DE1767542B2

DE1767542B2 - Rohrfbrmiger Ozonisator

Info

Publication number: DE1767542B2
Application number: DE1767542A
Authority: DE
Inventors: Jean Guillerd; Fernand Travers
Original assignee: Compagnie des Eaux et de lOzone France SA
Current assignee: Compagnie des Eaux et de lOzone France SA
Priority date: 1967-05-22
Filing date: 1968-05-20
Publication date: 1973-09-20
Also published as: US3551321A; GB1157720A; CH478060A; FR1531528A; NL6807245A; DE1767542A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen rohrförmigen Ozonisator mit mehreren zueinander koaxial und voneinander im Abstand angeordneten Rohrteilen, wobei von zwei radial benachbarten Rohrteilen eines als Hochspannung gegen Masse führende Elektrode und das andere als Dielektrikum ausgebildet ist.

Bei den bekannten Ozonisatoren dieser Art besteht jedes Entladungselement aus zwei koaxial ineinander angeordneten, hohlzylindrischen Elektroden, von denen die eine die Masse bildet und die andere an Hochspannung angeschlossen ist; zwischen ihnen beschem Material. Dielektrikum und Elektroden werden ganz oder teilweise durch zirkulierendes Wasser gekühlt.

So werden unterschieden:

a) Ozonisatoren, die aus einem ersten sehr hoch mit Wasser gefüllten gläsernen Rohr und einem zweiten Glasrohr bestehen, welches ersteres umfaßt und von Wasser umgeben ist, das ais Masseelektrode dient. Die Entladung findet zwischen den beiden die Dielektrika bildenden Rohren statt. Das Wasser erfüllt zwei Aufgaben, einerseits die eines elektrischen Leiters und andererseits die eines Kühlmittels für die Dielektrika.

b) Ozonisatoren mit einer äußeren Metallelektrode, die in Wasser schwimmt, das zur Masseelektrode gehört, und einem dielektrischen Rohr geringeren Durchmessers, dessen innere Oberfläche entweder metallisiert oder mit einem Metallrohr ausgeschlagen ist und das an Hochspanjs nung angeschlossen ist; in diesem Falle findet die Entladung zwischen der Masseelektrode und dem Dielektrikum statt.

c) Ozonisatoren mit einei aus einem Metallrohr bestehenden Hochspannungselektrode und einem dielektrischen Rohr größeren Durchmessers, das äußerlich mit zur Masse gehörendem Wasser gekühlt wird. Die Entladung findet zwischen Hochspannungselektrode und dem dielektrischen Rohr statt

Ozonisatoren vom Typ a) werden wegen ihrer Komplexität und ihrer Zerbrechlichkeit in der Industrie praktisch nicht verwendet. Die Ozonisatoren vom Typ b) und c) weisen nicht dieselben Leistungen auf.

Es ist bekannt, daß die Erwärmung der Dielektrika einen Energieverbrauch verursacht, der auf Kosten der Ozonherstellung geht, und dies umso stärker, je mehr sich ihre Temperatur erhöht. Daraus ergibt

sich, daß die Leistung der Ozonisatoren vom Typ c) größer ist als die der Ozonisatoren vom Typ b), da ihr Dielektrikum besser gekühlt ist durch direkten Kontakt mit dem Wasser als das der Ozonisatoren vom Typ b). das nur teilweise gekühlt wird (durch

Leitung durch die warme Entladung von der gekühlten Masseelektrode aus).

Außerdem ermöglicht die Wirksamkeit der Kühlung der Dielektrika, die ihrer Beschädigung oder ihrem Bruch entgegenwirkt, eine bedeutende Angleichung der Leistung an die Einheit der Entladungsoberfläche und somit eine bedeutende Erhöhung der Ozonproduktion,

Bei den bekannten Rohrozonisatoren ist diese Leistung jedoch begrenzt, und somit hält sich auch die

Produktion eines Entladungselementes in bestimmten Größen.

