DE10008103A1

DE10008103A1 - Ionisierungsröhre für Gase, insbesondere zur Erzeugung von Ozon

Info

Publication number: DE10008103A1
Application number: DE10008103A
Authority: DE
Inventors: W Guenther Fischer
Original assignee: FISCHER MARGOT
Current assignee: FISCHER MARGOT
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2000-12-28
Also published as: DE29910447U1

Description

Die Erfindung betrifft eine Ionisierungssröhre für Gase, insbesondere zur Erzeugung von Ozon, für Labor- und Versuchsgeneratoren, mit einem eine als Dielektrikum ausgebildete Wandung und einen Strömungsraum für die Entladung und den Durchtritt des Gases besitzen den Entladungsrohr und mit einer in diesem geführten, an einer Hochspannungsquelle an schließbaren Innenelektrode und mit einer auf der Außenwandung des Entladungsrohres ange ordneten oder zu dieser nach außen beabstandeten und konzentrisch zum Entladungsrohr an geordneten, die Gegenelektrode zu der Innenelektrode darstellenden Außenelektrode, wobei der Strömungsraum zwischen der Außenelektrode und der Außenwandung des dielek trischen Entladungsrohres und/oder zwischen der Innenseite der Außenwandung des dielektrischen Entladungsrohres und der in dieser geführten Innenelektrode sich erstreckt, und in diesem das in einer elektrischen Entladung zu ionisierende oder zu dissozierende Gas zu führen ist und insbesondere die Synthese von Ozon aus dem zu ionisierenden und zu dissozie renden sauerstoffhaltigen Gas in einer Gasentladung erfolgt.

Bisher bekannt sind vorwiegend konzentrisch gestreckte oder plattenförmige Ionisierungsröh ren.

Nachteilig bei diesen ist, daß die Gehäuseabmessungen wegen der Bauform der Ionisierungs röhre relativ groß sein müssen und eine besonders zentrische Anordnung von Innen- und Au ßenelektrode erforderlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Ionisierungsröhre für Gase zu entwickeln, welche klein in den Abmessungen, besonders gut kühlbar und kostengünstig herstellbar ist sowie einen mo dularen Aufbau gestattet.

Dabei soll trotz Verkleinerung der Bauform eine möglichst hohe Ozonausbeute gegeben sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Ausbildung einer Ionisierungsröhre der eingangs genannten Art gemäß Anspruch 1 vorgesehen.

Insofern ist zumindest über einen Teil der Länge des Entladungsrohres in dessen Strömungs raum die Innenelektrode außerzentrisch entlang einer schraubenfederförmigen Linie als Drahtelektrode oder als Kapilarrohrelektrode oder in Form eines außerzentrisch im Strö mungsraum gelagerten Drahtlitzengeflechtes geführt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Ionisierungsröhre gemäß Anspruch 4 ist eine sich gerade erstreckende Entladungsröhre mit in Längsrichtung gleichem Innendurchmesser und gleichem Außendurchmesser vorgesehen, wobei die entlang einer schraubenfederförmigen Li nie geführte, aus einem Draht oder aus einem beschichteten Kapilarrohr gebildete Innenelek trode sich in Form einer langen Schraubenfeder mit konstanter Steigung und mit gleichbleiben dem Wendeldurchmesser innen entlang des Entladungsrohres erstreckt.

Der Innendurchmesser des Strömungsraumes des Entladungsrohres ist dabei etwas größer als der Außendurchmesser der Wendeln der schraubenfederförmig sich erstreckenden Innenelek trode.

Der Leiterdraht dieser schraubenfederförmigen Innenelektrode verläuft außerzentrisch des Strömungsraumes des Entladungsrohres, wobei der Abstand der Außenseite der Innenelektro de zur Innenseite der aus einem dielektrischen Material bestehenden, den Strömungsraum be grenzenden Außenwandung des Entladungsrohrs sehr gering, z. B. 0,1 mm sein kann.

Bei geeigneter Abstimmung des Außendurchmessers der Wendeln und des Innendurchmessers des Strömungsraumes des Entladungsrohres, nämlich einer geringfügig kleineren Ausbildung des Außendurchmessers der Wendeln der Innenelektrode, wird erreicht, daß der Leiterdraht der Innenelektrode sich unmittelbar in geringem Abstand entlang der Innenseite der Wandung des Strömungsraumes erstreckt und dort bei einer sich ausbildenden Gasentladung eine geringe Schlagweite der Gasstrecke gegeben ist.

Im Querschnitt gesehen nimmt der Leiterdraht oder das Kapilarrohr der Innenelektrode bei geringer Bemessung nur einen geringen Teil des Innenquerschnittes des Strömungsraumes ein, wobei insofern die aus einem dünnen Draht oder einem dünnen Kapilarrohr von beispielsweise 4-5 × 10^-4 m Durchmesser gebildete Innenelektrode nur einen geringen Strömungswiderstand darstellt.

Es wird insofern die Strömungsgeschwindigkeit des Gases und des sich bei einer Gasentladung in der Ionisierungsröhre bildenden Plasmas über den Querschnitt des Strömungsraumes des Entladungsrohres und über dessen Länge durch die Innenelektrode nicht wesentlich verändert, wobei sich insbesondere zur Ozonsynthese ein geeignetes nichtthermisches Plasma homogen über das gesamte Volumen des Entladungsrohres ausbilden kann.

