DE1909802C2

DE1909802C2 - Koronaerzeugungsvorrichtung

Info

Publication number: DE1909802C2
Application number: DE19691909802
Authority: DE
Inventors: Frank Eugene Phelps N.Y. Lowther
Original assignee: Purification Sciences Inc
Current assignee: Purification Sciences Inc
Priority date: 1968-02-29
Filing date: 1969-02-27
Publication date: 1984-08-09
Also published as: NL162037B; JPS55324B1; BR6906665D0; FR2002923A1; DE1909802A1; NL6903103A; NL162037C; GB1265724A

Description

" 7880

2ε

hat, der so gevählt ist, daß die spezifische Koronaleistung pro Flächeneinheit im Bereich ihres Maximums liegt, wobei T_a und Td in Millimeter und V₀ in Volt einzusetzen sind und ε die Dielektrizitätskonstante des auf wenigstens einer (34'; 46,47) der Elektroden eingebrannten, die Gesamtdicke Td aufweisenden Emailüberzugs (34; 48) ist, daß diese Gesamtdicke (Td) weniger als 1 mm beträgt und der Emailüberzug eine Dielektrizitätskonstante (ε) in der Größenordnung von etwa 5 bis 10 hat, und daß in der Korona-Entladiingskammer außer dem wenigstens einen eingebrannten Emailüberzug (34; 48) keine festen Dielektriken vorgesehen sine.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf mindestens einer Elektrode (34'; 46, 47) vorgesehene Emailüberzug (34; 48) aus mehreren Schichten besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdicke (T_d) des Emailüberzugs (34; 48) kleiner als 0.5 mm ist.

Die Erfindung betrifft eine Koronaerzeugungsvorrichtung mit einem Koronareaktorkern, der mindestens eine Koronareaktorzelle mit einem Paar im Abstand voneinander angeordneter Metallelektroden aufweist, deren Wirkflächen zwischen sich eine Korona-Entladungskammer definieren, wobei an der Wirkfläche einer der Metallelektroden eng anliegend ein dielektrischer Emailüberzug vorgesehen ist.

Eine derartige Vorrichtung ist bekannt aus der CH-PS 2 90 880. Die bekannte Vorrichtung verwendet als parallel zueinander verlaufende Metallelektroden zwei rohrfösmige Elektroden, die konzentrisch zueinander angeordnet sind und zwischen sich eine Korona-Entladungskammer bilden. Auf der Außenseite der Innenelektrode ist ein dünner Isolierbelag aus einer keramischen Masse bzw. aus Email aufgespritzt, und auf der Innenseite der Außenelektrode befindet sieh als Isolator ein Glasrohr. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel sind ebenfalls zwei zueinander konzentrische Metallrohre vorgesehen, wobei das Innenrohr auf seiner Außenseite und das Außenrohr auf seiner Innenseite mit einem aufgespritzten Isolicrbclag aus einer keramischen Masse bzw. aus Email versehen ist. Als Gegenelektrode dient in diesem KaII eine mil Quecksilber gefüllte Glaswendel, die in dem Raum zwischen den beiden Metallrohren angeordnet ist — In beiden Fällen ist die kombinierte Dicke der beiden verwendeten Dielektriken, also Glas einerseits und Isolierbelag aus Email

5 oder Keramik andererseits relativ groß, was zur Erzeugung einer genügend hohen spezifischen Koronaleistung die Verwendung einer hohen Koronaspannung erfordert, wobei trotzdem die erreichbare spezifische Koronaleistung wenig befriedigend ist und man deshalb

