DE1963572A1

DE1963572A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon

Info

Publication number: DE1963572A1
Application number: DE19691963572
Authority: DE
Inventors: Kinney Layton Clair
Original assignee: IIT Research Institute
Current assignee: IIT Research Institute
Priority date: 1968-12-18
Filing date: 1969-12-18
Publication date: 1970-07-02
Also published as: CA930331A; GB1252996A; FR2026458A1; US3622492A

Description

HT Research Institute
10 West 35th Street

Chicago, Illinois /7.St.A.

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Ozon mit Hilfe einer stillen Entladung in einer Atmosphäre von gasförmigen Sauerstoff, von mit Sauerstoff angereicherter luft oder von luft sotfie auf eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens. Ihsbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Erzeugung kommerziell verwendbarer
Konzentrationen und Mengen von Ozon.

Ozon ist ein wirksames Oxidationsmittel und eignet sich in Verbindung mit Wasser vorzüglich als Bleichmittel. Die Ozonmenge, die bei vielen industriellen Prozessen und bei der Behandlung von Wasser und von Abfällen verwendet wird, steigt ständig. Ein Hauptnachteil für ein schnelleres Wachstum der Verwendun-g von Ozon liegt darin, daß die gegenwärtig
kommerziell verwendeten Ozon-Generatoren teuer und sperrig sind. So hat man beispielsweise geschätzt, daß die Produktion einer Tonne Ozon pro Tag mit einer kommerziellen Ein-

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richtung ein Volumen von 16 bis 3£ m (600 bis 1200 cubic feet) des erzeugenden Volumens erfordert. Sperrige Ozon-Generatoren herkömmlicher Art sind zu teuer für viele Installationszwecke, bei denen nur ein geringer Raum vorhanden ist. Das ist beispielsweise bei bestimmten industriellen Anlagen sowie bei gewissen Anlagen zur Reinigung von Wasser der Pail. Außerdem sind die herkömmlichen Ozon-Generatoren zu schwer für die Verwendung als transportable Einheit.

Es ist ein Ozon-Generator bekannt, der nach dem Prinzip von zentrischen Röhren arbeitet. Bei dleem Ozon-Generator werden die zu behandelnde Luft oder der Sauerstoff durch einen ringförmigen Spalt zwischen den konzentrischen Röhren geleitet, wobei eine der Röhren aus Metall und die andere aus einem dielektrischen Material, wie beispielsweise Glas oder Keramik besteht. Es gibt AusfUhrungsformen, bei denen sowohl die innere als auch die äußere Röhre mit Wasser gekühlt ist; es gibt aber auch andere Ausftthrungsformen, bei denen nur die äußere Röhre mit Wasser gekühlt ist. Die Seite der Röhre aus dielektrischem Material, welche der Metallelektrode!röhre gegenüberliegt, weist einen leitenden metallischen Mantel auf oder ist mit einem Material bedeckt, welches eine stille elektrische Entladung in dem ringförmigen Spalt zur Erzeugung von Ozon ermöglicht.

Eine andere bekannte Type eines Ozon-Generators wird als sogenannte Platten-Type bezeichnet. Bei dieser Type sind mehrere Platten parallel und mit Abstand zueinander angeordnet und durch Wasser gekühlt, welches in Hohlräumen in- , nerhalb der Elektroden zirkuliert. Zwischen den Elektrodenplatten ist jeweils eine geeignete dielektrische Platte angeordnet, welche normalerweise aus Aluminium oder rostfreiem Stahl besteht. Die Konzentration von Ozon in dem Gasstrom, der den Ozon-Generator verläßt, kann beträchtlich

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variieren. Die Variation kann zwischen weniger als 1 bis mehr als 10 Gewichtsprozente liegen, wohei "bessere Ergebnisse erzielt werden, wenn Sauerstoff benutzt wird und wenn die umgesetzte Luft oder der Sauerstoff vollständig getrocknet werden. Diese Ozon-Generatoren werden am häufigsten verwendet, sind aber bekannt für ihre großen Abmessungen und für ihre hohen Anschaffungskosten. Es sind bereits viele Vorschläge gemacht worden, um diesen Nachteilen zu begegnen. Es wurden beispielsweise andere Systeme oder Ausgangsstoffe vorgeschlagen. Dennoch ist es nicht gelungen, die großen Abmessungen zu reduzieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ozon-Generator so zu gestalten, daß er billig und kompakt im Vergleich zu den herkömmlichen kommerziellen Ozon-Generatoren ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen Ozon-Generators;

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie 2-2'in Fig. f;

Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht auf die Dielektrika und Elektroden von Fig. 2 sowie auf die elektrischen Anschlüsse;

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Elektrode und eine dielektrische Einheit, welche gemäß einer weiteren AusfUhrungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;

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Pig. 5 eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer dielektrischen Einheit mad einer Elektrodeneinheit ν

Pig. 6 eine Darstellung eines dielektrischen Materiales,

auf dem sich Elektroden zur Bildung der Einheit nach Pig. 5 befinden.