Bekanntgewordene Ozonisatoren der eingangs genannten Art zeigen auch bereits verschiedene Arten der Führung des zu ionisierenden Gases. So wird bei einem ersten solchen Ozonisator das der Ozonisierung zu unterwerfende Gas durch den rohrmantelförmigen Raum zwischen einem mit einem metallischen Innenfilm versehenen Glaskolben und einer dessen Außenfläche beabstandet umgebenden Gehäusewand hindurchgeführt und durch ein durch den Glaskolben hindurchgeführtes Glasrohr in entgegengesetzter Strömungsrichtung wieder abgeführt (deutsches Patent 1 036 224). Da die Gehäusewand an Masse und der Innenfilm des Glaskolbens an Hochspannung liegt, herrscht nur in dem rohrmantelförmigen Raum zwischen dem Innenfilm des Glaskolbens und der Gehäusewand ein elektrisches Feld, während im Rückführglasrohr innerhalb des Kolbens kein elektrisches Feld vorhanden ist. Das Gas ist demnach nur entlang des bestimmten Weges in der einen Strömungsrichtung dem elektrischen Feld ausgesetzt.

Bei einem anderen Ozonisator (deutsches Patent 1 096 338) wird ähnlich verfahren, in dem das Gas durch das Innere eines die Hochspannungselektrodc bildenden Rohres zugeführt wird und in dem rohrmantelförmigen Raum zwischen dem Rohr und einem dieses umgebenden Mantel, der an Masse geschaltet ist, zurückströmt. Auch hier wird das Gas

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_nur entlang einer bestimmten, in einer Strömungs- tung gesehen gegebene Breite vänes der beiden Strönchtung verlaufenden Wegstrecke dem elektrischen mungskanäle bestimmt ist.

Feldausgesetzt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsan des er-

Weiterhin ist es bekanntgeworden (deutsches Pa- findungsgemäßen rohrförmigen Ozonisators sind die tent 1090 186), zwischen einer rohrkolbenförmigen 5 Entladungsfelder parallel angeordnet, und die Luft Hochspannungselektrode und eim-r diese umgeben- oder eine zu ozonisierenden Sauerstoff enthaltende den Masseelektrode einen keramischen Rohrkörper Flüssigkeit (die nachstehend einfach mit ozonisieanzuordnen, durch welchen der zwischen der Hoch- rende Flüssigkeit bezeichnet werden), wird gleichzeispannungselektrode und der Masseelektrode befind- tig in beide Entladungsfelder geleitet und die ozoruliche Raum in zwei rohrmantelförmige Räume unter- 10 sierte Flüssigkeit am Ausgang der Entladungsfelder teilt wird, deren einer zwischen der Hochspannungs- gesammelt. _

elektrode und dem Rohrkörper und deren anderer Gemäß einer weiteren Ausführungsart des erfin-

zwischen dem RohΓköφeΓ und der Masseelektrode dungsgemäßen rohrförmigen Ozonisators sind die verläuft. Durch beide rohrmantelförmigen Räume Entladungsfelder reihenfönnig angeordnet und die zu wird parallel das Gas geleitet, das somit ein und 15 ozonisierende Flüssigkeit durchquert nacheinander demselben elektrischen Feld ausgesetzt ist; eine Er- die beiden Entladungsfelder, wobei die ozonisierte höhung der Ozonausbeute findet — bei sonst ver- Flüssigkeit am Ausgang des zweiten Entladungsfelgkichbaren Verhältnissen — gegenüber den vorer- des aufgefangen wird.

wähnten Ozonisatoren nicht start. Alle bekannten rohrförmigen Entladungselemente

Schließlich hat man in ähnlicher Anordnung wie 20 weisen nur eine Entladung pro Element auf, gleich zuletzt geschildert einen rohrförmigen Trennkörper ob sie vom Typ a), b) oder c) sind, in dem "Raum zwischen der kolbenförmigen Hoch- Jedes erfindungsgemäße Entladungselement weist

spaniniiiübclcktrodc und der Masscckktiodc an- i«ci Einladungen auf.

