DE2165249B1 - Vorrichtung zur herstellung von ozon - Google Patents
Vorrichtung zur herstellung von ozonInfo
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Description
3 4
verbunden ist, daß keine so starke Zersetzung des diges Entladungsrohr bezeichnet. Dies kann ein
gerade gebildeten Ozons eintritt. Außerdem führt die Quecksilberrohr mit niedrigem Druck sein, oder ein
Ausbildung und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Xenon- oder Neonentladungsrohr, oder auch ein
Vorrichtung dazu, daß kein extrem enger Spalt Sauerstoffentladungsrohr mit sehr niedrigem Druck,
zwischen den eigentlichen Entladungselektroden vor- 5 12 ist die Elektrode im Entladungsrohr und 13 ist
gesehen werden muß, da ja die Entladung nicht mehr jeweils ein gleiches einelektrodiges Entladungsrohr, das
über einen Entladungsspalt erfolgt, sondern quer über auf der anderen Seite an der Hochspannungsquelle 15
Entladungsflächen zwischen den sich dort ausbildenden angeschlossen ist. Ferner sind bezeichnet mit 14
und dort angesammelten metastabilen Ionen. Infolge- ein Hochspannungskabel, mit 16 ein zur Erde 17 fühdessen
ist aber infolge der dadurch möglichen größeren io rendes Erdungskabel, mit 18, 19 Siebelektrode für die
Luft- oder Sauerstoffzufuhr die Ausbildung meta- elektrische Entladung (entsprechen in der Wirkungsstabiler
Ionen, zwischen denen die Entladung statt- weise den Elektroden8, 9 gemäß Fig. 1), mit 20 ein
findet, wesentlich vergrößert, so daß sich eine ins- Hochspannungs-Isolationstransformator mit sehr niegesamt
wesentlich günstigere Ozonausbeute erzielen driger Induktanz, mit 21 eine isolierte Sekundärspule
läßt. 15 des Transformators 20 und mit 22 ein Gleichrichter Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nach- zur Erzeugung von Gleichstrom oder pulsierenden
folgend an Hand der zeichnerischen Darstellung von Gleichstrom.
Ausführungsbeispielen näher erläutert. F i g. 3 stellt praktisch die gleiche Vorrichtung wie
In dieser Darstellung zeigt schematisch in F i g. 2 dar, und zwar im Längsschnitt mit um-F
i g. 1 das Grundprinzip der Vorrichtung; 20 schließendem Gehäuse 23 aus nichtrostendem Stahl.
F i g. 2 in Seitenansicht eine Ausführungsform der 24 sind Durchführungsisolatoren und mit 25 ist der
Vorrichtung ohne Gehäuse und Einlaß der Luft oder des Sauerstoffes in das Gehäuse
F i g. 3 im Schnitt die Vorrichtung mit Gehäuse. und mit 26 ist der Auslaß für das Ozon und der restin F i g. 1 sind bezeichnet mit 1 und 2 die Metall- liehen Gase aus dem Gehäuse 23 bezeichnet,
platten eines elektrischen Kondensators, die mit festen 25 Vom Hochspannungstransformator 15 fließt über Dielektrikas 3 beschichtet sind, mit 4 der von den Kabel 14 zum einelektrodigen Entladungsrohr 13 Elektroden bzw. Dielektroden umschlossene Kanal für Hochspannung. Diese Hochspannung liegt zwischen die Durchleitung von Luft oder Sauerstoff, mit 5 die 20 und 40 KV. Für die beste Leistung wird vorzugs-Stromquelle für die Platten 1, 2, mit 6 die positiven weise pulsierender Gleichstrom verwendet. Wenn pulmetastabilen Ionen auf der Oberfläche. 4es Dielektri- 30 sierender Gleichstrom (oder Wechselstrom) verwendet kums 3, mit 7 die negativen metastabilen Ionen auf der wird, dann strahlen die Entladungsrohre 11, 13 Licht Oberfläche des anderen Dielektrikums 3, mit 8 die aus. Wenn die Entladungsrohre 11, 13 aus Quarzglas Elektrode für die elektrische Entladung, mit 9 die sind und mit Quecksilberdampf gefüllt sind, dann andere Elektrode für die elektrische Entladung und mit strahlen diese Entladungsrohre ultraviolettes Licht aus. 10 die andere Stromquelle für die Elektroden 8, 9. 