DE7807214U1 - Einrichtung zur ozonerzeugung - Google Patents
Einrichtung zur ozonerzeugungInfo
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Description
BBC Baden ·· :"": i'V." '·-■-.". 2O/?8
-H-
Einrichtung zur Ozonerzeugung
Ozon wird als starkes Oxydationsmittel auf vielen Gebieten mit zunehmendem Bedarf eingesetzt: Trinkwasserbehandlung,
Abwasserreinigung, Luftverbesserung, Medizin, Chemie, Lebensn ttelindustrie.
Die heute technisch eingesetzten Ozonisatoren arbeiten durchwegs mit dem I857 von W. von Siemens entwickelten Wechselstrom-Entladungsrohr
mit Dielektrikum. Diese Technologie ist inzwischen intensiv weiterentwickelt worden und hat einen
hohen Optimierungsstand erreicht. Die heutigen Ozonisatoren
werden meist mit (sinusförmigem) 50 Hz-Wechselstrom betrieben.
In neuerer Zeit werden zur Verbesserung der Ozonausbeute Wechselspannungen höherer Frequenz und verschiedener
Wellenformen verwendet (vgl. z.B. US-PS 4,016,ΟβΟ oder
DE-OS 26 10 809).
Die Erzeugung von Ozon mittels Gleichstromentladungen (Koronaentladung)
ist aus Laborversuchen bekannt. P. Imris gibt in der deutschen Offenlegungsschrift 25 39 715 einen Ozongenerator,
der mit der Gleichstromkoronaentladung arbeitet, an, der auch für industrielle Anwendungen bestimmt ist.
Bei diesem bekannten Ozonerzeuger wird die normale Koronaentladungszone
durch sogenannte bipolare Elektroden unterbrochen, die zwischen einer auf Erdpotential und einer auf
Hochspannungspotential liegenden Elektrode angeordnet sind, und elektrisch zu- und ableitungsfrei sind.
Nach den Aussagen der Offenlegungsschrift wird durch die Zwischenschaltung der bipolaren Elektrode der Bereich der
BBC Baden ·; ;"· .".'··'. ·":.■·. 20/78
Korona, in dem die Ozonbiläung im wesentlichen erfolgt, verlängert
<,
Ausgehend von diesem bekannten Ozonerzeuger liegt der im
Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Ozonerzeugung zu schaffen, die eine
optimale Ozonausbeute ermöglicht und technisch und wirtschaftlich einfach herstellbar ist.
Der Erfindung liegen dabei folgende physikalische Ueberlegungen zugrunde: Zur Erzeugung des Ozonmoleküls (0,) muss
zunächst das relativ stabile Sauerstoffmolekül (0_) gespalten
werden. Dies erfolgt in der heissen Entladung durch Elektronenstoss. Das aus 0? und 0 gebildete Ozonmolekül zerfällt
sehr schnell bei erhöhter Temperatur und kann deshalb nur ausserhalb der Entladung existieren. Durch die erfindungsgemässe
Anordnung und Ausbildung der Elektroden bzw. der Trennwand wird erreicht, dass infolge der sich in unmittelbarer
Umgebung der Entladung einstellenden Gasströmungen eine vergleichsweise dünne Grenzschicht zwischen
Lichtbogen und umgebendem Gas einstellt. Dies wiederum hat zur Folge, dass das gebildete Ozon sehr rasch abgekühlt
wird.
In den Ansprüchen 2 und 3 sind zwei grundsätzliche Ausführungsformen
des Erfindungsgegenstandes gekennzeichnet. Während im Anspruch 2 eine mit Durchbrüchen versehene Trennwand
aus Isoliermaterial zur Beeinflussung der Gasströmung an den Entladungen dient, ist in der Ausführungsform nach Anspruch
3 eine der Elektroden Trennwand und Gasführungsmittel zugleich.
Die in den Ansprüchen M bis S gekennzeichneten Weiterbildüngen
des Gegenstandes des Anspruchs 3 unterscheiden sich im wesentlichen in der Ausbildung der den Entladungs- bzw.
Reaktionsraum begrenzenden Elektroden und der Anordnung der Durchbrüche. Nach Anspruch U bildet der zwischen den beiden
Elektroden liegende Raum den Entladungs- bzw. Reaktionsraum. Der zwischen der anderen Gehäusewandung und der mit Vorsprün
gon versehenen Elektrode verbleibende Raum ist Gaszufuhr
oder Gasabfuhrraum, je nachdem, ob in diesen das zu behandelnde sauerstoffhaltig Gas eingeleitet, oder das behandelte, nunmehr mit Ozon angereicherte Gas abgeführt wird.