geordnet", wobei allerdings neben der Hochspan- Natürlich kann das erfindungsgernäße Element mit

nunasclektrode auch die rohrförmige MassecK-V.trode 25 doppelter Entladung auch mit einfacher Entladung an der gleichen Stirnseite abgeschlossen ist (französi- arbeiten. Es eenügt diesbezüglich, für das eine Uische Patentschrift 1 379 841). Das Gas wird dabei in elektrikum kein Wasser oder keine leitende Flussigden /wischen der Masseelektrode und dem Trenn- keit zu verwenden, was die eine Masseelektrode körper eebildeten rohrmantelförmiiien Raum singe- außer Kraft setzt.

geben, am Ende des Trennkörpers durch deu Ab- 30 Außer der Verdoppelung der Entladungsoberschluß der Masseelektrode umgekehrt und durch den fläche und der Vergrößerung der Produküonskapazizvvischen dem Trennkörper und der Hochspannungs- tat weist die Erfindung einen zweiten Vorteil auf. Beelektrode gebildeten rohrmantelförmigen Raum in züglich der Energiegewinnung ist bekannt, daß IeU-entcesiengesetzter Strömungsrichtune zurückführt. »ere höher ist. wenn das Entladungselement mit ver-Das Gas durchläuft das zwischen "den Elektroden 35 ringerter Leistungsdichte arbeitet. Denn genaugeherrschende elektrische Feld in beiden Strömungs- nommen wird bei einem Element mit doppelter tnirichtungen und damit zweimal. Eine gegenüber den ladung eine gegebene Energie auf die doppelte UDervorheschriebenen Ausführungen höhere Ozons-ewin- fläche eines erMachen Entladungselementes ^verte>¹¹· nunü wird aber auch hier nicht erzielt, da bei sonst anders ausgedi -kt arbeitet die Vorrichtung mn naieleichen Verhältnissen der doppelten Weglänge 40 ber LiK-rgiedichte. und ihr Ertrag ist verbessert, durch das elektrische Feld die halbe Gasdurchsatz- Der dritte Vorteil der Erfindung ist der toigenoe.

meniie gegenübersteht. Da die absorbierte Energie Funktion des Wertes der

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen an die Elektroden angelegten Hochspannung isioc Ozonisator der eingangs genannten Art zu schäften, nötigt das Element mit doppelter Entladung ™e™ deren Entladungsraum vergrößert ist, ohne daß eine 45 bestimmte Energie demnach nur den Hoenspanverrinocrte Gradurchsatzmenge in Kauf genommen nungs-Wert, der der mittleren Energie lur ein eic oder Z¹Ui Erlangung einer gleichen elektrischen Feld- ment mit einfacher Entladung ^entsP^r^^clien *^UT;; stärke die Betriebsspannung erhöht werden müßte. Dies ist ein äußerst günstiger r-aktor Dezugi cn uci

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß Risiken von Torsionen und Init.alzundungen (m Anein als Hochspannungselektrode ausgebildete. Rohr- 50 betracht der Merkmale der in dem Ozonisa or_ vorg eil vorgesehen ist. das sich unter Ausbildung von selwnen Fluchtlinien). D.esbew.rkte ne erh oMe Be Zwischenräumen zwischen zwei koaxial als Dielektrika tnebssicherheit, z. B. im Falle zufälliger geringerer ausgebildeten Rohrteilen befindet, wobei die Dielek- Trockenheit der zu ozonisierenden ^Hu*^slf ^"; tnka auf der der Hodispannungsekktrode abpewand- Nachfolgend werden ««J^^Ä^

ten Seite durch Kontakt mit einer geerdeten, elek- 55 ^n des neuen crf.ndunpgcm^en rohrförmigen CA trisch leitenden Flüssigkeit die Gegenelektroden aus- nisators unier Bezugnahme auf die Zucnnung bilden und zugleich gekühlt werden und Einrichtun- schrieben. Es zeigt erfindunes-

gen die das Durchleiten von Gas durch den zwischen F. g. 1 einen Längsschnitt durch, e ^" ^'""J*

Hochspannungselektrode und Dielektrika gebildeten gemalten Ozonisator mit zwei parallelen Entladungen Raum ermöglichen, vorhanden sind. 60 pro Entladungsclcment, crfinduncs-

