DE19516672A1 - Ozongenerator in Rohrform - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ozongenerator mit einer Kondensator­ anordnung aus zwei Elektroden, nämlich einer äußeren, im wesentlichen rohrförmigen Außenelektrode und einer innerhalb dieser angeordneten eine Achse aufweisenden Innenelektrode, zwischen denen einerseits ein rohrför­ miges Dielektrikum angeordnet und andererseits ein Raum vorgesehen ist, durch den zu ozonisierendes, sauerstoffhaltiges Gas strömt.

Rohrförmige Ozongeneratoren der eingangs genannten Art sind in vielfälti­ ger Form bekannt, siehe beispielsweise die Deutschen Patentschriften DE 34 22 989 C2 und DE 38 19 304 C2. Die mit diesen bekannten Ozongenerato­ ren erzielbare Ausbeute an Ozon ist nicht immer zufriedenstellend. Ein Problem liegt in der Erwärmung der Innenelektrode, diese läßt sich nicht immer ausreichend kühlen. Sie nimmt auf ihrer Gesamtlänge unterschiedli­ che Temperaturen an. Teilweise treten auch dadurch lokale Temperaturun­ terschiede auf, daß die Innenelektrode aus mehreren Einzelprofilen zusam­ mengesetzt ist, die nur durch Berührung miteinander in Kontakt stehen, so daß ein Wärmeausgleich nur beschränkt möglich ist.

Darüber hinaus ist die Verteilung des elektrischen Feldes zwischen der Innenelektrode und der Außenelektrode bei den vorbekannten Ozongenera­ toren nicht immer zufriedenstellend. Für die Innenelektrode ist eine un­ runde Konfiguration wünschenswert, eine zu starke Profilierung der Innen­ elektrode scheint allerdings der Ausbeute entgegenzuwirken.

Hier setzt nun die Erfindung ein. Sie hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Ozongeneratoren der eingangs genannten Art derartig weiter zu verbessern, daß bei Möglichkeit einer guten Kühlung die Ozonausbeute möglichst groß ist, wobei die konstruktive Auslegung des Ozongenerators einfach bleiben soll, der Ozongenerator insbesondere aus möglichst wenigen Bauteilen zu­ sammengesetzt sein soll.

Ausgehend von dem Ozongenerator der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Innenelektrode einen Querschnitt hat, der a) eine regelmäßige, kontinuierlich umlaufende Außenkontur aufweist, b) eine Drehsymmetrie hat und c) konvexe und stetig gekrümmte Extrema auf­ weist, die den größten Abstand von der Achse haben und neben denen sich jeweils Vertiefungen befinden.

Die Erfindung schlägt somit Innenelektroden für Ozongeneratoren vor, die eine einfache äußere Form haben, so daß die Innenelektroden beispielswei­ se in einem Strangpreßverfahren oder in einem anderen, nicht spanabhe­ benden Fertigungsverfahren hergestellt werden können.

Von außen gesehen ist das Innenprofil rund bzw. gerundet, die am weite­ sten von seinem Zentrum abstehenden Bereiche, also die Extrema, haben alle eine gekrümmte Außenfläche, also insbesondere weder Kanten noch irgendwelche Spitzen. So verlaufen die Außenkonturen im Bereich der Ex­ trema beispielsweise gerundet, parabolisch, sinusförmig, elliptisch oder dergleichen gekrümmt. Bei einer Rundung verläuft diese vorzugsweise mit einer Rundung von zumindest einem Halbkreis.

Zwischen jeweils zwei Extrema befindet sich eine Vertiefung. Die Anzahl der Vertiefungen entspricht damit der Anzahl der Extrema. Innerhalb der Vertiefungen können Kanten, Vorsprünge oder dergleichen, somit also un­ stetige Stellen, auftreten.

