DE2620540A1

DE2620540A1 - Elektrisch betriebener hochspannungsozonisator

Info

Publication number: DE2620540A1
Application number: DE19762620540
Authority: DE
Inventors: John Dick Von Bargen; Khalid Umar Siddiqui
Original assignee: Source Gas Analyzers Inc
Current assignee: Source Gas Analyzers Inc
Priority date: 1975-05-09
Filing date: 1976-05-10
Publication date: 1976-11-18
Also published as: FR2310311A1; US4048668A; JPS51139589A; FR2310311B3

Description

1 BERLIN 33 «MÜNCHEN SO

Augu.te-Viktoria-StraBe 86 _n DIICr¹Uk¹CADAOTMPD PienzenaueretraBe S

Pat.-Anw. Dr. Ing. Ruschke Ur. KUoOnr\C Ol ΓAK I INCH Pat.-Anw.Dipl.-lng.

Pat.-Anw. Dipl.-lng. P ATFNTAN WA LTE ^{Han8 El Rutdlk}·

Olaf RuschkS ΓΑ I CIN IftIN VV MUIC .980324

Telefon: OSO/f^f* BERLIN - MÜNCHEN Telefon. 089Z₉₈₇₂₅₈

_ . Telegramm-Adrett·:

Tetegramm-Adreue:

Quadratur Berlin Quadratur München TELEX: 183786 TELEX: 522767

Unser Zeichen; S 1648/Ro/Heo 2620540

SOURCE GAS ANAIYZERS, IKOo, 7251 Garden Grove Boulevard, Unit "C", Garden Grove, Kalifornien / Yo St₀ A»

"Elektrisch betriebener Hochspannungsozonisator"

Die Erfindung betrifft Coronaerzeuger und insbesondere einen elektrisch betriebenen Ozonerzeuger mit einer Pestkörper-Energiezufuhr zum Schaffen eines Hochfrequenzpotentials mit hoher Spannung für den Coronaspalt einer jeden Zelle in einem Mehrzellenozonisatoro

Solche Ozonerzeuger haben viele kommerzielle und wissenschaftliche Anwendungen, von denen eine beispielsweise die Zufuhr von Ozon zu einem Luftverschmutzer-Meßinstrument der Chemolumineszenz - ifberwachungsart ist.

Die grundsätzlichen physikalischen Prinzipien zum Erhalten von Ozon durch Führen von reinem Sauerstoff oder anderer Gase, welche

Sauerstoff enthalten, durch einen Ooronaentlader, der zwischen dem Spalt zwischen zwei Elektroden gehalten wird, ist seit vielen Jahren bekannt. Dieser Stand der Technik ist beispielsweise in der US-PS 3 455 8o3 und dem dort genannten Stand der Technik erläutert. Während der Jahre wurden Anstrengungen gemacht, um diese Generatoren und die einen integrierten Teil ihrer Betriebsschaltung bildenden Energiezufuhren zu verfeinern.» Diese Anstrengungen wurden insbesondere auf erhöhten Wirkungsgrad unter Reduzierung sowohl der Betriebskosten als auch der Herstellungskosten und Erhöhung des Ausganges von Ozon pro Einheit der verbrauchten Energie gerichtet. Viele Paktoren haben dazu beigetragen, um dem Stand der Technik Wirksamkeitsgrenzen zu setzene Diese Faktoren und die durchgeführten Anstrengungen, um die Wirksamkeit zu erhöhen, sind beispielsweise in den US-PS 3 496 o92, 3 784 838 und 3 8oo 21 ο diskutiert» Die im Handel verfügbaren Ozonerzeuger bleiben indessen sperrig und unzureichend auf Grund ihrer Eis enkern-Aufwärts transformator en oder Drosselspulen in der Schaltung zum Anlegen des Hochspannungspotentials an die Ozonisatorelektroden«

Ein Gegenstand der Erfindung ist ein Ozongenerator verbesserter Wirksamkeit gegenüber dem Stand der Technik, um die pro pound erzeugtes Ozon verbrauchte elektrische Energie herabzusetzen.»

Ein besonderer Gegenstand der Erfindung ist eine solche Vorrichtung, welche die Notwendigkeit an Eisenkerntransformatoren oder

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Drosselspulen durch Verwendung eines kapazitiv gekoppelten Autotransformators der Art einer selbstgetriebenen Zündspule ausschaltet, um ein hochfrequentes Potential sehr hoher Spannung zu den Ozonisatorelektroden zu führen, welche einen parallel abgestimmten Schaltkreis mit seinem Ausgang bilden«

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Ozonerzeuger mit einer Vielzahl solcher Ozonisatorzellengruppen, von denen jede eine individuelle Hochspannungszufuhr aufweist, wobei alle parallel gegenubeijdem Ausgang einer einzigen Energieverstärkereinheit geschaltet sind und über eine einzige Strombegrenzungsimpedanz in Reihe mit allen parallel verbundenen Ausgängen gespeist werden, um somit den Energieverlust des Spannungsabfalls an dem begrenzenden Scheinwiderstand herabzusetzen·