Aut Grund dieser erfindungsgemäßen Anordnung Fig. 2 einen L^ ¹^ ™"^.

erhält man pro Hochspannunesclektrode zwei sich zu gemäßen Ozonisatoi mit zwei rcinenweisen den beiden durch die Kühlflüssigkeit gebildeten man- ^ngen pro Entlad^^^.^ _{der erfindung}stelformisen Masseelektrcden erstreckende elektrische We aus Γι g. 1 ^crS1^¹"™; ° · _Melallbchäl-

Felder/von denen jeweils eines einen der beiden 65 gemäße rohrförmige O« inen Meta Strömünesräume durchsetzt. Das bedeutet, daß die ter I, der als Mass celektrodc d. cn ndmd ■ anzulegende Hochspannung aus der Division der er- ncrem die Entladungse emcnte angü,acht nd1 (^ forderlichen Feldstärke durch die in Feldl.nienrich- denen zwei in der Zeichnung dargestellt

zwei parallel stattfindenden Entladungen pro Entladungselement.

Jedes dieser Entladungselemente besteht im wesentlichen aus einer rohrförmigen Hochspannungselektrode 2, die an eine Hochspannungsleitung angeschlossen ist und koaxial zwischen zwei rohrförmigen Dielektrika 3,4 angeordnet ist, die durch zu der Masse hinzugefügtes Wasser gekühlt werden, so daß zwei Entladungsfelder5 undo beidseitig der Hochspannungselektrode entstehen.

Das innere Dielektrikum 3 besteht aus einem Glasrohr oder einem anderen gegen Hochspannung und Ozon widerstandfähigen Material geringer Dicke und ist an seinem oberen Ende durch einen Deckel 3 η geschlossen; dieses Rohr durchgreift eine Trennplatte 7, an der es, vertikal stehend, befestigt ist, wobei eine ringförmige Dichtung 8 aus einem gegen Ozon widerstandsfähigen elastischen Material eingelegt ist; dieses Rohr mündet in eine Kammer für den Kühlwasserzufluß 9, die von einem Teil der Seitenwand des Behälters 1, der Trennplatte? und einer zweiten Trennplatte 10 begrenzt wird; das Wasser wird in die Kammer über einen Rohransatz 11 und durch die Leitung 12 geleitet. An der zweiten Trennplatte 10 ist ein vertikal stehendes Überlaufrohr 13 befestigt, das sich im Innern des inneren Dielektrikums 3 bis in die Nähe dessen Deckels 3 α verlängert. Dieses Rohr mündet in eine Austrittskammer 14 für das Kühlwasser, die durch einen anderen Teil der Seitenwand des Behälters 1, durch die Trennplatte 10 und den Boden

15 des Behälters begrenzt ist. Das Kühlwasser für das innere Dielektrikum wird in die Kammer 9 geleitet, steigt im Inneren des inneren Dielektrikums 3 hoch und entweicht durch das Rohr 13 in die Kammer 14, von dieser fließt es durch einen Rohransatz

16 ab. Das Rohr 13 dient bei der Füllung demnach dazu, die Luft entweichen zu lassen, und danach ermöglicht es die Zirkulation des Kühlwassers im inneren Dielektrikum.

Das äußere Dielektrikum 4 besteht auch aus einem Glasrohr oder aus einem anderen gegen Hochspannung und Ozon widerstandsfähigen Material geringer Dichte, es ist an beiden Enden offen und vertikal an Trcnnplartcn 17 und 18 befestigt, die es in Höhe der besagten Enden durchquert, wobei jeweils ringförmige Dichtungen 19 und 20 vorgesehen sind. In dem von dem Rohr, der Wand des Behälters 1 und den Trennplatten 17 und 18 begrenzten ringförmigen Zwischenraum zirkuliert von unten nach oben das Kühlwasser des äußeren Dielektrikums, das in den unteren Teil dieses Zwischenraums durch den Rohransatz 11 und eine Leitung 22 eingeleitet und aus dem oberen Teil dieses Zwischenraumes durch einen Rohransatz 23 abgeleitet wird. Die Höhe dieses Zwischenraumes 21 entspricht der Länge der Hochspannungselektrode 2, damit das Auftreten eines Luft- oder Sauerstoffkissens vermieden wird, das ionisiert würde und zu Funkenbildung und Parasitentladungen führen würde.

