DE2537124B2 - Ozongenerator - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Ozongenerator mit einer
ein Dielektrikum und eine Metallelektrode umfassenden Hochspannungselektrodenröhre und einer
konzentrisch hierzu angeordneten geerdeten und mit einem im Kreislauf geführten flüssigen Kühlmedium
gekühlten Elektrode.
Im folgenden soll der Aufbau und die Arbeitsweise eines herkömmlichen, auf stillen Entladungen beruhenden
Ozonisators gemäß Fig. 1 erläutert werden. Gemäß Fig. 1 umfaßt der Ozonisator einen Außenzylinder
1, eine geerdete zylindrische Metallelektrode 2, eine aus einem Dielektrikum bestehende Hochspannungselektrodenröhre
3, eine eng an der Innenfläche der Hochspannungselektrodenföhre 3 anliegende Hochspannungselektrode 4, eine Durchführung 5, einen
Einlaß 6 für ein flüssiges Kühlmittel zum Kühlen der geerdeten zylindrischen Metallelektrode 2, einen
Auslaß 7 für dieses Kühlmittel, einen Einlaß 8 für das
gasförmige Ausgangsmaterial und einen Auslaß 9 für das ozonisierte Gas.
Wenn die Hochspannungselektrode 4 mit einer Wechselspannung (10 bis 20 kV) beaufschlagt wird,
so findet im Spalt zwischen der Hochspannungselektrodenröhre 3 und der zylindrischen geerdeten Metallelektrode
2 eine stille Entladung statt. Das Ausgangsgas strömt vom Einlaß 8 für das als Ausgangsmaterial
dienende Gas in den Entladungsspalt, und hier wird ein Teil des Sauerstoffs des Ausgangsgases
ozonisiert und das ozonisierte Gas strömt durch den Auslaß für das ozonisierte Gas aus. Bei dem als Ausgangsmaterial
dienenden Gas handelt es sich entweder um getrocknete Luft oder um Sauerstoff. Nur ein Teil
der Entladungsenergie (etwa 5%, wenn man Luft als Ausgangsmaterial einsetzt, und etwa 10%, wenn man
Sauerstoff als Ausgangsmaterial einsetzt) wird zur Bildung von Ozon genutzt. Die übrige Energie geht
in Form von Wärme verloren. Wenn man die gebildete Wärme nicht wirksam entfernt und einen übermäßigen
Temperaturanstieg im Entladungsspalt nicht verhindert, so ist die Ozonausbeute recht gering. Daher
wird die Außenfläche der zylindrischen geerdeten Metallelektrode 2 mit einem flüssigen Kühlmittel gekühlt.
Gewöhnlich dient als flüssiges Kühlmittel Wasser. Bei diesem herkömmlichen Ozonisator ist es erforderlich,
eine Entladungsdichte (Entladungsleistung pro Flächeneinheit der Entladung) von weniger als
etwa 0,2 Watt/cm2 vorzusehen, um die Temperatur im Entladungsspalt unterhalb des Grenzwerts für die
Ozonbildung zu halten. Demgemäß ist für den praktischen Betrieb eine große Entladungsfläche, d. h. ein
großdimensionierter Ozonisator erforderlich.
Die DT-OS 1922349 und die DL-PS 56235 be-ϊ
schreiben ähnliche Ozonisatoren, bei denen die nicht-gekühlte Hochspannungselektrode als Außenelektrode
ausgebildet ist und die mit dem wäßrigen Kühlmedium gekühlte geerdete Elektrode als Innenelektrode
ausgebildet ist. Dabei treten die gleichen Probleme auf.
Aus Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie, Band 15, Seite 100, ist ein Ozonisator bekannt,
bei dem sowohl die geerdete Elektrode als auch die Hochspannungselektrode mit einem wäßrigen Kühlmedium
gekühlt werden. Dabei treten jedoch erhebliche Isolierungsprobleme auf und es ist zu diesem
Zwecke eine Hochspannungs-Abreißvorrichtung vorgesehen, welche aus einer Sprühdüse für das im
Kreislauf geführte Kühlmedium und einem Auffangen trichter besteht. Die Kühlflüssigkeit wird direkt mit
der Hochspannung beaufschlagt, so daß die Leitfähigkeit des wäßrigen KUhlmediums zur Stromzufuhr
dient. Ein solcher Ozonisator ist naturgemäß äußerst aufwendig und störanfällig. Man hat daher versucht,
anstelle eines wäßrigen Kühlmediums ein ölkühlsystem zu verwenden. Dabei ist jedoch das Kühlmittel
entflammbar und es besteht Feuergefahr oder Explosionsgefahr, insbesondere bei einem Bruch der Elektrodenröhre.
jo Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen kompakten Ozonisator zu schaffen, welcher eine hohe Ozonausbeute liefert und sowohl auf der
Seite der geerdeten Elektrode als auch auf der Seite der Hochspannungselektrode mit einem nicht-brennbaren
wäßrigen Kühlmedium gekühlt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hochspannungselektrodenröhre einen
Kühlmittelkreislauf aus entsalztem wäßrigem Kühlmedium aufweist, in dem ein Ionenaustauscher den
4(i elektrischen Widerstand des entsalzten wäßrigen KUhlmediums auf einem Wert oberhalb 1 ΜΩ/cm
hält.