Im folgenden sollen einige typische Ausführungsmöglichkeiten beschrieben werden, die zum besseren Verständnis der Erfindung dienen und damit die Formgebung der Innenelektrode erläutern, ohne die Erfindung einzuschrän­ ken: Derartige mögliche Ausführungen der Erfindung sind ein sternförmiges regelmäßiges Profil mit deutlich abgerundeten Spitzen der Sternarme, bei­ spielsweise mit parabolisch gekrümmten Sternarmen; ein Profil, das be­ schrieben ist durch auf den Eckpunkten eines regelmäßigen Vielecks, bei­ spielsweise eines Sechsecks, angeordneten Kreisen, die durch Halsbereiche, also Stege, welche schmaler sind als der Durchmesser der Kreise mit einem Zentrumsbereich verbunden sind; ein Querschnitt, dessen Außenkontur durch einen ringförmig geschlossenen Verlauf von Sinuswellen, beispiels­ weise mit vier Extrema, bestimmt ist; ein Querschnitt, dessen Außenkontur durch eine ringförmig geschlossene Anordnung mehrerer Halbkreise, bei­ spielsweise von sechs Halbkreisen, gebildet ist; ein von einer mittigen Kreisscheibe gebildetes Profil, das an seiner Außenfläche geschlossen mit kleineren, kreisförmigen Profilen belegt ist usw.

Vorteilhaft für das Profil der Innenelektrode ist ein physikalisch vorlie­ gender Zentrumsbereich, der vorzugsweise mindestens 5%, teilweise minde­ stens 10% der Gesamtfläche des Innenprofils ausmacht und durch den die Achse läuft. In ihm befindet sich dann auch das Zentrum des Profils. Die Extrema sind vorzugsweise alle in gleicher Entfernung von diesem Zen­ trum angeordnet, ebenso die Vertiefungen. In einer vorzugsweisen Ausfüh­ rung haben die Vertiefungen an ihrer tiefsten Stelle einen Abstand vom Zentrum, der kleiner als 70%, vorzugsweise kleiner als 50% und vorzugs­ weise noch darunter liegt, wobei die Bezugsgröße der Abstand der Extrema vom Zentrum ist. Der Abstand, den die Vertiefungen an ihrer tiefsten Stel­ le vom Zentrum haben, beschreibt im wesentlichen den Umfang des Zen­ trumsbereichs. Der Zentrumsbereich muß allerdings nicht notwendigerweise kreisförmig sein, er kann beispielsweise auch eine andere Gestalt haben, beispielsweise quadratisch, sechseckförmig oder dergleichen sein.

Das Innenprofil hat eine Drehsymmetrie. Wird es um einen Winkel alpha gedreht, so ist es wieder in Überdeckung mit einem Ausgangsprofil. Der Winkel der Drehsymmetrie wird alpha genannt, er beträgt 360 Grad durch n. n ist ganzzahlig und bezeichnet die Anzahl der Extrema. Bevorzugt wird eine Anzahl der Extrema zwischen 2 und 10, insbesondere eine Anzahl zwi­ schen 3 und 7.

Die Innenelektroden lassen sich auch als Hohlprofil ausführen, beispiels­ weise haben sie allerorts gleiche Wandstärke, sie können aber auch unter­ schiedliche Wandstärken aufweisen. Vorzugsweise ist die Innenelektrode ein einstückiger Profilabschnitt. Die Innenelektrode kann allerdings auch aus zwei oder mehr Einzelprofilabschnitten, die vorteilhafter baugleich sind, zusammengesetzt werden.

Als bevorzugt hat es sich herausgestellt, das Profil der Innenelektrode in Längsrichtung zu tordieren, so daß es einen schraubenlinienförmigen Ver­ lauf hat. Typische Steigungen von einer Windung pro Zentimeter als maxi­ maler Wert bzw. eine Windung pro zehn Zentimeter und darunter haben sich als günstig erwiesen. Zwei benachbarte Vertiefungen müssen nicht notwen­ digerweise gleich ausgebildet sein, vielmehr können auch alternierend kleine und große Vertiefungen abwechseln. Ebenso können benachbarte Extrema unterschiedlich ausgebildet sein, so daß beispielsweise eine Folge zweier unterschiedlicher Extrema abwechselt.