Das obere Ende des dielektrischen äußeren Rohres mündet in eine Eintrittskammer 24 der zu ozonisierenden Flüssigkeit, die von der Wand des Behälters 1, der Trennplatte 18 und einem Deckel 25 begrenzt ist. Die zu ozonisierende Flüssigkeit tritt in diese Kammer durch einen Rohransatz 26 ein.

Das untere Ende dieses äußeren dielektrischen Rohres mündet in einer bestimmten Entfernung oberhalb der Trennplatte? in eine Ozon-Ausströmkammer 27, die von einem Teil der Wand des Behälters 1, dem inneren dielektrischen Rohr 3 und den Trennplatten 7 und 17 begrenzt wird. Das gebildete Ozon strömt durch einen Rohransatz 28 aus.
Die Hochspannungselektrode 2 besteht aus einem Metallrohr geringer Dicke, das zwischen den Dielektrika 3 und 4 durch Zentrierschrauben 29 zentriert ist und unter Einfügung von ringförmigen Dichtungen

30 auf ein Rohr 31 aus Glas oder einem anderen Isoliennaterial aufgepreßt ist, das über der Elektrode befindlich ist. Dieses Rohr 31 ist mit einem Deckel

31 α verschlossen und an Ort und Stelle mittels eines Feder- und Zentrierringes gehalten, der das obere Ende des äußeren dielektrischen Rohres 4 abschließt Der Ring 32 und der Deckel 31 α sind außerdem jeweils mit öffnungen 32 α und 31 b versehen, die die Entladungsfelder 5 und 6 mit der Zutrittskammer für die zu ozonisierende Luft oder Flüssigkeit 24 verbinden.

ao Die Hochspannungselektrode 2, an deren oberem Ende dem Durchmesser entsprechend eine metallene Querverbindung 33 befestigt ist, ist an den Hochspannungs-Strom-Anschluß 34 angeschlossen, der in der Mitte des Deckels 25 vorgesehen ist und elektrisch mit einer runden Hochspannungs-Strom-Verteiler-Platte 35 verbunden ist über ein flexibles Feder-Kontaktsystem 36, einen Stößel 37 und eine Schmelzsicherung 38; dieses System befindet sich einerseits in einer axial angeordneten Hülse 39, die von der Querverbindung 33 getragen wird, und andererseits in einem Schmelzsicherungs-Halter 40, der in der Achse des Deckels 31 α befestigt ist. Die Hochspannungs-Strom-Verteiler-Platte 35 ist außerdem kraftschlüssig verbunden mit einer Isolier-Stützplatte 41, die nach unten durch einen Mantel 41a verlängert ist und alle Entladungselemente bedeckt und die aus der Kammer 24 kommende, zu ozonisierende Flüssigkeit in die besagten Elemente leitet.
Im Betrieb treten zwei Entladungen beidseitig der Hochspannungselektrode 2 pro Entladungselement auf; wenn die zu ozonisierende Flüssigkeit in die Kammer 24 eintritt, durchquert sie einerseits die Durchgangs-öffnungen 32 α des Feder- und Zentrierringes 32 und zirkuliert dann von oben nach unten in das Entladungsfeld 6 und andererseits durch die Durchgangs-Öffnungen 31 b des Deckels 31 α und dann gleichfalls von oben nach unten in das Entladungsfeld 5, und die ozonisierte Flüssigkeit wird am Ausgang der genannten Entladungsfelder in der Kammer 27 gesammelt und entweicht durch den Rohransatz 28.

Die Gestaltung der Vorrichtung, die Wahl der Größenordnung des Entladungselementes und die Ausführungsart erlauben ihre Inbetriebnahme unter Druck, wobei keine Änderung der Produktion oder des Energieertrages gegenüber dem Betrieb bei atmosphärischem Druck stattfindet.