ίο zur Erzeugung genügender Ozonmengen sehr große Eiektrodenflächen benötigt

Eine ähnliche Koronaerzeugungsvorrichtung, welche ebenfalls ein Glasrohr als Dielektrikum verwendet, zeigt die US-PS 28 22 327, nämlich eine konzentrische Elektrodenanordnung, bei der um die Innenelektrode ein Glas aus Borsilikat (Handelsmarke PYREX) angeordnet ist, das nach den dort aufgeführten Beispielen eine Dicke von 5 mm, 3,5 mm oder 2,7 mm hat, wobei der Spitzenwert der angelegten Spannung zwischen 53 kV und 30 kV liegt Die höchste Ozonausbeute ergibt sich nach den Angaben dieser Patentschrift beim Beispiel mit dem dicksten Glasrohr (5 mm) und der höchsten Spannung (53 kV), nämlich eine Tagesleistung von etwa 0,5 g Ozon pro cm². Diese US-Patentschrift gibt auch eine mathematische Formel für eine zur Optimierung der Ozonausbeute günstige Luftspaltgröße an; diese Formel führt aber ?ii wenig sinnvollen Ergebnissen. Zudem führt die Verwendung hoher Spannungen und damit dicker Dielektriken dazu, daß der Luftspalt ziemlieh klein wird, da sonst der Gesamtabstand der Metallelektroden voneinander zu groß würde. Dies schafft ungünstige Strömungsverhältnisse.

Aus der Patentliteratur sind eine Vielzahl weiterer Angaben über Koronaerzeugungsvorrichtungen bekannt:

Die DE-PS 6 96 081 betrifft Koronaerzeuger mit platten- oder röhrenförmigen Elektroden. Zur Erhöhung der Ozonausbeute (im Sinne des elektrischen Wirkungsgrades) sollen Isolierschichten aus Titandioxid (Rutil) verwendet werden, oder aber Schichten aus oxidischen Zirkonverbindungen.

Die DE-PS 7 39 036 betrifft Koronaerzeuger, deren Elektroden nicht mit einer Isolierschicht versehen sind. Diese Elektroden können z. B. die Form von Stäben, Gittern odgl. haben. Große Ozonausbeuten lassen sich damit nicht erzielen.

Die DE-AS 10 24 933 zeigt einen Koronaerzeuger mit ebenen Elektroden, zwischen denen sich dicke Isolatoren, z. B. Scheiben aus Glas oder Keramik, befinden. Es gelten die eingangs für solche dicken Isolierschichten erwähnten Nachteile.

Die DE-AS 11 01 375 zeigt plattenförmige Elektroden in Form von zwei Glasscheiben, zwischen die eine dünne Metallelektrode luftfrei eingebettet ist Für die Glasscheiben werden Dicken von 1... 5 mm angegeben, d. h. es ergeben sich ganz ähnliche Verhältnisse, wie sie oben im Zusammenhang mit der US-PS 28 22 327 erläutert wurden.
Die DE-AS 11 32 253 zeigt einen Koronaerzeuger mit Wasserkühlung. Es soll dort ein Dielektrikum mit hoher Dielektrizitätskonstante verwendet werden, insbesondere das aus der DE-PS 6 96 081 für diesen Zweck bekannte Rutil. Ferner soll zur besseren Wärmeabstrahlung die eine Elektrode und die Rutilschicht mit einem

dunklen Überzug aus Glas oder Email verschen werden. Die Isolierschicht ist hier nämlich sehr dick und liegt voll im Bereich des lilcktroncnbombardements durch die Koronaentladung, so dal.! sie thermisch sehr sliirk bean-

sprucht wird. Im übrigen sind die Verhältnisse auch hier analog zu denen bei der Anordnung nach der US-PS 28 22 327.

In Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, Systemnummer 3 (1960), Seiten 1057—1059 Finden sich ebenfalls Ausführungen über Apparate zur Ozonerzeugung. Diese Ausführungen stellen eine Kompilation aus einer Vielzahl von Quellen dar und sind teilweise in sich widersprüchlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Koronaerzeugungsvorrichtung die spezifische Reaktionsmittelausbeute pro Elektrodenfläche zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Als Dielektrikum wird also ausschließlich eingebranntes Email verwendet, und zwar mit einer Gesamtdicke unter 1 mm. Unter Email wird dabei eine sogenannte Emailfarbe verstanden. Durch die Verwendung eines dünnen Emailüberzugs ergibt sich ein guter Wärmeübergang von diesem Überzug auf die Trägerelektrode und damit eine niedrige thermische Belastung des Emailübercugs mit der Folge einer hohen Lebensdauer. Der Erfinder hat ferner festgestellt, daß anders als bei dicken Dielektriken die Größe des Luftspalts bei solchen dünnen Dielektriken sehr wichtig ist, und daß die spezifische Koronaleistung pro Flächeneinheit hier ein ausgeprägtes Maximum bei einer bestimmten Luftspaltgröße hat, so daß die Kombination von dünnem dielektrischen Emailüberzug, optimaler Luftspaltgröße und relativ niedriger Betriebsspannung eine wesentliche Verbesserung gegenüber den aus der US-PS 28 22 327 bekannten spezifischen Reaktionsmittelausbeuten bzw. eine starke Reduzierung der Betriebsspannung ermöglicht, wie das im folgenden an Ausführungsbeispielen erläutert wird.

