DE19714176A1 - Ozonisator und Verfahren zur Herstellung von Ozon - Google Patents
Ozonisator und Verfahren zur Herstellung von OzonInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Ozonisator und ein Verfahren zur
Herstellung von Ozon, der zwei von einer dielektrischen Barrie
re getrennte Elektroden aufweist, die an einer Wechselstrom
quelle angeschlossen sind.
Ozonisatoren sind in den verschiedensten Varianten bekannt und
werden in umfangreichen Maße in der Industrie verwendet. Am
weitesten verbreitet sind Ozonisatoren, die auf dem Prinzip der
"Glimmentladung" basieren. Das grundlegende konstruktive Ele
ment dieser Ozonisatoren sind zwei metallische Elektroden, die
parallel verlaufen und zwischen denen sich eine dielektrische
Barriere und ein Kammer zum Durchtritt von Luft bzw. von Sauer
stoff befindet.
Bei derartigen Ozonisatoren ergeben sich jedoch folgende Pro
bleme. An das Material für die dielektrische Barriere werden
sehr hohe und kaum erfüllbare Anforderungen gestellt, wie z. B.
die hohe elektrische Festigkeit, die hohe Gleichartigkeit der
Struktur, das Fehlen der nebensächlichen Einschaltungen, die
Beibehaltung der Stabilität und die Beibehaltung der notwendi
gen Charakteristiken bei hohen Laufzeiten unter Einwirkung der
Glimmentladung und der hohen Spannung des elektrischen Feldes.
Diese Eigenschaften werden durch die Notwendigkeit einer hohen
dielektrischen Durchlässigkeit begrenzt.
Bei den existierenden Konstruktionen ist es praktisch unmög
lich, eine effektive Abkühlung der Glimmentladungszone zu er
reichen, da bei allen bekannten Konstruktionen die Hochspan
nungselektrode von einem festen Dielektrikum, z. B. Glas umge
ben ist, das zur Ausbildung einer dielektrische Barriere dient
und i.d.R. eine niedrige Wärmeleitung aufweist. Es gibt Versu
che zur gleichzeitigen Abkühlung des festen Dielektrikums und
der Hochspannungselektrode, z. B. durch Hindurchpumpen eines
flüssigen Dielektrikums zwischen Hochspannungselektrode und fe
stem Dielektrikum, was für die effektive Abkühlung der Glim
mentladungszone des Ozonisators jedoch ungenügend ist.
Dieses Problem stellt ein grundlegendes Hindernis bei der Kon
struktion von Ozonisatoren mit hohen Frequenzen bis zu 10000 Hz
dar, die einen höheren Wirkungsgrad haben. Diese hohen Frequen
zen sind nur unter der Bedingung möglich, daß für eine effekti
ve Wärmeabfuhr gesorgt wird und gleichzeitig eine niedrige Tem
peratur in der Glimmentladungszone sichergestellt wird.
Eine Vergrößerung der Dicke der dielektrische Barriere (feste
und flüssige dielektrische Schichten) führt zu der Notwendig
keit die entsprechende Wechselspannung zu vergrößern, was einen
höheren Energiebedarf bewirkt, ohne die Produktivität des Ozo
nisators zu erhöhen. Aufgrund dieser Probleme haben derartige
Ozonisatoren bisher noch keine Marktreife erlangt.
Aus der DE 29 25 667 ist eine gleichmäßige Einteilung der sta
tistisch unbestimmten Glimmentladungszonen auf der Oberfläche
des festen Dielektrikums bekannt, bei der die zu der Glimment
ladungszone gewandt Seite mit feinen metallischen Inseln verse
hen ist. Dadurch wird zwar eine gleichmäßige Verteilung der
Glimmentladungen erreicht, jedoch wird die wärmeabfuhr aus der
Glimmentladungszone nicht verbessert. Des weiteren befindet
sich zwischen dem Kühler und der Gasentladungszone ein festes
Dielektrikum, das eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist und
somit eine unüberwindliche Barriere für die Wärmeabfuhr dar
stellt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Ozonisator zu schaf
fen, bei dem die Wärmeableitung aus der Glimmentladungszone ge
währleistet ist, wodurch eine höhere Leistung erzielt wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen der ersten
Elektrode und der zweiten Elektrode eine Zwischenelektrode an
geordnet ist, die Zwischenelektrode mit der ersten Elektrode
eine Ozonkammer und mit der zweiten Elektrode eine Dielektri
kumkammer begrenzt, wobei die Dielektrikumkammer eine flüssiges
Dielektrikum und die Ozonkammer Luft/Sauerstoff oder bereits
erzeugtes Ozon beinhaltet.
