DE29620599U1

DE29620599U1 - Vorrichtung zur Plasmaerzeugung und Anregung von Luft

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Publication number: DE29620599U1
Application number: DE29620599U
Authority: DE
Original assignee: MANN RIDO DR
Current assignee: MANN RIDO DR
Priority date: 1996-11-26
Filing date: 1996-11-26
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2006-11-27

Description

v5/wi

Dr. Rido Mann Ernst-Ludwigstr. 15

64331 Weiterstadt

Vorrichtung zur Plasmaerzeugung und Anregung von Luft Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Mikroentladungen bei hohen elektrischen Feldstärken gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruches

Derartige Vorrichtungen, die ein Plasma erzeugen, dienen zum Zwecke der Abluftreinigung und zur chemischen Gasveränderung. Indem kurzzeitig hohe Feldstärken erzeugt werden, werden die durch Feldemission freigesetzten Elektronen in den elektrischen Feldern beschleunigt und treffen auf Gasmoleküle auf. Je nach Geschwindigkeit der Elektronen werden diese Gasmoleküle in vielfacher Weise angeregt, dissoziiert und ionisiert, so daß chemische reaktionsfähige Komponenten, insbesondere Radikale, zum Aufspalten, Oxydieren und Reduzieren von Schadstoffen gebildet werden.

Stand der Technik

Die in den letzten Jahren entwickelten Plasma-Entladungsgefäße zeigen eine Vielzahl von geometrischen Konzepten und elektrischen Entladungsformen.

Die Patentschrift US 4,780,277 offenbart verschiedene Geometrien von Plasma-Entladungsvorrichtungen, die zur Abgasbehandlung oder auch Sterilisierung verwendet werden.

Hierzu wird in einem zweistufigen Verfahren zunächst Plasma in dem Abgas erzeugt und dieses anschließend in eine katalytische Reaktionszone geführt, in der die schädlichen Komponenten katalytisch oxidiert und die entstehenden Oxydationsprodukte in gasförmiger Form abgeführt werden.

Die Plasmaentladungsgefäße bestehen im wesentlichen aus Elektrodenpaaren, die mit einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind. Zwischen den Elektrodenpaaren findet eine Coronaentladung statt. Hierbei wird insbesondere zuvor gebildetes Ozon oder zugeführtes Ozon aufgespalten, so daß durch den freigesetzten atomaren Sauerstoff die Schadstoffkomponenten in einem nachgeschalteten Verfahrensschritt leicht oxydierbar sind.

Die Patentschrift US 4,954,320 beschreibt einen anderen Typ von Plasma-Entladungsreaktor, der aus zwei konzentrisch angeordneten, röhrenförmigen Elektroden besteht, in dessen durch die beiden Elektroden gebildeten Ringraum sich ein Packungsmaterial, vorzugsweise Adsorbentien und Katalysatoren, befindet.

In großtechnischem Maßstab wurden bereits seit längerer Zeit dielektrische Barrierenreaktoren entwickelt, die z. B. zur Ozonsynthese industriell eingesetzt werden. Diese Reaktoren bestehen aus einer Ansammlung von koaxial zylindrischen Elektroden, wobei als elektrische Schutzbarriere in der Regel Glasrohre verwendet werden. Der Wirkungsgrad dieser Ozonerzeuger, d.h. das Verhältnis der chemischen Bildungsenergie des Ozons zur eingespeisten elektrischen Energie, liegt bei 12 bis 15 Prozent. Ein nicht unerheblicher Anteil der Energie der elektrischen Entladung geht als Wärme im Gasraum verloren. Neben einem prinzipiell nicht zu vermeidenden Anteil von kinetischem Energieübertrag auf die Molekülmassen im Entladungsprozeß ist dieser