35 Durch den Einlaß 25 wird in das Gehäuse 23 Luft oder Die elektrische Entladung für die Erzeugung von Sauerstoff geblasen, der durch die Elektroden 18, 19 Ozon findet zwischen den Elektroden 8 und 9 statt. vorbei an den Rohren 11, 13 zum Auslaß 26 fließt. Der Ionenstrom dieser elektrischen Entladung fließt Vom Transformator 20 wird den Elektroden 18, 19 auf der Oberfläche des Dielektrikums 3 zwischen den eine elektrische Spannung vermittelt, und zwar so dort sitzenden metastabilen Ionen. Die sich dabei voll- 40 hoch, daß die elektrische Entladung beginnt. Der ziehende elektrische Entladung besteht aus sehr Strom vom Transformator 20 kann Gleich- oder kurzen Funken, und zwischen 15% und 40% der pulsierender Gleichstrom sein. Diese elektrische Entgesamten aufgewendeten elektrischen Energie werden ladung erzeugt zwischen den Elektroden 18, 19 einen für den Ionisierungsvorgang nutzbar gemacht, d. h., Ionenstrom. Dieser Ionenstrom fließt über die Oberdie Ionisierung von O2 zu O3 findet auf der Oberfläche 45 flächen der Entladungsrohre 11, 13, wobei auf der des Dielektrikums 3 bei Kollision der metastabilen Oberfläche der Rohre 11, 13 Kollisionen der metaIonen des Sauerstoffs und der Ionen aus dem Ionen- stabilen Ionen mit den Ionen des Ionenstromes aufstrom statt und zwar jeweils in der betreffenden treten, was durch sehr kurze Funken während der Fläche. elektrischen Entladung sichtbar wird. Diese Funken Jede dieser Kollisionen erzeugt einen elektro- 50 dauern etwa nur 10~8 bis 10~12 Sekunden und erzeugen statischen unipolaren Impuls. Diese elektrostatischen sehr wenig Wärme, aber eine sehr hohe Ozonkonzen-Impulse können beispielsweise mit einem Oszillo- tration. Die metastabilen Ionen sammeln sich laufend graphen sichtbar gemacht werden, Die Impulsfrequenz auf der Oberfläche der Rohre 11, 13. Die Konzenliegt im Bereich von KH oder mehreren hundert MH. tration der metastabilen Ionen auf der Oberfläche 11, Mit anderen Worten, dieser Ozonator ist ein Genera- 55 13 ist von der Größe der angelegten Hochspannung tor für unipolare elektrostatische Impulse. abhängig. Wenn die elektrische Spannung erhöht wird, Die elektrische Leitfähigkeit des Gases auf der Ober- erhöht sich also auch die Konzentration der metafläche des Dielektrikums ist bei Vorhandensein der stabilen Ionen und umgekehrt,
metastabilen Ione höher als wenn diese nicht vor- Die Temperatur der elektrischen Entladung zwihanden wären. Die metastabilen Ionen 6, 7 sammeln 60 sehen den Elektroden 18,19 ist praktisch identisch mit sich auf der Oberfläche des Dielektrikums 3, wenn der, der durch den Einlaß 25 in das Gehäuse 23 einzwischen den Platten 1, 2 eine elektrische Spannung geführten Luft. Aus diesem Grund muß die ganze Vorerzeugt wird. Die Stromquelle 5 kann dabei eine richtung nicht gekühlt werden. In der praktischen Gleichstrom-, pulsierende Gleichstrom- oder eine Ausführung einer solchen Vorrichtung können die Wechselstromquelle sein. Zwischen den Platten 1, 2 65 Rohre 11, 13 Quecksilber-Entladungsrohre mit niedarf jedoch keine Koronaentladung entstehen. drigem Druck sein, oder Xenonentladungsrohre (etwa Beim Ausführungsbeispiel, das grundsätzlich nach 20 Torr Xenon), oder andere Gasentladungsrohre mit dem gleichen Prinzip arbeitet, ist mit 11 ein einelektro- niedrigem Druck.
