DE2026622C2

DE2026622C2 - Koronareaktorkern zur Ozonerzeugung

Info

Publication number: DE2026622C2
Application number: DE2026622A
Authority: DE
Inventors: Frank Eugene Phelps N.Y. Lowther
Original assignee: Purification Sciences Inc
Current assignee: Purification Sciences Inc
Priority date: 1969-06-04
Filing date: 1970-05-30
Publication date: 1982-11-18
Also published as: NL169295B; NO138483B; DE2065823A1; DK181978A; SE363305B; JPS5811250B1; CH523714A; NL7007864A; NO138483C; NO132349C; SE7502631L; NO136706C; NO132349B; DE2065822A1; CH538881A; NO740713A; JPS567963B1; FR2052492A5; NO136706B; JPS564487B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Koronareaktorkern zur Ozonerzeugung, mit mehreren Zellen, die jeweils zwischen zwei flachen Elektroden angeordnete, mit einem Einlaß und einem Auslaß versehene Koronareaktionskammern enthalten.

Ein derartiger Koronareaktorkern ist bekannt aus der DE-AS 1228592. Diese zeigt ein wassergekühltes Druckgefäß mit zwischen Böden eingeschweißten Masseelektroden, die in Form von Flachrohren ausgebildet sind und in denen Hochspannungselektroden angeordnet sind, welche ihrerseits von dielektrischen Platten allseits luftdicht umschlosen sind. Die gesamte Anordnung nach dieser Auslegeschrift ist enorm schwer, hat einen großen Platzbedarf und erfordert zudem zur Kühlung einen Kühlwasseranschluß. Außerdem sind die Hochspannungselektroden ungekühlt und daher nur begrenzt thermisch belastbar, was die Leistungsfähigkeit dieses Koronareaktorkerns begrenzt.

Eine Anordnung, bei der Ozon in Röhren aus feuerfestem Glas erzeugt wird, ist aus der US-PS 2660559 bekannt. Die dort verwendeten Röhren verjüngen sich an ihren Enden und tragen in ihrem Inneren stangenförmige Elektroden aus Aluminium, während auf ihren Außenseiten jeweils eine rohrförmige Elektrode angeordnet ist. Die Innenelektroden aus Aluminium können bei dieser Konstruktion überhaupt nicht gekühlt werden, obwohl sie direkt der Koronaentladung und ihren korrosiven Wirkungen ausgesetzt sind und folglich im Betrieb stark erwärmt werden. Diese Anordnung ist also sehr kompliziert im Aufbau und - besonders wegen der begrenzten thermischen Belastbarkeit der Innenelektroden - wenig leistungsfähig.

Ein Ozongenerator mit Wasserkühlung ist bekannt aus der US-PS 2345798. Der Koronareaktorkern befindet sich hier im Inneren eines Druckgefäßes, dessen Mantel von Wasser gekühlt ist und in dem ein erhöhter Luftdruck herrscht, wobei die Luft im Gefäß durch einen Lüfter ständig umgewälzt wird, um ihre Rückkühlung durch den Wasserkühlmantel zu bewirken. Die Elektroden selbst sind als Flachelektroden ausgebildet, und zwar sind die Masseelektroden nackte Aluminiumplatten, während die Hochspan- ₎₀ nungselektroden als Gitter oder Folien ausgebildet und auf der Rückseite einer Glasplatte angeordnet sind. Das Ozon wird im Hohlraum zwischen der Aluminiumelektrode und der Glasplatte erzeugt und einem Ozonsammler zugeführt. - Auch hier sind die Aluminiumelektroden direkt der Koronaentladung und den korrosiven Wirkungen des erzeugten Ozons ausgesetzt, und eine Kühlung dieser Elektroden ist nur indirekt, nämlich an ihren in den Kühlluftstrom ragenden Endabschnitten, gewährleistet, so daß diese Elektroden thermisch nur begrenzt belastbar sind und somit die Leistungsfähigkeit des gesamten Ozongenerators begrenzen.

Eine andere Bauart eines Koronareaktorkerns zeigt die US-PS 2128455. Dort werden flache Elektroden verwendet, die durch gebogene Schraubenfedern im Abstand voneinander gehalten sind. Die zwischen den einzelnen Elektroden gebildeten Zellen sind hier allseits offen, und das gebildete Ozon kann deshalb überhaupt nicht zufriedenstellend abgeleitet werden, so daß eine brauchbare Ozonkonzentration nicht erreichbar erscheint.

Aus der US-PS 2403241 kennt man ferner einen Koronareaktorkern mit flachen Elektroden, welche zwischen sich mehrere geschlossene Zellen bilden, die elektrisch parallel geschaltet sind. Die Elektroden befinden sich jeweils zwischen Scheiben aus Fensterglas, und an die Ränder der Masseelektroden, die zwischen diesen Glasscheiben herausragen, sind Kühlschlangen zur Wasserkühlung angelötet. Um zwischen den Elektroden und den Glasscheiben Lufteinschlüsse zu vermeiden, befindet sich dort eine Asphaltschicht, und diese ist durch Erhitzen im Vakuum luftfrei gemacht. - Auch hier ist die thermische Belastbarkeit niedrig, da die Masseelektroden nur an ihrem R.and und die Hochspannungselektroden überhaupt nicht gekühlt sind. Die Leistungsfähigkeit einer solchen Anordnung ist also sehr begrenzt.