Entsprechendes gilt für die Weiterbildung der Erfindung ge
mäss Anspruch 5 für den Raum zwischen Gehäusewandung und der
mit Durchbrochen versehenen Elektrode.
In der Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes gemäss Anspruch 6 sind beide Elektroden von den Gehäusewandungen beabstandet und über die Durchbräche in den Elektroden mit
dem Reaktions- bzw. Entladungsraum verbunden. Jeweils einer der Räume dient als Gaszufuhr- der andere als Gasabfuhrraum
und umgekehrt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn entsprechend der Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes beide Elektroden auf den
einander zugewandten Flächen mit Vorsprüngen, die vorzugsweise mindestens eine Kante und/oder eine Spitze aufweisen,
versehen sind, da auf diese Weise geeignete Feldinhomogenitäten zur Stabilisierung der Entladung im Entladungs- bzw.
Reaktionsraum erzeugt werden können.
die Vorsprünge den Durchbrüchen in der bzw. den Elektroden
unmittelbar benachbart; vorzugsweise umranden die Vorsprünge die Durchbrüche und umgekehrt. Dies ermöglicht eine sehr
direkte An- bzw. Abströmung der sich zwischen den Elektro
den ausbildenden Koronaentladungen, was sich wiederum auf
die erzielbare Ozonausbeute vorteilhaft auswirkt.
BBC Baden
- 7
Bei der in Anspruch 10 gekennzeichneten Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist mindestens eine der Elektroden
mit Vorsprüngen versehen, die sich im Bereich der Durchbrüche in der zwischen den Elektroden angeordneten Trennwand
aus Isoliermaterial befinden und welche Vorsprünge durch diese Durchbrüche hindurchreichen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine erste Aus führung s form der Ei-findung in stark
schematisierter Darstellungsweise,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung,
Fig. i» eine vierte Ausführungsform der Erfindung, die
als Kombination der Elektrodenanordnungen nach den Figuren 2 und 3 anzusehen ist,
Fig. 5 die Kaskadenschaltung zweier Ozonerzeuger nach Fig. 1,
Fig. 6 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines Ozonerzeugers, der auf dem in Fig. 1^ veranschaulichten
Konstruktionsprinzip basiert.
In Fipr. 1 liegt zwischen zwei sich annähernd parallel zueinander erstreckenden Elektroden H1 und H2 ein Entladungs
bzw. Reaktionsraum E. Die beiden Elektroden H1 und H3 bilden
gleichzeitig zwei sich gegenüberliegende Wandungen W1
bzw. W2 eines Gehäuses W (Fig. Ic). Die untere Elektrode H
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ist mit Vorsprüngen V„, versehen. Zwischen den Elektroden ti
ist eine Trennwand T aus Isoliermaterial (z.B. Keramik) an- Ij geordnet. Im Bereich der Vorsprünge Vu. der Elektrode H1 s
nX 1
weist die Trennward T Durchbrüche Dn, auf. Die Vorsprünge VU1
ι nl
reichen durch diese Durchbrüche in der Trennwand hindurch.
Der Abstand zwischen Trennwand T und Elektrode H1 sollte
grundsätzlich nicht grosser sein als die Höhe der Vorspränge
V„n der Elektrode H,. ft
Der Abstand zwischen Trennwand T und Elektrode H1 sollte
grundsätzlich nicht grosser sein als die Höhe der Vorspränge
V„n der Elektrode H,. ft
ΠΙ X ;>-
Im linken, mit a bezeichneten Teil der Figur dient der Raum |
zwischen Trennwand T und Elektrode H1 als Gaszufuhrraum GZ, f
der Raum zwischen der Trennwand T und der anderen Elektrode §
H_ als Gasabfuhrraum GA, Im rechten, mit b bezeichneten Teil I
der Fig. 1 sind Gaszufuhr- und Gasabfuhrraum miteinander ver- g
tauscht. Aus Gründen der Einfachheit ist in der schemati- fi
sehen Schnittdarstellung nach Fig. Ic lediglich die Variante \
nach Fig. la dargestellt.
