DE19614838A1 - Ozonerzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ozonerzeuger mit einem aus einem Mantelrohr, einem Deckel und einem Boden jeweils aus Edelstahl sowie mehreren, sich im Abstand voneinan­ der zwischen Deckel- und Bodendurchbrüchen erstrecken­ den, zueinander parallelen Innenrohren aus Edelstahl bestehenden, auf der Außenseite der Innenrohre mit Kühlwasser beaufschlagbaren Wärmetauscher, mit im Inne­ ren der auf Erdpotential liegenden Innenrohre unter Freilassung je eines von einem sauerstoffhaltigen Gas durchströmten Ringraums koaxial angeordneten Glasröhren und im Inneren der Glasröhren gegebenenfalls unter Freilassung eines weiteren gasdurchströmten Ringraums koaxial angeordneten, mit einer Hochspannungsquelle verbundenen Elektroden.

Durch Anlegen einer hohen Wechselspannung an die Elek­ troden werden in den gasdurchströmten Ringräumen stille elektrische Entladungen ausgelöst, die zu einer Umwand­ lung von Sauerstoff in Ozon führen. Bei der Ozonerzeu­ gung durch elektrische Entladung wird der überwiegende Teil der elektrischen Energie in Wärme umgesetzt. Da umgekehrt die Zerfallsrate der Ozonmoleküle mit der Temperatur stark zunimmt, sind die Entladungsröhren in einem Rohrbündel-Wärmetauscher integriert.

Ozonerzeuger dieser Art werden vielfach zur Wasserauf­ bereitung vor Ort eingesetzt. Als Kühlwasser wird dabei üblicherweise das aufbereitete Wasser selbst verwendet. Dieses Wasser enthält in der Regel mehr oder weniger hohe Chlorid-Konzentrationen, die zu Korrosionsschäden im Bereich der Verbindungsstellen zwischen Deckel und Boden einerseits und Innenrohren andererseits führen können. Dies ist vor allem bei den in der Praxis übli­ chen Schweißverbindungen der Fall, da dort Spalte und Gefügeänderungen (Anlauffarben) unvermeidlich sind, die vor allem bei Vorhandensein hoher Chlorid-Konzentratio­ nen von mehr als 200 mg/l korrosionsgefährdet sind.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, den bekannten Ozonerzeuger der eingangs angege­ benen Art dahingehend zu verbessern, daß eine dauerhaf­ te Korrosionsbeständigkeit gegenüber aggressiven Kühl­ wässern besteht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Anspruch 1 ange­ gebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung erge­ ben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrun­ de, daß das Entstehen korrosionsgefährdeter Spalte und Gefügeänderungen durch die Verwendung eines geeigneten Hartlots vermieden wird. Dementsprechend wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Innenrohre mit ihren freien Enden in die Wanddurchbrüche des Deckels und des Bodens unter Bildung je eines engen Ringspalts eingrei­ fen und daß die Ringspalte mit einem Hartlot ausgefüllt und wasserdicht verschlossen sind. Um eine hohe Tempe­ raturbeständigkeit zu gewährleisten, sollte das Hartlot eine Schmelztemperatur oberhalb 1000°C aufweisen.

Es hat sich gezeigt, daß eine besonders hohe Korrosions­ beständigkeit dadurch erzielt werden kann, daß das Hartlot aus Legierungsbestandteilen der verlöteten Edelstahlteile besteht. Die Edelstahlteile bestehen zweckmäßig aus einem Chrom-Nickelstahl und enthalten vorzugsweise 10 bis 15 Gewichtsprozent Nickel, 15 bis 20 Gewichtsprozent Chrom und 0,5 bis 5 Gewichtsprozent Silicium.

Das Hartlot besteht zweckmäßig überwiegend aus Nickel. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Hartlot mit 65 bis 80 Gewichtsprozent Nickel und 12 bis 22 Gewichts­ prozent Chrom erwiesen, das gegebenenfalls als zusätz­ lichen Bestandteil 5 bis 12 Gewichtsprozent Silicium enthalten kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ozonerzeugers in teil­ weise geschnittener Darstellung;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Wärmetau­ scherteils des Ozonerzeugers nach Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Verbin­ dungsbereich III des Wärmeaustauscherteils nach Fig. 2.