Daraus ergibt sich ein bedeutender Vorteil für die einfache und wirtschaftliche Herstellung des ozonisierten Mediums. Das Verfahren kann in der Tat mit Kompressions-Verteilung durch die porösen Elemente verwendet werden, was am billigsten ist.

Gemäß der in F i g. 2 der Zeichnung dargestellten Variante enthält der erfindungsgemäße rohrförmige Ozonisator eine bestimmte Anzahl von Entladungselementen (von denen zwei in der Zeichnung dargestellt sind) mit zwei reihenweisen Entladungen pro Entladungselement.

Das äußere dielektrische Rohr 4 ist an seinem unseren Ende mit einem ringförmigen Boden 42 geschlossen, der es verbindet mit dem unteren Ende des inneren dielektrischen Rohres 3. Auf diese Weise ist das Entladungsfeld S' an das Entladur.gsfeld 6' angeschlossen.

Außerdem ersetzt der Boden 42 die Trennplatte 7, die zur Montage des inneren Dielektrikums in der Ausführungsform der F i g. 1 dient.

Außerdem wird das Isolierrohr 31', auf das die Hochspannungselektrode 2 aufgedrückt ist, nicht mehr von einem Feder- und Zentrierring wie im Falle der F i g. 1 an Ort und Stelle gehalten, sondern durchquert eine Trennplatte 43, an der es unter Einlage einer ringförmigen Dichtung 44 befestigt ist.

Diese Trennplatte 43 begrenzt einerseits mit der Trennplatte 18 und der Wand des Gehäuses 1 eine Eintrittskammer 24 für das zu ozonisierende Medium und andererseits eine Sammelkammer 27' für das zu ozonisierende Medium mit dem Deckel 25 und der Wand des Behälters 1, das ozonisierte Medium entweicht aus dieser Kammer durch den Rohransatz 28'.

So durchfließt das in die Kammer 24 eintretende, zu ozonisierende Medium das äußere dielektrische Rohr4 von oben nach unten und damit das erste Entladungsfeld 6' und steigt dann in das zweite Entladungsfeld 5' auf, das ozonisierte Medium durchquert die Querverbindung 33, das Innere des Isolierrohres 31', die Austrittsöffnungen 31'b des Deckels 31'a und wird in der Ozonkammer 27' gesammelt, aus der es durch den Rohransatz 28' entweicht.

Natürlich kann die Richtung des zu ozonisierenden Mediums entgegengesetzt sein, jedoch macht der stark ionisierte Zustand des ozonisierten Mediums diese zum Leiter und begünstigt so elektrische Torsionen. Die Fluchtlinien sind in der erwähnten Richtung zwangsläufig langer, was eine weitere Erhöhung der Hochspannung und infolgedessen der Ener-

ao giezerstreuung und der Ozonherstellung ermöglicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 538/482

Claims

Patentansprüche:

1. Rohrfönniger Ozonisator mit mehreren zueinander koaxial und voneinander im Abstand angeordneten Rohrteilen, wobei von zwei radial benachbarten Rohrteilen eines als Hochspannung gegen Masse führende Elektrode und das andere als Dielektrikum ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Hochspannungselektrode ausgebildetes Rohrteil (2) vorgesehen ist, das sich unter Ausbildung von Zwischenräumen zwischen zwei koaxial als Dielektrika ausgebildeten Rohrteilen (3, 4) befindet, wobei die Dielektrika auf der der Hochspannungselektrode abgewandten Seite durch Kontakt mit einer geerdeten, elektrisch leitenden Flüssigkeit die Gegenelektroden ausbilden und zugleich gekühlt werden und Einrichtungen, die das Durchleiten von Ga* durch den zwischen Hochspannungielektrode und Dielektrika gebildeten Raum ermöglichen, vorhanden sind.

2. Ozonisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume paraiiel angeordnet sind und ihnen zugeordnete Zu- und Abführkammern für das zu ozonisierende Medium vorgesehen sind.

3. Ozonisator nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abführräume derart ausgebildet sind, daß das zu ozonisierende Medium die beiden Zwischenräume nacheinander durchströmt.