Mit Vorteil wird die Erfindung ferner so weitergebildet, daß der auf mindestens einer Elektrode vorgesehene Emailüberzug aus mehreren Schichten besteht. Es hat sich gezeigt, daß ein solcher aus mehreren Schichten bestehender Emailüberzug eine besonders gute Spannungsfestigkeit hat, da Defekte der einen Schicht von der nachfolgenden Schicht überdeckt werden.

Eine bevorzugte Lösung zeichnet sich ferner dadurch aus, daß die Gesamtdicke des Emailüberzugs kleiner als 0,5 mm ist Die Gesamtdicke kann dabei sogar in bevorzugter Weise wesentlich unter 0,5 mm liegen, z. B. in der Größenoidnung von 0,12 mm. Die; stellt natürlich eine radikale Abkehr vom Bekannten dar, denn bei den bekannten Vorrichtungen war man offensichtlich — wegen der Hohen Betriebsspannungen — bestrebt gewesen, ziemliche dicke Dielektriken zu verwenden. Mit solchen dünnen Dielektriken nach der Erfindung läßt sich aber 2ine besonders gute spezifische Reaktionsmittelausbeute erzielen.

Beispielsweise erhält man — bei gleichbleibendem Werkstoff des Dielektrikums und gleicher angelegter Betriebsspannung — bei einer Dicke des Dielektrikums von 0,12 mm eine achtmal höhere spezifische Ozonausbeute als bei Verwendung eines 1 mm dicken Dielektrikums. Im Vergleich zu den bisher üblichen Dielektriken von 25 mm Dicke ergibt sich hierbei sogar der 20fache Wert.

Die Erfindung ermöglicht also /.. B. die Erzeugung wesentlich größerer Ozonmengen, als das bisher möglich war, und zwar bei unveränderter Elcktrodenfläche und Betriebsspannung. Außerdem kann man mit relativ niedrigen Betriebsspannungen arbeiten, was die Kosten des elektrotechnische·.! Teils günstig beeinflußt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Teilansicht einer Koronaerzeugungsvorrichtung, die jedoch keine Ausführungsform der Erfindung darstellt,

F i g. 2 einen vergrößerten Querschnitt nach der Linie 2-2 der F i g. 1 mit einer schematischen Angabe der Erregungsschaltung,

F i g. 3 eine perspektivische, teilweise aufgebrochene ίο Ansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 4 eine vergrößerte Stirnansicht einer Kcronaerzeugungsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig.5 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht nach der Linie 5-5 der F i g. 4,

F i g. 6 einen Grundriß zu F i g. 4,

F i g. 7 einen stark vergrößerten Teilquerschnitt des Entladungsteils zur Erläuterung verschiedener Kenngrößen,

F i g. 8 eine grafische Darstellung der nutzbaren Koronaleistung in W/cm² als Funktionier Spannung und der Dicke des Dielektrikums,

F i g. 9 ein Schaubild der optimalen Luftspaltbreite in Abhängigkeit von der Spannung und der Dicke des Dielektrikums,

Fig. !0 ein Schaubild der nutzbaren Koronaleistung in W/cm² in Abhängigkeit von der Dicke des Dielektrikums und der Luftspaltbreite, und

F i g. 11 ein Schaubild zur Erläuterung der ungefähren täglichen Ozonmenge, die mit Dielektrirken unterschiedlicher Dicke erzeugt werden kann.