Es ergeben sich gute plasmaphysikalische Bedingungen für die Ozonerzeugung mit einem gleichförmigen Entladungseinsatz und einer gleichmäßigen Entladungsentwicklung über die gesamte Länge des Entladungsrohres, wobei sich insofern keine Konzentration des Plasmas auf einzelne Entladungskanäle ergibt.

Die Ionisierungsröhre wird dabei in üblicher Weise mit sinusförmiger Wechselspannung und Netzfrequenz (50 Hz) betrieben. Es sind dabei aber auch Frequenzen bis in den KHz-Bereich möglich, wobei auch statt einer sinusförmigen Wechselspannung ein periodisches Laden und Entladen der Ionisierungsröhre mit steilflankigen Spannungen erfolgen kann.

Die auf eine Hochspannung von beispielsweise 5000 Volt aufzuladende Innenelektrode ist da bei aufgrund ihrer schraubenfederförmigen, über ihre gesamte Länge gewundenen Bauform bedeutend länger als die Länge des Strömungsraumes des Entladungsrohres oder eines zen trisch in diesem in Längsrichtung geradförmig geführten Entladungsdrahtes.

Aufgrund dieser größeren Länge stellt sich dabei eine höhere Ozonausbeute ein, wobei diese sich auch aufgrund des geringen Abstandes der Wendeln der über einen schraubenförmigen Linie geführten Innenelektrode zur dielektrischen Innenwandung des Entladungsrohres ergibt, also der geringen Schlagweite der sich bei einer Gasentladung einstellenden Gasstrecke von weniger als 1 mm.

Die in einer schraubenfederförmigen Linie geführte Innenelektrode weist dabei im Gegensatz zu einem lediglich zentrisch geführten Draht oder einer Elektrode mit flacher gerader Oberflä che eine veränderte Feldverteilung auf, wobei dies zu einer größeren Ladungsträgerdichte im Bereich der Wendeln der Innenelektrode führt.

Aus dieser ergibt sich eine weitere Vergleichmäßigung der räumlichen Entladungsentwicklung und eine höhere Ozonausbeute.

Sofern die Innenelektrode nicht aus einem Draht sondern aus einem Kapilarrohr gebildet ist, welches auf der Außenseite als Dielektrikum ausgebildet ist, also keine elektrisch leitende Be schichtung aufweist und in der Kapilarrohrmitte der Leiterdraht geführt ist, ergibt sich bei der Anordnung dieses Kapilarrohres im Strömungsraum des Entladungsrohres eine Ionisierungs röhre mit einem doppelten statt einem einfachen Dielektrikum.

Eine weitere Erhöhung der Ozonausbeute ist dadurch erreichbar, daß die Wandung des Entla dungsrohres möglichst dünn gehalten wird. In Verbindung mit einem geringen Abstand der schraubenfederförmig geführten Innenelektrode zur Wandung des Entladungsrohres ergibt sich bei Ausbildung einer Gasentladung zudem eine geringe Schlagweite der Gasstrecke und damit eine hohe Energiedichte über die Kapazität der Gasstrecke bzw. des Entladungsraumes und des Dielektrikums der dünnen Wandung des Entladungsrohres.

In vorteilhafter Weise ist dabei gemäß Anspruch 4 des weiteren vorgesehen, daß das zur Bil dung einer stillen Entladung notwendige Dielektrikum, bzw. die aus einem dielektrischen Ma terial bestehende Wandung des Entladungsrohres einerseits möglichst lang ist und somit eine große Fläche zur Ozonbildung zur Verfügung stellt, anderseits aber eine kompakte Bauform gegeben ist.

Es ist insofern vorgesehen, daß das Entladungsrohr nicht gerade gemäß den vorwiegend be kannten Entladungsröhren ausgebildet ist, sondern sich entlang einer schraubenförmigen Linie gemäß den Wendeln einer längeren Schraubenfeder erstreckt, also gewunden ist.

Es ergibt sich insofern eine große Länge des Entladungsrohres, wobei die Länge der in diesem geführten, zudem selbst schraubenfederförmig gewundenen Innenelektrode sich weiter be trächtlich erhöht, da diese zusätzlich mit einem i. a. kleineren Gang entsprechend der Windung des Entladungsrohres aufgewickelt ist. Dieser Gang der insofern zusätzlich schraubenfederför mig gewundenen Innenelektrode, sei es nun eine Drahtelektrode, eine Kapilarrohrelektrode oder eine aus einem Drahtlitzengeflecht gebildete Elektrode, entspricht im wesentlichen dem des gewundenen Entladungsrohres. Es wird insofern zur Innenwandung des Entladungsrohres immer ein ausreichender Abstand eingehalten.

Eine hohe Ozonausbeute mit gleichförmigen Entladungseinsatz und gleichmäßiger Entladungs entwicklung ohne Konzentration auf Entladungskanäle ergibt sich dabei auch bei einer Innene lektrode, welche in dem Entladungsrohr aus einem außerzentrisch angeordneten Drahtlitzen geflecht besteht.

Dies kann dabei ein schraubenförmig sich windendes Band bilden oder auch einem koaxial zum äußeren Entladungsrohr liegenden, in Längsrichtung durchgehenden zylinderförmigen Mantel, wie er als äußere Erdabschirmung für Antennenkabel bekannt ist.