Die Elektroden H1 und H_ sind an eine (nicht weiter dargestellte)
Hochspannungsquelle angeschlossen. Beim Anlegen ] der Hochspannung und Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas oder ;
auch reinem Sauerstoff in den Gaszufuhrraum GZ bilden sich
im Bereich zwischen den Vorsprüngen V„n der einen Elektrode -;
Hl
H1 und der anderen Elektrode H_, die selbstverständlich auch
mit Vorsprüngen versehen sein kann, Koronaentladungen aus,
die eine Anreicherung des sauerstoffhaltiges Gases bzw. des
Sauerstoffs im Entladungs- bzw. Reaktionsraum E mit Ozon
mit Vorsprüngen versehen sein kann, Koronaentladungen aus,
die eine Anreicherung des sauerstoffhaltiges Gases bzw. des
Sauerstoffs im Entladungs- bzw. Reaktionsraum E mit Ozon
bewirken. Das mit Ozon angereicherte Gas kann dem Entladungsbzw. Reaktionsraum direkt entnommen werden.
In Fig. 2 ist ein Entladungs- bzw. Reaktionsraum E durch
zwei sich annähernd parallel zueinander erstreckende Elektroden H. und Hp gebildet. Die obere Elektrode H2 bildet
gleichzeitig eine Wandung W2 des Ozonerzeugers. Die andere
Elektrode H1 ist von der anderen Wandung W des Ozonerzeugers beabstand^t. .Οςτ! pwjiqcKe.A '4eJ?;,Elektrode H. und der
zwei sich annähernd parallel zueinander erstreckende Elektroden H. und Hp gebildet. Die obere Elektrode H2 bildet
gleichzeitig eine Wandung W2 des Ozonerzeugers. Die andere
Elektrode H1 ist von der anderen Wandung W des Ozonerzeugers beabstand^t. .Οςτ! pwjiqcKe.A '4eJ?;,Elektrode H. und der
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Wandung W befindliche Raum bildet den Gaszufuhrraum GZ, für
den Fall, dass in diesen Raum das su behandelnde säuerstoffhaltige
Gas eingeleitet wird (linke Hälfte der Fig. 2) oder
den Gasabfuhrraum GA, für den Fall, dass aus diesem Raum das mit Ozon angereicherte Gas aus dem Ozonerzeuger abgeführt
wird (rechte Hälfte der Fig. 2). Die entsprechenden Gasströmungsrichtungen sind durch Pfeile symbolisiert. Die
Elektrode H weist auf der der anderen Elektrode Hp zugewandten
Seite Vorsprünge V„, , z.B. Spitzen, auf. In unmittelbarer
Nachbarschaft der Vorsprünge ist die Elektrode H. mit Durchbrüchen D^1 versehen, die eine Verbindung zwisehen
dem Entladangs- bzw. Reaktionsraum E und dem Gaszufuhrraum
GZ bzw. dem Gasabfuhrraum GA herstellen. Die Elektrode H0 ist auf der der Elektrode H, zugewandten Seite
ebenfalls mit Vorsprüngen V„o versehen, die als Spitzen
ausgebildet sind und den Vorsprüngen Vfll auf der Elektrode
ΗΊ etwa gegenüberliegen. Die Elektroden H1 und H. sind an
eine nicht weiter dargestellte Hochspannungsquelle angeschlossen. Beim Anlegen einer Hochspannung zwischen den
Elektroden bilden sich im Bereich zwischen den sich gegenüberliegenden Spitzen Koronaentladungen aus, die eine Anreicherung
des sauerstoffhaltigen Gases im Entladungs- bzw. Reaktionsraum E mit Ozon bewirken.
In der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die eine Gehäusewandung
W, als eine mit Vorsprangen V„. versehene Elektrode
H, ausgebildet. Die Gegenelektrode Hp weist den Vor-Sprüngen
VH1 gegenüberliegende Durchbrüche D„p auf, die zudem
mit die Durchbrüche umrandende Vorsprüngen V„. versehen
ist. Zwischen der Gegenelektrode Hp und der anderen Gehäusewandung
W_ liegt der Gasabfuhrraum GA (linke Hälfte der
Fig. 3) oder der Gaszufuhrraum GZ (rechte Hälfte der Fig. 3). Die Elektroden H1 und H2 sind mit einer nicht weiter dargestellten
Hochspannungsquelle verbunden.