platten eines elektrischen Kondensators, die mit festen 25 Vom Hochspannungstransformator 15 fließt über Dielektrikas 3 beschichtet sind, mit 4 der von den Kabel 14 zum einelektrodigen Entladungsrohr 13 Elektroden bzw. Dielektroden umschlossene Kanal für Hochspannung. Diese Hochspannung liegt zwischen die Durchleitung von Luft oder Sauerstoff, mit 5 die 20 und 40 KV. Für die beste Leistung wird vorzugs-Stromquelle für die Platten 1, 2, mit 6 die positiven weise pulsierender Gleichstrom verwendet. Wenn pulmetastabilen Ionen auf der Oberfläche. 4es Dielektri- 30 sierender Gleichstrom (oder Wechselstrom) verwendet kums 3, mit 7 die negativen metastabilen Ionen auf der wird, dann strahlen die Entladungsrohre 11, 13 Licht Oberfläche des anderen Dielektrikums 3, mit 8 die aus. Wenn die Entladungsrohre 11, 13 aus Quarzglas Elektrode für die elektrische Entladung, mit 9 die sind und mit Quecksilberdampf gefüllt sind, dann andere Elektrode für die elektrische Entladung und mit strahlen diese Entladungsrohre ultraviolettes Licht aus. 10 die andere Stromquelle für die Elektroden 8, 9. 35 Durch den Einlaß 25 wird in das Gehäuse 23 Luft oder Die elektrische Entladung für die Erzeugung von Sauerstoff geblasen, der durch die Elektroden 18, 19 Ozon findet zwischen den Elektroden 8 und 9 statt. vorbei an den Rohren 11, 13 zum Auslaß 26 fließt. Der Ionenstrom dieser elektrischen Entladung fließt Vom Transformator 20 wird den Elektroden 18, 19 auf der Oberfläche des Dielektrikums 3 zwischen den eine elektrische Spannung vermittelt, und zwar so dort sitzenden metastabilen Ionen. Die sich dabei voll- 40 hoch, daß die elektrische Entladung beginnt. Der ziehende elektrische Entladung besteht aus sehr Strom vom Transformator 20 kann Gleich- oder kurzen Funken, und zwischen 15% und 40% der pulsierender Gleichstrom sein. Diese elektrische Entgesamten aufgewendeten elektrischen Energie werden ladung erzeugt zwischen den Elektroden 18, 19 einen für den Ionisierungsvorgang nutzbar gemacht, d. h., Ionenstrom. Dieser Ionenstrom fließt über die Oberdie Ionisierung von O2 zu O3 findet auf der Oberfläche 45 flächen der Entladungsrohre 11, 13, wobei auf der des Dielektrikums 3 bei Kollision der metastabilen Oberfläche der Rohre 11, 13 Kollisionen der metaIonen des Sauerstoffs und der Ionen aus dem Ionen- stabilen Ionen mit den Ionen des Ionenstromes aufstrom statt und zwar jeweils in der betreffenden treten, was durch sehr kurze Funken während der Fläche. elektrischen Entladung sichtbar wird. Diese Funken Jede dieser Kollisionen erzeugt einen elektro- 50 dauern etwa nur 10~8 bis 10~12 Sekunden und erzeugen statischen unipolaren Impuls. Diese elektrostatischen sehr wenig Wärme, aber eine sehr hohe Ozonkonzen-Impulse können beispielsweise mit einem Oszillo- tration. Die metastabilen Ionen sammeln sich laufend graphen sichtbar gemacht werden, Die Impulsfrequenz auf der Oberfläche der Rohre 11, 13. Die Konzenliegt im Bereich von KH oder mehreren hundert MH. tration der metastabilen Ionen auf der Oberfläche 11, Mit anderen Worten, dieser Ozonator ist ein Genera- 55 13 ist von der Größe der angelegten Hochspannung tor für unipolare elektrostatische Impulse. abhängig. Wenn die elektrische Spannung erhöht wird, Die elektrische Leitfähigkeit des Gases auf der Ober- erhöht sich also auch die Konzentration der metafläche des Dielektrikums ist bei Vorhandensein der stabilen Ionen und umgekehrt,
metastabilen Ione höher als wenn diese nicht vor- Die Temperatur der elektrischen Entladung zwihanden wären. Die metastabilen Ionen 6, 7 sammeln 60 sehen den Elektroden 18,19 ist praktisch identisch mit sich auf der Oberfläche des Dielektrikums 3, wenn der, der durch den Einlaß 25 in das Gehäuse 23 einzwischen den Platten 1, 2 eine elektrische Spannung geführten Luft. Aus diesem Grund muß die ganze Vorerzeugt wird. Die Stromquelle 5 kann dabei eine richtung nicht gekühlt werden. In der praktischen Gleichstrom-, pulsierende Gleichstrom- oder eine Ausführung einer solchen Vorrichtung können die Wechselstromquelle sein. Zwischen den Platten 1, 2 65 Rohre 11, 13 Quecksilber-Entladungsrohre mit niedarf jedoch keine Koronaentladung entstehen. drigem Druck sein, oder Xenonentladungsrohre (etwa Beim Ausführungsbeispiel, das grundsätzlich nach 20 Torr Xenon), oder andere Gasentladungsrohre mit dem gleichen Prinzip arbeitet, ist mit 11 ein einelektro- niedrigem Druck.