Die F i g. 1 und 2 zeigen eine nicht zur Erfindung gehörende Koronaerzeugungsvorrichtung 10 aus einem ebenen Metallstück 11 aus einem beliebigen Werkstoff, z. B. Eisen, Stahl, Kupfer cder einer Legierung. Ein entkohlter oder nichtrostender Stahl ist jedoch vorzuziehen, da dann nur eine geringe Möglichkeit zur Abspaltung von Kohlenstoffteilen beim Einbrennen besteht, die sonst in den Überzug eingebettet werden könnten. Das Metallstück 11 ist mit einer oder mehreren dünnen, harten Schichten aus Email überzogen. Beim Aufbringen des Überzugs wird das Metallstück zunächst in bekannter Weise geätzt oder — bei Benutzung eines rostfreien Stahls — mit einem Sandstrahl behandelt. Auf das geätzte Metallstück 11 wird dann Email aufgesprüht und bei etwa 815°C eingebrannt, wobei der Emailüberzug 12 auf die Oberfläche des Metallstücks 11 aufgeschmolzen wird.

Email ist deshalb vorzuziehen, weil es leicht in einer oder mehreren dünnen, gleichmäßigen Schichten aufgebracht werden kann; die relative Dielektrizitätskonstante liegt etwa zwischen 5 und 10.

Auf der Oberfläche des Emailüberzugs 12 ist in bekannter Weise ein Metallgitter 14 abgeschieden, in dessen Bereich die Koronaentladung oder eine stille elektrische Entladung auftritt. Dieses Metallgiuer kann beispielsweise auch aus leitender Farbe bestehen, die auf den Emailüberzug aufgebracht ist.

Ein Transformtor 15 ist mit einer Sekundärwicklung bo 16 über einen Anschlußleiter 17 mit einer Klemme 18 verbunden, die auf dem Metallgiuer 14 beispielsweise durch eine Lötverbindung aufgebfacht ist. Auiierdem ist die Wicklung 16 über einen Leiter 19 mit dem Metailstück 11 über eine herkömmliche Anschlußverbindung 20 verbunden. Eir Zweiwegeschalter 21 ermöglicht die wahlweise Einschaltung eines Widerstandes 22 in den Stromkreis der Sekundärwicklung 16, womit die Leistung der elektrischen Entladung herabgesetzt werden

kann und damit die Menge der Ozoncr/.eugung, womit eine Geruchskontrolle in begrenzten Bereichen möglich ist. Eine Primärwicklung 23 des Transformators 15 ist mit einem Stecker 26 an eine übliche, z. B. 110 V-Wechselspannung. angeschlossen.

F i g. 3 zeigt eine Koronaerzeugungsvorrichtung 30 zur Ozonerzeugung unter Verwendung einer zylindrischen Elektrodenanordnung 31. Die Vorrichtung 30 ist auf einer Grundplatte 32 aufgebaut, die z. B. aus Holz oder Kunststoff bestehen kann. Die Grundplatte 32 besitzt eine Ringnut 33 zur Aufnahme einer Stirnseite der Elektrodenanordnung 31, damit dieselbe auf der Grundplatte 32 ausgerichtet gehalten wird. Die Anordnung 31 besitzt einen eingebrannten Emailüberzug 34 auf einem Metallzylinder 34', wie dies für den Überzug 12 der F i g. 1 erläutert ist. In inniger Berührung mit dem Überzug 34 befindet sich ein Metallgitter 35, das mithilfe von Metallbändern 36 und 37 festgehalten ist. Ein Transformator 38 steht innerhalb der Elektrodenanordnung 31 und ist mit der Grundplatte 32 durch Schrauben 39 verbunden.

Die Sekundärwicklung des Transformators 38 ist über Leiter 40 mit dem Zylinder 31' und dem Gitter 35 verbunden. Die Primärwicklung kann durch einen Stekker 41 über eine Verbindungsleitung 42 an eine Netzspannungsquelle angeschlossen werden. Die Leiter 40 und 42 können durch Schlitze 43 und 44 in der Grundplatte 32 auf die Außenseite des Zylinders geführt werden. Zum Schutz der Elektrodenanordnung 31 kann ein durchlässiger, nicht dargestelltes Gehäuse Verwendung finden.