Dabei kann die Hochspannungsfrequenz ohne, daß die Gefahr der
Rückumwandlung des Ozons in Sauerstoff steigt, erhöht werden,
wobei auf dieser Grundlage eine effektivere Konstruktion des
Ozonisators ermöglicht wird. Dazu wird erfindungsgemäß die die
lektrische Barriere ausschließlich aus einem flüssigen Dielek
trikum verwirklicht.
Der große Vorteil der Erfindung ist die vollständige Selbstwie
derherstellung der dielektrischen Barriere, im Falle eines
durch eine Kammer führenden Durchschlages. Dieses wird er
reicht, indem die Hochspannung abgeschaltet und wieder einge
schaltet wird, ohne daß eine Demontage oder Reparatur des Ozo
nisators nötig ist, was beim Vorhandensein eines festen Dielek
trikums unvermeidlich wäre.
Für den effektiven Betrieb wird mit Hilfe einer Pumpe durch
Eingang A in die Kühlkammer eine Kühlflüssigkeit gepumpt wird,
die durch Ausgang A' aus der Kühlkammer austritt, mit Hilfe ei
ner weiteren wird Pumpe durch Eingang B Luft/Sauerstoff in
die Ozonkammer gepumpt wobei Ozon durch Ausgang B' aus der
Ozonkammer austritt, mit Hilfe einer dritten Pumpe wird durch
Eingang C in eine Kühlkammer ein flüssiges Dielektrikum ge
pumpt, das durch Ausgang C' aus der Dielektrikumkammer aus
tritt, die Kühlflüssigkeit und das Dielektrikum werden nach
ihrer Abkühlung erneut in die entsprechenden Kammern gepumpt,
zusätlich liegt eine durch eine Spannungsversorgung erzeugte
hochfrequente Hochspannung an den beiden Elektronen an, die
durch Gleichrichtung einer Netzspannung und nachfolgender Fre
quenzumrichtung und Transformation erzeugt wird.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher er
läutert. Es zeigt:
Fig. 1 den Querschnitt eines Ozonisators mit zwei zylindri
schen Elektroden, mit zwei ringförmigen durch eine
Zwischenelektrode voneinander getrennten Kammern
(Ozonkammer, Dielektrikumkammer), wobei durch die
eine Kammer ein flüssiges Dielektrikum und durch
den anderen Luft/Sauerstoff strömt;
Fig. 2a den Querschnitt eines Ozonisator nach Fig. 1 jedoch
mit flachen Elektroden;
Fig. 2b den Querschnitt eines Ozonisators nach Fig. 2a ent
lang E-E';
Fig. 3a-c die Querschnitte unterschiedlicher Ausführungsformen
der Zwischenelektrode nach den Fig. 1 und 2;
Fig. 4 ein allgemeines Blockdiagramm des Ozonisators mit
Pumpen, einer Spannungsquellen, die vorzugsweise ein
Transformator ist, einem Gleichrichter, einem Fre
quenzumrichter (Inverter) und mit einer Ladungsson
de, sowie mit Leitungen, die die einzelnen Komponen
ten miteinander verbinden.
In Fig. 1 ist längs der Achse Z die metallische Elektrode 7
angeordnet, an die durch einen Hochspannungsanschluß 9 eine
Spannungsquelle 24 angeschlossen ist. Axial zu der Elektrode 7
ist eine Zwischenelektrode 5 beabstandet angeordnet, wodurch
ein Dielektrikumkammer 32 entsteht. Durch die Dielektrikumkam
mer 32 strömt ein flüssiges Dielektrikum 29 vom Eingang C zum
Ausgang C'. Die Anordnung der Zwischenelektrode mit der Stärke
d2 und mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, an die das flüssige
Dielektrikum 29 umspülen, ermöglicht eine gute Abfuhr der Wär
me aus der Dielektrikumkammer 32, der Glimmentladungszone. Dies
ist eines der grundlegenden neuen Elemente des Ozongenerators.
