CH680510A5

CH680510A5 -

Info

Publication number: CH680510A5
Application number: CH1023/90A
Authority: CH
Inventors: Melch Dr Fischer; Paul Koestinger
Original assignee: Ozonia Ag
Priority date: 1990-03-28
Filing date: 1990-03-28
Publication date: 1992-09-15
Also published as: US5254317A; FR2660300B1; JPH04214003A; FR2660300A1; DE4107073A1

Description

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Beschreibung

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon aus Sauerstoff oder einem Sauerstoff enthaltenden Gas durch stille elektrische Entladungen in einem von dem Gas durchströmten Entladungsspalt, der im wesentlichen gebildet ist aus einer rohrförmigen Aussenelektrode und einer von der Aussenelektrode konzentrisch umgebenen Innenelektrode, wobei im Entladungsspalt ein Dielektrikum angeordnet ist, welches die Elektroden voneinander trennt, und metallische Federeiemente zur Distanzierung des Dielektrikums von der Aussenelektrode vorgesehen sind.

Die Erfindung nimmt dabei Bezug auf einen Stand der Technik, wie er sich beispielsweise aus der FR-PS 2 424 874 ergibt.

Technologischer Hintergrund und Stand der Technik

Ozon ist ein sehr starkes Oxidationsmittel für organische Substanzen und für anorganische Verbindungen, die Elemente mit mehreren Oxidationsstu-fen enthalten. Neben vielfältigen Anwendungen in der Chemie wird es seit Jahrzehnten bei der Wasseraufbereitung eingesetzt. Die hohen investitions-

und Betriebskosten für die Ozonerzeugung schränken jedoch die Anwendungsmöglichkeiten ein.

Obwohl es theoretisch viele Möglichkeiten gibt, Ozon zu erzeugen, hat bis heute praktisch nur die Ozonerzeugung durch stille elektrische Entladung Bedeutung erlangt.

Im Gegensatz zu Plattenozonerzeugern bereitet es bei Rohrozonerzeugern Schwierigkeiten, eine exakte Abstandhaltung der Elektroden zu gewährleisten. Dies wird vor allem durch Massabweichungen der Rohrdurchmesser und Durchbiegungen verursacht.

In der DE-OS 3 422 989 ist eine Möglichkeit beschrieben, um eine exakte konzentrische Zuordnung von Innenelektrode, Dielektrikum und Aussenelektrode zu gewährleisten. Die dort beschriebenen und dargestellten Distanzhalter bestehen aus einem auf die Innenelektrode spiralig aufgeklebten Kunststoffband. Neben der Distanzierung bewirkt das spiralige Aufbringen eine Erhöhung der Gasgeschwindigkeit und verbessert die Kühlung.

Diese Bänder bestehen in der Regel aus Polyte-trafluoräthylen (Teflon). Kunststoffbänder, insbesondere solche aus Polytetrafluoräthylen, neigen während des Betriebes des Ozonerzeugers jedoch zum Fliessen, so dass sie ihre Distanzierfunktion nicht im gewünschten Mass erfüllen können. Ausserdem ist ihre Stabilität in der Entladung unzureichend.

Aus der FR-Patentschrift 2 424 874 ist ein Ozonerzeuger bekannt, bei dem das Dielektrikumsrohr mittels Federzungen, die einstückig mit einem in Rohrlängsrichtung geschlitzten Träger verbunden sind, vom äusseren Metallrohr distanziert ist. Träger und Federzungen bestehen aus einem elastischen, gegenüber Ozon beständigen Metall. Bei den heute üblichen Spaltweiten von einem Millimeter und darunter verengen diese Distanzelemente den Entladungsspalt und behindern damit den Durch-fluss des Einsatzgases. Weil einerseits eine minimale Federwirkung der Zungen und andererseits eine Fixierung des Trägers auf dem Dielektrikumsrohr bzw. im äusseren Metallrohr gewährleistet sein muss, kann die Materialstärke des Trägers und damit der Federzungen nicht beliebig klein gemacht werden. Weiterhin sind die Federeigenschaften der Federzungen stark von ihrer Geometrie abhängig. Kleinste Abweichungen vom vorgegebenem Winkel, unter dem die Federzungen aus dem Träger herausgebogen sind, beeinflussen die Distanzierung. Überdies erfordert der Einbau der mit den Distan-zierungselementen versehenen Dielektrikumsrohre bzw. das Einschieben der Dielektrikumsrohre in die mit besagten Elementen bestückten Metallrohre komplizierte Montage-Hilfsvorrichtungen.