Wärmeverlustanteil in erheblichem Maße vom Verlauf des Einzelentladungsvorgangs abhängig. Diese Einzelentladungsvorgänge werden von der Bauweise der Plasma-Entladungsgefäße und von dem angelegten elektrischen Spannungsverlauf maßgeblich bestimmt. Die für die Ozonsynthese geltende Effizientbewertung trifft analog auch für die anderen Reaktionskanäle, wie Anregung, Dissoziation, Ionisation, etc., zu. Daher wird die Wirtschaftlichkeit der Abluftreinigung bzw. der Gasumsetzung mit dem nicht-thermischen Plasmaverfahren und die Einsatzmöglichkeiten von der Güte des Plasmareaktors, d.h. vom elektrischen Energiebedarf in bezug auf das zu erreichende Endprodukt, bestimmt. Ein Barrierenreaktor zur Ozonerzeugung ist in der deutschen Offenlegungsschrift 195 03 200 dargestellt. Die Isolierrohre sind parallel angeordnet und auf der einen Seite in einem metallischen Rohr gehalten, das als Hochspannungselektrode dient und zugleich das zu behandelnde Gas, z. B. Luft oder Sauerstoff, zuführt. Nahe der vom Metall-Zuleitungsrohr beabstandeten Stirnseite der Isolierrohre befindet sich die Gegenelektrode, wobei der Spalt zwischen dem Isolierrohr und der Gegenelektrode so eingestellt wird, daß sich die gewünschten Effekte erzielen lassen.

Wie aus dieser Druckschrift hervorgeht, läßt sich durch die spezielle Reaktorkonstruktion mit Keramikmaterialien unter Verwendung von dielektrischen Barrieren mit hoher Dielektrizitätskonstante ein Wirkungsgrad bis nahe an die theoretische Grenze von ca. 40 Prozent erzielen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, die kostengünstig herzustellen ist und eine hohe Effizienz bei dem Abbau von gasförmigen Schadstoffen durch die in der Vorrichtung erzeugten reaktiven Luftbestandteile (Molekülanregung, Ionen, Radikale, Ozon)

ermöglicht. Darüber hinaus soll die Vorrichtung auch zur Ozonerzeugung bei sehr hohem Wirkungsgrad benutzt werden können.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Mikroentladungen bei hohen elektrischen Feldstärken mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, Module von Entladungsgefäßen bereitzustellen, die zum einen schnell und bequem an die gewünschten Volumenströme einer Abluftreinigungsanlage bzw. Ozonerzeugungsanlage angepaßt werden können, aber auch eine kompakte Bauweise mit hoher Leistungsdichte ermöglichen, so daß die Anwendung nur einen geringen Platzbedarf erfordert. Das Zusammenfügen der modularen Einheiten bzw. das Entnehmen oder Hinzufügen einzelner Module ermöglicht es zudem, die Plasma-Entladungseinheit an die äußere Form einer Gesamtapparatur anzupassen.

Durch die Verwendung von keramischen Formpreß körpern mit eingesetzten Stabelektroden wird in einfacher Weise ein modular aufgebauter Reaktor mit dielektrischer Barriere zum Schutz vor wärmeerzeugenden Durchschlägen (Lichtbogen) realisiert. Der Reaktor kann von Gasen (Luft, Abluft) in leichter Weise direkt durchströmt werden und weist aufgrund seiner einfachen Geometrie und Form einen geringen Druckverlust und einen hohen Wirkungsgrad bei der elektrischen Energieumwandlung auf. Daher ist im Vergleich zum Stand der Technik durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein erheblich besserer Wirkungsgrad erreichbar. Bevorzugte Ausführungsformen sind durch die übrigen Ansprüche gekennzeichnet.

So können nach einer bevorzugten Ausführungsform die Kanäle eine quadratische, rechteckige, runde oder hexagonale Querschnittsform besitzen. Diese Formen besitzen den Vorteil, daß eine Matrix aus gleichmäßigen Kanälen erhalten wird, die bei einer bestmöglichen Ausnutzung des verfügbaren Raumes keine Toträume bilden und gleichzeitig mit einer definierten, konstanten Wandstärke zwischen den einzelnen Kanälen gebildet werden können.