Die eigentümliche Besonderheit der Zwischenelektrode ist fol
gende: die Struktur der Zwischenelektrode 5 ist ungleichartig
und so ausgeformt, daß die elektrische Leitfähigkeit der Zwi
schenelektrode 5 senkrecht zur Oberfläche der Elektroden 3 und
7 und senkrecht zur Achse z (und senkrecht zum Vektor des elek
trischen Feldes) größer ist als in allen anderen Richtungen,
die nicht senkrecht zur Achse z sind, z. B. parallel zum Vektor
des elektrischen Feldes und der Achse Z. Des weiteren weist die
Zwischenelektrode 5 eine gute Leitfähigkeit senkrecht zur Achse
Z auf. Die zweite Elektrode 3 ist über den Anschluß 10 geerdet
und ist axial zu den Elektroden 5 und 7 angeordnet. Durch eine
Kühlkammer 30, die die Elektrode 3 außen umgibt, wird eine
Kühlflüssigkeit 2 geleitet. Die Kühlflüssigkeit wird von einer
Pumpe durch einen Eingang A geleitet und verläßt die Kühlkammer
30 durch den Ausgang A'. Zwischen der Elektrode 3 und der Zwi
schenelektrode 5 befindet sich eine Ozonkammer 31. Die in Ozon
zu transformierende Luft/Sauerstoff 4 wird durch Anschluß B
in die Ozonkammer 31 geleitet und tritt als Ozon aus Ausgang B'
aus. Luft/Sauerstoff wird mit Hilfe einer Pumpe 20 in die Ozon
kammer 31 gepumpt. Die Dielektrikumkammer 32 wird durch Eingang
C mit einem flüssigen Dielektrikum 29 versorgt, was mit Hilfe
der Pumpe 21 aus dem Ausgang C' strömt. Die Erzeugung von Ozon
geschieht in der folgenden Weise. Durch den Eingang A strömt
die Kühlflüssigkeit 2, durch den Eingang B - getrocknete und
gekühlte - Luft/Sauerstoff 4 und durch Eingang C das gekühlte
flüssige Dielektrikum (zum Beispiel Umspannöl). An der Elektro
de 7 wird mit Hilfe des den Eingangs D eine hohe elektrische
Spannung angelegt, die eine Frequenz von f Hz aufweist. Zwi
schen den Elektroden 7 und 3 entsteht das elektrische Feld, das
aufgrund des Vorhandenseins der flüssigen Dielektrikums in der
Dielektrikumkammer 32 die Glimmentladung in der Ozonkammer 31
anregt. Eigentümliche Besonderheit dieser Konstruktion ist, daß
die elektrische Spannung nur in den Kammern 31 und 32 wirkt und
der Abfall der Spannung auf der Zwischenelektrode, mit der
Stärke d2, vernachlässigt werden kann, da das flüssige Dielek
trikum in der Zwischenelektrode durch die Leiter 6, 8, 11-14
geshuntet wird. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfüllt
das flüssige Dielektrikum 29 folgende wichtige Funktionen. Das
flüssige Dielektrikum bildet die dielektrische Barriere, kühlt
gleichzeitig die Hochspannungselektrode 7 ab und kühlt effektiv
die Glimmentladungszone in der Ozonkammer 31 durch die wärme
leitfähigen vorzugsweise metallischen Elemente 6, 8, 11-14 ab.
Da die elektrische Festigkeit des flüssigen Dielektrikums 2-3
mal größer ist als ein festes Dielektrikum mit der gleichen
stärke, kann der Abstand d1 der Dielektrikumkammer sehr klein
gewählt werden, ohne daß die Gefahr eines Durchschlages der
Hochspannung besteht.
Ein weiterer großer Vorteil der Erfindung ist die vollständige
Selbstwiederherstellung der dielektrischen Barriere, im Falle
eines zufälligen Durchschlages. Dieses kann durch Ab- und An
schalten der Hochspannung erreicht werden, ohne daß eine Demon
tage und die Reparatur des Ozonisators nötig wäre, die hingegen
beim Vorhandensein eines festen Dielektrikums unvermeidlich wä
re. Zur Erkennung eines Durchschlages wird eine Ladungssonde 28
verwendet, die die Ladung der Elektrode 7 überprüft. Bei Verän
derungen der Ladung veranlaßt die Ladungssonde ein Abschalten
der Hochspannung für einen kurzen Zeitraum von wenigen Sekun
den.
