DE1943629C - Vorrichtung zur Herstellung von Ozon - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Ozon aus Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas mit zwei in Abstand angeordneten und an ein entsprechendes elektrisches Feld anschließbaren und gegen Oxydation beständigen Elektroden und einem zwischen den Elektroden angeordneten Dielektrikum, wobei der Sauerstoff oder das sauerstoffhaltige Gas zwischen den beiden Elektroden hindurchgeführt wird.

Vorrichtungen zur Herstellung von Ozon bzw. Ozonisatoren arbeiten nach dem Prinzip der stillen, elektrischen Entladung. Ein bekannter Ozonisator der vorgenannten Art weist drei zentrisch ineinanderliegende Rohre auf, von denen das innerste und das äußerste Rohr als Hochsnannungs- bzw. Erdelektrode ausgebildet sind und das mittlere Rohr das sogenannte Dielektrikum darstellt. Bei diesem bekannten Ozonisator liegen die drei zentrisch ineinanderliegenden Rohre voneinander in radialem Abstand, so daß zwischen den beiden Elektrodenrohren und dem in der Mitte liegenden Dielektrikum-Rohr zwei Ringräume entstehen. Das für die Herstellung von Ozon verwendete Ausgangsgas tritt an einem Ende des äußeren Elektrodenrohres durch Radialöffnungen in den äußeren Ringraum ein und tritt am anderen Ende dieses Ringraumes in den zweiten Ringraum über, fließt durch diesen zweiten Ringraum hindurch und tritt durch Radialöffnungen in den Innenraum des inneren Eüeletrodenrohres, von wo es abgezogen wird.

Bei diesem bekannten Ozonisator sind die als

Elektroden ausgebildeten Metallrohre aus einem gegen Ozon resistenten Werkstoff, z. B. aus einem mit Chrom und Nickel legierten Stahl (V4A-Stahl) hergestellt. Die Ausbeute an Ozon mit Elektroden aus dem vorgenannten Werkstoff ist jedoch beschränkt. Davon abgesehen, daß mit den Elektroden dieses bekannten Ozonisators die Ausbeute an Ozon beschränkt ist, muß auch noch eine erhöhte Energie an die Elektroden angelegt werden. Der Gesamt wirkungsgrad dieses Ozonisators, in den zum einen die Ausbeute an Ozon und zum anderen die erforderliche Energieleistung eingehen, kann daher keinen optimalen Wert erreichen.

Mit der Erfindung sollte daher ein Ozonisator ge-

schaffen werden, der einen erhöhten Wirkungsgrad hat und eine erhöhte Ausbeute an Ozon liefert. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß zwischen den^ beiden Elektroden ein mit dem durchströmenden Gas in Berührung kommender Kataly-

ao sator aus Titan oder Titanoxyd vorgesehen ist.

Wenn auch V4A-Stähle Legierungen aus Chrom, Nickel, Molybdän, Eisen und Kohlenstoff sind, die gewisse Mengen an Titan und Niob enthalten können, so ist mit Elektroden aus V4A-Stählen im

as Gegensatz zum erfindungsgemäßen Ozonisator nur ein beschränkter Wirkungsgrad erreichbar.

Verschiedene Vergleichsversuche, bei denen als Katalysatoren vier verschiedene Materialien verwendet wurden, zeigten deutlich, daß mit dem erfin-

dungsgemäßen Katalysator eine wesentlich höhere Ausbeute an Ozon erzielbar ist. Die als Katalysatoren verwendeten Materialien waren reines Titan, mit Titandioxyd überzogener rostfreier Stahl, blanker rostfreier Stahl und Aluminium 2024. Wie die Ver suche zeigten, ist bei gleicher elektrischer Energie mit Katalysatoren aus reinem Titan oder mit Titandioxyd überzogenem rostfreiem Stahl eine wesentlich höhere Ausbeute an Ozon zu erzielen, als es bei Katalysatoren aus Aluminium oder blankem rost freiem Stahl der Fall ist.

Eine besonders kleine Bauart des Katalysators kann erreicht werden, wenn der Katalysator an einer

. der Elektroden fest anliegt und mit ihr fest verbunden ist. Besonders einfach ist der erfindungsgemäße Ozonisator dann herzustellen, wenn eine der beiden Elektroden selbst als Katalysator ausgebildet ist.