Die vorliegende Erfindung umfaßt einen Mehrfachzellen-Ozonerzeuger, wobei jede Zelle in parallelem Strom von einer einzigen Gaseinlaßleitung gespeist wird, welche ein Sauerstoff enthaltendes Gas durch eine innere rohrförmige Hochspannungselektrode und dann in den Entladungsspalt führte Das Gas strömt durch die gesamte länge des inneren Rohres, bevor es durch Öffnungen zu dem Coronaentladungsspalt ^gelangen kann, welcher zwischen dieser Ho chspannungs elektrode und einem äußeren konzentrischen dielektrischen Zylinder geMldet ist, der eine äußere Erdschlußelektrode berührt. Dieser Strom des Einlaßgases wird dann ver wendet, um die inner® Elektrode zu kühlen, wenn ein Potential

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hoher Spannung und hoher Frequenz an dem Spalt zwischen ihr und der Außenelektrode aufgebaut wird, um eine Coronaentladung aufrechtzuerhalten» Das Gas wird dann zurück durch den Coronaentladungsspalt und in den Auslaßkanal der Leitung zum Entleeren zu einer Verbrauchseinheit geführte Dieses Potential hoher Spannung und hoher Frequenz an der Elektrode wird von einer integriert ausgeführten Festkörperenergiezufuhr gespeist, welche einen Spannungsgleichrichter und eine Verdopplerschaltung umfaßt, die dazu vorgesehen ist, um mit einer herkömmlich verfügbaren Wechselstromquelle verbunden zu werden. Der Ausgang des Gleichrichters ist über einen Begrenzungsscheinwiderstand mit dem Eingang einer oder mehrerer Festkörper-Schaltkreise verbunden, wobei ein solcher Schaltkreis jeder Gruppe von Ozonisatorzellen zugeordnet ist. Jeder der Festkörperschaltkreise wird von einer RC-Zeitschaltung und einer Triggerkomponente gesteuert, und sein Ausgang ist kapazitiv mit dem Eingang eines Autotransformators der Art einer Zündspule mit Eigenantrieb gekoppelt, wobei der Ausgang an den Elektroden der parallel angeschlossenen Ozonisatorzellen angelegt isto Der Schaltkreis setzt Energieverluste in der Energiezufuhr durch Verwendung eines einzigen Begrenzungsscheinwiderstandes herab, um den Spannungsabfall für jeden der Energiezufuhrausgangskanäle zu absorbieren und die Verwendung von Drosselspulen oder Eisenkerntransformatoren zu eliminieren. Die Wirksamkeit der Ozonisatorzelle wird dadurch verbessert, daß die Entionisie-

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rung geschaffen wird, welche gleichzeitig durch den kühlenden Strom des Einlaßgases erzielt wird, um Wärme von der inneren Hochspannungs elektrode zu führen und dadurch den Wärmebegrenzungseffekt zu verbessern, welcher in dem Stand der Technik beschrieben ist, und durch eine solche Dimensionierung, so daß eine Kapazität vorhanden ist, welche parallel den Transformatorausgang auf eine Resonanzspitzenfrequenz gleich der Schaltf requenz abstimmt <>

Diese und .andere Vorteile, Merkmale und Gegenstände ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen.
In der Zeichnung zeigen:

Figo 1 ein Schaltblockdiagramm des von der Festkörperenergiezufuhr elektrisch betriebenen Ozonisators gemäß Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise weggebrochene Schnittansicht durch eine Ozonisatorzelle des öoronaerzeugers und der leitung,

Fig. 3 eine Draufsicht in Richtung der Pfeile 3-3 nach Figo 2, wobei die Lufteinlaß- und Auslaßkanäle gezeigt sind,

Figo 4 perspektivisch und Teile weggebrochen eine Mehrfachozonisator zellen-Ooronaerzeugeranordnung ο

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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in Mg» 1 ein kombiniertes Block- und Schaltungsdiagramm des Energiezuführschaltkreises für den Mehrfachozonisatorzellen-Coronaerzeuger gezeigt.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Energie von der Wechselstromquelle 2o, die normal bei einem wirtschaftlichen Niveau von ungefähr 11o Volt effektiv liegt, einem Gleichrichter und einem Spannungsdopplerschaltkreis 1o zugeführt wird, welcher ungefähr 3>oo Volt von Spitze zu Spitze an seinen Ausgangsenden an den Kondensatoren C1 und 02 aufweist ο Der Ausgang des Gleichrichterschaltkreises 1o ist über einen Begrenzungsscheinwiderstand 11 mit den Eingangs stuf en 12a bis 12n einer Vielzahl von Ozonisatorerzeuger-Antriebsnetzwerkkanälen angeschlossen, die parallel an dem Gleichrichterschaltkreis und Begrenzungswider stand geschaltet sind, die miteinander und mit jedem der Ozonisatorzellen-Antriebsnetzwerke in Reihe geschaltet sind. Der Begrenzungsscheinwiderstand 11 kann ein reiner Widerstand sein, ist in der Praxis jedoch bevorzugt aus zwei in Reihe geschalteten 1oo Watt-Glühbirnen ausgebildet.