Durch die vorliegende erfindungsgemäße Konstruktion des Ozoni
sators wird die Produktivität wesentlich vergrößert, da eine
höhere Wechselspannungsfrequenz im Vergleich zu bekannten Ozo
nisatoren angewandt werden kann. Es kann eine 120-150 Mal
größere Frequenz als die bisherigen 3400 Hz genutzt werden.
In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Ausführung des Ozonisators
mit flachen Elektroden dargestellt. Aus der Fig. 2b ist der
Aufbau der Elektrode 7 ersichtlich, die mit die Oberfläche ver
größernden Kühlkörpern versehen ist, um zusätzlich Turbulenzen
der abkühlenden Flüssigkeit hervorzurufen. Die Funktionen der
bezeichneten Elemente unterscheiden sich von den der in Fig. 1
aufgeführten nicht.
Die Realisation der ungleichartigen Struktur der Zwischenelek
trode 5 kann in vielerlei Weise erreicht werden, (zum Beispiel,
mittels Keramikverbindungen oder Kunststoffen, die mit senk
recht zu der Zwischenelektrodenoberfläche angeordneten metal
lischen oder Graphitfäden versehen sind, die in den Zwischene
lektrodenkörper hineingepreßt werden, oder mittels metalli
scher Leiter 6, 8, 11-14, deren vergrößerte metallische Ober
flächen mit einem Durchmesser von d5 und d4 sich in die Ozon
kammer 31 und in die Dielektrikumkammer 32 erstrecken und senk
recht zum elektrischen Feld ausgerichtet sind.
In Fig. 3a sind verschiedene Varianten der metallischen Ele
mente 6 und 8, 11-14 aufgezeigt. Die Formen der Elemente kön
nen abhängig von der Kapazität und der Produktivität des Ozo
nisators unterschiedlich ausgestaltet sein (Fig. 3a, 3c). Sehr
wichtiger und entscheidender Umstand ist die Wahl der Größe d5
und d4 der metallischen Oberflächen der Leiter 6, 8, 11-14. Die
Größe d5 der Fläche, die der Elektrode 7 zugewandt ist, soll so
gewählt sein, daß die Kapazität des Kondensators C1 bestehen
den aus der Fläche mit der Größe d5 und der Dielektrikumkammer
32 mit dem Durchmesser d1 (mit dem flüssigen Dielektrikum mit
dielektrischer Konstante 1), innerhalb der folgenden Größe
liegt:
Formel 1
I1: minimale Größe des elektrischen Stromes zur Bildung der
Glimmentladung,
I2: Größe des elektrischen Stroms zur Funken- und Lichtbogen bildung in einem Freiraum mit dem Durchmesser d5,
Sd5: Fläche (m2) des Leiters mit einer Oberflächengröße d5,
d1: Abstand zwischen den Elementen 6, 8 und 7,
ε1: dielektrische Konstante des flüssigen Dielektrikums,
f: Frequenz (Hz) der Versorgungsspannung oder einer äquiva lenten Impulsspannung,
U: Größe der elektrischen Spannung (V), die an den Elektroden 3 und 7 anliegt.
I2: Größe des elektrischen Stroms zur Funken- und Lichtbogen bildung in einem Freiraum mit dem Durchmesser d5,
Sd5: Fläche (m2) des Leiters mit einer Oberflächengröße d5,
d1: Abstand zwischen den Elementen 6, 8 und 7,
ε1: dielektrische Konstante des flüssigen Dielektrikums,
f: Frequenz (Hz) der Versorgungsspannung oder einer äquiva lenten Impulsspannung,
U: Größe der elektrischen Spannung (V), die an den Elektroden 3 und 7 anliegt.
Die Größe d2 wird aus Gründen der mechanischen Festigkeit des
Zwischenelektrode 5 so gewählt, daß eine sichere Funktion ohne
Deformation oder Zerstörung durch den Druck des flüssigen Die
lektrikumes gewährleistet ist. Die Dicke der Elektrode 5 beein
flußt die elektrischen und energetischen Charakteristika des
Ozonisators nicht. Die Größe d4, sowie die Geometrie der Enden
der Elemente 6, 7, 11, 12, 13, 14, die in der Ozonkammer verwendet
werden, werden durch die folgende Formel beschrieben
Formel 2:
J1: Dichte des Stromes an den Enden, die sich in die Ozonkam
mer erstrecken (A/m2),
I: Strom (A), der durch den Leiter verläuft, bestimmt aus der Ungleichheit nach der Formel 1,
Sd4: summarische Fläche eines Endes eines Leiters, das sich in die Ozonkammer erstreckt (m2),
Jug: Dichte des Stromes (A/m2) zur Bildung einer Funken- oder Lichtbogenbildung für das gegebene Material unter Berück sichtigung des Luftdrucks oder des Sauerstoffdrucks in der Ozonkammer.