Vorzugsweise wird die Verbindung zwischen den Stabelektroden und der Spannungsquelle durch leitende Kontaktgitter hergestellt, die im Bereich der Austrittsöffnungen der Kanäle aus dem Formkörper angeordnet sind und in leitendem Kontakt mit den Stabelektroden stehen.

Indem die Stabelektroden, die - je nach Form der Kanäle rund, quadratisch oder rechteckig im Querschnitt sein können, durch das Gitter gesteckt werden, wird zum einen die elektrische Verbindung zwischen den Stabelektroden und der Spannungsquelle hergestellt, zum anderen erlaubt der vorliegende Aufbau aber auch, daß Fehler durch vereinzelte Wanddefekte im Formkörper, die zu Seitendurchschlägen führen können, in einfachster Weise dadurch behoben werden können, daß die Stabelektroden entfernt werden und an diesen Stellen lediglich Blindflecke bezüglich der Plasmaerzeugung verbleiben. Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die runden Stabelektroden im wesentlichen U-förmig ausgebildet. Dies erleichtert das Einsetzen der Stabelektroden, wobei jedes U-förmige Elektrodenbauteil zwei einzelne Stabelektrodenbereiche aufweist. Es ist aber auch möglich, einzelne Stabelektroden (z. B. rechteckige oder quadratische) andersartig am Kontaktgitter zu befestigen.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die runden Stabelektroden mit Befestigungssicken zu versehen, die nahe

dem Verbindungsstück der beiden Schenkel der U-förmigen Stabelektrode angeordnet sind. Durch die Sicken der Elektroden wird erreicht, daß die Elektroden, d. h. die beiden Schenkel der U-förmigen Stabelektrode, jeweils konzentrisch in dem entsprechenden Kanal des Formkörpers parallel zu den dielektrischen Wänden fixiert sind, so daß im Bereich hoher Feldstärken entlang der Strecke zwischen den Elektroden und Keramikwandungen ein Luftspalt definierter Breite zwischen 1,0 mm und 1,5 mm besteht.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Formkörper aus einer nicht-porösen, wasserdichten Keramik, insbesondere aus Cordierit. Dieses Material hat sich als besonders geeignet erwiesen, die Wärmeverluste zu minimieren. Die gewählte Keramik weist im Bereich der vorgesehenen Wechselspannungsfrequenzen vernachlässigbar geringe dielektrische Verschiebungsströme auf. Hierbei ist die Dielektrizitätkonstante des Materials so gewählt, daß der Spannungsabfall entlang der durchschlagfesten Wände des Formkörpers vernachlässigbar gering im Vergleich zu den Spannungsunterschieden im Gasraum ist, so daß bei einer minimalen Spannung die erwünschten Feldstärken im Gasraum erreicht werden können.

Vorzugsweise weisen die Seitenwände der Kanäle eine Dicke zwischen 1,8 mm und 2,3 mm auf. Dieser Bereich hängt selbstverständlich von der gewählten Spannung ab, muß jedoch so groß gewählt werden, daß die Wände der Keramikkanäle Seitendurchschläge verhindern.

Es ist unbedingt notwendig, daß sich die von beiden Seiten her in die Kanäle eingeführten Stabelektroden über einer Länge im Formkörper überlappen, die zwischen 150 mm und 200 mm liegt. Die Länge der Überlappungsstrecke ist so gewählt, daß eine genügend große Strecke zur Erzeugung des dünnen

Entladungsplasmas entsteht und die erzeugten reaktiven Luftkomponenten, d. h. Dissoziationsprodukte, Molekülanregungen oder Ozonanteile, abströmen können, bevor sie durch weitere Elektronenstoßprozesse als teilweise Rückreaktion in eine Sättigung gelangen. Dies stellt einen wichtigen Gesichtspunkt für die Vorrichtung dar, weil damit der elektrische Energieverlust durch Wärmeentwicklung verringert werden kann.