Jedes der Antriebsnetzwerke ist identisch. Obwohl lediglich zwei Kanäle in Figo 1 gezeigt sind, sei selbstverständlich verstanden, daß jede zweckmässige Zahl verwendet werden kann, wobei ein Kanal für jeden Mehrfächzeilenerzeuger, wie in Figo 2, 3

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und 4 bei 34 gezeigt ist, verwendet werden kann ο Wenn der Zwölfzellen-Generator, der beispielsweise gezeigt ist, allein verwendet würde, wäre es selbstverständlich, daß der Scheinwiderstand 11 direkt zwischen dem Ausgang des Gleichrichters 1o und der Eingangsstufe 12a angeschlossen wäre.

Jedes Antriebsnetzwerk umfaßt einen Zeitschaltkreis wie beispielsweise 12a bzw» 12n, eine Triggerkomponente wie 13a oder 13n, ein Festkörperschaltelement wie 14a oder 14n, ein Dämpfungs- und Klippernetzwerk wie 15a oder 15η und einen Autotransformator der Zündspulenart wie 16a oder 16n, der mit dem Schaltkreis wie durch einen Kondensator 06 kapazitiv gekoppelt istο Eine Ausgangsseite eines jeden Autotransformators ist mit einer Sammelschiene 35a verbunden, welche parallel eine Hochspannungselektrode wie 17a oder 17n der zugeordneten Ozonisatorzellen verbindet, wobei die andere Seite mit der Sammelschiene 36a verbunden ist, die parallel die Erdschlußelektroden wie 18a oder 18n anschließt _o Die Sammelschiene 36a wird ihrerseits zu einer Seite des Festkörperschaltelementes 14a zurückgeführt, welches bezüglich dem Erdboden der Zufuhr 2o bsi -15o Volt liegt.

Wenn mehr als ein Antriebsnetzwerk verwendet wird, ist jedes der Antriebsnetzwerke elektrisch von dem ersten und anderen

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Netzwerken durch den Kondensator 03 und Diode D3 gepuffert, die so angeschlossen sind, wie dies in Figo 1 gezeigt ist.

Der Gleichrichter- und Spannungsdoppler-Schaltkreis 1o umfaßt einen Eingangswiderstand R1, der mit einer Seite der Energiequelle 2o verbunden ist· Die Dioden D1 und D2 sind beide parallel, jedoch in entgegengesetzter Polarität mit dem anderen Ende des Widerstandes R1 verbunden. Ein Widerstand &2 und Kondensatoren 01 und 02 sind mit den Dioden D1 und D2 verbunden, und das andere Ausgangsende von der Energiequelle 2o ist mit der Mitte zwischen den Kondensatoren 01 und 02 verbunden. Die Ausgangsspannung ist am Widerstand R2 und den Kondensatoren 01 und 02 verfügbarο Das Begrenzungselement 11 umfaßt vorzugsweise zwei 1oo Watt-Glühbirnen, welche einen Widerstand äquivalent zum Widerstand R3 aufweisen, welcher mit der positiven Ausgangsseite des Kondensators 01 in dem Gleichrichterschaltkreis und in Reihe mit allen Antriebsnetzwerken für alle Oszillatoren geschaltet ist.

Da jedes dieser Antriebsnetzwerke identisch ist, wird nachfolgend nur das einzige Netzwerk beschrieben, das den Generator 34a antreibt, welcher Hochspannungselektroden 17a, die über die Sammelschiene 35a verbunden sind und Erdschlußelektroden 18a aufweist, die mit der Sammelschiene 36a verbunden sind« Der Gleichstromausgang aus dem Gleichrichter 1o wird von einem Pestkörperschaltelement zerhackt, das vorzugsweise ein Silizium

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gesteuerter Gleichrichter (SCR) 14a ist, welcher anschaltet, wenn immer ein Impuls an dem Tor G- angelegt wird und abschaltet, wenn die Spannung an der Elektrode A auf Null Volt abfällt» Der Silizium gesteuerte Gleichrichter wird von einer Triggerkomponente, welche die Neonlampe 13a umfassen kann und von einem Steuernetzwerk 12a gesteuert, welches einen Widerstand R4 und einen Kondensator 04 umfaßt, die in Reihe miteinander und mit dem Begrenzer 11 am Ausgang des Gleichrichters 1o geschaltet sind. Die Neonlampe 13a ist von dem Verbindungspunkt von R4 und 04 zum Tor G des Silizium gesteuerten Gleichrichters 14a geschaltet. Die TriggerkompoBente könnte ebenfalls eine Skalenscheibe seine

Wenn Energie an dem RO-Steuernetzwerk 12a angelegt wird, lädt sich der Kondensator 04 auf die Zündspannung der Neonlampe 13a, 4die annähernd 7o Volt beträgt) über den Widerstand R4 auf. Dadurch wird die Neonlampe gezündet, welche ihrerseits einen Impuls zu dem Tor des Silizium gesteuerten Gleichrichters führt und ihn in seinen leitenden Zustand schaltete Wenn der Strom durch den Begrenzungswiders tand R3 zu strömen beginnt, fällt der Spannungsausgang des Gleichrichters 1o am Begrenzer 11 ab, und die Anode des Silizium gesteuerten Gleichrichters 14a geht abwärts auf Null Volt Differenz bezüglich der Kathode Ko Hierdurch wird erlaubt, daß sich der Kondensator 04 des RC-Steuernetzwerkes entladt. Sobald der Silizium gesteuerte Gleichrichter

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durch Rückkopplung «on dem Kondensator C6 auf Grund seiner Entladung abgeschaltet wird, hört der Stromfluß durch den Begrenzer 11 auf, und die Spannung an der SCR-Anode und an dem RC-Steuerschaltkreis steigt wieder auf gleich 3oo YoIt Ausgang des Gleichrichterschaltkreises 1o.