I: Strom (A), der durch den Leiter verläuft, bestimmt aus der Ungleichheit nach der Formel 1,
Sd4: summarische Fläche eines Endes eines Leiters, das sich in die Ozonkammer erstreckt (m2),
Jug: Dichte des Stromes (A/m2) zur Bildung einer Funken- oder Lichtbogenbildung für das gegebene Material unter Berück sichtigung des Luftdrucks oder des Sauerstoffdrucks in der Ozonkammer.
In Fig. 3c ist eine weiter Ausführungsform der Leiter 6 und 8
mit einem zusätzlichen Kühlkörper (oder Radiator) 17 und 18
dargestellt, der die Intensität des Wärmeaustausches bei einer
geringeren Flußgeschwindigkeiten des flüssigen Dielektrikumes
vergrößert.
Bei Ozonisatoren mit einer großer Leistung oder bei Ozonisato
ren, bei denen keine Materialbestandteile der Elektroden 3, 5
und 7 in die Ozon-Luft-(Ozon-Sauerstoff-)Mischung geraten
dürfen, sind die Oberfläche der Leiter 6 und 8 im Bereich von
d4 und der Elektroden 5, 3 mit unterschiedlichen Beschichtungen
33, 34 bedampft (0,003-0,02 mm). Hierbei sind die Schichten
Metalloxyde (Aluminium, Magnesium, Titan und anderen) oder der
Nitride (Bor, Titan, Kobalt) sowie anderer Isoliermaterialien,
die dem Plasma der Glimmentladung standhalten. Fig. 3c zeigt die
entsprechende Beschichtung.
Zusätzlich werden durch die Beschichtung 33, 34 Mikrounebenhei
ten auf der Oberfläche der metallischen Leiter und Elektroden
ausgeglichen, so daß die Wahrscheinlichkeit einer Funken- und
Lichtbogenbildungen verringert wird.
In Fig. 3b wird eine weitere Ausführungsform der Zwischenelek
trode 5 gezeigt. So sind parallel zu den Leitern Magnete 15, 16
angeordnet, deren eines Enden sich in die Ozonkammer 31 und de
ren anderes Ende sich in die Dielektrikumkammer 32 erstreckt.
Die Polarität der beiden Enden ist gegenläufig. Hierdurch wird
die Erosion der Zwischenelektrode verringert.
Fig. 4 zeigt ein Schema des Ozonisators für die Industrieferti
gung mit einer Produktivität von 0,2-15 Kilogramm Ozon in
der Stunde. Durch die Eingänge A, B, C strömt gereinigte
Luft/Sauerstoff 4, flüssiges Dielektrikum 29 und Kühlflüssigkeit
mit Hilfe der Pumpen 19, 20 und 21 durch den Ozonisator 25.
Vorteilhafterweise sind die Pumpen 19, 20 und 21 mit - nicht
gezeigten - Filtern und Kühlungen versehen. Die Ausgänge A' und
C' sind über die Leitungen m-m' und n-n' mit den Eingängen
A und C über die Pumpen 19 und 21 verbunden. Die Spannungsver
sorgung erfolgt durch die Bereitstellung einer Netzspannung 35
die durch einen Gleichrichter 22 gerichtet wird, um dann durch
einen Frequenzumrichter (Inverter) 23 auf die gewünschte Fre
quenz gebracht zu werden. Die benötigte Hochspannung wird durch
eine Spannungsquelle 24, vorzugsweise einem Transformator, am
Ausgang 9 zur Verfügung gestellt. Die Spannungsquelle 24 weist
vorzugsweise eine niedrige eigene Induktivität der Streuung
auf. Der Gleichrichter 22 und der Inverter 23 haben Steuerein
gänge 26 und 27, wodurch z. B. die Höhe der Frequenz f der elek
trischen Wechselspannung auf dem Eingang D geregelt werden
kann, die für Produktivität des Ozonisators verantwortlich ist.