Vorzugsweise enden die von beiden Seiten her in die Kanäle eingeführten Stabelektroden in einem Abstand von dem gegenüberliegenden Kontaktgitter, wobei der Abstand zwischen 60 mm und 70 mm liegt. Diese Strecke ist von der gewählten Spannung abhängig; sollte jedoch genügend groß gewählt werden, damit Gleitentladungen (Überschläge) axial entlang den Kanalwänden zwischen den spannungsführenden Elektroden verhindert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1 eine Prinzipanwendung des Reaktormoduls zur Luftreinigung darstellt;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht in teilweisem Aufbruch eines Stabelektroden-Keramikwaben-Moduls mit quadratischen Kanälen und runden Elektroden gemäß der Erfindung darstellt;

Fig. 3 eine schematische Ansicht parallel zur Strömungsrichtung des Stabelektroden-Keramikwaben-Moduls zeigt; und

Fig. 4 eine bevorzugt verwendete Haarnadelelektrode darstellt.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 stellt eine Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Reaktormoduls bei der Abluftreinigung dar. Die gesamte Vorrichtung, die allgemein mit Referenzziffer 10 bezeichnet ist, besteht aus einem Reaktormodul 12 mit einer nachgeschalteten Reaktionsstrecke 14. Je nach gewünschtem Anwendungsfall wird entweder Rohgas in der Form eines zu reinigenden Abluftstromes in Pfeilrichtung A oder Luft (Pfeil B) einem Förderorgan 16, z. B. einem Ventilator, zugeführt, welche die zu behandelnde Gasmischung (Luft, Rohgas, etc.) durch das Reaktormodul hindurchführt, in dem durch die gezielte Anwendung des sogenannten nicht-thermischen Plasmaverfahrens Schadstoffanteile in den Abluftströmen entweder direkt in den Entladungszonen aufgespalten und/oder durch chemische Reaktionen mit den erzeugten, chemisch aktiven Potentialen verzögert nach den Entladungen abgebaut werden können.

Bei den Entladungen treffen die durch Feldemission und Stoßionisation freigesetzten Elektronen auf die Gasmoleküle auf und führen zu einer Anregung, Dissoziierung oder Ionisierung derselben, so daß sich chemisch reaktionsfähige Komponenten bilden. Aufgrund der relativ kurzen Verweilzeit von etwa 15 ms in der Plasmazone im Reaktormodul 12 entsteht eine geringe Rückreaktionsrate in diesem Bereich. Aufgrund der im Betrieb vorliegenden Gasdurchströmung wird eine für die Restwärme ausreichende Selbstkühlung erreicht, so daß eine externe Kühlung, wie sie beispielsweise im Stand der Technik oft als Wasserkühlung ausgeführt ist, entfallen kann. Das Reaktormodul 12 ist mit einem Hochspannungsgenerator 18 verbunden. Die dem Reaktormodul 12 nachgeschaltete

Reaktionsstrecke 14 kann auf eine beliebige, in der Technik bekannte Weise ausgeführt werden. Eine häufige Variante stellen hierbei katalytische Festbettreaktoren dar.

Fig. 1 soll selbstverständlich nur das Grundprinzip eines Anwendungsfalles unter Verwendung des erfindungsgemäßen Reaktormoduls darstellen, wobei die ebenfalls in Fig. 1 dargestellten Bypaßleitungen sowie die mit einer derartigen Anlage verbundenen meß- und regeltechnischen Einrichtungen wie die Konzentrationsmeßstellen M2 bis M5 nicht näher beschrieben werden, da sie nicht erfindungswesentlich sind. Nach dem Durchtritt durch die Reaktionsstrecke 14 tritt Reinluft (Pfeil D) aus der Reaktionsstrecke 14 aus.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Reaktormoduls 12 in teilweisem Aufbruch. Das Reaktormodul ist als Stabelektroden-Keramikwabenmodul ausgeführt und besteht aus einem Keramikkörper, der eine Matrix aus gleichmäßigen quadratischen Kanälen enthält. Diese Kanäle können aber auch rechteckig, rund oder hexagonal ausgeführt sein. Bei der wabenförmigen Anordnung der Kanäle läßt sich eine besonders kompakte Bauweise erzielen, da sich bei einer gleichmäßigen Wandstärke des Keramikkörpers zwischen den einzelnen Kanälen ein besonders geringes Volumen erzielen läßt. Der Keramikkörper kann beispielsweise unter Verwendung eines gängigen Industrieproduktes wie Keramikwaben, die z. B. als Wärmespeicher eingesetzt werden, ausgeführt sein.