Der Kondensator C4 beginnt sich wiederum aufzuladen, und der ganze Zyklus wird wiederholt» Die Frequenz des Zyklus kann durch Ändern des Wertes entweder des Widerstandes R4 oder des Kondensators 04 abgewandelt werden, welcher die Zeitkonstante der Schaltung in Übereinstimmung mit den bekannten Prinzipien bestimmt ο Sie Spannung zwischen der Anode A und der Kathode K des SCR 14a ändert sich kontinuierlich von fast Null Volt auf ungefähr 3oo Volt bei einer Frequenz, die τοη der Zeitkonstante des RC-Steuernetzwerkes 12a bestimmt is to Diese Wechselspannung wird über den Koppelkondensator 04 zu dem Eingang des Autotransformators T gebracht, der vorzugsweise für das Element 16a verwendet wird,, Es sei hervorgehoben, daß ein Ausbau- und Abschneidnetzwerk 15a am Schalter 14a vor dem Kondensator C6 angeschlossen ist. Das Netzwerk 15a umfaßt einen Widerstand R5 und Kondensator C5_f die an den Anschlüssen des Festkörper schalters 14a angeschlossen sind und eine Diode D4» die ähnlich an den gleichen Enden mit einer Parallelität entgegengesetzt der des Festkörperschalters 14a angeschlossen ist» R5 und C5 funktionieren, um Hoehfrequenzstörungen zu unter-

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drücken, und B4 wird verwendet, um negative Einschwingvorgänge zu eliminieren«. Der Kondensator 06 ist in Reihe angeschlossen, um den Schalterausgang mit dem Autotransformatoreingang zu koppeln, um so die Verwendung von Drosselspulen auszuschalten, die allgemein für diesen Zweck nach dem Stand der Technik verwendet werden.

Der Ausgangstransformator T ist ein Autotransformator der selbstgetriebenen Zündspulenart, welcher die Spannung des Kfechselstromausganges des Festkörper schalters 14a auf ein Niveau von 3o ooo Ms 5o ooo YoIt von Spitze zu Spitze aufbaute Diese hohe Spannung wird an die Elektroden 17a und 18a angelegt, um eine Coronaentladung zwischen diesen Elektroden zu schaffen_o Sauerstoff, der zwischen die Elektroden geleitet wird, wird in Ozon gemäß der Gleichung 30p ^ 20, überführte

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Zelle des Ozonisators 34a, in welchem diese Reaktion eintritt, ist in der Schnittansicht nach Pig. 2 gezeigt. In der perspektivischen Ansicht nach Pig. 4 ist eine Vielzahl solcher Zellen gezeigt, die angeordnet sind, um einen Ozongenerator 34a zu bilden. In Pig. 2, 3 und 4 ist erkennbar, daß Luft oder Sauerstoff, zugeführt bei einem Taupunkt von -40° Minimum, von dem Einlaßdurchgang 21 eines Gasleitungsgliedes 37 durch den Elektrodenisolator und Ablenker 22 in das hohle Innere der Hochspannungselektrode 17a

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aus nichtrostendem Stahl strömt. Bas eintreffende G-as tritt in die zylindrische Elektrode aus nichtrostendem Stahl durch einen Eingangsdurchgang 31 in dem Teil 22 ein, das nit dem Inneren der zylindrischen Elektrode 17a an einem Ende in Yerbindung steht ο An dem gegenüberliegenden Ende ist die Elektrode aus nichtrostend©]! Stahl alt ©insu Absperrglied 32 bms si.entrostendem Stahl verstopft» Ms Elektrode 17a hat vier Locher»" wie das loch 33» äas in sie aa oder nahe des iros. des Stopfen (Ab= sperrglied) 32 verschlossenen lade gebohrt ist₉ so daß der Luftsauerstoff in die Kaiser oder den Spalt 26 zwischen der Hochspannungselektrode 17a iznd einen zylindrischen G-lasdielektrikum bzw. Isolierstoff 24 wiä dsa Elektrodenisolator tind Ablenker 22 an einem Ende und llektrodeniaolator 29 an dem anderen Ende eintreten kann. 0-=Eings 27 i«id 28 aa jeden Ende gewährleisten eine Sasdiclitigkeit · Sias Aüslaßoffaimg 33 in dem Isolator 22 steht Mit asu Spalt 26 ia ¥©r-lb:mäiaig₉ um. six erlauben» daß das G-as_s w®leh@s der Ooroaasntladimg ausge= setzt worden ist₉ suriick in den Auslaßd'archgang 23 des Leitungsgliedes 37 strömen kann*