Wie den Zeichnungen zum Zweck der Illustration zu entnehmen ist, "besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Herstellung von Ozon in einem Gasstrom und einer Vorrichtung 11 zur Durchführung des Verfahrens. Der Gasstrom kann Luft, mit Sauerfc stoff angereicherte Luft oder gasförmiger Sauerstoff sein. Der Gasstrom wird mit Hilfe einer stillen elektrischen Entladung in einer Ozon-Erzeugungseinheit 12 teilweise in Ozon umgesetzt. Die Größe, d. h. die Abmessungen oder das Volumen der Ozon-Erzeugungseinheit 12 ist gegenüber den herkömmlichen Ozon-Generatoren reduziert worden, da die bisher verwendeten Glasplatten-Dielektrika durch wesentlich dünnere Dielektrika 15 ersetzt worden sind. Die Dielektrika 15 bestehen nunmehr aus einem polymeren Material, vorzugsweise aus dünnen Pilmen eines polymerischen Materials, welches bessere dielektrische Eigenschaften als Glas hat. Durch die Verwendung flacher Plattenelektroden 17 und dadurch, daß sich die filmartigen Dielektrika 15 in parallelen Ebenen erstrecken, sind die P Ozon erzeugenden Oberflächen sehr groß. Dadurch ist die Arbeitsweise wesentlich "ökonomischer als bei den großen herkömmlichen Ozonerzeugern. Eine weitere wichtige Polge der Verringerung der Abmessungen der Ozonerzeugungseinheit 12 ist der Wegfall des Raumes und des Materials, welche zur Wasserkühlung_feder Dielektrika 15 und der Elektroden 17 bisher vorgesehen wurden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat der Gasstrom eine hohe Strömungsgeschwindig-* keit und kühlt selbst die Dielektrika 15 und die Elektroden 17. Wie im einzelnen noch erklärt werden wird, wird

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der Gasstrom mit Hilfe eines Gebläses 19 durch Räume 18 zwischen dfen Elektrodenplatten und den Dielektrika mit einer Geschwindigkeit umgewälzt, welche im Vergleich zu der Geschwindigkeit des Luftstromes in konventionellen Ozon-Generatoren nach Otto oder Welsbach hoch ist. Außerdem haben die Dielektrika 15 und die Elektroden 17 ein Verhältnis von Oberfläche zu Masse, welches das entsprechende Verhältnis bei herkömmlichen Dielektrika und Elektroden bei weitem übersteigt. Das hat seinen Grund darin, daß die herkömmlichen Dielektrika und Elektroden das Kühlwasser führen mußten und dem KUhlwasserdruck widerstehen können mußten.

Man erzielt die gewünschte Konzentration von Ozon in einem Gasstrom, wenn man den Gasstrom zur Kühlung kreuzweise durch die Ozonerzeugungseinheit 12 leitet. Man hat jedoch festgestellt, daß durch wiederholtes Hindurchführen des Gasstromes durch die Ozonerzeugungseinheit 12 Ozonkonzentrationen erreicht werden können, die für kommerzielle Zwecke ausreichen. Wenn der Gasstrom rezirkuliert, wird er durch einen Wärmeaustauscher 20 geschickt, welcher unabhängig von der Ozonerzeugungseinheit 12 ist und vorzugsweise außerhalb dieser liegt. Man erkennt, daß"die Wärmeaustauscherfunktion bei der vorliegenden Erfindung von der Ozon-Erzeugungsfunktton getrennt ist; das ist bei den herkömmliehen kommerziellen Ozon-Generatoren nicht der Fall. Bei den herkömmlichen Ozon-Generatoren hängen die beiden Funktionen voneinander ab und sind innerhalb des Ozonerzeugenden Bereiches miteinander kombiniert. Da der Wärmeaustauscher 20 nicht so ausgebildet sein muß, daß er zu einer stillen elektrischen Entladung führt, kann der Wärmeaustauscher in herkömmlicher Weise aufgebaut sein. Ein solcher Wärmeaustauscher kann einen Wärmeaustausch-Wirkungsgrad haben, der von den Wärmeaustausch-Teilen bei den herkömmlichen Ozon-*Generatoren nicht erreicht wird.

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Nunmehr soll im Detail auf die Ozon-Erzeugungs-Einheit 12 eingegangen werden, welche ein abgedichtetes Gehäuse 22 aufweist. Das Gehäuse 22 besteht aus vertikalen Seitenwänden 21, die mit vertikalen Endwänden 23 verbunden sind. Die End- und die Seitenwände sind mit einer Bodenwand und mit einer Deckwand 25 abgedichtet, um zu verhindern, daß Umgebungsluft in den Ozon-Erzeugungs-Raum eintritt oder das Ozon aus dem Inneren des Gehäuses nach außen tritt.