Ein derartiges Geflecht ist dabei aus einem ozonbeständigen Draht mit äußerst geringen Durchmesser von beispielsweise 4-5 × 10^-4 m herstellbar und im geringen Abstand von der Innenwandung des Entladungsrohres anlegbar.

Es stellt sich dabei wiederum eine Veränderung der Feldverteilung gegenüber einem bloßen als Innenelektrode zentrisch geführten Längsdraht ein, wobei sich vor den Drähten des Drahtge flechtes eine größere Ladungsträgerdichte ergibt. Der Ozonbildungsprozeß verlagert sich dabei in den Bereich zwischen der Innenwandung des Entladungsrohres und der Außenseite des Drahtlitzengeflechtes.

Zur Bildung der Gegenelektrode kann dabei gemäß Anspruch 5 das Entladungsrohr konzen trisch innerhalb eines äußeren, als Gegenelektrode anzuschließenden Metallrohres angeordnet sein oder auf seiner Außenseite mit einer als Gegenelektrode verwendbaren Leiterschicht be dampft sein.

Bei der Anordnung des Entladungsrohres innerhalb eines äußeren, von diesem in radialer Richtung beabstandeten Metallrohres ergibt sich dabei der Vorteil, daß insofern durch ein durch das Metallrohr geführtes Kühlmedium auch die Außenseite des Entladungsrohres kühl bar ist.

Erfolgt dagegen die Bildung der Gegenelektrode unter Verwendung einer auf die Außenseite des Entladungsrohres aufgebrachten Leiterschicht, so ist gemäß Anspruch 6 vorgesehen, die Gegenelektrode derart auszubilden, daß innerhalb des eine axiale Ausnehmung aufweisenden, schraubenfederförmig geführten Körpers des Entladungsrohres ein inneres Metallrohr ange ordnet ist, welches mit der äußeren Beschichtung des Entladungsrohres in dessen Längsrich tung fortlaufend elektrisch verbunden ist und somit ebenfalls ein Teil der äußeren Gegenelek trode bildet.

Dieses innere als auch ein äußeres Metallrohr wird dabei auf Erdpotential gebracht, wogegen die Innenelektrode mit einer sich z. B. sinusförmigen verändernden Hochspannung beaufschlagt wird.

Das Erdpotential des inneren Metallrohres wird dabei zur entsprechenden Erdung der mit Me tall bedampften Außenseite des schraubenförmig gewundenen Entladungsrohres auf diese übertragen.

Gemäß Anspruch 7 erfolgt die Anordnung des schraubenförmig gewundenen Entladungsrohres oder auch eines bloßen sich geradförmig erstreckenden Entladungsrohres in vorteilhafter Weise innerhalb eines zur Führung eines Kühlmediums dienenden zylinderförmigen Mantelrohres, wobei das gerade oder schraubenförmig gewundene Entladungsrohr mit seiner Außenseite bzw. dem zusätzlich als Teil der Außenelektrode angeordneten äußeren Metallrohr oder dem entsprechenden im Inneren, längs des Windungsgangs angeordneten inneren Metallrohr kon zentrisch innerhalb des äußeren zylinderförmigen Mantelrohres angeordnet ist.

Gemäß Anspruch 8 wird dabei das zylinderförmige Mantelrohr mit einem Ein- und Auslaß für das Kühlmedium versehen, so daß der Körper des schraubenförmig gewundenen Entladungs rohres sowohl von der Innenseite als auch von der Außenseite kühlbar ist.

Zur Führung von Luft als Kühlmedium ist dabei in dem Strömungskanal des zylinderförmigen Mantelrohres im Bereich des Rohrendes ein Ventilator zur Erhöhung der Luftströmung gemäß Anspruch 9 angeordnet.

Gemäß Anspruch 10 ist die gemäß Anspruch 1 aus einem spiralfederförmig gewickelten Draht bestehende Innenelektrode in vorteilhafter Weise nochmals in sich selbst wendelförmig gewic kelt, wobei insofern eine große Drahtoberfläche gebildet wird und sich somit optimal plasma physikalische Bedingungen für die Ozonerzeugung einstellen. Bei einem schraubenförmig ge wundenen Entladungsrohr ergibt sich für eine derartige, in diesem angeordnete Drahtelektrode eine insgesamt 3-fache Wicklung entlang drei unterschiedlichen schraubenförmigen Linien mit unterschiedlichem Gang.

Gemäß Anspruch 11 ist dabei dieser einfach, zweifach oder dreifach schraubenfederförmig geführte Draht der Innenelektrode zu einem schraubenfederförmigen Gebilde von einem Au ßendurchmesser von 4 mm gewickelt, wobei der Drahtdurchmesser 0,1 mm beträgt.

Die Anordnung erfolgt dabei in einem Entladungsrohr mit einem Innendurchmesser von 5 mm und einem Außendurchmesser von 7 mm, wobei insofern die Stärke des Dielektrikums (Wandstärke des Entladungsrohres) 1 mm beträgt.

Gemäß Anspruch 12 erfolgt dabei die Verwendung eines koaxial zum äußeren Entladungsrohr angeordneten, nur gemäß diesem einfach gewendelten Kapilarrohres mit koaxialer Gasumspü lung mit einen Außendurchmesser von 4 mm, wobei eine Anordnung innerhalb eines Entla dungsrohres mit einem Innendurchmesser von 5 mm erfolgt, welches einen Außendurchmesser von 7 mm aufweist.