Eine besonders gute Ausbeute an Ozon kann dadurch erzielt werden, daß der Katalysator oder die eine mit dem Katalysator verbundene Elektrode in

so Abstand vom Dielektrikum angeordnet ist, welches vollkommen dicht und fest mit der anderen Elektrode verbunden ist.

Im nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand von Zeichnungen näher er läutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine Stirnansicht eines Ozonisators gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Seitenansicht des Ozonisators gemäß Erfindung und

F i g. 3 einen Querschnitt durch den Ozonisator gemäß Erfindung längs der Linie 3-3 in Fig. 1.

Der in den Zeichnungen dargestellte Ozonisator 10 arbeitet nach dem Prinzip der stillen Entladung und weist drei zentrisch ineinander angeordnete Rohre auf. Das innere Rohr 14 und das äußere Rohr 16 sind als Elektroden ausgebildet, während das dazwischenliegende Rohr 12 aus dielektrischem Material besteht.

Das Rohr 12 steht mit seinen Enden 18 und 20 über die beiden als Elektroden ausgebildeten Rohre 14 und 16 vor und ist aus einem durchsichtigen, dielektrischen Material hergestellt, welches die während des Betriebes des Ozonisators erzeugte Strahlung durchläßt. Vorzugsweise stellt man das Rohr 12 aus einem Borsilikatglas mit einem verhältnismäßig niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und einer verhältnismäßig hohen mechanischen Festigkeit her. Infolge des niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und der hohen mechanischen Festigkeit des Borsilikatglases kommt es nicht zu Durchschlägen des Rohres 12, selbst wenn der Ozonisator über längere Zeit in Gebrauch ist.

Das innere, als Elektrode ausgebildete Rohr 14 liegt dicht an der Innenmantelfläche des dielektrischen Rohres 12 an, um irgendwelche Lufttaschen u. dgl. zwischen dem Elektrodenrohr 14 und dem dielektrischen Rohr 12 zu vermeiden. Wenn derartige Lufttaschen oder Hohlräume vorhanden sind, könnte dies zu einer Verringerung der Lebensdauer des Ozonisators 10 führen.

Das innere Elektrodenrohr 14 weist auf seiner Außenfläche eine inerte, reflektierende Schicht 22 auf, die mit der Mantelinnenfläche des dielektrischen Rohres 12 in unmittelbarer Berührung steht. Auf der Innenseite der inerten, reflektierenden Schicht 22 ist eine weitere Schicht 24 aus einem leitenden Material aufgebracht, welches verhältnismäßig widerstandsfähig gegen Oxydation ist. Um eine im wesentlichen gleichmäßige Stromverteilung über das innere Elektrodenrohr 14 zu erreichen, wird eine bandartige Schicht 26 aus hochleitfähigem Metall, beispielsweise Kupfer, auf der Innenmantelfläche der Schicht 24 befestigt. Die drei Schichten 22, 24 und 26 des inneren Elektrodenrohres 14 liegen mit ihrer gesamten Fläche dicht aufeinander, um Widerstandsverluste zu verringern und Durchschläge infolge eingeschlossener Lufttaschen zu vermeiden.

Sehr gute Ergebnisse erzielt man, wenn die Schicht 22 verhältnismäßig dünn ausgebildet und aus einem Edelmetall, beispielsweise Silber oder Gold, hergestellt wird. Eine derartige Schicht läßt sich leicht nach bekannten Metallniederschlagsverfahren herstellen. Eine derartige Schicht aus Metall ist darüber hinaus verhältnismäßig stark reflektierend. Dies trägt zum Gesamtwirkungsgrad des Ozonisators 10 wesentlich bei. Die auf der Innenmantelfläche der Schicht 22 angeordnete Schicht 24 besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl oder einem anderen ähnlichen Metall, das verhältnismäßig widerstandsfähig gegen Oxydation ist. Die Schicht 24 überdeckt die Schicht 22 vollständig und schützt diese somit gegen Beschädigungen. Die Schicht 24 und die auf der Innenseite aufgebrachte Schicht 26 sorgen für eine gleichmäßige Stromverteilung, so daß alle Bereiche der Schicht 22 auf das gleiche Potential aufgeladen werden.