Unter einer kontinuierlich umlaufenden Außenkontur wird eine solche ver­ standen, die von einer geschlossenen Linie begrenzt ist, die eine einstückig zusammenhängende Innenfläche begrenzt. Als regelmäßig wird eine Au­ ßenkontur verstanden, die in ihrem Verlauf sich durch eine mathematische Funktion beschreiben läßt, also nicht zufällige Vertiefungen, Ansätze oder Spitzen aufweist. Eine stetige Außenkontur, wie sie vorzugsweise für die Extrema und/oder auch für die Vertiefungen vorliegen soll, ist dadurch bestimmt, daß sie stetig differenzierbar ist. Anders ausgedrückt hat die stetige Außenkontur keine Kanten, zwei beliebige Teilstücke der Außenkon­ tur stoßen also nirgendwo in einem Winkel zusammen, der ungleich 180 Grad ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Ozongenerators in Rohrform mit einer erfindungsgemäßen Innenelektrode,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Innenelektrode für einen Ozongenerator entsprechend Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführung einer Innenelektrode,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine vierte Ausführung der Innenelektrode und

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine fünfte Ausführung einer Innenelektrode.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, hat der Ozongenerator eine Kondensatoran­ ordnung aus zwei Elektroden, nämlich eine Innenelektrode 20, auf die im folgenden noch näher eingegangen wird, und eine Außenelektrode 22. Letz­ tere ist auf den Außenmantel eines rohrförmigen Dielektrikums 24 aufge­ bracht, das sich zwischen den beiden Elektroden 20, 22 befindet. Die Au­ ßenelektrode ist eine aufgedampfte oder anderweitig flächig aufgetragene, metallische Schicht.

Zwischen dem Dielektrikum 24 und der Innenelektrode 20 befindet sich ein Raum 26, durch den zu ozonierendes, sauerstoffhaltiges Gas strömt. Die Gasströmung ist durch Pfeile 28 angedeutet.

Die Innenelektrode 20 hat eine metallische Oberfläche. Ihr Material ist be­ liebig. Im allgemeinen ist die Innenelektrode 20 jedoch aus einem Metall hergestellt, vorzugsweise einem Edelstahl. Die Innenelektroden 20 nach der Erfindung sind zumeist im Strang-Preß- oder Strang-Zieh-Verfahren herge­ stellt, dies ist allerdings nicht zwingend, andere Herstellverfahren sind möglich.

Bevorzugt ist die Innenelektrode 20 aus einem einzigen Profilabschnitt, somit also einstückig, hergestellt, diese Ausführung ist die bevorzugte und ist aus den meisten, im folgenden zu erläuternden Ausführungsbeispielen ersichtlich. Es ist aber auch möglich, die Innenelektrode 20 aus zwei oder mehr Profilabschnitten zusammenzusetzen, wie dies unter Hinweis auf Fig. 2 noch erläutert werden wird.

Für alle Innenelektroden 20 gilt, daß sie nach außen hin sich abgerundet, also ohne Ecken oder Kante darstellen. Faßt man die aus den Ausfüh­ rungsbeispielen ersichtlichen Profile der dargestellten fünf Innenelektro­ den mit der Hand von außen an, ergreift man nur abgerundete, glatte Flä­ chen. Die zur Außenelektrode 22 bzw. zum rohrförmigen Dielektrikum 24 nächstliegenden Teilbereiche der Innenelektrode 20 haben einen gerundeten Verlauf. Im Patentanspruch 1 wird dies dadurch ausgedrückt, daß die der Außenelektrode nächstliegenden Teilbereiche der Innenelektrode 20 als Extrema bezeichnet werden. Im Querschnitt gesehen verlaufen ihre Außenflächen konvex und stetig gekrümmt. Zwischen jeweils zwei Extrema befin­ det sich jeweils eine Vertiefung 32, sie kann beliebigen Verlauf haben. Ihr Charakteristikum ist, daß sie deutlich gegenüber beiden benachbarten Ex­ trema zurückspringt, um mindestens 20, zumeist um 30-50%.