Das Kapilarrohr ist dabei außen unter Bildung der eigentlichen Innenelektrode mit einer leiten den Metallschicht bedampft (Silberlack).

Die erfindungsgemäße Ionisierungsröhre zur Ozonerzeugung wird im folgenden anhand zweier bevorzugter Ausführungsformen und deren Zeichnungen näher beschrieben.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Ionisierungs röhre, deren Entladungsrohr als Wendelröhre aus Glas hergestellt ist, welche eine innen entsprechend ihrem Gang geführte, zusätzlich in Längsrichtung wendelförmig sich erstreckende, die Innenelektrode bil dende Edelstahlspirale aufweist und außen als Außenelektrode eine elektrisch leitende Metallschicht trägt. Die Entladungsröhre ist dabei in nerhalb eines einen Strömungskanal bildenden länglichen äußeren Man telrohres angeordnet;

Fig. 2: Einen Querschnitt durch das Entladungsrohr einer abgewandelten Ioni sierungsröhre, welche statt einer Wendelröhre ein gestrecktes Entla dungsrohr aufweist, mit zu diesem zentrisch in geringem Abstand zur Innenseite angeordneter, entlang einer schraubenförmigen Linie geführ ten Innenelektrode aus Draht sowie mit einer eine Außenelektrode bil denden, leitenden äußeren Beschichtung der Entladungsröhre;

Fig. 3: Eine Querschnittsansicht durch das Entladungsrohr einer Ionisierungs röhre mit Wendelröhre gemäß Fig. 1;

Fig. 4: Eine Ausführungsform der Ionisierungsröhre gemäß Fig. 1 und 3 in einer Querschnittsansicht entlang einer durch die Mittelachse und Ein laß-/Auslaßstutzen gehenden Schnittebene, wobei zusätzlich in Längs richtung der Wendelröhre gemäß Fig. 1 bzw. 3 in deren axialer Aus nehmung über die Länge des Bereichs der Wendel ein Metallrohr aus elektrisch leitendem Metall oder mit einer äußeren derartigen Metallbe schichtung geschoben ist, wobei die aufgedampfte, äußere Metallbe schichtung der aus Glas bestehenden Wendelröhre auf Erdpotential in Kontakt mit der elektrisch leitenden Außenseite des Metallrohres steht;

Fig. 5: Einen Querschnitt durch ein gewendeltes Entladungsrohr gemäß Fig. 3, wobei statt einer schraubenförmig gewickelten dünnen Drahtelektrode oder eines derart geführten dünnen Kapilarrohres ein koaxiales breites Kapilarrohr mit zylinderförmig durchgehenden Mantel angeordnet ist.

In Fig. 1 und Fig. 4 ist jeweils eine als Ozonisator zu verwendende Ionisierungsröhre 1 wie dergegeben, welche eine kompakte Bauform unter Ermöglichung einer hohen Ozonausbeute u. a. insofern aufweist, als dessen Entladungsrohr 2 kein gerades gestrecktes Ozonrohr dar stellt, sondern entlang einer schraubenförmigen Linie gemäß den Wendeln einer längeren Schraubenfeder gewunden ist.

Querschnittsansichten eines derartigen in Form eines Wendelrohres aufgebauten Entladungs rohres 2 sind dabei in Fig. 3 und 5 wiedergegeben.

In Fig. 2 ist dabei ein Querschnitt durch ein abgewandeltes Entladungsrohr 2' wiedergegeben, welches gemäß dem Stand der Technik als gerades gestrecktes Ozonrohr ausgebildet ist, dabei aber im Gegensatz zu derartigen Ozonrohren wie in den Ausführungen gemäß Fig. 1, 3, 4 und 5 eine Innenelektrode 5 in Form einer Drahtelektrode 9 aufweist, welche über die Länge des Entladungsrohres und dessen Strömungsraum 4' außerzentrisch angelegt ist und entlang einer schraubenfederförmigen Linie verläuft, also im Gegensatz zum Entladungsrohr 2' gewen delt ist.

Das Prinzip dieser neuen Ionisierungsröhre 1 geht aus Fig. 1 hervor.

Die Ionisierungsröhre 1 besteht aus einer im Strömungsraum 4 des Entladungsrohres 2 außer zentrisch angelegten, entlang einer schraubenförmigen Linie des Entladungsrohres geführten und zusätzlich um sich gewendelten Innenelektrode 5, nämlich einer Drahtelektrode 9 (siehe Fig. 2 und 3), oder einer größeren rohrförmigen, lediglich entsprechend der schraubenfeder förmigen Linienführung des Entladungsrohres 2 geführten Kapilarrohrelektrode 10.

Das Entladungsrohr 2 wie auch das Kapilarrohr der Kapilarrohrelektrode 10 sind dabei aus Glas oder Teflon gebildet, wobei also Materialien zu verwenden sind, welche ozonbeständig sind.

Durch die außerzentrische Führung der Innenelektrode 5, welche im geringen Abstand zur Innenseite der Außenwandung 3 des Entladungsrohres 2 zu liegen kommt, stellt sich bei einer Gasentladung, welche zwischen der Innenelektrode 5 und einer auf der Außenseite des Entla dungsrohres 2 befindlichen Außenelektrode wirkt, eine geringe Schlagweite der Gasstrecke der Gasentladung ein, wobei auf der Innenseite der Außenwandung 3 sich eine Gegenspannung zu der zwischen den Innen- und Außenelektroden 5,7 wirkenden, sinusförmig zu verändernden Hochspannung auf- und abbaut.