Kurze Darstellung der Erfindung

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon zu schaffen, bei welcher die Geometrie des Entladungsspaltes, insbesondere dessen Konzentrizität, nach längerer Betriebszeit eingehalten ist, die Distanzierungselemente den Entladungsspalt so wenig wie möglich einengen und die Montage der Dielektrikumsrohre ohne komplizierte Montage-Hilfsvorrichtungen erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die metallischen Elemente über den Umfang des Entladungsspalts vorzugsweise gleich-massig verteilte Metallfedern sind, die auf einem nichtmetallischen Träger oder unmittelbar auf dem Dielektrikumsrohr befestigt sind, wobei die freien Enden der metallischen Federelemente im wesentlichen tangential zur Dielektrikumsoberfläche weisen und an der Innenwandung der Aussenelektrode anliegen.

Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass - beispielsweise im Gegensatz zum Ozonerzeuger nach der FR-PS 2 424 874 - nur eine unbedingt notwendige Einengung des Entladungsspaltes erfolgt. Der Träger ist nur Montage-Hilfsmittel. Er kann aus diesem Grunde auch aus einem Material bestehen, das gegen Ozon und/oder Entladungsangriff nicht resistent ist. Das im wesentlichen nur tangential wirkende Federelement übt auf einfache Weise eine genau definierte Federkraft aus. Sie ist durch dessen Breite exakt gegeben und lässt sich durch Wahl des Materials, die Dicke und dessen Geometrie in weiten Grenzen beeinflussen und den jeweiligen Spaltgeometrien anpassen. Im Vergleich zu den konventionellen Federelementen in Zungenform ist demnach auch keine Sorge zu tragen auf die exakt einzuhaltende Geometrie der Zungen.

Die Anzahl und Federsteifigkeit der Federeleme-te und deren räumliche Verteilung kann in einfacher Weise dem Gewicht und der Einbaulage der Rohre angepasst werden. Auf diese Weise kann gerade bei horizontaiachsigen Ozonerzeugern auch das Gewicht der Dielektrikumsrohre durch Vergrös-

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sern der Anzahl und/oder der Verteilung und/oder der Federeigenschaften der untenliegenden Federelemente und/oder deren Geometrie kompensiert werden.

Eine besonders einfache Ausführungsform der Erfindung sieht vor, die Federelemente als schmale, gefaltete Metallstreifen auszubilden, die unmittelbar auf das Dielektrikumsrohr geklebt werden, was z.B. mittels eines dünnen, doppelseitigen Klebebandes erfolgen kann. Die Klebverbindung ist dabei nur als Montagehilfe notwendig, da sie unter Einwirkung des im Betrieb erzeugten Ozons ihre Wirkung verliert. Es ist aus diesem Grunde vorteilhaft, die Federelemente so auszubilden, dass sie nach erfolgter Montage der Dielektrikumsrohre im Metallrohr ihre vorgegebene Position behalten.

Bei einer anderen Ausführung werden die gefalteten Federelemente auf ein einseitig mit Klebstoff versehenes Band, vorzugsweise Polyimid-Band, mit einer Länge, die wenig kleiner als der Umfang des Dielektrikumsrohres ist, gesteckt, und dieses Band auf das Dielektrikumsrohr aufgebracht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in schematischer Weise dargestellt, anhand derer die Erfindung näher erläutert wird. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Ozonerzeuger mit Email-Dielektrikum, auf das gefaltete Federelemente gemäss vergrösserter Detailzeichnung nach Fig. 1a geklebt sind;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Ozonerzeuger nach Fig. 1 längs deren Linie AA in vergrösser-tem Massstab;

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Ozonerzeuger mit einer anderen Ausführungsform der Distanzierung mit auf einem einseitigen Klebeband befestigten gefalteten Federelementen gemäss Fig. 3a;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Klebebandes nach Fig. 3 mit Federelementen vor dem Aufbringen auf das Dielektrikumsrohr;

Fig. 5a einen vergrösserten Ausschnitt des unteren Federelements aus Fig. 3:

Fig. 5b eine Skizze zur Erläuterung der Abhängigkeit zwischen Spaltweite und Breite des Federelements;