Im Inneren des Gehäuses 22 sind Di-elektrika 15 in geeigne.ter Weise angeordnet. Die Dielektrika 15 sind in erster linie nach ihrer Durchschlagsfestigkeit ausgewählt. Die Durchschlagsfestigkeit der Dielektrika 15 ist mehre Male, normaler bis zu 10 Mal größer als die Durchschlagsfestigkeit von Glas. Außerdem muß bei der Auswahl des dielektrischen Materiales berücksichtigt werden, daß dieses widerstandsfähig gegen die Zersetzung durch Ozon ist. Vorzugsweise bestehen die Dielektrika 17 aus dünnen Filmen aus polymerem Material, wie beispielsweise Mylar-Polyester oder Kapton Polyimide R/M Filmen, welche von der E.I. DuPont de Uemours Corporation verkauft werden. Als dielektrisches Material eignet sich ferner Celanar Polyester Film von der Celanese Corporation, Teflon TFE■Tetrafluoräthylen Polymer von der Raybestos Manhattan Corporation, ausgeglichenes (balanced) Biaxial orientiertes Polypropylen von der Hercules Corporation und lexan Polycarbonat von der General Electric Company. Die Filme können eine Dicke haben, die im Bereich vom 12,7 ρ bis 254 » (0,5 mil bis 10 mils) liegt, wobei Filme mit einer Dicke von 76,2 ii bis 127 U (3 mils bis 5 mils) vorzuziehen sind. Dagegen haben die typischen dielektrischen Glasplatten oder Röhren bei den herkömmlichen Ozon-Generatoren eine Dicke von etwa 2,54 mm bis 3,175 mm (.0.100 bis 0.125 inch). Diese Verminderung in den Abmessungen oder im Volumen bei den

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Dielektrika ermöglicht es, den Raum für den Gasstrom zu vergrößern, wodurch ein wesentlich hÖhereigWirkungsgrad der Ozonerzeugungseinheit erreicht wird· Es ist geschätzt worden, daß die Dielektrika und die Elektroden etwa 25 i> des Volumens konventioneller Platten- oder Röhren-Ozon-Generatoren einnehmen. Weder die Elektroden 17 noch die Dielektrika 15 müssen "bei dem erfindungsgemäßen Generator im Gegensatz zu den herkömmlichen Generatoren mit dicken und dichten Wänden versehen sein, um dem hydrostatischen Druck des Kühlwasser zu widerstehend

Die vorzugsweise verwendeten Elektroden 17 sind fest und bestehen aus Aluminium oder rostfreiem Stahl, welches nicht bereits bei Anwesenheit von Ozon korrodiert oder dessen Zersetzung durch Ozon beschleunigt wird. Die dargestellten Elektrodenplatten sind eben und rechteckig und haben eine Dicke von etwa 0,058 mm bis 0,762 mm (0,020 inch bis 0,030 inch). Im Gegensatz dazu sind die Wände für die in einem herkömmlichen Ozon-Generator vorgesehenen Elektroden etwa 3,175 mm (0,125 inch) dick, damit sie dem hydrostatischen Druck des Kühlwasser widerstehen können. Bei einem herkömmlichen Ozon-Generator, der mit Wasser gekühlt wird, besteht die Ozon-Erzeugungseinheit beispielsweise aus einer Masse-Elektrode, aus einem Dielektrikum, aus einem Spalt zwischen der Masse-Elektrode und dem Dielektrikum und aus einer Hochspannungselektrode, welche eine Dicke von 12,7 mm haben kann. Im Gegensatz dazu ist die entsprechende Dicke bei der beschriebenen Vorrichtung 2,54 mm (0,100 inch) wenn ein Zwischenraum zwischen einem Paar Elektroden 17 mit einem Durchmesser von 1,78 mm (0,070 inch) vorgesehen ist und wenn die übrigen Teile ein Dielektrikum 15 und Spalte 18 dazwischen sind. Bei der dargestellten Vorrichtung sind die Elektrodeplatten ausreichend dick, um der Einheit Festigkeit zu verleihen. Dort aber, wo diese Festigkeit nicht erforderlich ist, kann die Dicke der Elektroden

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wesentlich reduziert werden. Es sind Elektrodendicken von etwa 25,4 M Mb 762 u (1 mil Ms 30 mils) "beabsichtigt. Um das Volumen der Einheit weiter zu reduzieren, können die Spalte 18 schmaler gemacht werden, "beispielsweise so, daß sie einen Durchmesser -von 508 ρ (20 mils) haben.