In Fig. 3 ist eine Draufsicht des Einlaßkanales 21 und der Auslaßkanäle 23 in dem Leitungsglied 37 gezeigt, wobei die Art und Weise gezeigt ist, in welcher die GasStromdurchgänge der zwölf Ozonisatorzellen nach Figo 4 parallel zwischen einem Sauerstoff einlaßanschluß 41 und einem Ozonaus laß ans chluß 43 verbunden sind- Es sei hervorgehoben, daß die zwölf Zellen physikalisch zwischen dem Isolator 22 und 29 gestützt werden, wie dies oben beschrieben ist. Der mittlere Sauerstoffeinlaßdurchgang 31 einer jeden Zelle steht über entsprechende Löcher in einer Abdichtung 44 mit den Sauerstoffeinlaßkanälen 21 in Verbindung, deren unterer mit dem Einlaßanschluß 41 in Verbindung steht ο Die beiden Einlaßkanäle 21 für die obere und untere Seihe der sechs Zellen sind je über einen Querkanal 21a verbunden, der sich unter dem unteren Auslaßkanal 23 erstreckt, der selbst in die Fläche der Leitung 37 gefräst ist. Die oberen und unteren Auslaßkanäle 23 sind ähnlich durch einen Querkanal 23a verbunden, der sich unter dem oberen Einlaßkanal 21 erstreckt» Die Auslaßkanäle 23 sind mit jedem der Auslaßdurchgänge 33 aus jeder Zelle und mit dem Auslaßanschlußstück 43 verbunden, um das von dem Generator erzeugte Ozon zu einer Verwertungsvorrichtung zu führen. Die zwölf Ozonisatorζeilen sind sowohl bezüglich des ^auerstoffeinlasses und des Ozonauslasses und bezüglich des elektrischen Ausgangs-Autotransformators 16a parallel geschaltete

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-H-

Wenn das Einlaßgas durch das hohle Innere der Hochspannungselektrode 17a strömt, kühlt es nicht nur diese Elektrode, sondern das Gas wird auch dem Elektrodenfeld ausgesetzt, um somit alle ionisierten Moleküle in dem Gas zu ent ionisieren.

Wenn das entionisierte Gas durch den Spalt 26 strömt, wird es einer Coronaentladung ausgesetzt, die durch Anlegen des hohen Potentials von 3o ooo bis 5o ooo Volt zwischen der inneren Hochspannungselektrode und der Erdschlußelektrode 18a verursacht wird. Ein Teil der Sauerstoffkomponente des Gases oder Sauerstoffgas wird in Ozon in dem Entladungsspalt entsprechend der obigen Gleichung überführt. Somit strömt eine Kombination von Sauerstoff und Ozon zurück in das Leitungsglied 37 durch die Abgabeöffnung 33 zum Auslaßkanal 23» wo sie mit dem Ozon kombiniert wird, das von den anderen elf Ozonröhren erzeugt worden ist. Die Zwölf -Röhrenein h eit, wenn sie mit Luft gespeist wird, hat eine verbesserte Wirksamkeit im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen, und die Wirksamkeit ist noch größer, wenn die Einheit mit Sauerstoff gespeist wird. Die ZwoIf-Röhreneinheit kann bis zu 1 pound (bzw. o,5 kg) Ozon pro Tag mit Luft als Speisegas und bis zu 2 i/2faeh dieser Menge erzeugen, wenn Sauerstoff als Speisegas verwendet wird.

Um den Verlust der Ozonherstellung, verursacht durch Erhitzen der inneren Ho chspannungs elektro de 17a, zu verhindern, wird die Strömung von frischer Luft und/oder Sauerstoff, genannt das

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Speisegas, von dein Einlaßkanal 21 des Leitungsteilgliedes 37 über die Eingangs öffnung 31 und längs dem Inneren der rohrförmigen Elektrode 17a geführt, "bevor es durch die Löcher 33 zu dem Spalt 26 gelangen kann, um der öoronaentladung auf dem Rückweg durch den Spalt und aus dem Auslaßdurchgang 33 der Leitung ausgesetzt Ka werden. Dieses Strömungsmuster wird verwendet, so daß das eingehende Gras entionisiert werden kann und die innere Elektrode kühlen kann, um den Wärmebegrenzungs effekt auf die Ozonerzeugung su reduzieren« Die äußeren oder Masseelektroden werden von einem kleinen Gebläse gekühlt, das im Boden eines Gestelles oder Gehäuses angeordnet ist, auf welchem der Ozonerzeuger selbst getragen werden kann· Wenn der Betrieb der Vorrichtung wie beispielsweise durch einen zufälligen Kurzschluß der Elektroden unterbrochen wird, wird die Oszillation des Schaltkreises 14-a - 12a unterbrochen ₉ und die Vorrichtung kann nur dann wieder gestartet werden, wenn zunächst die Energie abgeschaltet wird. Der Schaltkreis gewährleistet somit ein ausfallsicheres Sicherheitsmerkmal·