Die F i g. 4 bis 6 zeigen eine Vorrichtung 45 nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Sie weist rechteckige Metallplatten 46 und 47 auf, deren jeweils beide Seitenflächen einen dünnen, harten Überzug aus eingebranntem Email 48 tragen, wie dies in der zuvor erläuterten Ausführungsform beschrieben ist. Parallel zu und im Abstand von den Metallplatte;! 46 und 47 sind ebene Metallplatten 49, 50 und 51 angeordnet. Der in den Unterlagen für die Elektroden verwendete Ausdruck »parallel« ist nicht auf ebene Elektroden beschränkt, sondern gilt gleichermaßen für zylindrische, gleichmäßigen Abstand voneinander aufweisende Elektroden wie z. B. in F i g. 3. Diese Mctallplatten 49,50 und 51 sind ebenfalls rechteckig und haben kleinere Abmessungen als die beschichteten Mctallplatten 46 und 47, damit kein Überschlag zwischen den Schmalkanten 52 der Platten 49, 50 und 51 und entsprechenden Schmalkanten 53 der Platten 46 und 47 möglich ist. Die Platten 49, 50 und 51 sind so aufgestellt, daß ihre kleinere Abmessung in Richtung der Luftströmung aufgestellt ist, damit man eine größere Stirnfläche erhält Halteelemente 54 und 55, die aus einem geeigneten Isolierstoff bestehen, beispielsweise Polyvinylchlorid, nehmen die Platten 46 und 47 auf und ebenso die Platten 49,50 und 51, die jeweils parallel im Abstand zueinander ausgerichtet sind. Ein Ende der beschichteten Platten 46 und 47 paßt jeweils in Schlitze 56 der Kunststoffelemente 54 und 55. Jeweils ein Ende der Platten 49,50 und 51 paßt in Schlitze 58 des Kunststoffelements 54, und das jeweils andere Ende dieser Platten liegt in Schlitzen 59 des Kunststoffelements 55. Kunststoffendplatten 60 und 61 halten die Elemente 54 und 55 mithilfe von Stahlbolzen 62 und 63 zusammen, die durch Bohrungen 64 und 65 der Elemente 54 und 55 reichen. Der Stahlbolzen 63 sitzt in Durchgängen der Platten 49, 50 und 51, die beim Aufsetzen des Elements 55 mit den Schlitzen 59 ausgerichtet sind.

Die Durchgänge in den Platten 49, 50 und 51 sind etwas kleiner als der Bolzen 63, so daß der Bolzen 63 in den Platten 49,50 und 51 einen Preßsitz aufweist, womit man eine gute elektrische Verbindung erhält. Der BoI-zen 63 besitzt an beiden Enden ein Gewinde für eine Mutter, z. B. 66, die die Anordnung zusammenhalten. Ein Stahlbolzen 67 reicht durch Durchgänge 68 im Ekkenbereich der Platten 46 und 47. Der Bolzen 67 hat einen solchen Durchmesser, daß er gleitend in den Metallteil der beschichteten Platten im Umfangsbereich der Durchgänge 68 paßt, damit eine elektrische Verbindung hergestellt ist.

Eine Anschlußklemme eines Transformators 70 ist über einen Leiter 71 mit dem Bolzen 67 und Mutter 69 verbunden; die andere Anschlußklemme des Transformators ist über einen Leiter 72 mit der Mutter 66 verbunden. Beim Anlegen der Spannung von Seiten des Transformators 70 bildet sich eine Koronaentladung zwischen einer Oberfläche der beschichteten Platte 46 und der gegenüberliegenden Oberfläche der Piatte 49 sowie zwischen der anderen Seite der Platte 46 und der gegenüberstehenden Oberfläche der leitenden Platte 50 aus. Entsprechend erhält man auf beiden Seiten der beschichteten Platte 47 eine Koronaentladung jeweils zu gegenüberstehenden Oberflächen der Platten 50 und 51. Nach F i g. 7 hat der aufgebrannte dielektrische Emailüberzug der Platte 47 eine Dicke Td. Eine Oberfläche 73 der Metallplatte 51 befindet sich in einem Abstand T, gegenüber der Oberfläche 74 des Emailüberzugs 48. Der Abstand oder Luftspalt T, definiert eine Korona-Entladungskammer einer Koronareaktorzelle eines Koronareaktorkerns der Koronaerzeugungsvorrichtung. Die Einflüsse dieser Größen werden nunmehr erläutert. In Verbindung mit der folgenden Beschreibung ist angenommen, daß die anliegende Wechselspannung eine Frequenz von 60 Hz aufweist.

