月24日
發(fā)明者B·維瑟 申請(qǐng)人:坡契夫斯脫羅姆基督教大學(xué)