Die Außenkontur des Profils der Innenelektrode 20 verläuft geschlossen, kann also durch eine Linie gezeichnet werden, die, ohne Unterbrechung oder Überkreuzung, wieder zu ihrem Ausgangspunkt zurückkehrt. Die Au­ ßenkontur ist auch regelmäßig, denn sie gehorcht gewissen mathematischen Bedingungen, beispielsweise einer Drehsymmetrie, hierauf wird im folgen­ den noch eingegangen.

Jede Innenelektrode hat eine Achse, die zugleich mit der Mittelachse des rohrförmigen Dielektrikums 24 zusammenfällt. Der Punkt, wo diese Achse 34 die Querschnittsfläche der Innenelektrode 20 durchschneidet, wird als Zen­ trum 36 bezeichnet.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht das Profil der Innenelektrode 20 aus vier kleinen Kreisen 38, deren Mittelpunkte sich auf den Ecken ei­ nes Quadrates befinden und die durch ein kreuzförmiges Teil, das sich entlang der Diagonalen dieses Quadrates erstreckt, miteinander verbunden sind. Die Kreise 38 werden auch als Kopfbereiche bezeichnet. Mit ihrer nach außen weisenden Außenfläche bilden sie die Extrema 30, im vorliegen­ den Fall sind es insgesamt vier Extrema 30. Jeder Kopfbereich 38 ist durch einen Halsbereich 40, von denen insgesamt vier vorgesehen sind, mit einem in Fig. 1 quadratischen Zentrumsbereich 42 verbunden. In seiner Mitte befindet sich das Zentrum 36.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 beträgt der Winkel der Drehsymmetrie alpha = 90°, die Anzahl n der Extrema 30 ist, wie bereits angegeben, vier. Die Vertiefungen 32 springen deutlich gegenüber den Extrema 30 zurück, der Rücksprung ist etwa 70%. Die Breite der Halsbereiche ist etwa 40% des Durchmessers der gleichgroßen Kreise 38. Der Abstand der Mittelpunkte zweier benachbarter Kreise 38 beträgt etwa das dreifache des Durchmessers der Kreise 38. Es ist möglich, das Profil schraubenlinienförmig um die Ach­ se 34 zu tordieren.

Das Profil gemäß Fig. 2 einer Innenelektrode 20 ist ähnlich einem vierzacki­ gen Stern ausgebildet, allerdings sind die Sternarme außen gerundet, an­ ders ausgedrückt werden vier Extrema 30 gebildet, deren Verlauf elliptisch ist. Halsbereiche 40 sind nicht vorgesehen, vielmehr springen die Extrema 30 unmittelbar von einem rund ausgeführtem Zentrumsbereich 42 nach au­ ßen vor. Zwischen den Extrema 30 werden relativ großflächige Vertiefungen freigelassen, die an ihrer tiefsten Stelle nur halb so weit vom Zentrum 36 entfernt sind wie die Extrema 30.

Zur Verdeutlichung, daß das Profil der Innenelektrode 20 auch aus zwei oder mehreren, möglichst baugleichen Profilabschnitten zusammengesetzt werden kann, ist das Profil gem. Fig. 2 aus zwei baugleichen Profilab­ schnitten zusammengesetzt. Die Trennlinie ist mit 44 bezeichnet. Auf ihr liegt das Zentrum 36.