Der in Fig. 1 dargestellte Ozonerzeuger besteht im wesentlichen aus einem oberen Strom- und Gaszufuhrdom 10, einem mittleren Wärmeaustauscher- und Ozonerzeuger­ teil 12 und einem unteren Gasabfuhrteil 14. Die drei genannten Teile sind an Flanschverbindungen 16, 18 druckdicht miteinander verbunden.

Bei dem Wärmetauscher 12 handelt es sich um einen Rohr­ bündel-Wärmetauscher, der aus einem Mantelrohr 20, ei­ nem mit Durchbrüchen 22 versehenen Deckel 24, einem mit Durchbrüchen 26 versehenen Boden 28 und einer Mehrzahl Innenrohre 30 besteht. Der Deckel 24 und der Boden 28 sind mit einem Hartlot 37 auf Nickelbasis mit den Stirn­ flächen des Mantelrohrs 20 verlötet. Die Innenrohre er­ strecken sich im Abstand voneinander zwischen jeweils einem Deckeldurchbruch 22 und einem Bodendurchbruch 26 und sind im Bereich der Durchbrüche mit dem Deckel und dem Boden verbunden. Die Innenrohre 30 greifen zu die­ sem Zweck mit ihren freien Enden 32 in die Wanddurch­ brüche 22 bzw. 26 des Deckels und des Bodens unter Bil­ dung je eines Ringspalts 34 ein. Zur Herstellung einer wasserdichten und korrosionsfesten Verbindung sind die Ringspalte 34 mit einem Hartlot 36 ausgefüllt und was­ serdicht verschlossen. Das Hartlot wird in Form einer Lötpaste auf die Ringspalte aufgetragen und in einem Lötofen zur Schmelze gebracht. Dabei dringt das ge­ schmolzene Lot in die kapillaren Ringspalte 34 ein und verschließt diese spaltfrei, anlauffarbenfrei und was­ serdicht. Mantelrohr, Deckel, Boden und Innenrohre be­ stehen dabei zweckmäßig aus Edelstahl 1.4571, während als Hartlot sich ein Nickelbasislot mit einer Schmelz­ temperatur oberhalb 1000°C als vorteilhaft erwiesen hat. Das bei einem Ausführungsbeispiel verwendete Hart­ lot enthält ca. 71 Gewichtsprozent Nickel, 19 Gewichts­ prozent Chrom und 10 Gewichtsprozent Silicium bei einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,1 Prozent und ist borfrei.

Der Wärmetauscher 12 ist über den Stutzen 38 mit Kühl­ wasser beaufschlagbar, das das Mantelrohr 20 in den Zwischenbereichen 40 auf der Außenseite der Innenrohre 30 durchströmt und über den Auslaßstutzen 42 nach außen abgeführt wird.

Durch die Innenrohre sind nach oben und nach unten überstehende, stirnseitig offene Glasröhren 44 koaxial hindurchgeführt, die ihrerseits mit einem koaxialen Elektrodenrohr 46 bestückt sind. Die Elektrodenrohre 46 sind über die isoliert zugeführten Zuleitungen 48 und einen Anschluß 50 mit dem einen Pol eines nicht darge­ stellten Hochspannungsgenerators verbunden, dessen an­ derer, auf Erdpotential liegender Pol an das metalli­ sche Mantelrohr 20 und die Innenrohre 30 angeschlossen ist.

Über den Strom- und Gaszufuhrdom 10 wird über den Ein­ gangsstutzen 52 Luft zugeführt, die durch die Ringräume 54, 55 zwischen den Glasröhren 44 und den zugehörigen Innenrohren 30 einerseits und den Elektrodenrohren 46 andererseits hindurch zum Gasabfuhrteil 14 und zum Aus­ gangsstutzen 56 geleitet wird. In den Ringräumen 54, 55 ist das sauerstoffhaltige Gas dem zwischen den Elektro­ den 46 und den Innenrohren 30 aufgebauten elektrischen Feld ausgesetzt. Es kommt dort zu stillen elektrischen Entladungen, die zu einer Umwandlung von Sauerstoff- in Ozonmoleküle führen. Auf diese Weise gelangt das mit Ozon angereicherte Gas über den Ausgangsstutzen 56 an die gewünschte Stelle. Die durch die elektrischen Ent­ ladungen in den Ringräumen 54, 55 anfallende Wärme wird über das auf der Außenseite der Innenrohre 30 vorbei­ strömende Kühlwasser abgeführt, so daß die Aufheizung des Ozonerzeugers in vorgeschriebenen Grenzen gehalten werden kann.

Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfin­ dung betrifft einen Ozonerzeuger mit einem aus einem Mantelrohr 20, einem Deckel 24, einem Boden 28 und meh­ reren zwischen Deckel- und Bodendurchbrüchen 22, 26 sich erstreckenden Innenrohren bestehenden Wärmetauscher 12. Im Inneren der auf Erdpotential liegenden Innenrohre 30 befinden sich unter Freilassung je, mindestens eines von einem sauerstoffhaltigen Gas durchströmten Ring­ raums 54, 55 koaxial angeordnete Glasröhren 44, während im Inneren der Glasröhren Hochspannungselektroden 46 angeordnet sind. Um eine dauerhaft korrosionsfreie und stabile Bauweise zu erzielen, sind die Innenrohre 30 mit ihren freien Enden in die Wanddurchbrüche 22, 26 des Deckels 24 und des Bodens 28 unter Bildung je eines Ringspalts 34 eingesteckt, wobei die Ringspalte mit ei­ nem überwiegend aus Nickel bestehenden Hartlot 36 aus­ gefüllt und wasserdicht verschlossen sind.

Claims (10)

1. Ozonerzeuger mit einem aus einem Mantelrohr (20), einem Deckel (24), einem Boden (28) jeweils aus Edelstahl und mehreren sich im Abstand voneinander zwischen Deckel- und Bodendurchbrüchen (22, 26) er­ streckenden, zueinander parallelen Innenrohren (30) aus Edelstahl bestehenden, auf der Außenseite der Innenrohre (30) mit Kühlwasser beaufschlagbaren Wärmetauscher (12), mit im Inneren der auf Erdpo­ tential liegenden Innenrohre (30) unter Freilassung je eines von einem sauerstoffhaltigen Gas durch­ strömten Ringraums (54) koaxial angeordneten Glas­ röhren (44) und im Inneren der Glasröhren gegebe­ nenfalls unter Freilassung eines weiteren gasdurch­ strömten Ringraums koaxial angeordneten, mit einer Hochspannungsquelle verbindbaren Elektroden (46), dadurch gekennzeichnet, daß die Innenrohre (30) mit ihren freien Enden (32) in die Wanddurchbrüche (22, 26) des Deckels (24) und des Bodens (28) unter Bil­ dung eines Ringspalts (34) eingreifen, und daß die Ringspalte (34) mit einem Hartlot (36) ausgefüllt und wasserdicht verschlossen sind.

2. Ozonerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Deckel (24) und der Boden (28) an den stirnseitigen Enden des Mantelrohrs (20) mit einem Hartlot (37) angelötet sind.

3. Ozonerzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Hartlot eine Schmelztempera­ tur oberhalb 1000°C aufweist.

4. Ozonerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Hartlot aus Legie­ rungsbestandteilen der verlöteten Edelstahlteile (20, 24, 28, 30) besteht.

5. Ozonerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Edelstahlteile (20, 24, 28, 30) aus einem Chrom-Nickelstahl bestehen.

6. Ozonerzeuger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Edelstahlteile 10 bis 15 Gewichtspro­ zent Nickel, 15 bis 20 Gewichtsprozent Chrom und 0,5 bis 5 Gewichtsprozent Silicium enthalten.

7. Ozonerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das Hartlot überwiegend aus Nickel besteht.

8. Ozonerzeuger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Hartlot 65 bis 80 Gewichtsprozent Nickel und 12 bis 22 Gewichtsprozent Chrom enthält.

9. Ozonerzeuger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das Hartlot einen Siliciumanteil von 5 bis 12 Gewichtsprozent enthält.

10. Ozonerzeuger nach einem der Ansprüche 7 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das Hartlot borfrei ist.