Bei dem erfindungsgemäßen Ozonisator ist trotz Verwendung eines wäßrigen Kühlmediums auf der
Seite der Hochspannungselektrode eine wirksame Isolierung möglich. Die mit dem Kühlmedium gefüllten
Räume können vollständig abgeschlossen sein, so daß eine Verunreinigung der Luft mit der Kühlflüssigkeit
vermieden wird. Wegen der Verwendung eines
>o wäßrigen Kühlmediums wird Explosionsgefahr oder
Feuergefahr naturgemäß vermieden.
Die Hochspannungselektrode kann konzentrisch zur zylindrischen geerdeten Elektrode angeordnet
sein. Bei dem Kühlmedium kann es sich zum Beispiel um entsalztes Wasser handeln oder um ein entsalztes
Gemisch von Wasser und einem Glycol. Das Kühlmedium wird durch ein außerhalb des Ozonisators gelegenes
Kühlaggregat auf eine niedrige Temperatur gebracht. Die Hochspannungselektrodenröhre kann
entweder als dielektrischer Zylinder mit einem Innenelektrodenbelag
ausgebildet sein oder als metallischer Zylinder mit einem dielektrischen Außenbelag. Der
Einlaß oder Auslaß für das flüssige Kühlmedium erstreckt
sich bis zum Boden der Hochspannungselek-
b5 trodenröhre, während andererseits der Auslaß bzw.
der Einlaß im oberen Bereich der Hochspannungselektrodenröhre angeordnet ist, so daß das flüssige
Kühlmedium nicht in der Hochspannungselektroden-
röhre steht. Die geerdete Elektrode und die Hochspannungselektrodenröhre
können durch Kreislaufführung des gleichen flüssigen Kühlmediums kühlbar sein.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch einen herkömmlichen Ozonisator;
Fig. 2 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ozonisators;
Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen der Kühlsysteme für den Ozonisator gemäß Fig. 2;
Fig. 5 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform
des eifindungsgemäßen Ozonisators und
Fig. 6 und 7 schematische Darstellungen der Kühlsysteme für den Ozonisator gemäß Fig. 5.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 7 verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Ozonisators erläutert.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform des Ozonisators, wobei die Bezugszeichen 1 bis
9 im wesentlichen die gleiche Bedeutung haben, wie die entsprechenden Bezugszeichen der Fig. 1. Die
Hochspannungselektrodenröhre 3 ist jedoch abgeschlossen und mit einem Einlaß 31 und mit einem
Auslaß 32 für das Kühlmittel im oberen Bereich versehen. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet ein Einlaßrohr
für das Kühlmittel und das Bezugszeichen 11 bezeichnet ein Rohr für das Kühlmittel. Das Bezugszeichen
33 bezeichnet ein Einlaßverbindungsrohr für das Kühlmittel und das Bezugszeichen 34 bezeichnet ein
Auslaßverbindungsrohr für das Kühlmittel.
Diese Ausführungsform des Ozonisators hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Ozonisator
gemäß Fig. 1. Abweichend davon strömt jedoch ein flüssiges Kühlmedium durch das Innere der Hochspannungselektrodenröhre
3, wodurch diese gekühlt wird. Auf diese Weise ist es möglich, eine Entladungsdichte
von mehr als 1 Watt/cm2 zu verwirklichen.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 3 eine Hochspannungselektrodenröhre, welche
das zu kühlende Gefäß bildet. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine Kühlwendel in einem Kühlgefäß
12. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Pumpe. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Säule mit einem
Ionenaustauscherharz und das Bezugszeichen 16 bezeichnet einen Entlüfter. Bei diesem Kühlsystem
wird die geerdete zylindrische Metallelektrode 2 in herkömmlicher Weise mit Kühlwasser gekühlt, während
die Hochspannungselektrodenröhre 3 durch umlaufendes entsalztes Wasser gekühlt wird. In dem
Kreislaufsystem ist ein Ionenaustauscherlwz vorgesehen, um den elektrischen Widerstand des entsalzten
Wassers auf einem Wert oberhalb 1 ΜΩ/cm zu halten. Hierdurch werden die Hochspannungsisolierprobleme
vollständig überwunden und man erzielt einen stabilen kontinuierlichen Betrieb. Der erfindungsgemäße
Ozonisator zeichnet sich bei einfachem Aufbau durch eine große Stabilität aus, und zwar im Gegensatz
zu einem herkömmlichen Ozonisator, welcher von der elektrischen Leitfähigkeit von Wasser Gebrauch
macht und bei dem Wasser als eine Elektrode dient und der durch Einsprühen von Wasser und durch
Kreislaufführung des Wassers gekühlt wird.