Aufgrund dieser geringen Schlagweite ergibt sich somit eine hohe Energiedichte in dem Raum zwischen Innenelektrode und der dielektrischen Außenwandung 3 und somit eine hohe Ozonausbeute.

Die Ozonausbeute wird dadurch vergrößert, als die Innenelektrode 5 aus einem sehr langen Draht oder Kapilarrohr besteht, welcher zunächst entsprechend dem Gang des schraubenför mig gewundenen Entladungsrohres aufgewickelt ist und dabei des weiteren noch um sich selbst in einer eigenen steileren schraubenfederförmigen Linie geführt ist.

Des weiteren ergibt sich eine hohe Ozonausbeute durch die größere Oberfläche bzw. Innen seite des in Form eines Wendelrohres ausgebildeten Entladungsrohres 2.

Auf der Außenseite der Außenwandung 3 des Entladungsrohres 2 ist dabei eine aufgedampfte Metallschicht (Silberlack) 11 vorgesehen, welche gemäß Fig. 1 die Außenelektrode 7 mitbil det und gemäß Fig. 4 auf Grund der zusätzlichen Anordnung eines inneren Metallrohres 13 in der zwischen den Wendeln gebildeten axialen Ausnehmung 12 des Entladungsrohres 2 zusam men mit diesem inneren Metallrohr 13 die Außenelektrode 7 darstellt.

Diese Außenelektrode liegt dabei auf Erdpotential und bildet die Gegenelektrode zur Innenelektrode 5.

Der Anschluß der Innenelektrode erfolgt dabei an eine Hochspannungsquelle 6 in Form eines Hochspannungstrafos 8, wobei ein sinusförmiger Spannungsverlauf mit einem Frequenzbereich von 50 Hz bis einigen kHz erzeugt wird.

Um die auftretende Verlustwärme beim Betrieb der Ionisierungsröhre abzuführen, ist dabei eine Kühlung des Entladungsrohres 2 auf der Außenseite vorgesehen.

Insofern befindet sich, wie in Fig. 1 und 4 erkenntlich, das Entladungsrohr 2 innerhalb eines äußeren zylinderförmigen Mantelrohres 14. Dieses wird dabei von einem Kühlmedium durch strömt, welches über den Einlaßstutzen 15 und den Auslaßstutzen 16 des zylinderförmigen Mantelrohres 14 geführt wird.

Sofern eine Kühlung mit Luft erfolgt, ist dabei gemäß Fig. 4 zusätzlich die Anordnung eines Ventilators 19 am Ende des zylinderförmigen Mantels 14 vorgesehen. Das innere Metallrohr 13 ist am Ende zum Ventilator 19 hin geschlossen, so daß die Kühlluft für das Entladungsrohr 2 mit größerer Geschwindigkeit ausschließlich an der Außenseite des inneren Metallrohrs 13 geführt wird bzw. in den dort gebildeten Ringraum zum äußeren zylinderförmigen Mantelrohr 14.

In Fig. 1 und 4 ist dabei jeweils die Zuführung von Gas bzw. Luft oder Sauerstoff zur Ozon bildung und die Abführung des synthesierten Ozons gezeigt. Zur Zuführung dient dabei der Luft- oder Sauerstoff-Eingang 17 und zur Abführung des Ozons der Ozon-Luftausgang 18.

Die mit dieser Ionisierungsröhre erzielte Ozonausbeute entspricht etwa der einer konventio nellen Ionisierungsröhre nach dem derzeitigen Stand der Technik von 50 cm Länge, während die Ionisierungsröhre gemäß Fig. 1 und 4 lediglich eine Längenabmessung von 15 cm auf weist.

Bei ca. 14 Windungen mit einem Durchmesser der Windung von 3 cm beträgt dabei die ge streckte Baulänge des schraubenlinienförmig gewundenen Entladungsrohres 125 cm. Ein we sentlicher Vorteil ist weiterhin, daß eine sehr hohe und im Querschnitt gleichmäßige Strö mungsgeschwindigkeit gegeben ist, wobei ein freier Querschnitt von 20 mm² (r = 2,52 mm) gegenüber ca. 150 mm² nach dem Prinzip der bekannten Ionisierungsröhren mit geradem ge streckten Ozonrohr und koaxialer Umspülung der Innenelektrode gegeben ist.

Der Aufbau des als Wendelrohr ausgebildeten Entladungsrohres 2 ergibt sich dabei deutlich aus Fig. 3 und 5. Das Entladungsrohr 2 besteht dabei aus einem schraubenförmig gewunde nen Rohrkörper, welcher aus Glas gebildet ist und dessen Außenwandung 3 insofern ein Die lektrikum darstellt.

Die Außenelektrode 7 ist dabei auf der Außenseite der Außenwandung 3 in Form einer Leiter beschichtung 11 aufgebracht (Silberlack).

Innerhalb des Entladungsrohres 2 wird dabei der Strömungsraum 4 gebildet, in welchem das sauerstoffhaltige Gas geführt und in der sich dort ausbildenden Gasentladung ionisiert wird.

Die entstehenden Sauerstoffatome werden in diesem Strömungsraum schließlich zu Ozon syn thetisiert.