Mit Hilfe der Ladungssonde 28 kann das elektrische Feld an den
Elektroden 3, 5, 7 überprüft werden, wodurch bei einem mögli
chen Durchschlag die Spannungsversorgung für einige Sekunden,
vorzugsweise 0,1 bis 2 Sekunden, abgeschaltet werden kann, um
die dielektrische Barriere wieder aufzubauen.
1
Ozonisator
2
Kühlflüssigkeit
3
Elektrode
4
Luft/Sauerstoff
5
Zwischenelektrode
6
Leiter
7
Elektrode
8
Leiter
9
Hochspannungsanschluß
10
Spannungsanschluß (Erde)
11-14
Leiter
15, 16
Magnet
17, 18
Kühlkörper
19-21
Pumpe
22
Gleichrichter
23
Frequenzumrichter/Inverter
24
Spannungsquelle
25
Ozonisator
26, 27
Versorgungseingang
28
Ladungssonde
29
flüssiges Dielektrikum
30
Kühlkammer
31
Ozonkammer
32
Dielektrikumkammer
33, 34
Beschichtung
35
Netzspannung
d1-d3, d6 Wand und Kammerstärken
d4, d5 metallische Oberfläche
AD Eingang
A'-C' Ausgang
m, n Leitung
n' m' Leitung.
d1-d3, d6 Wand und Kammerstärken
d4, d5 metallische Oberfläche
AD Eingang
A'-C' Ausgang
m, n Leitung
n' m' Leitung.
Claims (15)
1. Ozonisator, bestehend aus zwei Elektroden, die an einer Span
nungsquelle angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der ersten Elektrode (3) und der zweiten Elektrode
(7) eine Zwischenelektrode (5) angeordnet ist, die Zwischene
lektrode (7) mit der ersten Elektrode (3) eine Ozonkammer (31)
und mit der zweiten Elektrode (7) eine Dielektrikumkammer (32)
begrenzt, wobei die Dielektrikumkammer (32) eine flüssiges Die
lektrikum (29) und die Ozonkammer (31) Luft/Sauerstoff (4) oder
bereits erzeugtes Ozon beinhaltet.
2. Ozonisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Widerstand der Zwischenelektrode (5) senkrecht zum Vektor (R)
des durch die Elektroden (3) und (7) aufgebauten elektrischen
Feldes bzw. parallel zur Achse Z groß ist und parallel zum Vek
tor des elektrischen Feldes bzw. senkrecht zur Achse Z klein
ist.
3. Ozonisator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zwischenelektrode (5) Leiter (6, 8, 11-14) aufweist, deren ei
nes Ende sich in die Ozonkammer 31 und deren anderes Ende sich
in die Dielektrikumkammer 32 erstreckt.
4. Ozonisator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Größe der Oberflächen d4 und d5 des Leiter (6, 8, 11-14) durch
folgende Ungleichungen charakterisiert sind:
Formel 1
mit
I1: minimale Größe des elektrischen Stromes zur Bildung der Glimmentladung,
I2: Größe des elektrischen Stroms zur Funken- und Lichtbogenbildung in einem Freiraum mit dem Durchmesser d5,
SdS: Fläche (m2) des Leiters mit einer Oberflächengröße d5,
d1: Abstand zwischen Element (6, 8) und der Elektrode (7),
ε1: dielektrische Konstante des flüssigen Dielektrikums (29),
f: Frequenz (Hz) der Versorgungsspannung oder einer äquivalenten Impulsspannung,
U: Größe der elektrischen Spannung (V), die an den Elektroden (3, 7) anliegt,
C1: Kapazität des durch die Oberflächengröße d5 und der Oberfläche der Elektrode (7) über den Abstand d1 entstandenen Kondensators,
wobei die Oberflächengröße d4 sich aus folgender Ungleich be stimmt:
Formel 2:
mit
J1: Dichte des Stromes an den Enden der Leiter (6, 8, 11-14), die sich in die Ozonkammer (31) erstrecken (A/m2),
I: Strom (A), der durch den Leiter (6, 8, 11, 14) verläuft, bestimmt aus der Ungleichheit nach der Formel 1.