Fig. 6 eine schematische Übersicht über alternative Federelemente.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Gemäss Fig. 1 und 2 besteht der Ozonerzeuger aus einem äusseren Metallrohr 1, das die auf Erdpotential liegende erste Elektrode bildet, zwei inneren Metallrohren 2a, 2b, welche die zweiten Elektroden bilden. Das Dielektrikum besteht im Beispielsfall aus einer aussen auf die inneren Metallrohre 2a, 2b aufgebrachten Emailschicht 3 von einigen 100 |xm Dicke. Zur Distanzierung der beiden Rohre 1 und 2a bzw. 2b sind im Entladungsspalt 4 an axial voneinander distanzierten Stellen je drei Federelemente 5 vorgesehen. Diese sind in der Nähe der Rohrenden angeordnet und sind gleichmässig über den Umfang (vgl. Fig. 2) verteilt. Bei kürzeren Innenrohren sind 5 nur jeweils an beiden Rohrenden Federelemente 5 vorgesehen, bei grösseren Längen auch im mittleren Rohrabschnitt. Sie bestehen bei einem typischen Ozonerzeuger mit einem Innendurchmesser der Aussenelektroden von 60 mm und einem Entla-10 dungsspalt von 0,5 mm aus 7 bis 8 mm breiten und etwa 0,1 mm dicken rostfreien Federstahlstreifen, die in der Mitte scharfkantig umgebogen sind und etwa eine Länge von 6 bis 7 mm im gefalteten Zustand aufweisen.

15 Die dem inneren Metallrohr 2a zugeordneten Enden der Federelemente 5 weisen alle in ein und dieselbe Richtung und erlauben somit das problemlose Einschieben des einen inneren Rohres 2a (im Beispielsfall von links nach rechts) in das äussere 20 Rohr 1. Die dem anderen inneren Rohr 2b zugeordneten Federelemente, welches Rohr (im Beispielsfalls von rechts nach links) in das Rohr 1 eingeschoben werden muss, sind demgegenüber entgegengesetzt gerichtet, so dass auch hier das innere Rohr 25 2b problemlos in das äussere Rohr 1 eingeschoben werden kann. Die inneren Rohre 2a und 2b, welche die (auf Hochspannungspotential liegenden) inneren Elektroden bilden, sind an ihren inneren Stirnflächen durch eine Kontaktvorrichtung elektrisch 30 miteinander verbunden. Zu diesem Zweck ist das Rohr 2a mit einer zentralen Buchse 6, welche mit einem zentralen Kontaktstift 7 an der inneren Stirnfläche des Rohres 2b zusammenwirkt, versehen.

Die Form der Federelemente 5 und ihre Befesti-35 gung auf der Emailschicht 3 der inneren Rohre geht aus der Detailzeichnung nach Fig. 1a hervor. Sie sind mit einem dünnen einseitigen oder doppelseitigen Klebeband 8 auf der Emailschicht 3 befestigt (Fig. 1a). Anstelle eines doppelseitigen Klebebandes 40 können die Federelemente 5 auch mit einem Kleber, z.B. auf Epoxid- oder Silikonkautschuk-Basis befestigt werden. In beiden Fällen kommt es auf die Ozonbeständigkeit des Bandes bzw. des Klebers nicht an, weil beide nur als Montage-Hilfsmittel die-45 nen.

In der Ausschnittvergrösserung nach Fig. 1a ist ferner zu erkennen, dass der Falz 5a von der Befestigungsstelle des Federelements 5 auf dem Innenrohr 2a distanziert ist. Dort liegt das Federelement 50 direkt auf dem Innenrohr 2a auf. Die freien Enden des Federelements 5 liegen hingegen an der Innenwandung des Aussenrohrs 1 an, was durch Bemessung der Breite des Federelementes in jedem Fall erreichbar ist.

55 Die Federeigenschaften der Federelemente und ihre Form sichern ihre Position auch dann, wenn die Klebeschicht 8 bzw. der Kleber unter Entladungsoder Ozonangriff zerstört werden sollte.