In Fig. 3 ist dabei die Anordnung der Innenelektrode als schraubenförmig gewickelte Drahtelektrode 9 dargestellt, wobei insofern ein zusätzlicher steilerer Gang als die Windung des Entladungsrohres gegeben ist, als im Querschnitt lediglich ein kleiner schraffierter Teil der Drahtelektrode zu erkennen ist, während der übrige Gang der Drahtelektrode in Draufsicht erscheint, also als Ringfläche wiedergegeben ist.

Die insofern doppelt wendelförmig ausgebildete Drahtelektrode 9 kommt dabei außerzentrisch des Strömungsraumes 4 zu liegen und befindet sich mit ihren Wendeln in einem Bereich un mittelbar vor der Innenseite der Außenwandung 3 des Entladungsrohres 2.

Dieser Abstand ist dabei je nach Verschiebung dieses wendelförmigen Gebildes kleiner oder größer. Wesentlich ist dabei insbesondere, daß im Gegensatz zu gemäß dem Stand der Technik in geraden gestreckten Ozonrohren mit Ringraum koaxial angeordneten und umspülten In nenelektroden die wendelförmige Drahtelektrode 9 nur einen sehr geringen Strömungswider stand verursacht, so daß die Strömungsgeschwindigkeit des zu ionisierenden Gases über dem Querschnitt des Strömungsraumes 4 nur gering verändert wird. Des weiteren ergibt sich auf grund der geringen Querschnittsabmessung des Entladungsrohres 2 im Bereich der Wendel und damit der geringen Querschnittsfläche des dortigen Strömungsraumes 4 von z. B. lediglich 20 mm gegenüber der bedeutend größeren Querschnittsfläche des Ringraumes bekannter gerade gestreckter Ozonrohre von beispielsweise 150 mm² eine erheblich höhere Strömungsgeschwin digkeit.

Der Durchsatz von sauerstoffhaltigem Gas zur Ozonbildung kann somit erheblich gesteigert werden und somit auch die Ozonausbeute.

Der Vorteil einer gemäß dem Stand der Technik koaxial beidseits umspülten Kapilarrohrelek trode 10, welche aber gemäß Fig. 5 in einem schraubenförmig gewundenen Entladungsrohr 2 angeordnet, also selbst gewunden ist, besteht zunächst in der kürzeren kompakten Bauform des Entladungsrohres 2 und damit der Ionisierungsröhre 1, welche sich aus der Führung der Kapilarrohrelektrode entsprechend der schraubenförmigen Windung des Entladungsrohres 2 ergibt.

Die Kapilarrohrelektrode 10 stellt einen etwas größeren Strömungswiderstand gegenüber dem der Drahtelektrode 9 dar. Andererseits ist auch in dieser Ausführungsform aufgrund der gerin gen Querschnittsfläche des Strömungsraumes 4 der Wendel des Entladungsrohres 2 eine hohe Strömungsgeschwindigkeit und somit ein hoher Gasdurchsatz mit hoher Ozonausbeute gege ben.

In Fig. 2 ist dabei im Querschnitt ein gestrecktes Entladungsrohr wiedergegeben, welches insofern nicht gemäß Fig. 1, 3-5 als Wendelrohr ausgebildet ist.

Ein derartiges gestrecktes Entladungsrohr 2' eignet sich durchaus zur Aufnahme einer im Strömungsraum 4' anzuordnenden, entsprechend einer schraubenförmigen Linie aufgewickel ten Drahtelektrode 9 oder einer gewundenen Kapilarrohrelektrode 10, wie dies in Fig. 3 ge zeigt ist.

Aufgrund der sich insofern einstellenden größeren Länge der Innenelektrode 5 bzw. 9 ergibt sich eine höhere Ozonausbeute, wobei insofern die Länge des Entladungsrohres 2' gekürzt werden kann und somit eine kompaktere Bauform der Ionisierungsröhre 1 gegeben ist.

Zum Vergleich der Ozonausbeute der bisher gegebenen Standard-Ionisierungsröhren der Firma FISCHER Labor- und Verfahrenstechnik GmbH mit einem geraden gestreckten Ozonrohr bei koaxialer Umspülung der Innenelektrode über einen äußeren Ringraum, wurden folgende Vergleichsmessungen der Ionisierungsröhre gemäß Fig. 1 erstellt:

Es ist ein Aufbau der Ionisierungsröhre mit wendelförmigem Entladungsrohr aus Glas mit 14 Windungen und einer Längenabmessung von 15 cm und einem Durchmesser der Wendeln vom 3 cm auf einem Radius des Strömungsraumes von 2,52 mm sowie mit in dessen Wendeln geführter schraubenfederförmig aufgewickelter Drahtelektrode aus einem Edelstahldrahtmate rial von 4-5 × 10^-4 m Durchmesser und mit einer Spannungsversorgung: von 5000 V über 220 V Wechselstrom, 50 Hz, 1,8 A gegeben:

Es ergeben sich insofern im wesentlichen die gleichen Ozonausbeuten von beträchtlich größe ren Standard-Ozongeneratoren mit geradem gestreckten Ozonrohr und koaxialer Umspülung der Innenelektrode in einem Ringraum der Baureihe OZ 502-503, siehe z. B. Zeichnung Nr. 0325-M2-0170-01-1F vom 14.09.1995 der Firma FISCHER Labor- und Verfahrenstechnik GmbH.