Grundlage der Erfindung ist die bekannte thermochemische Grundgleichung der Bildung von Ozon:

3O₂ + 68 200 cal <=* 2O₃

Indem man Kalorien durch elektrische Energie in Wh ersetzt, ergibt sich als theoretische Ozonausbeute bei einem angenommenen Wirkungsgrad von 100% ein Wert von 0.83 Wh pro g erzeugtes Ozon. Der Betrag der nutzbaren Kronaleistung zur Erzeugung einer Koronaentladung in Abhängigkeit von der Minimalspannung, bei der eine Koronaentladung erzeugt werden kann, ergibt sich erfindungsgemäß aus der folgenden

so Formel:

mit
P

F

= 4 F V_s C_g(V_o - V„)

= Koronaleistung in W

= Wechselspannungsfrequenz in Hz

Vj = Überschlagsspannung für vorgegebene

Luftspaltbreite und Luftdruck, in V

Va = anliegende Spitzenspannung in V

Vcs = Koronazündspannung in V

Q= Kapazität des Dielektrikums in F

Bekanntlich hängt die Kapazität des Dielektrikums von der Dicke des Dielektrikums, seiner Dielektrizitätskonstanten und der Koronaerzeugungsfläche nach der folgenden Gleichung ab:

C, - 0,8855- ΙΟ"¹²· ε -£-

ε — relative Dielektrizitätskonstante (bezo

gen auf Luft)

T' = Schichtdicke des Dielektrikums, in mm A — Koronaerzeugungsfläche, in cm² £o = 0,8855 · 10-" [(A ■ S)I(V ■ cm)] = Di

elektrizitätskonstante des Vakuums

Nach der Erfindung besteht zwischen der Koronazündspannung V„ und der Überschlagsspannung V₁ folgende Beziehung:

c,

C= Kapazität des Luftspalts in Parad.

Zur Umwandlung der Koronazündspannung V„ in die Überschlagsspannung V₅ wird die folgende Gleichung benutzt:

C_a

-*r ■ 10

0,8855 10" ^l2·

T. = Breite des Luftspalts, in mm.

Nach dem Vorstehenden kann für eine 60 Hz-Wechsclspannung, also mit F = 60, die nutzbare Koronalcistung folgendermaßen ausgedrückt werden:

— = 0,21252

-9

tV_s

T_ä+eT_a

nw--

Hieraus kann zwischen die optimale Luftspaltbreite T₃ zur Erzielung der maximalen nutzbaren Koronaleistung durch Differentiation der Gleichung (1) hinsichtlich der Luftspaltbreite berechnet werden; durch Nullsetzen erhält man:

mit (T₁₁) optimal als Luftspaltbreite in mm für die maximale nutzbare Koronaleistung bezogen auf die Einheit der dielektrischen Er/cugungsfläche.

Zur Bestimmung der maximalen Koronaleistung für optimalen Luftspalt können die Gleichungen (1) und (2) folgendermaßen zusammengefaßt werden:

Nimmt man im Sinne der Erfindung atmosphärische Normalbedingungen an, so hängt die Überschlagsspannung von der Breite des Luftspalts folgendermaßen ab:

—'- = 3940 (V/mm Luftspaltbreite)

Somit erhält man folgende Formel für die nutzbare Koronaleistung in Watt pro Korona-Erzeugungsflächeneinheit mit den Größen der Dicke des Dielektrikums, der relativen Dielektrizitätskonstanten und der Luftspaltbreite in mm:

^ = 0,83733.10-" ^εΤΛ(" ³⁹⁴°

(T^ optimal =

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-JL

2ε

(2)

- ίο

Für eine Erläuterung der Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung wird auf F i g. 7 und die Schaubilder der F i g. 8 bis 11 Bezug genommen. Die Angaben in F i g. 7 und die Parameter in den Schaubildern sind den Faktoren in den obigen Gleichungen entsprechend gewählt.