Als Material für den Keramikkörper wird vorzugsweise ein nicht poröses, wasserdichtes Keramikmaterial gewählt, wie z. B. derjenige Stoff, der unter der Handelsbezeichnung Cordierit erhältlich ist. Damit wird eine Durchschlagsfestigkeit für die angelegte Spannung erreicht. Die Auswahl des Materials richtet sich auch danach, daß der Keramikkörper im Bereich der vorgesehenen Wechselspannungsfrequenzen vernachlässigbar

geringe dielektrische Verschiebeströme aufweist, damit die Aufwärmung des Materials gering bleibt. Weiterhin muß die Dielektrizitätskonstante des Materials so gewählt werden, daß der Spannungsabfall entlang der durchschlagsfesten Wanddicken vernachlässigbar gering im Vergleich zu den Spannungsunterschieden im Gasraum ist, so daß die erwünschten Feldstärken im Gasraum bei einer minimalen Spannung erreicht werden können.

In die in Durchströmungsrichtung des Keramikkörpers verlaufenden Kanäle werden Stabelektroden eingesetzt. Hierbei lassen sich auf kostengünstigste Weise metallische Halbzeuge, wie Edelstahldrähte, einsetzen. Die bevorzugte Form der Stabelektroden wird später anhand der Fig. 4 eingehender erläutert werden. Die Stabelektroden werden so in die Kanäle des Keramikkörpers eingeführt, daß diese konzentrisch in den Kanälen parallel zu den dielektrischen Wänden verlaufen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, werden im vorliegenden Fall zwei haarnadelförmige Elektroden 20a und 20b in den Keramikkörper 22 eingeführt, wobei die Elektrode 20a in Pfeilrichtung a und die Elektrode 20b in Pfeilrichtung b in den Keramikkörper 22 eingeschoben wird. Aufgrund der definierten Länge der Elektroden bilden sich verschiedene Bereiche bezüglich der Länge des Reaktormoduls 12, die durch die Abstände d und S wiedergegeben werden. Im Bereich S überlappen die Stabelektroden unterschiedlicher Polarität einander, während die Eindringtiefe der Elektroden in den Keramikkörper so bemessen ist, daß sich jeweils im Randbereich ein Abstand d bildet, in dem jeweils nur Elektroden einer Polarität verlaufen. Die Strecke S wird so gewählt, daß bei einer vorgegebenen Gasgeschwindigkeit in den Kanälen und somit einer vorgegebenen Verweilzeit des zu behandelnden Gasstromes im Reaktormodul eine genügend große Strecke S zur Erzeugung des dünnen Entladungsplasmas entsteht und die erzeugten reaktiven Luftkomponenten (Dissoziationsprodukte, Molekülanregungen,

Ozonanteile) abströmen können, bevor sie durch weitere Elektronenstoßprozesse als teilweise Rückreaktion (Ozonzerfall) in eine Sättigung gelangen können. Dies dient dazu, daß der elektrische Energieverlust durch Wärmeentwicklung verringert wird. Gleichzeitig ist jedoch die Strecke d genügend groß gewählt, damit Gleitentladungen (Überschläge) axial entlang der Kanalwände zwischen den spannungsführenden Elektroden verhindert werden.

Die Elektroden werden durch Kontaktgitter 24a, 24b, die mit einer.Wechselspannungsquelle verbunden sind, mit Spannung versorgt. Die Kontaktierung erfolgt hierbei durch ein dünnmaschiges Edelstahlgitter, durch das die Stabelektroden gesteckt werden.