Anstelle von unmittelbar auf das innere Rohr 2a 60 bzw. 2b aufgeklebten Federelemente können letztere auf einen Träger 9 aufgesteckt und dort provisorisch befestigt werden. Dies ist nach Fig. 3 bzw. 3a beispielsweise verdeutlicht. Als Träger kommt dabei beispielsweise ein Polyimid-Band mit einer Breite in 65 Betracht, die in etwa um 70 bis 80% der axialen Län-

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ge der gefalteten Federelemente (ca. 7 bis 8 mm) entspricht. Die Unterseite des Bandes 9 ist mit einer dünnen Klebeschicht versehen, welche auch der vorübergehenden Befestigung der aufgesteckten Federelemente 5 dient. Die Länge des Bandes ist um ein geringes kleiner als der Umfang der inneren Rohre 2a bzw. 2b. Der gegenseitige Abstand der Federelemente 5 auf dem Band 9 ist so bemessen, dass die symmetrische Verteilung im Entladungsspalt gemäss Fig. 3 erreicht wird.

Das derart vorbereitete Band wird an den vorbestimmten Stellen auf das innere Rohr 2a bzw. 2b aufgebracht. Auch ist darauf zu achten, dass die freien Enden der Federelemente eines Rohres in eine Richtung, also beim Einschieben des Rohres in das äussere Metallrohr 1 nach aussen, weisen.

Die Breite der Federelemente 5 ist aus den oben geschilderten Gründen von der Weite des Entladungsspalts 4 und vom Aussendurchmesser des inneren Rohres 2a bzw. 2b abhängig. Unter Zuhilfenahme einfacher geometrischer Beziehungen (Fig. 5b) ergibt sich diese Breite b aus der Beziehung b2 > 4[(n+w)2 - (n+2d)2]

worin n den halben Aussendurchmesser des inneren Rohres 2a bzw. 2b, d die Dicke des Federelements 5 und w die Spaltweite des Entladungsspalts 4 bedeutet. Üblicherweise genügt es, den mit der obigen Beziehung errechneten Wert für b um 10% zu erhöhen. Dann ist die Durchbiegung z (Fig. 5a) des Federelements 5 im eingebauten Zustand ausreichend, genügend Federkraft aufzubauen, um die ihm zugewiesene Distanzierung- und Abstützfunktion zu erfüllen.

Neben Federelemente in Gestalt scharfkantig umgebogener Metallplättchen sind - ohne den durch die Erfindung gesteckten Rahmen zu verlassen - eine Reihe alternativer Federelemente möglich, die in Fig. 6a bis 6f möglich. Alle folgen der erfindungsge-mässen Lehre:

Gemäss Fig. 6a ist das Federelement ein Metallplättchen 10, das an beiden Enden scharfkantig umgebogen ist, so dass Falze 10a und 10b entstehen. Fig. 6b zeigt eine Variante mit nur einem Falz 10 an einem Ende. In beiden Fällen erfolgt die Befestigung auf dem Innenrohr 3 analog Fig. 3a mittels einem Band 9. Selbstverständlich besteht auch hier die Möglichkeit der Befestigung entsprechend Fig. 1 und 2 mit einem doppelseitigen Klebeband oder durch Klebstoff.

Fig. 6c veranschaulicht die Möglichkeit, ein Federelement in Form eines Federdrahtstücks 11 mit einem Klebstofftropfen 12 unmittelbar auf dem Dielektrikum 3 zu befestigen. Eine grossflächigere Befestigung ist gemäss Fig. 6d möglich, wenn das Federelement ein T-förmig gebogenes Federdrahtstück 13 ist. Das Band 9 übergreift dann den nicht der Distanzierung dienenden Mittelteil. Fig. 6e und f zeigen Varianten mit H-förmig gestalteten Federelementen 14, welche entweder durch ein Band 9 (Fig. 6e) oder einen Klebstofftropfen 12 (Fig. 6f) auf dem Dielektrikum 3 befestigt sind. Hinsichtlich der Ausführungen nach den Fig. 6a, 6b, 6e und 6f ist festzuhalten, dass diese Federelemente auch nach Wegfall des Befestigungsmittels (Band 9 bzw. Klebstoff 12) im wesentlichen ihre Position im Entladungsspalt 4 beibehalten. Dies gilt insbesondere dann, wenn die nach dem äusseren Rohr 1 weisenden Schnittkanten scharfkantig belassen werden, weil sich diese Kanten in ausreichendem Masse in der (metallischen) Wandung des äusseren Metallrohrs 1 verkrallen und selbst bei Erschütterungen nur in Rohrumfangsrichtung verrutschen können.

Bei vertikalachsigen Ozonerzeugern ist die Verteilung und sind die Federcharakteristiken der Federelemente gleichmässig, d.h. z.B. alle drei Federelemente 5 in Fig. 1 und 2 sind unter sich gleichartig aufgebaut und gleichmässig in Umfangsrich-tung verteilt.