Die Rohre können einfache Glasrohre sein und mit
einem elektrischen Leiter gefüllt, der die Innenwände der Rohre dicht berührt. Dieser elektrische Leiter kann
z. B. ein Flüssigkeits-Elektrolyt, Metalldampf od. dgl. sein.
Der äußere Durchmesser der Rohre 11, 13 beträgt ungefähr 20 mm, und das beste Material für diese
Rohre ist Quarzglas.
Für die elektrische Entladung zwischen den Elektroden 18, 19 werden ungefähr 6 bis 12 Kilovolt
Gleichstrom benötigt.
Die Elektroden 18, 19 können aus sehr dünnem nichtrostendem Draht als Sieb- oder Bürstenelektroden
ausgebildet werden.
Der Transformator 20 muß eine sehr niedrige Induktanz
haben.
Der Hochspannungsgenerator 15 muß eine Hochspannung bis zu etwa 60 Kilovolt produzieren können.
Die beste Hochspannung für die Rohre 11, 13 ist pulsierender Gleichstrom mit einer Frequenz von etwa
50 Hz. Die Polarität kann positiv oder negativ sein.
Die in das Gefäß 23 eingeleitete Luft bzw. der Sauerstoff
muß trocken sein.
Die anliegende Tabelle umfaßt die Erzeugung von Ozon in zwölf Tests. Die Tests 1 bis 6 zeigen dabei die
Herstellung von Ozon mit dem bekannten Welsbach Ozonator. Test 7 bis 12 zeigen die Erzeugung von Ozon
mit der beschriebenen Vorrichtung.
Die Resultate der Tabelle zeigen, daß die Erzeugung von Ozon mit der beschriebenen Vorrichtung beachtlich
höher ist als mit den gegenwärtig bekannten Ozonatoren. Wesentlich dafür ist folgendes:
1. Die kurzen Funken produzieren wesentlich mehr Ozon als länger andauernde Funken.
2. Die kurzen Funken produzieren weniger Wärme, wodurch der Ozonzerfall reduziert wird.
3. Der elektrische Widerstand der metastabilen Ionen auf der Oberfläche des Dielektrikums ist
wesentlich niedriger als der elektrische Widerstand von Luft. Daher wird in viel geringerem
Umfang Joul'sche Wärme erzeugt.