Die Hochspannungselektrodenröhre 3 ist verschlossen und sie weist einen kleinen Einlaß und einen
kleinen Auslaß für das flüssige Kühlmittel auf. Demgemäß gelingt die Dichtung auf relativ einfache Weise
durch Verbindungsrohre 33 und 34, so daß eine Verunreinigung des Ausgangsmaterialgases durch Wasser
verhindert wird. Auch wenn es einmal zu einem Bruch der Hochspannungselektrodenröhre kommen sollte,
wird jegliche Gefahr einer Entflammung vermieden, da als Kühlmittel entsalztes Wasser dient. In diesem
Fall gelingt die Reparatur einfach dadurch, daß man die Hochspannungelektrodenröhre 3 austauscht und
das Innere des Ozonisators trocknet.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems. Dieses unterscheidet
sich von dem Kühlsystem gemäß Fig. 3 dadurch, daß sowohl die zylindrische geerdete Metallelektrode 2 als
auch die Hochspannungselektrodenröhre 3 mit dem im Kreislauf geführten entsalzten Wasser gekühlt
werden. Wenn die Apparatur bei einer Kühltemperatur betrieben werden soll, welche unterhalb der normalen
Wassertemperatur liegt, so ist es bevorzugt,, dieses Kühlsystem einzusetzen, da in diesem Fall die
Kühlwendel 13 gemeinsam mit den beiden zu kühlenden Elektroden verwendet werden kann. Wenn die
Kühlung niedriger als auf 0° C erfolgen soll, so verwendet man ein flüssiges Kühlmittel aus entsalztem
Wasser und einem Glycol wie Äthylenglycol, Propylenglycol oder dergleichen. In diesem Fall ist es leicht,
den elektrischen Widerstand des Kühlmittels auf oberhalb 1 ΜΩ/cm zu halten, indem man ein Ionenaustauscherharz
im Kühlmittelkreislauf vorsieht. In
3d diesem Fall besteht nicht die Gefahr einer Entflammung.
Erfindungsgemäß wird somit ein Ozonisator geschaffen, welcher im Vergleich zu herkömmlichen
Ozonisatoren die nachstehenden Vorteile hat:
Der Ozonisator weist eine verschlossene Hoch-
Der Ozonisator weist eine verschlossene Hoch-
j: spannungselektrodenröhre auf, welche konzentrisch
zur geerdeten zylindrischen Metallelektrode angeordnet ist, und in dem Kühlmittelkreislaufsystem ist eine
Ionenaustauscherharzanlage vorgesehen, so daß die Apparatur mit entsalztem Wasser oder mit einer Mischung
aus entsalztem Wasser und einem Glycol betrieben wird. Ein solches Kühlmittel weist einen hohen
elektrischen Widerstand auf.
Es ergeben sich die folgenden Vorteile:
a) Die Entladungsdichte kann das lOfache der Entladungsdichte eines herkömmlichen Ozonisators betragen. Somit kann der Raumbedarf des erfindungsgemäßen Ozonisators im Vergleich zu einem herkömmlichen Ozonisator auf etwa V10 gesenkt werden.
a) Die Entladungsdichte kann das lOfache der Entladungsdichte eines herkömmlichen Ozonisators betragen. Somit kann der Raumbedarf des erfindungsgemäßen Ozonisators im Vergleich zu einem herkömmlichen Ozonisator auf etwa V10 gesenkt werden.
so b) Eine Hochspannungsisolierung kann leicht verwirklicht
werden und man erzielt einen stabilen kontinuierlichen Betrieb, obgleich die Hochspannungselektrodenröhre
mit einem flüssigen Kühlmittel gekühlt wird.
5i c) Das einzige dielektrische Bauteil, welches beim
Transport möglicherweise zu Bruch gehen kann, ist die Hochspannungselektrodenröhre. Die
Hochspannungselektrodenröhre kann jedoch leicht eingesetzt werden, so daß der Zusammen-
wi bau leicht nach dem Transport erfolgen kann.