In F i g. 8 gilt die gestrichelte Linie für ein handelsübliches Dielektrikum mit einer Dicke von 2,5 mm, das in Koronag'fneralorcn y.ur O7oncr?c"gung in großem Umfang benutzt wird. Wenn die Luftspaltbreite nach der obigen Lehre der Erfindung optimal eingestellt ist, ergibt sich, daß bei einer Erregungsspannung von 15 000V die nutzbare Koronaleistung, bezogen auf 1 cm² der Erzeugungsfläche, etwa 0,014 W beträgt. Im Gegensatz dazu erhält man bei Benutzung eines dielektrischen Überzugs von beispielsweise 0,12 mm Dicke eine nutzbare Koronaleistung von etwa 0,279 W/cm² der Erzeugungsfläche, also das 2Ofache.

Ein dünnes Dielektrikum bringt außerdem den Vorteil, daß der optimale Luftspalt breiter ist. Damit hat man einen größeren Durchlaßquerschnitt für den Luftsauerstoff durch die Koronaentladung zusammen mit einer nutzbaren maximalen Koronaleistung. Zum Beispiel bezieht sich die gestrichelte Linie in F i g. 9 auf ein herkömmliches Dielektrikum ebenso wie in Fig.8. Bei einer Erregungsspannung von 15 000V ist eine Luftspaltbreite von etwa 1,6 mm optimal. Dagegen ist für einen dünnen dielektrischen Überzug mit beispielsweise 0,12 mm Dicke die optimale Luftspaltbreite größer als 1,9 mm. Bei der praktischen Auswertung hat es sich gezeigt, daß ein sehr kleiner Anstieg in der Luftspaltbreite (beispielsweise um 1%) gegenüber dem Optimalwert einen Teil der Koronaverluste herabsetzt; damit steigt die Ozonausbeute etwas an.

Fig. 10 zeigt den Einfluß der optimalen Luftspaltbreite bei Benutzung eines dünnen dielektrischen Überzugs nach der Erfindung. Ein herkömmliches, 2,5 mm dickes Dielektrikum wird beispielsweise mit einer Erregerspannung von 15 000 V betrieben und besitzt einen

so breiten optimalen Luftspalt, so daß dessen Größe für die maximale nutzbare Koronaleistung nicht sehr kritisch isi. Für einen nur 0,12 mm dicken dielektrischen Überzug ergibt sich jedoch bei gleicher Erregerspannung für den Luftspalt, daß ein Fehler der Luftspaltbreite von 0,5 bis 0,6 mm die nutzbare Koronaleistung auf ¹Aj oder weniger herabsetzt.

Je kleiner die Erregerspannung, desto kleiner ist die optimale Spaltbreite. Deshalb ist es bei einer Erregungsspannung mit einem Spitzenwert von 3500 V vorteilhaft,

m> einer Gitteranordnung nach Fig.3 in unmittelbarer Nachbarschaft und in inniger Berührung mit dem dielektrischen Überzug zu benutzen, weil die geringe Krümmung der Leiter des Schirms sicherstellt, daß immer ein bestimmter Bruchteil der Elektrodenfläche einen optimalen Luftspalt bildet Für eine geringe Ozonerzeugung kann ein abgeschiedener oder aufgestrichener Leiter gemäß F i g. 2 benutzt werden. — Je höher die relative Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums

\JZf OKJ*.

ist, um so größer ist die Ozonausbringung bezogen auf die dielektrische Fläche bei gleicher Spannung und gleicher Dicke des Dielektrikums.

Bei allen elektrischen Anordnungen treten Verluste in Form von Wärme und von Lichtstrahlung auf. Bei einem Ozongenerator hängt der Wirkungsgrad von dem atmosphärischen Druck und der Außentemperatur ab. Deshalb ist das Schauhild der F i g. 11 für atmosphärische Normalbedingungcn; angegeben.

Die effektive Ozonausbeute pro Tag zeigt einen geringen Wirkungsgrad im Vergleich zu der nutzbaren Koronaleistung bezogen auf die dielektrische Flächeneinheit. Wenn man nach der Erfindung einen so geringen Wirkungsgrad annimmt, erfordert die Erzeugung von 454 g Ozon pro Tag eine dielektrische Erzeugungsfläche von 258 cm², wenn man durch einen Luftspalt optimaler Breite Luft oder Sauerstoff strömen läßt; dabei ist eine Wand mit einem 0,12 mm dicken Dielektrikum und einer Dielektrizitätskonstanten von 5 überzogen, und eine Spannung mit einem Spitzenwert von 15 000V liegt an den Elektroden an. Unter Annahme eines gleichen Wirkungsgrades ist mit einem herkömmlichen, 2,5 mm dicken Dielektrikum eine Fläche von 5800 cm² erforderlich, wenn man pro Tag 454 g Ozon erzeugen will. Zur Erzeugung sehr großer Ozonmengen, beispielsweise von 454 kg pro Tag sind von einem 0,12 mm dicken Dielektrikum 25,8 m², dagegen von einem 2,5 mm dicken Dielektrikum 580 m² erforderlich. (Zum Vergleich: 580 m² entsprechen etwa der Fläche eines Fußballplatzes.)