| Test- nutnmer |
Gaseinführung | Eingangs energie |
Gasfluß | Absoluter Druck |
Ozon- Volumen Konz. |
Ozon- Gewicht Prozent |
Ozon- Produktions leistung |
| (W) | 1/Std. | (Atm) | mg OJl | Wt°/o | g O3/kW/Std. | ||
| 1 | Luft | 25 | 135,8 | 1,46 | 7,1 | 0,60 | 38,4 |
| 2 | Luft | 25 | 271,7 | 1,45 | 4,3 | 0,37 | 46,4 |
| 3 | Luft | 105 | 135,8 | 1,48 | 26,2 | 2,20 | 33,8 |
| 4 | O2 | 32 | 271,7 | 1,45 | 11,2 | 0,84 | 95,0 |
| 5 | O2 | 33 | 135,8 | 1,49 | 21,4 | 1,60 | 87,8 |
| 6 | O2 | 73 | 135,8 | 1,46 | 37,0 | 2,76 | 68,7 |
| 7 | Luft | 28 | 199,6 | 1,70 | 15,4 | 1,29 | 109,6 |
| 8 | Luft | 27 | 391,2 | 1,80 | 9,2 | 0,77 | 132,9 |
| 9 | Luft | 45 | 203,7 | 1,70 | 28,8 | 2,42 | 130,3 |
| 10 | O2 | 33 | 202,5 | 1,75 | 39,7 | 3,03 | 243,3 |
| 11 | O2 | 35 | 379,4 | 1,88 | 21,4 | 1,63 | 231,7 |
| 12 | O2 | 45 | 218,3 | 1,77 | 56,8 | 4,33 | 275,3 |
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Vorrichtung zur Herstellung von Ozon, wobei und bei den bekannten Ozonatoren werden nur 5 bis
Luft oder Sauerstoff durch zwei sich gegenüber- 5 15% der elektrischen Energie für die Herstellung von
stehende Hochspannungselektroden hindurchge- Ozon ausgenutzt, wobei die restliche Energie in Wärme
leitet und durch elektrische Entladung in Ozon umgesetzt wird.
umgewandelt wird, dadurch gekennzeich- Die bekannteste Methode zur Erzeugung von Ozon
net, daß den Elektroden (8, 9) zwei weitere, mit ist bis heute die Methode der elektrischen Entladung in
einem Dielektrikum (3) bedeckte, beaufschlagte io Luft oder Sauerstoff.
Elektroden (1, 2) derart zugeordnet sind, daß die Diese Entladung erfolgt im Spalt zwischen zwei isoElektroden
(1, 2, 8, 9) einen Durchleitungskanal (4) lierten mit Wechselstrom beaufschlagten Elektroden,
für die Luft bzw. den Sauerstoff begrenzen, wobei In der ersten Periode sammeln sich auf der Oberfläche
die Elektroden (8, 9) mit einer Hochspannungs- einer Elektrode positive und auf dem gegenüberquelle
(10) und die Elektroden (1, 2) mit einer 15 liegenden Isolator sammeln sich negative Ionen, die
Hochspannungsquelle (5) verbunden sind. sich in der zweiten Periode entladen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Diese gegenwärtig bekannten Ozonisatoren können
kennzeichnet, daß die Elektroden (8, 9) als Sieb- nicht mit Gleichstrom betrieben werden, weil Gleichelektroden
(18, 19) und die Elektroden (1, 2) als strom nicht durch die Isolatoren durchschlagen kann.
Entladungsrohre (11, 13) ausgebildet sind und 20 Die Erfindung resultiert deshalb aus der Aufgabeninnerhalb
eines mit Ein- (25) und Auslaß (26) ver- stellung, eine Vorrichtung zur Herstellung von Ozon
sehenen Gehäuses (23) derart angeordnet sind, daß zu schaffen, die die genannten Nachteile beseitigt,
sich die Entladungsrohre (11, 13) zwischen den d. h., es soll eine Vorrichtung geschaffen werden, die
Siebelektroden (18, 19) befinden. mit Gleichstrom oder pulsierendem Gleichstrom be-
25 trieben werden kann und die eine wesentlich höhere Ozonausbeute in Bezug auf die Gesamtenergiebilanz
garantiert, so daß auf Grund der möglichen billigeren
Herstellung des Ozons die Einsatzmöglichkeit von Ozon eher vertretbar wird.
30 Diese Aufgabe ist mit einer Vorrichtung der ein-
30 Diese Aufgabe ist mit einer Vorrichtung der ein-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Her- gangs genannten Art gelöst, die nach der Erfindung
stellung von Ozon, wobei Luft oder Sauerstoff durch dadurch gekennzeichnet ist, daß den Elektroden zwei
zwei sich gegenüberstehende Hochspannungselektro- weitere, mit einem Dielektrikum bedeckte beauf-
den hindurchgeleitet und durch elektrische Entladung schlagte Elektroden derart zugeordnet sind, daß die
in Ozon umgewandelt wird. 35 Elektroden einen Durchleitungskanal für die Luft bzw.