Das äußere Elektrodenrohr 16 weist die gleiche Länge, wie das innere Elektrodenrohr 14 auf und liegt dem Elektrodenrohr 14 genau gegenüber. Die beiden Enden des äußeren Elektrodenrohres 16 sind in Schultern 30 zweier sich zu beiden Seiten axial anschließender Rohre 28 befestigt. Die beiden Enden des äußeren Elektrodenrohres 16 können beispielsweise in den Schultern 30 der Rohre festgeklebt sein. Die beiden gehäuseartigen Rohre 28 bestehen aus einem nichtleitenden Material, wie beispielsweise aus einer Polyvinylchloridverbindung. Eine derartige Verbindung ist vergleichsweise billig und leicht zu bearbeiten und hat sich für den Ozonisator 10 bestens bewährt.

Das freie Ende des einen gehäuseartigen Rohres 28 ist über einen kleinen Abstandsring 32 mit dem freien Ende 18 des dielektrischen -Rohres 12 verbunden. Der Abstandsring 32 kann aus dem gleichen Material wie die gehäuseartigen Rohre 28 hergestellt sein. Der Abstandsring 32 ist sowohl mit dem Ende des einen

ίο Rohres 28 als auch mit dem Ende 18 des dielektrischen Rohres 12 verklebt, so daß eine gute Abdichtung erzielt wird.

Das freie Ende des anderen gebäuseartigen Rohres 28 ist über einen elastomeren O-Ring34 mit dem anderen Ende 20 des dielektrischen Rohres 12 dicht verbunden. Solche O-Ringe werden gewöhnlich aus einem temperaturbeständigen Material, beispielsweise Organopolysiloxangummi, hergestellt. Der O-Ring34 stellt eine der Wärmeausdehnung Rech-

ac nung tragende Verbindung dar, die eine Ausdehnung des dielektrischen Rohres 12, des äußeren Elektrodenrohres 16 und der gehäuseartigen Rohre 28 währepd des Betriebes des Ozonisators 10 gestattet, ohne daß dabei auf Grund der Wärmedehnung irgendein Bruch auftritt.

Das dielektrische Rohr 12 einerseits und das äußere Elektrodenrohr 16 sowie die beiden gehäuseartigen Rohre 28 andererseits schließen einen zylindrischen Ringraum 36 ein, welcher der Länge des dielektri-

sehen Rohres 12 entspricht. Die gehäuseartigen Rohre 28 weisen an ihren Außenenden tangential einmündende Ein- und Auslaßrohre 38 auf, die in das Innere des Ringraumes 36 führen. Die Ein- und Auslaßrohre 38 werden mit den gehäuseartigen Rohren 28 ver-

klebt und können aus dem gleichen Material wie die Rohre 28 bestehen.

Das für das Ozon verwendete Ausgangsgas strömt durch das eine Einlaßrohr 38 tangential in den Ringraum 36 ein und durchläuft den Ringraum 36 in einer

wendeiförmigen Bahn und tritt auf der anderen Seite durch das Auslaßrohr wieder aus.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das äußere Elektrodenrohr 16 selbst aus Titan, das als Katalysator zur Begünstigung der Erzeugung von

♦5 Ozon wirkt. Das äußere Elektrodenrohr 16 kann jedoch auch aus einem anderen elektrisch leitenden Metall hergestellt und lediglich mit einer Schicht aus Titan oder Titanoxyd überzogen sein, die auf der dem Ringraum 36 zugewandten Seite auf dem äuße-

ren Elektrodenrohr 16 angeordnet ist. Wenn das zur Herstellung von Ozon verwendete Ausgangsgas durch den Ringraum 36 strömt, gelangt es somit mit dem als Katalysator wirkenden Titan oder Titanoxyd in Berührung. Durch die Berührung des Ausgangsgases

mit dem Titan oder Titanoxyd wird die Ausbeute an Ozon wesentlich gesteigert.