.: 20/78
BBC Baden : : : : : .·
- ίο -
Die Ausführungsform nach Fig. 4 stellt quasi eine Kombination
der Anordnungen nach den Figuren 2 und 3 dar. Beide Elektroden H1 und H2 sind miteinander gegenüberliegenden
Vorsprüngen VR1 bzw. VR2 und Durchbrüchen DH1 bzw. DH2 ver-
sehen. Beide Elektroden sind von den Gehäusewandungen W1
und W2 beabstandet. Die so entstehenden Räume GZ und GA
dienen der Gaszu- bzw. Gasabfuhr. Analog zu den Ausführungen nach Fig. 1 bis 3 kann das zu behandelnde sauerstoffhaltige
Gas einem der beiden Räume zugeführt und aus dem anderen abgeführt werden, was in den beiden Hälften der
Fig. U verdeutlicht ist.
In Fig. 5 ist eine Kaskadenschaltung zweier Ozonerzeuger gemäss Fig. H schematisch dargestellt, wobei gleiche Teile
mit denselben Bezugszeichen, die Zugehörigkeit von Elementen zur zweiten Kaskade <*urch den Index "·" kenntlich gemacht
wurde. Das bergius mit Ozon angereicherte sauerstoffhaltige
Gas, das den Entladungs- bzw. Reaktionsraum E durch die Durchbrüche DR2 verlässt gelangt durch die Durchbrüche D31*
in den Entladungs- bzw. Reaktionsraum E* der zweiten Kaskade und verlässt diesen über die Durchbrüche DR2* in der Elektrode
H2* zum Gasabfuhrraum GA*. Aus wirtschaftlichen Gründen
kann es zweckmässig sein, die Elektroden H3 und H1* zu
einer einzigen Elektrode zusammenzufassen.
In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines Ozonerzeugers in Schnittdarstellung veranschaulicht, der auf dem Prinzip der
Ausführungsform nach Fig.4 basiert. Das Gehäuse des Ozonerzeugers
besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Mittelteil Z mit daran angesetzten kegelförmigen Bodenteil B
und Oberteil O mit einem Gaszufuhrstutzen Sß bzw. einem Gasabfuhrstutzen
SQ. Das zu behandelnde Gas wird mittels einer
Pumpe P zugeführt. Im zylindrischen Teil Z sind zwei Elektroden H1 und H2 angeordnet. Die als Kreisscheiben ausgebildeten
Elektroden H1 und H2 sind im Durchmesser kleiner als die
lichte Weite des..zylindrischen Teils und mittels geeigneter
- 11 -
Distanzelemente D, z.B. Kreisringscheiben aus Isoliermaterial,
gehalten. Beide Elektroden.sind mit einer Hochspannungsquelle
G elektrisch verbunden. Die Hochspannungsquelle liefert eine Gleichspannung von typisch 10 kV. Zur Spannungs·
Versorgung der Elektroden sind jedoch auch niederfrequente Wechselspannungen mit einem Effektiwrert in der gleichen
Grössenordnung geeignet, fernerhin Speisegeräte mit >usgangsspannungen
definierter Impulsform, z.B. solche aus der US-PS 4.016.060 oder der DE-OS 26 10 809, dort z.B. gemäss
Fig. 3· Das Gehäuse des Ozonerzeugers ist zumindest im zylindrischen
Teil Z aus Isoliermaterial, die Elektroden H. und H2 bestehen aus rostfreiem Stahl. Bei einem Ganzmetallgehäuse
ist zumindest eine der Elektroden elektrisch vorn Gehäuse zu isolieren und über eine Hochspannungsdurchführung
mit der Hochspannungsquelle G zu verbinden. Die erforderlichen Durchbrüche und VorsprtTnge sind r^gelmässig
über die gesamte Elektrodenoberfläche verteilt und können in einfacher Weise in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt
werden, etwa entsprechend der Technik, wie sie zur Herstellung von Reibeisen (= Küchengerät zum Reiben von
Kartoffeln, Gemüse etc.) üblich ist.
Bei der angegebenen Spannung von ca. 10 kV beträgt der wirksame Elektrodenabstand über der gesamten Fläche etwa 6 mm.
Gegenüber bekannten Ozonerzeugern, die mit Koronaentladung arbeiten, weist der vorgeschlagene einen wesentlich einfacheren
und wirtschaftlicheren Aufbau bei vergleichbarer Ozonausbeute auf. Er liefert bei Betriebsdrücken oberhalb
0,5 bar bereits befriedigende Ergebnisse.