Die Innenelektrode 20 gem. Fig. 3 hat ebenso wie die bisher besprochenen eine 90°-Drehsymmetrie. Die Kopfbereiche 38 werden nun durch. Halbkreis­ flächen gebildet, die über schmale Halsbereiche 40 mit einem quadratischen Zentrumsbereich 42 verbunden sind. Letzterer ist innen hohl. Grundsätzlich können alle in den Ausführungsbeispielen gezeigten Profile für die Innen­ elektrode 20 innen hohl ausgebildet sein, es genügt, daß die Innenelektro­ de 20 eine dünne Wandung hat.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 hat der Querschnitt der Innenelektrode 20 eine Drehsymmetrie alpha gleich 60°. Von einem sechseckförmigen Zen­ trumsbereich 42, der innen hohl ist, ragen insgesamt sechs Halsbereiche 40 weg, sie gehen über in Kreise 38. Dadurch werden Vertiefungen ausgebil­ det, die einen Hinterschnitt aufweisen, ebenso wie bei den Profilen gem. Fig. 1 und Fig. 3.

Das Profil der Innenelektrode 20 gem. Fig. 5 schließlich hat die Drehsym­ metrie alpha gleich 120° und n = 3 Extrema 30. Die Extrema 30 sind außen durch Halbellipsen begrenzt, die zwischen den Extrema 30 liegenden, insge­ samt drei Vertiefungen 32 sind ebenfalls durch Ellipsen voneinander ge­ trennt. An den Übergangsstellen der Ellipsen ergeben sich unstetige Stel­ len, derartige unstetige Stellen sind aber auch in allen anderen, gezeigten Profilformen vorhanden. Die Vertiefungen 32 sind konkav ausgeführt.

Claims (13)

1. Ozongenerator mit einer Kondensatoranordnung aus zwei Elektroden (20, 22), nämlich einer äußeren, im wesentlichen rohrförmigen Außenelektro­ de (22) und einer innerhalb dieser angeordneten Innenelektrode (20), zwischen denen einerseits ein rohrförmiges Dielektrikum (24) angeord­ net und andererseits ein Raum (26) vorgesehen ist, durch den zu ozoni­ sierendes, sauerstoffhaltiges Gas strömt, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenelektrode (20) einen Querschnitt hat, der a) eine regelmäßige, kontinuierlich umlaufende Außenkontur aufweist, b) eine Drehsymmetrie hat und c) konvexe und stetig gekrümmte Extrema (30) aufweist, die den größten Abstand von einem Zentrum (36) der Innenelektrode (20) haben und neben denen sich jeweils Vertiefungen 32) befinden.

2. Ozongenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel alpha der Drehsymmetrie 360 Grad durch n beträgt, wobei n gleich zwei bis zehn und ganzzahlig ist, vorzugsweise beträgt n drei bis sieben.

3. Ozongenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß n Extrema (30) vorgesehen sind.

4. Ozongenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesam­ te Außenkontur stetig verläuft.

5. Ozongenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen­ elektrode (20) durch einen einstückigen Profilabschnitt gebildet ist.

6. Ozongenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Au­ ßenkontur im Bereich der Extrema (30) nach einem Kegelschnitt, einer quadratischen Funktion oder sinusförmig gekrümmt ist.

7. Ozongenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Innenelektrode (20) einen Zentrumsbereich (40) hat, der vorzugswei­ se mindestens 5% der gesamten Fläche des Profils einnimmt.

8. Ozongenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ex­ trema (30) kopfförmig ausgebildet sind und durch einen sich an sie an­ schließenden Halsbereich (40) mit dem Zentrumsbereich (42) verbunden sind.

9. Ozongenerator nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen­ elektrode (20) in Längsrichtung um ihre Achse tordiert ist, insbesonde­ re weniger als eine Windung pro Zentimeter, vorzugsweise weniger als eine Windung pro zehn Zentimeter Länge aufweist.

10. Ozongenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen­ elektrode (20) von einem innen hohlen Metallprofil gebildet ist.

11. Ozongenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ tiefungen (32) an ihrer tiefsten Stelle weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 30% vom Zentrum (36) entfernt sind, bezogen auf den Ab­ stand der Extrema (30) vom Zentrum (36).

12. Ozongenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ tiefungen (32) konkav ausgeführt sind.

13. Ozongenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ebenso viele Vertiefungen (32) wie Extrema (30) vorgesehen sind.