Die beiden Elektrodenrohre 14 und 16 werden an eine Stromquelle mit verhältnismäßig hoher Frequenz angeschlossen. Anschließend wird ein Sauerstoff ent-

haltendes Gas durch den Ozonisator hindurchgcblasen oder hindurchgesaugi. Ist dann die an die Elektrodenrohre 14 und 16 angelegte Spannung ausreichend hoch, dann bildet sich Ozon.
Der Ozonisator kann dann mit einem guten Wirkungsgrad betrieben werden, wenn man die angelegte Spannung gerade so hoch hält, daß der Innenraum des Ozonisators 10 ein von der Strahlung herrührendes, bläuliches Aussehen erhält, ohne daß dabei eine

Scintillation oder cine Bogcnbildung zwischen den Elektrodenrohrcn 14 und 16 auftritt. Die angelegte Spannung sollte deshalb unterhalb der Spannung liegen, bei der ein Durchschlag im dielektrischen Rohr 12 erfolgt. Diese Spannung hängt natürlich von einer Reihe von Faktoren ab> wie beispielsweise von den Abmessungen des Ozonisators 10 und den physikalischen Eigenschaften des dielektrischen Rohres 12. Die maximal mögliche Spannung hängt natürlich auch von der Beschaffenheit des durch den Ozonisator hindurchgeführten Gases und von dessen Durchlaufgeschwindigkeit durch den Ozonisator ab.

Die Durchschlaggefahr bei dem in den Zeichnungen dargestellten Ozonisator 10 kann durch Kühlrippen 42 wirksam herabgesetzt werden, die auf dem äußeren Elektrodenrohr 16 angebracht sind. Die Kühlrippen 42 dienen zur Ableitung von Wärme, die einen Durchschlag im Inneren des Ozonisators begünstigen würde. Es können jedoch auch andere geeignete Kühlmittel verwendet werden.

Der Gesamlwirkungsgrad des Ozonisators hängt auch davon ab, daß das dielektrische Rohr 12 transparent ist und die reflektierende Schicht 22 in der Art eines gewöhnlichen Spiegels wirkt, um die innerhalb des Ozonisators entwickelte Strahlung hin und zurück zu reflektieren. Bis zu einem gewissen Grad dient auch das äußere Elektrodenrohr 16 diesem Zweck. Dies führt zu einer Konzentration der Strahlung innerhalb eines verhältnismäßig kleinen Raumes, in welchem'das Ozon erzeugt wird. Innerhalb dieses Bereiches berührt das Gas das a5s Katalysator ausgebildete äußere Elektrodenrohr 16 oder den mit dem Elektrodenrohr verbundenen Katalysator 40 aus

ίο Titan oder Titanoxyd, wodurch die Ozonausbeute eine maßgebliche Steigerung erfährt. Auch die Tatsache, daß sich das durch den Ozonisator hindurchströmende Gas längs einer spiralartigcn Bahn bewegt und somit auf Grund der hierdurch entstehenden Zentrifugalkräfte in inniger Berührung mit dem Katalysator 40 gehalten wird, trägt zur Steigerung des Wirkungsgrades dieses Ozonisators bei.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Ozonisators kann auch Ozon anderer Qualität als mit den meisten her-

ao kömmlichen Ozonisatoren erzeugt werden. Insbesondere senkt das mit dem erfindungsgemäßen Ozonisator aus Luft hergestellte Ozon nicht den pH-Wert von Wasser, wie es bei dem mit herkömmlichen Ozonisatoren hergestellten Ozon häufig der Fall ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung von Ozon aus Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas mit zwei in Abstand angeordneten und art ein entsprechendes elektrisches Feld anschließbaren und gegen Oxydation beständigen Elektroden und einem zwischen den Elektroden angeordneten Dielektrikum, wobei der Sauerstoff oder das sauerstoffhaltige Gas zwischen den beiden Elektroden hindurchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Elektroden (14, 16) ein mit dem durchströmenden Gas in Berührung kommender Katalysator (40) aus Titan oder Titanoxyd vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (40) an einer der Elektroden (16) fest anliegt und mit ihr fest verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Elektroden (16) selbst als Katalysator (40) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (40) oder die eine mit dem Katalysator verbundene Elektrode (16) in Abstand vom Dielektrikum (12) angeordnet ist, welches vollkommen dicht und fest mit der anderen Elektrode (14) verbunden ist.