Da die bevorzugte Form von Filmdielektrika 15 nicht fest und nicht selbsthaltend ist, müssen die Filme gehaltert und so in dem Gehäuse 22 angeordnet werden, daß sie im wesentlichen flach liegen und parallel zu den Elektroden 17 verlaufen. Wenn die Dielektrika nicht parallel zu den Elektroden sind, tritt eine Verminderung im Wirkungsgrad der Ozonerzeugung ein. Eine bevorzugte Art und Weise zur Halterung der Dielektrika besteht darin, die Dielektrika mit ihren unteren Enden 27 zwischen untere Abstandshalter 29 einzuklemmen. Die Dielektrika werden zwischen den unteren Abstandshaltern 29 und einer Reihe von oberen Abstandshaltern 31 fest eingespannt. Die Abstandshalter 29 und 31 sind Blöcke aus Isoliermaterial, mit ebenen, parallelen, vertikal verlaufenden Wänden 33. Die Abstandshalter 29 und 31 sind im vorliegenden Beispiel an den Plattenelektroden 17 befestigt, indem sie mit ihrer einen Wand 33 an diesen festgeklebt sind. Die andere Wand 33 ist frei, so daß die zwischen angrenzenden Abstandhaltern angeordneten Dielektrika daran befestigt werden können.

Im vorliegenden Beispiel werden die Abstandshalter 29 und 31 durch Einstellschrauben 35 unter Druck gehalten, welche in geeignete Ansätze 37 eingeschraubt sind. Die Ansätze 37 sind oben und unten an jeder der Gehäuseseitenwände 27 vorgesehen. Die inneren Enden der Einstellschrauben 35 stoßen gegen die Wände 33 der äußersten Abstandshalter 29 und 31. Die Einstellschrauben sind in geeigneter Weise abgedichtet, um zu verhindern, daß Luft oder Ozon in das Gehäuse 22 durch die Gewindelöcher eintritt oder aus dem Gehäuse heraustritt.

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Zur Einstellung der Spannung der Dielektrika 17 kann das obere Deckteil 25 entfernt werden. Dann werden die Einstellschrauben 35 an einem Ende des Gehäuses leicht zurückgedreht, um den Druck auf dieses Ende der oberen Abstandshalter 31 zu reduzieren« Darauf werden die Oberkanten der Dielektrika, die sich Über die Abstandshalter 31 erstrecken, mit Hilfe einer Zange ergriffen und nach oben gezogen· Wenn die Dielektrika stramm gezogen worden sind, so werden die Einstellschrauben 35 an diesem Ende des Gehäuses wieder fest angezogen· Dadurch werden die Enden der stramm gezogenen Filme gegen eine Bewegung blockiert. Die Abstandshalter und 31 sind ziemlich genau ausgeführt, so daß jeder der Abstandshalter 18 über seine gesamte Breite und Länge im wesentlichen gleich tief ist. Die mit Abstandhaltern versehenen Elektroden sind identisch ausgebildet und so geformt, daß sich ihr eines Ende über die Abstandshalter hinaus erstreckt, damit es mit einem geeigneten Elektrodenanschluß 41 und einer Elektrodenzuleitung 43 verseilen werden kann. Die sich tiber die Abstandshalter vorstreckenden Enden der Elektroden 17 liegen wechselweise oben und unten. Diejenigen Elektroden, deren eines Ende sich nach unten über die Abstandshalter erstreckt, sind mit Hasse verbunden. Diejenigen Elektroden, deren eines Ende sich nach oben Ober die Abstandshalter erstreckt, sind mit einer Spannungequelle verbunden. Eine geeignete Spannungsquelle erzeugt beispielsweise eine Wechselspannung in einem Bereich zwischen 5.000 und 50.000 Volt mit einer Frequenz, diejzwischen 50 und 10.000 Hz liegt. Die dadurch entstehende stille Entladung zwischen den Elektroden 17 erzeugt in dem zwischen den Dielektrika 15 und den Elektroden 17 strömenden Gas Ozon.

Es ist geschätzt worden, daß etwa 90 bis 95 i» der aufgewendeten elektrischen Energie in der Ozonerzeugungseinheit 12 des Ozon-Generators in Wärme umgewandelt wird.

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Das ist eine beträchtliche Wärmemenge, die von der Ozonerzeugungseinheit entfernt werden muß. Das erfolgt durch das mit hoher Geschwindigkeit Über die Elektroden 17 und die Dielektrika 15 streichende Gas. Der von dem Gehäuse 22 durch eine Öffnung in der Gehäusewand 23 abgezogene Gas wird über eine leitung 35 einem Einlaßrohr 4-7 zugeführt. Das Einlaßrohr 47 führt zur Einlaßseite des Gebläses 19, welches das Gas in das Einlassende 51 des Wärmeaustauschers 20 einbläst. Das Gebläse 19 wird durch einen Motor 53 angetrieben, der für einen gewünschten Gasdurchsatz und die erforderliche Geschwindigkeit des Gases sorgt. Die zum Umwälzen des Gases erforderliche Energie ist deshalb nicht sehr hoch, weil auf dem Umlauf weg des Gases ein größerer Druckabfall auftritt. Der Durchsatz bei einem konventionellen Einweg-Ozon-Generator >f%vn beispielsweise nur

