专利名称：制造臭氧的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造臭氧的方法和装置。
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。
本发明的目的因此，本发明的目的是提供制造臭氧的方法和装置，它可克服上述缺陷，并可有效地替换已知的方法。
本发明的简要说明按照本发明，提供一种制造臭氧的方法，它包括以下的步骤在电极区域内发生电晕放电的间歇脉冲串，以及使含氧流体通过该区域，由此发生氧气的电离。
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。
本发明的范围还包括用来制造臭氧的装置，该装置包括一壳体，它形成一供包含氧气的流体用的通道；一设置在通道附近的电极；以及与电极连接的脉冲发生装置，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。
各脉冲较佳的是具有至少100ns的脉冲宽度。
脉冲发生装置可包括一自激振荡电路。
自激振荡电路可包括一场效应晶体管(FET)和一开关电路，开关电路包括电荷存储装置；开关装置连接在电荷存储装置和FET的一门之间；开关装置操作时将来自电荷存储装置的电荷堆积在门上，由此改善在FET的漏极-源极电路里的信号的上升时间。
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)。
电极可与一变压器的次级线圈连接，变压器的初级线圈与FET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。
电极可是设置在壳体里的一环形电极，而通道可延伸通过在电极和壳体内的一环形突脊之间形成的间隙。
壳体可是一金属壳体，壳体可与变压器的次级线圈连接，而供电极用的绝缘载体可安装在壳体中的台肩结构上。
在另一实施例里，壳体可是一种电绝缘材料，电极可环绕地设置在壳体的外侧上，而与次级线圈连接的第二电极与壳体的内壁间隔设置，从而在第二电极和内壁之间形成通道。
附图的简要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。
本发明的一个较佳实施例的介绍参看图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和一关闭敞口端的单独的塞头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。
权利要求
1.一种制造臭氧的方法，它包括以下步骤在一电极区域内发生电晕放电的间歇脉冲串，以及使含氧流体通过该区域，由此发生氧气的电离。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该间歇脉冲串通过给电极提供具有至少2kV/100ns的陡度的间歇电压脉冲串、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。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，峰值为每毫米至少3kV，而陡度为3kV/10ns的数量级。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，各电压脉冲具有小于100ns的脉冲宽度。
5.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，脉冲串是不连续的脉冲串。
6.一种用来制造臭氧的装置，该装置包括；一壳体，它形成一供包含氧气的流体用的通道；一设置在通道附近的电极；以及与电极连接的脉冲发生装置，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。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，电场具有每毫米至少3kV的峰值。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，各电压脉冲具有小于100ns的脉冲宽度。
9.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，脉冲发生装置可包括一自激振荡电路。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，自激振荡电路包括一场效应晶体管(FET)和一开关电路，开关电路包括电荷存储装置；开关装置连接在电荷存储装置和FET的一门之间；开关装置操作时将来自电荷存储装置的电荷堆积在门上，由此改善在FET的漏极-源极电路里的信号的上升时间。
11.如权利要求10所述的装置，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SIDAC(硅对称二端开关元件)。
12.如权利要求10或11所述的装置，其特征在于，电极与一变压器的次级线圈连接，变压器的初级线圈与FET的漏极-源极电路连接。
13.如权利要求6至12之一所述的装置，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。
14.如权利要求6至13之一所述的装置，其特征在于，电极是设置在壳体里的一环形电极，而通道延伸通过在电极和壳体内的一环形突脊之间的间隙。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，壳体是一金属壳体，壳体与变压器的次级线圈连接，而供电极用的绝缘载体安装在电极和突脊之间。
16.如权利要求14所述的装置，其特征在于，壳体是一种电绝缘材料制造的，电极环绕地设置在壳体的外侧上，而与次级线圈连接的第二电极与壳体的内壁间隔设置，从而在第二电极和内壁之间形成通道。
17.一种制造臭氧的方法，该方法包括以下步骤在一电极区域内发生一变化电场；该电场具有每毫米至少2kV的峰值；通过给电极提供具有至少2kV/100ns的陡度的间歇电压脉冲串产生该电场；以及使含氧流体通过该区域。
18.一种基本上通过参考附图在此描述的产生臭氧的方法。
19.一种基本上通过参考附图在此描述的产生臭氧的装置。
全文摘要
一种制造臭氧的方法包括以下步骤:在一电极区域(20.2)内发生电晕放电的间歇脉冲串,以及使含氧流体通过该区域,由此发生氧气的电离。电极由一系列的电压脉冲供给能量。各脉冲具有比2kV/100ns好的上升时间。
文档编号C01B13/11GK1345290SQ00805478
公开日2002年4月17日 申请日期2000年2月24日 优先权日1999年2月24日
发明者B·维瑟 申请人:坡契夫斯脱罗姆基督教大学