In der besonderen, in Pig. 2 gezeigten Ozonisatorzelle werden «in kleiner Spalt 26 und eine dünne Isolierzwischenlage 24 verwendet, und die Zelle ist so ausgebildet, daß sie bei Drücken von O bis .15 peig arbeitet. Insbesondere beträgt der Außendureh- aeeier der Isolier zwischenlage 15»1 mm, und ihr Innendurchmesser beträgt 12,6 mm„ Der Außendurohmeseer der Hochspannungselektrode

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17a aus nichtrostendem Stahl beträgt 9»5 mm mit einer Wanddicke von Minimum 1,65 mm» so daß eine Spalfbreite von 2,8 mm gelassen wird. Die Elektrode 17a besteht aus der nichtrostenden Legierung 316 und hat eine Länge von 23 mm betreffend des Coronaspaltes. Die Erdschlußelektrode 18a ist aus einer nichtrostenden Stahlfolie mit einem selbstklebenden Belag zwecks Anhaftens an der Zwischenisolierung 24 hergestellt, verstärkt durch ein Band 46ο Die Isolatoren 29 und 22 und das Leitungsgehäuse 27 bestehen aus Teflon. Ein Leitungsabsperrglied 25 sitzt in gutem elektrischem Kontakt mit dem Stopfen 32 in einer Ausnehmung und verbindet die Hochspannungselektrode 17a mit einer Hochspannungsschiene 35a, die alle Hochspannungselektroden der zwölf Zellen parallel mit dem Ausgang des Autotransformators 16a verbindet. Federklemmartige Gurte 36a verbinden ähnlich alle Erdsehlußelektroden 18a parallel mit dem Außenende des Autotransformator-Ausganges <,

Die parallel angeschlossenen Kapazitäten der Ozonzellen des Generators sind somit angeschlossen, um einen parallel abgestimmten Schaltkreis mit der Ausgangsspule des Autotransformators 16a zu bildeno Die optimale Schaltgeschwindigkeit für den Schalter 14, eingestellt von der Zeitschaltung 12a, ist so, daß sie gleich der Resonanzfrequenz dieses parallel abgestimmten Ausgangsschaltkreises ist. Weiterhin ist der Koppelkondensator 06 vorzugsweise als Serienresonanz mit der Eingangsspule des Autotransformators 16a bei dieser gleichen Frequenz gewählto Die dem

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Ausgangsschaltkreis parallele Frequenz ist selbstverständlich von dem "besonderen verwendeten Autotransformator und von den Abmessungen und somit von der Kapazität der Ozonzellenspalte bestimmt. Die Ausgangsspannung und somit die Wirksamkeit sind bei dieser Resonanzfrequenz maximal, und der Ozonausgang ist seinerseits proportional zu dem Quadrat der Spannung an dem Spalt»

Es sei selbstverständlich verstanden, daß die Spaltabmessungen und andere oben wiedergegebene Details in Übereinstimmung mit den Anwendungserfordernissen variiert werden kann, beispielsweise unter Verwendung eines Rohres mit größerem Außendurchmesser mit der gleichen Wanddicke. Auch erzeugt ein Variieren der inneren Elektrode bezüglich Größe und Legierung vergleichbare Ergebnisse.» Auch können die Isolatoren und die Leitung aus einem anderen Isolationsmaterial hergestellt werden· Weiterhin können besondere Ozonisatoren, die in ihrer Ausbildung von denjenigen nach Fig. 2, 3 und 4 unterschiedlich sind, welche für ihre besondere Anwendung geschaffen sind, selbstverständlich mit der Energiezufuhr verwendet werden, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, unter zweckmässiger Auswahl der !Component enw er te ο In dem bevorzugten Beispiel nach Figo 2 war die Resonanzausgangsfrequenz 35o Hz, und die zugeordnete Energiezufuhr hatte Komponenten mit spezifischen Werten, die in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben sind.

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Tabelle 1:Komponentenwerte in fig» 1

R1 = 4» 7 Ohm, 1OW D1 = 3 Amp», 4007 Gleichabgesicherter Widerstand richter

R2 = 330 Kohm 1/2 W D2 - 3 Amp., 4OO Y Gleichrichter

R3 = 2 χ 600 0hm/50W oder D3 - 3 Amp., 4OO V Gleich-

2 χ 100W Lampen richter

R4 - 100 Kohm/i00W D4 - 1 Amp., 1000V Gleichrichter

R5 - 1K, 1/2W SCR 14a » Ci22D

C1 = 1OOmfd/25OV Neon 13a » NE83

C2 = 100mfd/250V Transformator T = jede selbst-C3 β 1OOmfd/25OV getriebene Zündspule,

04 =« .0068mfd/iKV (z.B.Blue Streak UO 12X)

05 = o01mfd/iKV

06 = 1mfd/400T Gleichrichter

Es sei hervorgehoben, daß die genannten Schaltkreiskomponentenwerte und Ozonisatorzellenabmessungen und Materialien lediglich beispielsweise wiedergegeben sind, als sie die Prinzipien in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigen, bei welchem experimentell gefunden wurde, daß es ungewöhnlich wirksame Betriebsergebnisse ergibt, als mit ihm Ozon mit verbesserter Wirksamkeit erzeugt werden, doh. große Mengen von Ozon werdten »it