•ι 2 ?

ein Bruchteil von einem m /Min..m (et der erzeugenden Fläche) sein. Bei der vorliegenden Erfnduüf ist der Durchsatz gewöhnlich 1,5 bis 2,4- m³/Min.. -² (5 bis 8 cfm/ft²); er kann auch wesentlich höher liegen, beispielsweise bei

4,5 bis 6 m³/Min. . m² (15 bis 20 cfm/ft²). Das Plächen-

maß m bezieht sich auf die erzeugende fläche. Die tatsächliche Geschwindigkeit und der Durchsatz, die bei einer vorgegebenen Torrichtung auftreten, können beträchtlich variieren. Die Variation hängt von der 'Mischung des verwendeten Sauerstoffes, von dem Betrag der verwendeten elektrischen Energie und von der abgeführten Wärme ab. Ferner haben die Art und die Temperatur des Kühlmittels in dem Wärmeaustauscher 20 und die endgültige Konzentration des gewünschten Ozons einen Einfluss.

Bei Verwendung von dünnen, nicht wassergekühlten Elektroden 17, ist das Verhältnis der wirksamen Oberfläche zu der Elektrodenmasse extrem hoch im Vergleich zu den mit dicken Wänden versehenen wassergekühlten Elektroden nach dem Stand der !Technik. Dadurch ergibt sich eine bessere und schnellere Wärmeübertragung von den Elektroden auf das Gas. Zur

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Erreichung einer guten Wärmeübertragung kann der Gasstrom gestaut oder auf andere Weise manipuliert werden, damit in den Zwischenräumen zwischen den Elektroden und den Dielektrika eine !Turbulenz auftritt. Dadurch reißt das Gas Grenzschicht- oder Gasfilme auf den Oberflächen der Elektroden (oder Dielektrika) mit sich, so daß eine gute Wärmeübertragung erfolgt.

Eine vorteilhafte Betriebsweise besteht darin, Sauerstoff, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Luft kontinuferlich durch eine Einlassleitung 55 in den Einlasssammler 51 einzuführen und das Ozon erzeugende Gas mit der gleichen Durchsatzrate von einer Auslassröhre 57 abzuziehen· In diesem Fall ist Üie Auslassröhre mit dem Auslass-Sammler 61 für den Wärmeaustauscher 20 verbunden, obwohl der Auslass auch an einer anderen Stelle vorgesehen werden könnte. Die durch die Einlassleitung 55 eingeführte Gasmenge oder die durch die Auslassröhre 57 abgezogene Gasmenge ist gewöhnlich weniger als 1/50stel der Durchflussrate des Gasstromes, der durch die Ozonerzeugungseinheit 12 strömt.

Die Separierung der Wärmeabführungsfunktion von der Ozonerzeugungsfunktion in der Ozonerzeugungseinheit 12 ermöglicht die Verwendung kommerzieller, hochwirksamer Wärmeaustauscher 20. Solche Wärmeaustauscher können unterschiedlicher Art'sein, beispielsweise können sie -wie in den Zeichnungen dargestellt - mit Wasser gekühlt werden. Die Wärmeaustauscher sind so ausglegt, daß sie Wämettbertragungseigentsohaften aufweisen, die günstiger sind als bei den herkömmlichen Ozongeneratoren. Bei dem Wärmeaustauscher 20 wird Wasser mit etwa 10° C (50° P) durch eine Einlassröhre 65 gepumpt. Das Wasser fließt dann durch sich in Längsrichtung erstreckende KUhI-

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schlangen 67 zu einer Auslassröhre 69. Ein genügender Wärmeaustausch und ein Betriebsgleichgewicht werden erreicht, wenn die !Temperatur des Gasstromes von etwa 29,44° C (85° P) am Einlass-Sammler auf 19,44° C (67° i¹) am Auslass-Sammler 61 des Wärmeaustauschers 20 absinkt. Dadurch hat das Gas etwa eine Temperatur von 19»44 C (67 3?), wenn es in die Ozonerzeugungseinheit 12 einströmt. Die Ozonerzeugungseinheit arbeitet befriedigend mit einem Temperaturabfall von 6 bis 14° C (10 bis 25° F) für den durch den Wärmeaustauscher streichenden Gasstrom. Die Temperaturdifferenz kann jedoch variiert werden, um verschiedene Arbeitsbedingungen und einstellbare Zustände für die Kühlung zu erreichen.