Auch wenn einmal die Hochspannungselektrodenröhre zu Bruch geht, so gelingt die Reparatur
doch sehr einfach dadurch, daß man den Innenreim des Ozonisators auswäscht und trocknet
b5 und dann anstelle der zu Bruch gegangenen
Hochspannungselektrodenröhre eine neue Hochspannungselektrodenröhre einsetzt.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Aus-
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Aus-
führungsform des erfindungsgemäßen Ozonisators. Bei dieser Ausführungsform haben die Bezugszeichen
1, 2 und S bis 9 die gleiche Bedeutung wie die Bezugszeichen in Fig. 2. In diesem Fall ist jedoch eine
verschlossene Hochspannungselektrodenröhre aus Metall vorgesehen, welche an ihrer Außenfläche eine
Beschichtung mit einem dielektrischen Material 302 trägt. Am oberen Ende der Hochspannungselektrodenröhre
301 sind der Einlaß 31 und der Auslaß 32 für das flüssige Kühlmittel vorgesehen. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet das Einlaßrohr für das Kühlmittel
und das Bezugszeichen 11 bezeichnet das Auslaßrohr für das Kühlmittel. Das Bezugszeichen 33
bezeichnet ein Einlaßverbindungsrohr für das Kühlmittel und das Bezugszeichen 34 bezeichnet ein Auslaßverbindungsrohr
für das Kühlmittel.
Die Arbeitsweise dieses Ozonisators ist im wesentlichen gleich der Arbeitsweise des Ozonisators gemäß
Fig. 2. Bei dieser Ausführungsform kann die Entladungsdichte höher als 1 Watt/cm2 sein, da die Hochspannungselektrodenröhre
301 durch Hindurchleiten des flüssigen Kühlmittels durch den Innenraum derselben
gekühlt wird.
Die Fig. 6 und 7 zeigen Ausführungsformen der
Kühlsysteme für den Ozonisator gemäß Fig. 5. Der Aufbau des Kühlsystems gemäß Fig. 6 entspricht dabei
dem Aufbau des Kühlsystems gemäß Fig. 3 und der Aufbau des Kühlsystems gemäß Fig. 7 entspricht
dabei dem Aufbau des Kühlsystems gemäß Fig. 4. Die Systeme der Fig. 6 und 7 entsprechen hinsichtlich des
Aufbaues ihrer Einzelelemente den Kühlsystemen dei Fig. 3 bzw. 4 mit Ausnahme der Hochspannungselektrodenröhre.
Mit dieser Ausführungsform gemäß der Fig. 5 bis 7 können die Vorteile a) und b) der Ausführungsform
gemäß Fig. 2 bis 4 erzielt v^erden. Darüber hinaus erzielt man noch die folgenden Vorteile:
d) Auch wenn der äußere dielektrische Teil dei Hochspannungelektrodenröhre bei einem dielektrischen
Durchbruch zu Bruch gehen sollte, so kann doch Wasser nicht austreten und eine
solche Störung beeinträchtigt diie anderen Bauteile nicht, da in diesem Fall die Hochspannung
abgeschaltet wird.
e) Die Hochspannungselektrodenröhre kann leichl eingesetzt werden und der Zusammenbau kanr
einfach nach einem Transport erfolgen.
Auch wenn das Dielektrikum an der Außenseite der Hochspannungselektrodenröhre im Falle eines dielektrischen
Durchbruchs zu Bruch gehen sollte, se gelingt die Reparatur doch einfacherweise dadurch
daß man die Hochspannungselektrodenröhre aus tauscht. Wenn sich bei dieser Apparatur entweder dei
Einlaß oder der Auslaß für das Kühlmittel bis zurr Boden der Hochspannungselektrodenröhre erstreckt
und wenn man in diesem Fall den Auslaß bzw. der Einlaß für das Kühlmittel im oberen Bereich dei
Hochspannungselektrodenröhre anordnet (Fig. Ί und 5), so strömt das Kühlmittel glatt und gleichmäßig
durch die Apparatur und es bleibt nicht in der Hoch spannungselektrodenröhre stehen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Ozongenerator mit einer ein Dielektrikum und eine Metallelektrode umfassenden Hochspannungselektrodenröhre und einer konzentrisch hierzu angeordneten geerdeten und mit einem im Kreislauf geführten flüssigen Kühlmedium gekühlten Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrodenröhre (3, 301) einen Kühlmittelkreislauf aus entsalztem wäßrigem Kühlmedium aufweist, in dem ein Ionenaustauscher den elektrischen Widerstand des entsalzten wäßrigen Kühlmediums auf einem Wert oberhalb 1 ΜΩ/cm hält.
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