Vorrichtungen zur Erzeugung von Ozon sind be- den Sauerstoff begrenzen, wobei die Elektroden mit
kannt. einer Hochspannungsquelle zur Ausbildung eines
Die Spaltung der Sauerstoffmoleküle kann durch Ionenstromes und die Elektroden mit einer Hoch-Zufuhr
thermischer Energie erzwungen werden. Diese Spannungsquelle zur Ausbildung einer Schicht metaMethode
führt aber nur zu einer geringen Ozon- 40 stabiler Ionen auf dem Dielektrikum verbunden sind,
ausbeute, da erhöhte Temperatur gleichzeitig den endo- Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung der Vorthermen
Zerfall des Ozons begünstigt. So befindet sich richtung erfolgt die elektrische Entladung auf der Oberselbst
bei 2000°C erst etwa 1 Volumprozent Ozon im fläche eines festen Dielektrikums zwischen den darauf
Sauerstoffgleichgewicht, von dem beim raschen Ab- sitzenden metastabilen Ionen, die sich durch ein elekkühlen
nur etwa 1I10 0I0 übrig bleibt, weil mit fallender 45 trisches Potential bilden.
Temperatur der exotherme Gesamtzerfall des Ozons Durch eine zweite elektrische Spannung wird eine
fortschreitet. elektrische Entladung auf der Oberfläche des Dielek-
Es ist daher zweckmäßiger, die Sauerstoffatome bei trikums verursacht, und zwar mit sehr kleinen und
niedriger Temperatur durch Zufuhr elektrischer oder kurzen Funken, die eine sehr große Konzentration
optischer oder chemischer Energie nach zu erzeugen 50 Ozon in Luft oder in Sauerstoff erzeugen. Die Vor-
und dann weiterreagieren zu lassen, da sich bei richtung benötigt dabei keine Kühlung, weil die
niedrigen Temperaturen das Zerfallsgleichgewicht bei elektrische Entladung keine große Hitze erzeugt. Für
Abwesenheit von Katalysatoren nur äußerst langsam die elektrische Entladung wird die Vorrichtung mit
einstellt, so daß das einmal gebildete Ozon als meta- Gleichstrom beschickt. Für die Sammlung der metastabile
Verbindung erhalten bleibt. 55 stabilen Ione auf der Oberfläche des Dielektrikums
Die Zufuhr von elektrischer Energie kann beispiels- können Gleichstrom, pulsierender Gleichstrom oder
weise im sogenannten »Siemensschen Ozonisator« er- Wechselstrom verwendet werden,
folgen, der im Prinzip aus zwei ineinander gestellten Im Grundprinzip arbeitet also die erfindungsgemäße
folgen, der im Prinzip aus zwei ineinander gestellten Im Grundprinzip arbeitet also die erfindungsgemäße
Glasrohren besteht, deren Außen- bzw. Innenwand Vorrichtung mit zwei zusätzlichen mit Dielektrika ab-
mit Wasser gekühlt und mit den Enden eines Induk- 60 gedeckten Elektroden zur Ausbildung bevorzugter
toriums leitend verbunden ist. In dem engen Ringraum Entladungsflächen, auf denen sich metastabile Ionen
zwischen den Glasrohren treten bei Anlegen der bilden, zwischen denen dann die Entladungen in Form
Spannung elektrische Entladungen auf, durch welche kurzer Funken erfolgen.
ein trockener Sauerstoff- oder Luftstrom geleitet wird. Da eine derart geführte Entladung einerseits mit
Das den Ozonisator verlassende Gasgemisch besteht 65 wesentlich geringerer Wärmeentwicklung verbunden
dabei, wenn von reinem Sauerstoff ausgegangen wird, ist, bedarf die Vorrichtung vorteilhaft keiner besonde-
im besten Falle zu 15°/o aus Ozon. ren Kühlung, und es wird weniger Energie in Wärme
Der mögliche Verwendungsbereich vom Ozon wird umgesetzt, was wieder rückwirkend mit dem Vorteil
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| FR2423439A1 (fr) * | 1978-02-14 | 1979-11-16 | Bbc Brown Boveri & Cie | Dispositif de production d'ozone |
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