Die folgenden Btispiele sind zum Zwecke des besseren Verständnisses angegeben, wobei es sich versteht, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele begrenzt ist. Wenn man eine Vorrichtung verwendet, die ähnlich derjenigen ist, die hier beschrieben wurde und wenn man Luft durch die Ozonerzeugungseinheit 12 mit Hilfe eines Gebläses 19 rezirkulieren läßt, so kommt man unter folgenden Betriebsbedingungen zu den nachfolgend dargestellten Ergebnissen:

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O
O
CD

der Elektroden
Erzeugende Fläche (1 Seite)

Abstand zw. Elektroden

Druck

Dielektrikum (Mylar)

Gramm O₇Vh

Gramm der zugeführten
luft/h 0.15

^-Konzentration 0,
fcu Gewicht) *

Riickf ührungsrat e
Rückführungsverhältnis

Durchflußrate pro
erzeugende Fläche

Temperatur des aus der Erzeugungseinheit austretendes Gases:

Beispiel 1 _

39,5 dm² ρ (4,25 Ft. )

1,78 mm (0,070")

15,3 mm Hg 127 f (5 mil) 4,2

304 1,38

0,566 rar⁵/min (20 CFM)

134 : 1

1,435 m³/min. m^z 14,7 cfm/ ft·²)

Beispiel 2 !Beispiel 3 j Beispiel 4

29,44 ° (85* F)

Temperatur des aus dem Wär-j 19,44 C meaustauscher austretenden ,mO Gases:

Spitzenspa

Leistungsverbrauch ¥att/h

7,0 KV

23.2 dm²« (2,5 Ft.*)

1,78 mm (0,070")

15.3 mm/Hg 127 p(5 mil) 3,03

0,334 m³/ min (11,8 OFM)

78 : 1

1,435 m³/ min . m (4,7 cfm/ ft^z)

27,28° C (82^Ö F)

20° C
(68° F)

6,9 KV

;

J29,9 dm² _P i(3',P Ft.*)

[2,54 mm (0,100")

33 mm Hg I27 u(5 mil) 8,2

715 1.15

0,566 m³ (20 CFM)

56

2-45 m³/min m (fi.7 cfm/ ft.^z)

27,22° C (81° F)

13,89° C (57° F)

9,9 KV 200

13

27,9 (3,0 Ft.*)

2,54 mm (0,100")

33 mm Hg

127 ρ (5 mil)

7,45

860 0,87

0,566 m⁵ (20 CFM)

47

2,54 m³/min , m² (.6,7 cfm/ft. )

31,11° C (88° F)

19,44 ° C (67° F)

9,6 KV 155

CD CD O)

•ζ

Die oben angeführte Rückführungsrate von 0,566 m /min (20 CPM) und 0,334- m⁵/min (11,8 OPM) bezieht sich auf den aus dem Gebläse heraustretenden Luftstrom. Sie Durohflussrate ergibt sich dadurch, daß die RUckfUhrungsrate durch die effektive erzeugende Fläche einer Elektrode geteilt wird. Es ist offensichtlich, daß die Innenseiten der äußersten Elektroden als erzeugende Flächen wirksam sind, während die Außenflächen keine erzeugenden Oberflächen sind. Die Pormel zur Berechnung der gesamten effektiven erzeugenden Fläche der Elektroden ergibt sich daher mit (n - 1)x 1 χ w, wobei η die Anzahl der Elektroden, 1 die Länge der wirksamen Seite der Elektroden und w die Breite der wirksamen Seite der Elektroden ist. Die oben angegebenen Durchflußraten von 1,524- bis 2,4-38 tor/ min . m (5 bis 8 cfm pro square foot der erzeugenden Oberfläche ) sind in anderen Versuchen Ubertroffen worden} man hat beispielsweise gute Resultate sit Burchflußraten erreicht, die zwischen 4t572 und 6,092 nr/min . m² (15 bis 20 cfm pro square foot der erzeugenden Oberfläche) liegen. Eine bessere Produktion von Ozon wird erreicht, wenn man statt Luft gasförmigen Sauerstoff verwendet. Man hat festgestellt, daß sich die Produktion von Ozon verdoppelt, wenn man der Vorrichtung statt Luft Sauerstoff zuführt.

Eine andere AusfUhrungsform der Erfindung, bei der die Halterung der Pilmdielektrika 15 in flachen zu den Elektroden. 17 parallelen Ebenen gegenüber der in den Pig. 1 bis 3 dargestellten AusführungBform geändert ist, ist in den Figuren 4 bis 6 dargestellt. Bei dieser anderen AusführungBform sind die gleichen Bezugszahlen mit dem Zusatz "a" oder "b" verwendet, um anzuzeigen, daß die so bezeichneten Elemente bestimmten Elementen in der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 3 entsprechen·