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einem Minimum an Energieverbrauch erzeugt. Der Energieverbrauch kann so gering wie 3»6 Eilowatt pro erzeugtem pound Ozon sein<> Der mit Sauerstoff gespeiste Ozonisator erzeugt selbst mehr Ozon bei gleichem Energieverbrauch bis zu dem 2 i/2fachen. Entsprechend große Virteile in der Wirksamkeit können auch mit anderen spezifisch unterschiedlichen Ozonisatorausbildungen erzielt werden, bei denen die zweckmässigen Schaltkreisausbildungen verwendet werden, welche genannt sind, um die Energieübertragungsund Bnergiezufuhrerfordernisse der kapazitiven Belastung anzupassen, die von der besonderen verwendeten Ozonisatorzelle bestimmt ist.

ORIGINAL IHSPECTED

Ansprüche

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Claims

-2ο-

Ansprüche

1«. Verfahren zum Erzeugen von Ozon, dadurch gekennzeichnet, daß eine Coronaentladung an einem Spalt zwischen in Abstand voneinander angeordneten Elektroden aufgebaut wird, daß ein Sauerstoff enthaltendes Gas in Wärmeaustausch und in elektrischem Entionisierungsfeld bezüglich einer der Elektroden strömt, und daß dann dieses Gas durch die Coronaentladung in diesem Spalt strömte

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Coronaentladungen aufgebaut wird, daß ein einziger Strom von Sauerstoff enthaltendem Gas zugeführt und geteilt wird, so daß ein Teil xLurch jede der Vielzahl der Coronaentladungen strömt, wobei diese Teile anschließend wieder kombiniert werden, um einen einzigen Strom von Ozon enthaltendem Gas zu bilden.

3ο Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Energie, um die Vielzahl von Coronaentladungen aufrechtzuerhalten, in paralleler elektrischer Schaltkreisbeziehung zugeführt wird.

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4· Torrichtung zur Verwendung in einer Energiezufuhr für eine Ooronaentladungsvorrichtung, mit einem Spalt zwischen einem Paar von in Abstand voneinander angeordneten Elektroden, an welchen eine Coronaentladung aufrechterhalten wird und durch welche ein Gas strömt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Autotransformator der Art einer selbstbetriebenen Zündspule vorgesehen ist, dessen Ausgangsspule angeschlossen ist, um einen parallel abgestimmten Schaltkreis mit der Kapazität der Elektroden zu schaffen, und daß eine Einrichtung zum kapazitiven Koppeln elektrischer Energie mit der Eingangsspule des Autotransformators bei einer Frequenz vorgesehen ist, die gleich der Resonanzfrequenz des parallel abgestimmten Schaltkreises ist.

5· Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitive Kopplungseinrichtung eine Kapazität aufweist, welche mit der Eingangsinduktivität des Autotransformators einen in Reihe geschalteten Schaltkreis bildet, welcher eine Resonanzfrequenz gleich der Resonanzfrequenz des parallel abgestimmten Schaltkreises aufweist, der mit der Ausgangsinduktivität des Autotransformators ausgebildet isto

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Autotransformators eine Spannungsgröße von wenigstens 3o ooo Volt von Spitze zu Spitze aufweist.

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7· Torrichtung zur Verwendung in einem Ozonerzeuger mit einem Spalt zwischen einem Paar von in Abstand voneinander angeordneten Elektroden, an welchem eine Coronaentladung aufrechterhalten wird und durch welchen ein Sauerstoff enthaltendes Gas strömt, um Ozon zu erzeugen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Strömen dieses Sauerstoff enthaltenden Gases in Wärmeaustauschbeziehung und in elektrischer Entionisierungsfeld-Beziehung mit einer der Elektroden, bevor dieses Gas durch den Spalt strömt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, mit einer Vielzahl von Spalten zwischen einer Vielzahl von Elektrodenpaaren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Unterteilen eines einzigen Einlaßstromes eines Sauerstoff enthaltenden Gases in eine Vielzahl von Strömen vorgesehen ist, daß eine Einrichtung zum Strömen eines jeden der Vielzahl von Strömen in Wärmeaustauschbeziehung und in elektrischer Entionisierungsf eld-Beziehung mit einer Elektrode eines unterschiedlichen einer Vielzahl von Elektrodenpaaren, bevor dieses Gas durch den zugeordneten Spalt strömt, ttad daß eine Einrichtung zum Wiedervereinigen der Vielzahl von Gasströmen in einen einzigen Auslaß strom von Ozon enthaltendem Gas vorgesehen ist, nachdem die Vielzahl von Strömungen durch die Vielzahl von Spalten geströmt is to