Formel 1
mit
I1: minimale Größe des elektrischen Stromes zur Bildung der Glimmentladung,
I2: Größe des elektrischen Stroms zur Funken- und Lichtbogenbildung in einem Freiraum mit dem Durchmesser d5,
SdS: Fläche (m2) des Leiters mit einer Oberflächengröße d5,
d1: Abstand zwischen Element (6, 8) und der Elektrode (7),
ε1: dielektrische Konstante des flüssigen Dielektrikums (29),
f: Frequenz (Hz) der Versorgungsspannung oder einer äquivalenten Impulsspannung,
U: Größe der elektrischen Spannung (V), die an den Elektroden (3, 7) anliegt,
C1: Kapazität des durch die Oberflächengröße d5 und der Oberfläche der Elektrode (7) über den Abstand d1 entstandenen Kondensators,
wobei die Oberflächengröße d4 sich aus folgender Ungleich be stimmt:
Formel 2:
mit
J1: Dichte des Stromes an den Enden der Leiter (6, 8, 11-14), die sich in die Ozonkammer (31) erstrecken (A/m2),
I: Strom (A), der durch den Leiter (6, 8, 11, 14) verläuft, bestimmt aus der Ungleichheit nach der Formel 1.
5. Ozonisator nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeich
net, daß der Widerstand der Zwischenelektrode (5) senkrecht zum
Vektor (R) größer als 100000 Ohm/cm ist, und der Widerstand des
Leiters (6, 8, 11-14) weniger als 0,0008 Ohm/cm ist sowie einer
Wärmeleitfähigkeit die großer ist als 0,1 cal/(cm×sek×grad)
aufweist.
6. Ozonisator nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeich
net, daß der Leiter (6, 8, 11-14) eine die Wärmeableitung stei
gernde Form hat.
7. Ozonisator nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeich
net, daß der Leiter (6) eine die Wärme ableitenden Kühlerkör
pern (17, 18) aufweist.
8. Ozonisator nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeich
net, daß die Zwischenelektrode (5) Magflete (15, 16) aufweist.
9. Ozonisator nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeich
net, daß die der Ozonkammer (31) zugewandten Seiten der Elek
troden (5) und (3) Beschichtungen (33, 34) aufweisen.
10. Ozonisator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Beschichtung (33, 34) aus Metalloxyd (Aluminium, Magnesium, Ti
tan und anderen), aus Nitrid (Bor, Titan, Kobalt) oder aus an
deren Isoliermaterialen (Teflon, Kunststoffe) ist, die dem Plasma
der Glimmentladung standhalten.
11. Ozonisator nach den Ansprüchen 1 bis 10, gekennzeichnet durch
eine Stromladungssonde (28), die die Spannungsquelle (24) bei
einem Durchschlag durch das flüssigen Dielektrikum (29) regelt.
12. Ozonisator nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Spannungsquelle (24) eine niedrige eigene
Streuung der Induktivität aufweist.
13. Ozonisator nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß an die Elektrode (3) eine Kühlkammer (30) an
grenzt.
14. Verfahren zur Herstellung von Ozon mit dem Ozonisator nach
den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe
einer Pumpe durch Eingang A in die Kühlkammer eine Kühlflüssig
keit gepumpt wird, die durch Ausgang A' aus der Kühlkammer aus
tritt, mit Hilfe einer weiteren Pumpe durch Eingang B
Luft/Sauerstoff in die Ozonkammer gepumpt wird, und Ozon durch Aus
gang B' aus der Ozonkammer austritt, mit Hilfe einer dritten
Pumpe durch Eingang C in eine Kühlkammer ein flüssiges Dielek
trikum gepumpt wird, das durch Ausgang C' aus der Dielektrikum
kammer austritt, die Kühlflüssigkeit und das Dielektrikum nach
Abkühlung erneut in die entsprechenden Kammern gepumpt werden
und eine durch eine Spannungsversorgung erzeugte hochfrequente
Hochspannung an den beiden Elektronen an liegt, die durch
Gleichrichtung einer Netzspannung und nachfolgender Frequenzum
richtung und Transformation erzeugt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Ladungssonde das elektrische Feld an den Elektroden überprüft
und bei einem möglichen Durchschlag die Spannungsversorgung für
einige Sekunden, vorzugsweise 0,1 bis 2 Sekunden, abgeschaltet,
um die dielektrische Barriere wieder aufzubauen.
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Cited By (3)
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