Eine vorgefertigte Ozonerzeugungseinheit 70 (Fig. 4) be-

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steht aus einem Paar oberer und unterer Abstandshalter 29a und 31a, welche entlang den oberen und unteren Kanten der Elektrode 17a befestigt sind. Auf den gegenüberliegenden äußeren Seiten 33a der Abstandshalter 29a und 31a sind Filmdielektrika 15a befestigt. Die Dielektrika sind angeklebt nnd zwischen den Abstandshaltern in einer Ebene gestreckt. Dadurch werden die Dielektrika unter Spannung so gehalten, daß ihre beiden Seiten dicht und parallel zu den Seitenflächen der zentralen Elektrode 17a liegen. In der Praxis kann die dargestellte Ozonerzeugungseinheit 70 so ausgeführt sein, daß unbedeckte Plattenelektroden ähnlich wie die Plattenelektroden V in Fig. 2 und 3 wechselweise geschichtet angeordnet sind. Bei einem solchen Ozon-Generator werden die unbedeckten Plattenelektroden 17a durch Abstandshalter aus Isoliermaterial von jedem angrenzenden Paar erzeugender Einheiten 70 separiert, so daß der gleiche Luftspalt oder Zwischenraum 18a zwischen jeder Elektrode und jedem Dielektrikum vorhanden ist. Bei dieser Art von erzeugenden Einheiten 70 wird der Spannungszustand der Filmdielektrika ohne nachfolgende Einstellungen aufrechterhalten.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Elektrode 17b (Fig. 5 und 6)dIrBkt in Kontakt mit einem Dielektrikum 15b stehen, anstatt daß die Elektrode in der Mitte zwischen einem Paar Dielektrika 15 angeordnet ist, wie es bei der AusfUhrungsform nach den Figuren 1, 2 und 3 der Fall ist. Beispielsweise ist eine erzeugende Einheit 75 (Fig. 5) mit'Elektroden 15b gebildet, welche sich in einem engen Kontakt mit der rechten Seite jedes Filmdielektrikums 15b befinden und dadurch getragen werden. Zwischen der linken Seite jedes Dielektrikums und der nächstliegenden Elektrode auf der linken Seite befindet sich ein Zwischenraum 18b.

Die erzeugende Einheit 75 kann von einer länglichen Bahn 77 aus einem geeigneten dielektrischen Film gebildet sein,auf

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welchem in Längsrichtung "beabstandete Elektmäen Vb vorgesehen sind, welche eine im wesentlichen rechteckige Form haben. Die Elektroden, 17b sind wechselweise an den beiden verschiedenen Seiten der Bahn 77 angeordnet. Eine vorteilhafte Art, die Elektroden auf der Bahn anzuordnen, besteht darin, die Elektroden 17b aufzudampfen oder elektrisch leitendes Metall durch Elektroplattieren auf der Bahn aufzubringen. In dieser Ausflihrungsform können die Elektroden eine Dicke haben, die geringer ist als die Dicke der Metallplattenelektroden 17 und 17 a.

^ Die Elektroden Vb werden wechselweise an den beiden verschie-' denen Seiten der dielektrischen Bahn 77 angeordnet, so daß die Elektroden jeweils einander in entsprechender Richtung gegenüberstehen, wenn die Bahn ziehharmonikaartig zusammengefaltet wird,so daß sie eine Reihe von Einzelfalten bildet. In die Enden der Palten werden geeignete Abstandhslater 78 eingesetzt. Die Abstandshalter 78 werden dabei so bewegt, daß die Dielektrika gespannt werden. Dadurch werden die Dielektrika 15b und die Elektroden 17b relativ flach und in parallelen Ebenen ausgerichtet. Die Abstandshalter 78 halten die Dielektrika 15b auf Abstand, so daß zwischen den Dielektrika 15b Luftspalten 18b verbleiben.

fc Wenn es gewünscht wird, die Elektroden und die Dielektrika gegen eine seitliche Verschiebung zu fixieren, können geeignete Möglichkeiten vorgesehen werden, um die Elemente fest miteinander zu verbinden. Beispielsweise können die Dielektrika, die Elektroden und die Abstandshalter nach dem Verbinden der Elektroden mit elektrishen Leitern dadurch in ihrer gegenseitigen Lage fixiert werden, daß die gegenüberliegenden Enden mit einem thermoplatischen Kunststoff versiegelt werden. Wenn der Kunststoff abgekühlt ist, so sind die einzelnen Elemente gegen seitliche Bewegungen fixiert.

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In dem zuvor beschriebenen Beispiel sind die Elektroden 17b direkt dem Gasstrom ausgesetzt, der entlang einer Seitenfläche strömt. Die Wärmeübertragung von den Elektroden auf den Gasstrom ist jedoch geringer als wenn beide Seiten der Elektroden dem Gasstrom ausgesetzt wären. Wegen der größeren Einfachheit und der Ökonomie bei der Herstellung wird die Reduktion der dem Gasstrom ausgesetzten Oberfläche jedoch in Kauf genommen.