Je dünner nach der obigen Beschreibung das Dielektrikum bei gegebener Dielektrizitätskonstanten und Spannung ist, desto größer ist die nutzbare Koronaleistung und desto größer ist die Ozonausbeute pro dielektrischer Flächeneinheit. Je dünner das Dielektrikum ist, um so größer ist die optimale Luftspaltbreite, so daß ein größerer Raum von der Koronaentladung erfüllt ist und damit ein ungehinderter Durchgang von Luft oder Sauerstoff möglich ist. Die Anwendung eines dünnen Dielektrikums und einer einstellbaren Spannung ist bei solchen Verwendungen vorteilhaft, wo man einen großen Änderungsbereich zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert der Ozonausbeute, bezogen auf die dielektrische Flächeneinheit, haben will, beispielsweise bei einer Belüftungsregelung, wo der Grad des Duftmittels in weitem Umfang veränderlich ist.

Damit man also merkliche Vorteile aus der Lehre der Erfindung gewinnt, soll man die geringstmögliche Dicke des Dielektrikums anwenden. Bei solchen Anwendungen unter Benutzung eines optimalen Luftspalts nach der Erfindung ergeben sich wesentliche Vorteile, wenn die Dicke des Dielektrikums geringer als 1 mm ist. Bei anderen Anwendungen ergeben sich die besten quantitativen Vorteile, wenn ein Dielektrikum mit einer Dicke von weniger als 04 mm benutzt wird.

Im Rahmen einer Ausführungsform der Erfindung wurde gemäß Fig.3 ein Rohrleiter aus entkohltem Stahl mit einem eingebrannten Emailüberzug einer Dikke von 0,12 mm sowie einem in engem Kontakt darauf befindlichen Gitterleiter während einer Betriebsdauer von mehr als 4000 Stunden ununterbrochen betrieben mit einer Spitzenspannung von 3500 V, ohne daß ein Ausfall oder ein Oberschlag aufgetreten ist

Bei anderen Ausführungsformen gemäß F i g. 7 unter Verwendung einer entkohlten ebenen Stahlplatte mit aufgebranntem Emailüberzug einer Dicke von 0,25 mm und mit einer unter Bildung eines optimalen L*?tspalts gegenüberstehenden ebenen Metallplatte sowie einer Spitzenspannung von 15 000 V wurde eine Ozonmenge von 0,488 g pro Tag und pro cm² dielektrischer Fläche erzeugt.

Ein dünner, eingebrannter Emailüberzug mit einer Mindestdicke von 0,1 bis 0,12 mm ist wirtschaftlich zweckmäßig, da er unter Anwendung der üblichen Einbrenntechnik billig herzustellen ist. Infolge ihres niedrigen Erweichungspunktes werden Kunststoffüberzüge nach einer begrenzten Gebrauchsdauer löcherig.

Obgleich die Dielektrizitätskonstante eines eingebrannten Emailüberzugs zwischen 5 und 10 liegt ist ein solcher Überzug doch vorteilhaft, weil er einen billigen, dünnen Überzug liefert.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Koronaerzeugungsvorrichtung mit einem Koronareaktorkern, der mindestens eine. Koronareaktorzelle mit einem Paar im Abstand voneinander angeordneter Metallelektroden aufweist, deren Wirkflächen zwischen sich eine Korona-Entladungskammer definieren, wobei an der Wirkfläche einer der Metallelektroden eng anliegend ein dielektrischer Emailüberzug vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den der Korona-Entladungskammer zugewandten Flächen (73, 74) der Elektroden gemessene, die Luftspaltbreite darstellende Abstand T₁ bei einer angelegten Spitzenspannung Vo einen Wert von etwa