Die gewählte Kanalweite, der gewählte Elektrodendurchmesser und die angelegte Wechselspannung U stehen miteinander in Beziehung und werden durch die Feldstärken bestimmt, die für die Anregung und Aufspaltung der Gase aufgrund der physikalischen Basisprozesse nötig sind. Hierbei sei auf den Fachaufsatz von B.M. Penetrante "Non-Thermal Plasma Techniques for Pollution Control", in NATO ASI Series, Vol. G34, Part A, Seite 65, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 1993, verwiesen. Daher läßt sich auch bei vorgegebener Geometrie des Reaktionsgefässes durch die Variation der Spannung U der Energiebereich, 'd.h. der Schwerpunkt der Elektronenenergieverteilung, zur Gasanregung einstellen. Damit ist es in einem gewissen Umfang möglich, die Anregungskanäle der Gase (Anregung, Dissoziation, Ionisation, etc.) einzustellen.

Fig. 3 zeigt eine Ansicht des Wabenkörpers 22 mit eingesetzten Stabelektroden parallel zur Strömungsrichtung des zu behandelnden Gases. Hierbei wird deutlich, daß durch die jeweils über-Kreuz-Anordnung der Stabelektroden 24a und 24b,

die in Fig. 3 exemplarisch bezeichnet sind, jede Stabelektrode von Stabelektroden in angrenzenden Kanälen umgeben ist, die jeweils eine andere Polarität besitzen. Die Wände der Keramikkammern müssen rißfrei und von ausreichender Dicke w sein, um Seitendurchschläge zu verhindern. Sollte es durch vereinzelte Wanddefekte {Seitendurchschläge) zu einer Einschränkung des Betriebs der Vorrichtung kommen, so können diese Fehler in einfachster Weise durch Entfernen der Stabelektrode behoben werden. An diesen Stellen bleiben lediglich Blindflecke bezüglich der Plasmaerzeugung zurück.

Fig. 4 zeigt die bevorzugte Geometrie der Stabelektroden in Form einer sogenannten Haarnadelelektrode. Die Elektrode wird bevorzugt aus einem runden Edelstahldraht gefertigt und besitzt eine U-förmige Form mit zwei Schenkeln 32 und einem Zwischenstück 34, das auf einer Seite die beiden Schenkel 32 verbindet. Wie aus der oben in Fig. 4 dargestellten Seitenansicht der Elektrode deutlich wird, besitzt diese Befestigungssicken 30 an den Schenkeln 32 im Bereich nahe dem Zwischenstück 34, die so gestaltet sind, daß sie mit entsprechenden Befestigungsaufnahmen im Keramikkörper zusammenwirken. Die Sicken 30 dienen dazu, die Anordnung der Stabelektroden konzentrisch in den Kanälen und parallel zu den dielektrischen Wänden zu fixieren, so daß im Bereich hoher Feldstärken entlang der in Fig. 2 dargestellten Strecke S im Überlappungsbereich zwischen Elektroden unterschiedlicher Polarität zwischen den Elektroden und den Keramikwandungen der Kanäle ein definierter Luftspalt besteht. Selbstverständlich stellen die Befestigungssicken 30 nur eine bevorzugte Ausführungsform dar und sind eine Vielzahl anderer Möglichkeiten denkbar, eine zusätzlich Lagefixierung der Elektroden und somit eine genauere Ausrichtung im Reaktormodul zu erzielen.

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Beispiel

Um den Wirkungsgrad des Reaktormoduls zu bestimmen, wird an einem Beispiel die Umsetzung der eingebrachten elektrischen Energie in die Ozonbildung betrachtet. Dazu wurde der Modul mit reinem Sauerstoffgas und mit 100 l/h durchströmt. Die Ozonkonzentration wurde mit einem handelsüblichen Ozonmeßgerät der Firma HAB-Hermann-Apparatbau-Aschaffenburg basierend auf der UV-Absorptionsmethode {entsprechend der VDI-Richtlinie 2468, Blatt 6) nach dem Reaktormodul gemessen. Die gesamte elektrische Leistungsaufnahme einschließlich der Strahlungsund Wärmeverluste wurde mit vorgeschalteten elektrischen Leistungsmesser ermittelt. Relevante Größen sind in Tabelle 1 angeführt.