Aus der vorhergehenden Beschreibung geht hervor, daß die Ozonerzeugungseinheit einfach aufgebaut ist und mit relativ geringen Kosten hergestellt werden kann. In dieser Verbindung führt die Verwendung vnn dünnen Filmen für die Dielektrika und dünnen Platten für die Elektroden zu weniger teuren erzeugenden Oberflächen als es bei den herkömmlichen wassergekühlten Vorrichtungen der Pail ist. Das heißt, daß die Dünnfilmdielektrika und die flachen PJattenelektroden die gewünschte Genauigkeit und Gleichförmigkeit über große Plächenbereiche mit sich bringen, so daß eine Ozonerzeugung ohne die Verwendung teuer herzustellender wassergekühlter Gußstücke oder Röhren möglich ist. Durch die iürennung der Ozon erzeugenden Punktion von der Wärmeübertragungsfunktion können relativ einfache und im Handel erhältliche Wärmeaustauscher verwendet werden. DiB Verminderung der Abmessungen, das geringere Gewicht und die Vereinfachung der Ozon-Eraeugung bei dem erfindungsgemäßen Ozon-Generator tritt gegenüber den sperrigen und hohe Anschaffungskosten erfordernden herkömmlichen Ozon-Generatoren hervor.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon mit einer Ozonerzeugungseinheit, in der Ozon aus einem Sauerstoff
enthaltenden Gasstrom erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Wärmeaustauscher (20) aufweist, dem das aus der Ozonerzeugungseinheit (12) austretende Gas zur Kühlung zugeführt wird, daß ferner Mittel zur Zurlickführung des aus dem Wärmeaustauscher (20) austretenden gekühlten Gases in die
Ozonerzeugungseinheit (12) vorgesehen sind, und daß die Ozonerzeugungseinheit mit flachen ebenen Elektroden (17, 17a, 17b) und Dielektrika (15, 15a, 15b) aus polymerem Material versehen ist, mittels welchen eine stille Entladung zur Bildung von Ozon in dem Gasstrom erzeugt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrika (15, 15a, 15b) so dünn sind, daß sie nicht genügend Eigensteifigkeit haben und daß Mittel zur Halterung der Dielektrika (15, 15a, 15b) vorgesehen sind, welche die Dielektrika (15, 15a, 15b) spannen, derart, daß sie in zu den Elektrodenebenen parallelen Ebenen liegen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrika (15, 15a, 15b) eine Dicke von etwa 13 bis 250 ρ (0,5 bis 10 mil) haben.
4-· Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrika (15, 15a, 15b) eine Durchschlagsfestigkeit haben, die im wesentlichen die Durchschlagsfestigkeit von Glas übersteigt.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (17, 17a, 17b) ebene Platten sind, welche eine Länge und Breite haben, die im wesentlichen eine tiefe Dimmension übersteigen, wobei die Platten ein großes Verhältnis von Oberfläche zu Masse aufweisen, um Wärme auf den Gasstrom zu übertragen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Halterungsmittel vorgesehen sind, mit denen die Dielektrika (15, 15a, 15b) in parallelen Ebenen gehalten werden, derart, daß die Dielektrika (15, 15a, 15b) einen gleichförmigen Abstand voneinander haben.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1", dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit einer Zuführung für Sauerstoff enthaltendes Gas und mit oiner Abführung für Ozon versehen ist und daß die Mittel zur Zurückführung des aus dem Wärmeaustauscher (20) austretenden gekühlten Gases in die Ozonerzeugungseinheit (12) einen Gasdurchsatz haben, welcher im wesentlichen größer als der Gasdurchsatz der Zuführung oder der Abführung ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdurchsatz der Ozonerzeugungseinheit (12) größer als 0,3 m /min .ie m der erzeugenden Elektro-

denflache (1 cfm/ft. der erzeugenden Elektrodenfläche) ist.
9. Arbeitsverfahren für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ozonerzeugungseinheit (12) Sauerstoff enthaltendes Gas zugeführt wird, daß das Gas mit einem Durchsatz von

•ζ ρ
0,3 m /min je m der erzeugenden Elektrodenfläche

(1 cfm/ft. der erzeugenden Elektrode! fläche) durch

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die Ozonerzeugungseinheit (12) geführt wird, daß das aus der Ozonerzeugungseinheit (12) austretende Gas einem Wärmeaustauscher (20) zur Kühlung zugeführt wird, daß das aus dem Wärmeaustauscher (20) austretende gekühlte Gas mehrmals erneut durch die Ozonerzeugungseinheit (12) und den Wärmeaustauscher (20) geführt wird und daß das Ozon enthaltende Gas schließlich mit einem Durchsatz abgezogen wird, der geringer als der Rückfühnngsdurchsatz ist.
10. Arbeitsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Ozonerzeugungseinheit (12) austretende Gas einem außerhalb der Ozonerzeugungseinheit (12) angeordneten Wärmeaustauscher (20) zugeführt wird.

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