Bei horizontalachsigen (liegenden) Ozonerzeugern muss im Interesse gleicher Spaltweite in Um-fangs- und Rohrlängsrichtung Sorge dafür getragen werden, das Eigengewicht der Innenrohre 2 zu kompensieren.

Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass die Breite der unten liegenden Federelemente 5 grösser ist als die Breite der obenliegenden Federelemente.

Bei in Umfangsrichtung überall gleich breiten Federelementen lässt sich das Eigengewicht der inneren Rohre 2a, 2b auch durch eine höhere Anzahl unten liegender Federelemente 5 kompensieren.

Weil bei allen beschriebenen Ausführungen bei der Montage der Innenrohre 2a, 2b eine geringfügige Verbiegung der freien Federenden notwendig ist, ist es vorteilhaft, die Enden der äusseren Metallrohre 1 gemäss Fig. 7 mit einer umlaufenden Fase 15 oder Anschrägung zu versehen. Dies erleichtert den Einbau der Innenrohre 2a, 2b und bedeutet keinen nennenswerten Mehraufwand beim Einschweis-sen der Metallrohre 1 in den Rohrboden 17 (Fig. 7).

Die beschriebenen Distanzierungen sind am Beispiel eines Ozonerzeugers mit Email-Dielektrikum beschrieben und dargestellt worden. Es versteht sich von selbst, dass auch Ozonerzeuger mit Quarz-, Glas- oder Keramik-Dielektrikum mit solchen Distanzierungen versehen werden können. Selbstverständlich eignet sich die im Vorstehenden beschriebene Distanzierung auch für solche Ozonerzeuger, bei denen das Dielektrikum bzw. sein Träger nicht in Rohrlängsrichtung unterteilt ist. In diesem Fall ist die Ausrichtung der Federelemente über die gesamte Rohrlänge dieselbe.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon aus Sauerstoff oder einem Sauerstoff enthaltenden Gas durch stille elektrische Entladungen in einem von dem Gas durchströmten Entladungsspalt (4), der im wesentlichen gebildet ist aus einer rohrförmigen Aussenelektrode (1) und einer von der Aussenelektrode konzentrisch umgebenen Innenelektrode (2a, 2b), wobei im Entladungsspalt (4) ein Dielektrikum (3) angeordnet ist, welches die Elektroden voneinander trennt, und metallische Federelemente (5) zur Distanzierung des Dielektrikums von der Aussenelektrode vorgesehen sind, dadurch gekennzeich-

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net, dass die metallischen Federelemente (5) auf einem nichtmetallischen Träger (8; 9) oder unmittelbar auf dem Dielektrikum (3) befestigt sind, wobei die freien Enden der metallischen Federelemente (5) im ' wesentlichen tangential zur Dielektrikumsoberflä

che weisen und an der Innenwandung der Aussenelektrode anliegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente in ihrem mittleren Abschnitt direkt auf dem Dielektrikum (3) aufliegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (5) aus gefalteten Blechstreifen bestehen, wobei die seitlichen Enden des Falzes (5a) an der Aussenelektrode (1), der mittlere Abschnitt des Falzes (5a) am Dielektrikum (3) anliegt und die Befestigungsstelle auf dem Dielektrikum vom Auflagepunkt distanziert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente aus geradem oder gebogenem Federdraht (11; 13; 14) bestehen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass je Radialebene mindestens drei Federelemente (5) vorgesehen sind, wobei bei horizontalachsigen Rohren ein Federelement (5) an der tiefsten Stelle im Entladungsspalt (4) angeordnet ist, während die restlichen Federelemente (5) annähernd symmetrisch zur vertikalen Symmetrieebene liegen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (5) mittels eines Klebstoffs oder eines doppelseitigen Klebebandes (8) auf dem Dielektrikum (3) befestigt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (5) auf einem bandförmigen nichtmetallischen Träger (9) angebracht sind, der auf dem Dielektrikum (3) befestigt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger aus Polyimid besteht und mittels einer Klebeschicht auf dem Dielektrikum (3) befestigt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei horizontalachsigen Rohren die Anzahl und/oder die Verteilung und/oder die Federwege und/oder die Federcharakteristik der Federelemente (5) derart getroffen ist, dass eine Eigengewichtskompensation der von ihnen abgestützten innenrohre (2a, 2b) erfolgt.

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