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9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator ein Hochspannungsozonisator ist, der von einer Festkörper-Hochspaiinungsenergiezufuhr betrieben wird, daß ein Coronagenerator wenigstens eine Ozonisatorzelle einschließlich einer Hochspannungselektrode, einer Erdschlußelektrode, die im Abstand von der Hoehspannungselektrode angeordnet ist, und einer Schicht aus dielektrischem Material zwischen diesen Elektroden umfaßt, daß diese Schicht in Kontakt mit einer der Elektroden einen, vorbestimmten Spaltabstand von der anderen Elektrode aufweist, daß diese Zelle für einen normalen Betriebsspannungsbereich von 3o ooo bis 5o ooo Volt an dem Spalt hergestellt ist, daß eine Einrichtung zum Strömen eines Sauerstoff enthaltenden Gases durch diesen Spalt zwischen den ±n Abstand voneinander angeordneten Elektroden vorgesehen ist, daß eine Energie zuführeinrichtung zum Aufbauen einer Potentialdifferenz in dem Bereich von 3o ooo bis 5o ooo Volt zwischen diesen Elektroden angeordnet ist, um dazwischen eine Ooronaentladung aufzubauen, um einen Teil des Sauerstoffes in Ozon zu überführen, daß diese Energiezuführeinrichtung eine Gleichrichterschalteinrichtung zum Gleichrichten von Strom aus einer Wechsel-Stromquelle, eine Festkörperschaltkreiseinrichtung zum "Unterbrechen des gleichgerichteten Stromes bei einer vorbestimmten Frequenz, eine begrenzende Scheinwiderstandseinrichtung zum Verbinden des Gleichrichterausganges mit der Festkörpersehaltkreis einrichtung, eine Zeitschaltungseinrichtung und eine Trig-

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gerkomponenteneinrichtung zum Steuern der Betriebsfrequenz der Festkörperschaltkreiseinrichtung und einen Autotransformator der Art einer selbst betriebenen Zündspule umfaßt, dessen Eingangswicklung durch einen Koppelkondensator mit der Festkörperschalteinrichtung verbunden ist und dessen Ausgang an den Elektroden der Ozonisatorzelle angeschlossen ist, um dazwischen die Potentialdifferenz zu schaffen, wobei die Kapazität der Zelle einen parallel abgestimmten Schaltkreis mit der Ausgangsinduktivität des Autotransformators bildet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörperschalteinrichtung bei einer Frequenz gleich der Resonanzfrequenz des parallel abgestimmten Schaltkreises betrieben wird, welcher von der Kapazität der Ozonisatorzellenelektroden und der Ausgangsinduktivität des Autotransformators gebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppelkondensator einen Wert so aufweist, daß er mit der Induktivität der Eingangswicklung des Autotransformators einen in Reihe abgestimmten Schaltkreis bildet, welcher die gleiche Resonanzfrequenz wie der parallel abgestimmte Ausgangsschaltkreis aufweist.

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12., Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz und die Frequenz, bei welcher die Schaltkreis einrichtung "betätigt ist, beide 35o Hertz sind und daß der Spalt in dem Ozonisator eine Breite von o,254 mm aufweist.

13· Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Goronaerzeuger eine Vielzahl von Ozonisatorzellen umfaßt, die am Ausgang des Autotransformators parallel angeschlossen sind.

14ο Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ozongenerator eine Vielzahl der Mehrfachzellen-Coronaerzeuger umfaßt, wobei jeder Goronaerzeuger gleich den anderen ist und jedem der Goronaerzeuger ein Autotransformator der selbst betriebenen Zündspulenart, eine Festkörperschalteinrichtung, eine Zeitschaltungseinrichtung und eine Triggerkomponente zugeordnet ist, welche die Festkörperschalteinrichtung wie in der Vorrichtung nach Anspruch 9 steuert, wobei weiterhin eine einzige Gleichrichterschaltkreiseinrichtung zum Gleichrichten von Strom aus einer Wechselstromquelle vorgesehen ist und eine einzige Strombegrenzungsimpedanz in Reihe zwischen dem Ausgang der Gleichrichterschaltkreis einrichtung und den parallel geschalteten Eingängen an alle der Festkörperschaltkreiseinrichtungen geschaltet ist.

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15o Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die "begrenzende Scheinwiderstandseinrichtung zwei in. Reihe geschaltete Glühbirnen umfaßto

16o Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der Ozonisatorzelle konzentrische rohrförmige Elektroden sind und daß die Vorrichtung weiterhin eine Einrichtung zum Verbinden eines Endes des Inneren der rohrförmigen inneren Elektrode mit dem Spalt, der zwischen den Elektroden gebildet ist, und eine Einrichtung zum Zuführen von Sauerstoff zu dem anderen Ende des Inneren der rohrförmigen inneren Elektrode umfaßt, so daß der Sauerstoff in Wärmeaustausch- und elektrischer Entionisierungsfeldbeziehung damit strömt, bevor er durch die Verbindungseinrichtung in den Spalt strömt, und daß eine Einrichtung zum Ablassen von Ozon und Sauerstoff aus dem Ende des Spaltes neben dem anderen Ende der inneren Elektrode vorgesehen ist, welcher Sauerstoff zugeführt ist, nachdem der Sauerstoff durch das Innere der inneren Elektrode und zurück durch die Coronaentladung in den Spalt geströmt ist.

17· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Ozonisatorzellen vorgesehen ist, daß eine Einrichtung zum Zuführen von Sauerstoff zu allen Zellen in parallelem Gasstrom angeordnet ist, und daß eine Einrichtung zum Ablassen von Ozon aus allen Zellen in einem parallelen Gasstrom angeordnet ist·

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