Auf Grund fehlender Kühlung sind die unteren Konzentrationsmeßwerte von der Standard- Ozon Leistungskurve aus der Druckschrift "Ozongeneratoren" gegenüber der Kurve OZ 503 nach unten abweichend. Die maximalen Leistungen werden problemlos erreicht.

Sofern man zwei derartige Ionisierungsröhren der Baureihe OZ 503 mit konzentrischen Edel stahl-Stabelektroden parallelschaltet, wird eine Ozonausbeute bzw. Leistung von 20 g/Std. bei einem Durchfluß von 500 l/Std. O₂ gemäß der Leistung der Ionisierungsröhre mit Glaswen delrohr und Edelstahl-Wendelelektrode nach der vorstehenden Ausführung etwa erzielt.

Es ergeben sich in Gegenüberstellung folgende technische Daten der Ionisierungsröhren:
vorstehende erfindungsgemäße Ausführungsform:

Strömungsquerschnitt 20 mm²
Strömungslänge 1300 mm
Gas-Volumen 25 cm³
Entladungsfläche außen 220 cm²
Entladungsfläche innen 36 cm²

Ausführungsform mit einem geraden gestreckten Ozonrohr und koaxialer Umspülung von konzentrischen Edelstahl-Stabelektroden (OZ 503):

Strömungsquerschnitt 123 mm² (246 mm²)
Strömungslänge 500 mm (500 mm)
Gas-Volumen 62 cm³ (124 cm³)
Entladungsfläche 628 cm² (1256 cm²)

- Die Angaben in der Klammer beziehen sich jeweils auf 2 parallelgeschaltete Ionisierungsröh ren OZ 503.

Im Gegensatz zu allen bisher bekannten Ionisierungsröhren zur Ozonerzeugung wird somit erneuerungsgemäß auf eine konzentrische, gestreckte Form der Entladungsröhre bzw. eine koaxiale Umspülung der Innenelektrode über einen Ringraum verzichtet, um eine kleinere Bauform der Entladungsröhre zu erreichen und dabei insbesondere eine zentrische koaxiale Anordnung von Innen- und Außenelektrode zu vermeiden.

Es ergibt sich neuerungsgemäß insofern

- eine wesentlich kürzere Bauform der Ionisierungsröhre,
- eine hohe Feldstärke durch Verwendung einer schraubenfederförmig aufgewickelten Innenelektrode aus einem dünnen Draht oder Kapilarrohr oder durch Verwendung eines derart geführten außerzentrisch gelagerten Drahtlitzengeflechtes,
- eine turbulente Gasführung durch das als Wendelrohr ausgebildete Entladungsrohr, welches einen geringen Durchflußquerschnitt aufweist, wobei sich eine höherer Durchströmungs geschwindigkeit bei gleichmäßiger Konzentration im Gasstrom einstellt,
- ein wesentlich kleineres Gasvolumen und höherer Konzentration von Ozon,
- eine optimale Möglichkeit zur Tiefkühlung zur Verhinderung eines Zerfalls des gebildeten Ozons,
- die Möglichkeit der Kühlung bei einer klein gehaltenen Bauform mit einer einfachen Kühlaggregat (z. B. nach dem Peltier-Effekt).

Bezugsziffernliste

1

Ionisierungsröhre

2

,

2

' Entladungsrohr

3

,

3

' Außenwandung

4

,

4

' Strömungsraum

5

Innenelektrode

6

Hochspannungsquelle

7

,

7

' Außenelektrode

8

Hochspannungstrafo

9

Drahtelektrode

10

Kapilarrohrelektrode

11

,

11

' Leiterbeschichtung der Außenelektrode

12

axiale Ausnehmung

13

inneres Metallrohr

14

zylinderförmiges Mantelrohr

15

Einlaßstutzen

16

Auslaßstutzen

17

Luft- oder Sauerstoff-Eingang

18

Ozon-Luftausgang

19

Ventilator

Claims

1. Ionisierungsröhre (1) für Gase, insbesondere zur Erzeugung von Ozon für Labor- und Ver suchsgeneratoren, mit einem eine als Dielektrikum ausgebildete Außenwandung (3, 3') und einen Strömungsraum (4, 4') für die Entladung und den Durchtritt des Gases besitzenden Entladungsrohr (2, 2') und mit einer in diesem geführten, an einer Hochspannungsquelle (6) anschließbaren Innenelektrode (5) und mit einer auf der Außenwandung (3) des Entladungs rohres (2) angeordneten oder zu dieser nach außen beabstandeten und konzentrisch zum Entladungsrohr (2) angeordneten, die Gegenelektrode zu der Innenelektrode darstellenden Außenelektrode (7, 7'), wobei der Strömungsraum (2) zwischen der Außenelektrode (7, 7') und der Außenwandung (3, 3') des dielektrischen Entladungsrohres (2, 2') und/oder zwischen der Innenseite der Au ßenwandung (3, 3') der dielektrischen Entladungsrohres (2, 2') und der in dieser geführten Innenelektrode (5) sich erstreckt und in diesem das in einer elektrischen Entladung zu ioni sierende oder zu dissozierende Gas zu führen ist und insbesondere die Synthese von Ozon aus dem zu ionisierenden und zu dissozierenden sauerstoffhaltigen Gas in einer Gasentla dung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest über einen Teil der Länge des Entladungsrohres (2, 2') in dessen Strömungsraum (4, 4') die Innenelektrode (5) außerzentrisch entlang einer schraubenfederförmigen Linie als Drahtelektrode oder als Kapilarrohrelektrode oder in Form eines außerzentrisch im Strö mungsraum gelagerten Drahtlitzengeflechtes geführt ist.

2. Ionisierungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtelektrode (9) aus einem schraubenförmig gewickelten drahtförmigen Leiter besteht und das die Kapilarrohrelektrode (10) aus einem entlang einer schraubenförmigen Linie ge führten Kapilarrohr besteht, in welchem mittig ein die Innenelektrode darstellender Draht aus einem Leitermaterial geführt ist oder daß eine Leiterbeschichtung (11') auf der Außen seite des Kapilarrohres aufgebracht ist.

3. Ionisierungsröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsrohr (2) aus einem dünnwandigen Glas- oder Teflonrohr besteht.

4. Ionisierungsröhre nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsrohr (2') sich geradförmig in Längsrichtung der Ionisierungsröhre (1) er streckt oder daß es (2) entlang einer schraubenförmigen Linie gemäß den Wendeln einer längeren Schraubenfeder gewunden ist.

5. Ionisierungsröhre nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsrohr (2, 2') konzentrisch innerhalb eines äußeren, als Gegenelektrode anzu schließenden Metallrohres angeordnet ist oder daß auf der Außenwandung (3, 3') das Entladungsrohr mit einer als Gegenelektrode verwendbaren Leiterschicht (7, 7') bedampft ist.

6. Ionisierungsröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem in Längsrichtung schraubenförmig gewundenen Entladungsrohr (2) die Außen wandung (3) unter Bildung der Gegenelektrode mit Metall bedampft ist und innerhalb des eine axiale Ausnehmung (12) aufweisenden schraubenfederförmigen Körpers des Entla dungsrohres (2) ein inneres Metallrohr (13) geführt ist, welches mit der äußeren Beschich tung (11) des Entladungsrohres (2) elektrisch verbunden ist und ebenfalls als äußere Ge genelektrode wirkt.

7. Ionisierungsröhre mit einem schraubenförmig in Längsrichtung gewundenen Entladungsrohr nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß das schraubenförmig gewundene Entladungsrohr (2) innerhalb eines zylinderförmigen, einen größeren Innendurchmesser aufweisenden Mantelrohres (14) konzentrisch angeordnet ist, wobei das Innere dieses Mantelrohres (14) zur Führung eines Kühlmediums für das Entla dungsrohr (2) und damit für das in diesem geführte Gas dient.

8. Ionisierungsröhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des zylinderförmigen Mantelrohres (14) und/oder des in der axialen Ausnehmung (12) des Entladungsrohres (2) eingeschobenen Metallrohres (13) einen Strömungskanal zur Luft- oder Wasserkühlung aufweist, wobei am Rohranfang ein Einlaßstutzen (15) für das Kühlmedium und am Rohrende für dies ein Auslaßstutzen (16) angeordnet ist.

9. Ionisierungsröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung mittels Luft am Rohrende ein Ventilator (19) zur Erzeugung einer verstärkten Luftströmung im Strömungskanal des Mantelrohres (14) und/oder des in der axialen Aus nehmung (12) des Entladungsrohres (2) eingesteckten inneren Metallrohres (13) angeordnet ist.

10. Ionisierungsröhre nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendeln der in einer schraubenfederförmigen Linie geführten Drahtelektrode (9) einen Außendurchmesser von 4 mm aufweisen und daß das diese Innenelektrode aufnehmende Entladungsrohr (2) einen Innendurchmesser von 5 mm besitzt und einen Außendurchmesser von 7 mm, wobei der Drahtquerschnitt 0,1 mm beträgt.

11. Ionisierungsröhre nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrisch im Entladungsrohr (2) angelegte Kapilarrohrelektrode (10) einen Innen durchmesser von 4 mm und einen Außendurchmesser von 5 mm aufweist und in einer schraubenförmigen Linie in den Wendeln eines längeren schraubenfederförmig gewundenen Entladungsrohres (2) geführt ist, welches einen Innendurchmesser von 5 mm und einen Au ßendurchmesser von 7 mm aufweist.

12. Ionisierungsröhre nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die entlang einer schraubenfederförmigen Linie geführte Drahtelektrode (9) oder eine derart geführte Kapilarrohrelektrode (10) und/oder das derart wendelförmig geführte Entladungs rohr (2) über die gesamte Länge mit gleichem Außendurchmesser und im Querschnitt gleichbleibend aufgebaut sind.

13. Ionisierungsröhre nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß Steigerung und/oder Ganghöhe der Drahtelektrode (9) oder der Kapilarrohrelektrode (10) sich über die Länge der Elektrode ändern.

14. Ionisierungsröhre nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtlitzengeflechtelektrode oder die Kapilarrohrelektrode (10) gemäß der schrauben förmigen Linie des Entladungsrohres (2) geführt und konzentrisch zu diesem mit einem zy linderförmigen Mantel und in geringem Abstand zur Innenseite der Außenwandung (3) des Entladungsrohres (2) angeordnet ist, wobei auf der Außenseite des Kapilarrohres eine Lei terbeschichtung (11') aufgebracht ist.