BBC Baden .: .··. .. 20/78
Bezugsseichenliste
B = Gehäuseboden D = Distanzelemente
0Hl' 0Hl*'
n n * = Durchbrüche in den Elektro-
H2» UH2 den Ηχ, H1*, H2, H2*
E, E* = Entladungs- bzw. Reaktionsräume
G = Hochspannungsquelle
GA, GA* = Gasabfuhrräume
GZ, GZ* = Gaszufuhrräume
* 1» H2, |
= | Elektroden |
O | r | Gehäuseoberteil |
P | = | Pumpe |
sB | = | Gaszufuhrstutzen |
so | V * VH1 VH2* |
Gasabfuhrstutzen |
VH1» VH2» |
= Vorsprünge an | |
W | Gehäuse | |
W2 = gegenüberliegende Gehäusewände
= zylindrischer Mittelteil des Gehäuses
Claims (10)
1. Einrichtung zur Ozonerzeugtng, in der ein sauerstoffhaltiges
Gas in einem Gehäuse zwischen Elektroden, zwischen denen eine Hochspannung anlegbar ist, hindurchleitbar
ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (W) durch eine Trennwand (T) in mindestens einen Entladungsbzw. Reaktionsraum.(E) und mindestens einen Gaszufuhrbzw.
Gasabfubrraum (GZ; GA) getrennt ist, welche Räume über eine Mehrzahl von in der genannten Trennwand (T)
vorgesehene Durchbrüche (DT; DH1; DH2) miteinander verbunden
sind, und dass Mittel (P) zum Hindurchleiten des sauerstoffhaltigen Gases durch den Entladungs- bzw. Reaktionsraum
(E; vorgesehen sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zwischen den Elektroden (H1, H0) mit
Durchbrüchen (D ) versehene und aus Isoliermaterial bestehende Trennwand (T) vorgesehen ist (Fig. la bis Ic).
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse durch eine der Elektroden (H1J H3) in die genannten
Räume getrennt ist, welche über eine Mehrzahl von in einer Elektrode vorgesehene Durchbrüche (DH1J
D110) miteinander verbunden sind.
H2
H2
4. Einrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass
die mit Durchbrüchen (Ε>Η1) versehene Elektrode (H1) mit
Vorsprüngen (V"H,) versehen ist, und dass die in den Vor-Sprüngen
(VH1) zugewandte Wandung (W3) des Gehäuses als
Gegenelektrode ausgebildet ist (Fig. 2a bis 2c).
■' ■"■ ■"· "*: "■: .-·. 20/78
BBC Baden ." : : . : : ·. , .· ■ ·
5. Einrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass
eine Wandung des Gehäuses als eine mit Vorsprüngen (V„,)
versehene Elektrode (H-) ausgebildet ist, und dass die Gegenelektrode (H_) mit Durchbrüchen (DH2) versehen ist,
die zumindest teilweise den Vorsprüngen (V H1) der erstgenannten
Elektrode (H1) gegenüberliegen (Fig. 3a bis 3c)
6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Elektroden 'H-, H0) von den Wandungen (W., Wp) des
Gehäuses beabstandet sind, eine der Elektroden (H-, Hp)
mit der anderen Elektrode zugewandten Vorsprüngen (Vp1)
versehen ist, und die eine der Elektroden (H1) zumindest
im Bereich der Vorsprünge (VH1), die andere Elektrode (Hp)
mit zumindest teilweise den Vorsprüngen (V„n) der erst-
Hl
genannten Elektrode (H1) gegenüberliegenden Durchbrüchen
' (D110) versehet ist CFig. 4a bis Hc)'.
7. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass beide Elektroden (H-, Hp) miteinander zugewandten,
sich zumindest teilweise gegenüberliegenden Vorsprüngen (Vu1, v„p) versehen sind.
8. Einrichtung nach den Ansprüchen l» bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchbrüche (D1,.., D„_) den Vorsprüngen
π J. nc.
(VU1, V„_) unmittelbar benachbart sind, vorzugsweise die
ni nc
Vorsprünge die Durchbrüche umranden und umgekehrt.
9. Einrichtung nach den Ansprüchen U bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorsprünge (V„., vh2^ mindestens eine
Kante und/oder Spitze aufweisen.
10. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine dar Elektroden (H1; H2) mit Vorsprüngen
BBC Bad^
20/78
(VH1) versehen ist, welche Vorsprünge im Bereich der
Durchbrüche (DT) der Trennwand (T) angeordnet sind und
durch die Durchbrüche hindurchreichen.
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