Flußmenge Gasart Ozonkon- Betriebs- Leistung Wirkungs-

[l/h]

zentration

[g/m³]

spannung U [V]

[Watt]

grad

100

105

8500

<43

>35

Der theoretische Wert zur Bildungsenergie von 1 g Ozon ist aus der Dissoziationsenergie {5,2 eV) des O₂ Moleküls abgeleitet und beträgt 1,5 Wh/g O₃. Aus dem gemessenen Wert 43/10,5 = 4,1 Wh/g O₃ ergibt sich ein Wirkungsgrad zu 1,5/4,1 « 35 % für die Umsetzung der eingebrachten elektrischen Energie in die Ozonbildung. Dieser Wert liegt deutlich über 15%, der gegenwärtig den Stand der Technik darstellt.

Weil die mit der vorliegenden Konstruktion gegebenen Wärmeverluste gering sind, ist eine ähnlich gute Effizienz wie zur Ozonerzeugung auch für die anderen Anregungskanäle der

Luftmoleküle gegeben. Andere relevante Luftanregungen wie z. B. molekulare Vibrationsanregungen des Stickstoffs oder Sauerstoffs können bei niedrigeren Betriebsspannungen erreicht werden, womit für verschiedene Schadstoffe ein energiegünstiger und damit kostengünstiger Schadstoffabbau möglich wird. Bei einem Abbauversuch von Lösungsmitteln (Styrol, Xylol, Solventnaphta, Butanol) der Lackindustrie wurde ein niedriger Energieverbrauchswert von 5 Wh pro Gramm umgesetzten Kohlenstoffs mit der hier beschriebenen Anordnung erzielt. Der Nachweis des Kohlenstoffabbaues erfolgte dabei mit einem industrieüblichen Flammenionisationsdetektor.

Claims

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Mikroentladungen bei hohen elektrischen Feldstärken mit einem oder mehreren Entladungsgefäßen, jeweils umfassend:

einen keramischen Formkörper (12) mit einer Vielzahl, parallel zueinander verlaufender Kanäle; und

Stabelektroden (20; 2Oa₇ 20b) die von beiden Seiten des Formkörpers wechselseitig in die Kanäle eingeführt sind und mit einer Spannungsquelle (18) verbunden sind.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle eine quadratische, rechteckige, runde oder hexagonale Querschnittsform besitzen.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Stabelektroden (20; 20a, 20b) und Spannungsquelle (18) durch leitende Kontaktgitter (24a, 24b) hergestellt ist, die im Bereich der Austrittsöffnungen der Kanäle aus dem Formkörper (22) angeordnet sind und in leitendem Kontakt mit den Stabelektroden (20; 20a, 20b) stehen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabelektroden (20; 20a, 20b) im wesentlichen U-förmig ausgebildet sind und eine runde, quadratische, rechteckige oder hexagonale Querschnittsform besitzen.

• ·

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stabelektroden (20; 20a, 20b) Befestigungssicken (30) aufweisen, die nahe dem Verbindungsstück (34) der beiden Schenkel (32) der U-förmigen Stabelektrode angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (22) aus einer nicht-porösen, wasserdichten Keramik, insbesondere aus Cordierit, besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände der Kanäle eine Dicke (w) zwischen 1,8 mm und 2,3 mm aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzei chnet, daß sich die von beiden Seiten her in die Kanäle des Formkörpers erstreckenden Stabelektroden (20; 20a, 20b) über einer Länge (S) im Formkörper überlappen, die zwischen 150 mm und 200 mm liegt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von beiden Seiten her in die Kanäle eingeführten Stabelektroden (20a, 20b) in einem Abstand (d) von dem Kontaktgitter (24a, 24b) enden, wobei der Abstand zwischen 60 mm und 70 mm liegt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (X) der Elektrodenoberfläche zur Kanalwandinnenfläche zwischen 1/0 mm und 1,5 mm liegt.