Die US-PS 3081215 zeigt einen Koronareaktorkern, dessen flache Elektroden (Folien oder Metallgewebe) ebenfalls hermetisch umschlossen zwischen zwei tragende Glasplatten luftfrei eingesiegelt sind. Auch hier ist die thermische Belastbarkeit der Elektroden niedrig, weil sie nicht gekühlt sind, und die Leistungsfähigkeit einer solchen Anordnung ist deshalb niedrig.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, die Leistungsfähigkeit von Koronareaktorkernen zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Bei der Erfindung werden also die beiden Elektroden einer Zelle dazu verwendet, die tragenden Wände dieser Zelle zu bilden, und das Dielektrikum - bei den meisten bekannten Konstruktionen wesentlicher, mechanisch tragender Bestand teil der Koronareaktionskammern - ist auf seine elektrische Funktion als hochwertiger Isolator und seine chemische Schutzfunktion (gegen Korrosion des Elektrodenmetalls) reduziert und kann zu diesem Behufe außerordentlich dünn ausgebildet werden, so, wie es in der eigenen älteren DE-OS1509802 ausführlich beschrieben ist. Obwohl also die als Wände einer Zelle dienenden flachen Elektroden im Betrieb recht hohe Potentialunterschiede aufweisen können, z. B. 12 kV, wie im folgenden an einem Ausführungsbeispiel erläutert wird, brauchen diese Elektroden nur einen geringen Abstand voneinander zu haben, was für die Ausbringung solcher Zellen sehr günstig ist. Beide Elektroden können von außen her sehr leicht gekühlt werden, was ihre thermische Belastbarkeit wesentlich erhöht, und die wellenförmigen Abstandshalter erleichtern den Zutritt des Kühlmediums zur Außenseite der Elektroden, dienen selbst als zusätzliche Wännesenken und Kühlkörper und ermöglichen es vor allem, in den einzelnen Zellen - bei dünnwandiger Konstruktion - einen Überdruck aufrechtzuerhalten und dadurch - ohne Verwendung eines Druckgefäßes - die Ausbringung wesentlich zu erhöhen. Auch können in den Kanälen dieser Abstand falter die Zu- und Auiiiuficiiungcn für die cinzcineii 16iica untergebracht werden.

Ferner ermöglicht die Erfindung einen modularen Aufbau von Koronareaktorkernen, z. B. den einfachen Austausch einzelner Zellen, wenn sich einmal ein Defekt ergeben sollte, oder das Hinzufügen weiterer Zellen, falls die Kapazität erhöht werden muß.

Vorteilhafterweise sind erfindungsgemäß innerhalb der Koronareaktionskarnmern Leit*vände vorgesehen, um die Entstehung von toten Räumen in der Gasströmung innerhalb dieser Kammern zu verhindern. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung geht man dabei in bevorzugter Weise so vor, daß die gesamten Ränder der Elektroden jeweils von der benachbarten Abstandsdichtung weg nach außen gekrümmt sind. Diese Maßnahme ist besonders bei Luftkühlung von Vorteil, um eine günstige Potentialverteilung an den Elektrodenrändern zu erhallen und Überschläge zu vermeiden.

Dabei geht man erfindungsgemäß zum Zwecke einei guten Abdichtung mit großem Vorteil so vor, daß ein Silikondichtmittel als kontinuierlicher Strang in die Fuge zwischen der Abstandsdichtung nnd jedem nach außen gekrümmten Rand eingebracht ist. Man erreicht so eine sehr gute Abdichtung.

Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung geht man ferner so vor, daß im Koronareaktorkern mindestens zwei Zellen elektrisch in Reihe geschaltet sind. Diese in Reihe geschalteten Zellen können einerseits Bestandteil einer größeren Serienschaltung sein, wie sie nachfolgend in Fig. 10 dargestellt ist, oder auch Bestandteil einer Serien-Parallel-Srhal.uiig, wie sie Fig. 11 an einem Beispiel zeigt. Bei den bekannten Koronareaktorkernen wird nämlich bislang ausschließlich die Parallelschaltung der einzelnen Zellen verwendet. Diese erfordert äußerst enge Toleranzen bei allen Oberflächen und Abstandshaltern, was hohe Herstellungskosten zur Folge hat. Denn wenn die Luftspalte in den parallelgesehalteten Zellen nicht überall gleich groß sind, werden einige Zellen stärker beansprucht ids die anderen: Der engste Luftspalt und/oder der Luftspalt mit dem dünnsten Dielektrikum wird am stärksten beansprucht und bestimmt daher die Belastbarkeit der gesamten Anordnung. Es hat sich nun überraschend gezeigt, daß bei einer Reihenschaltung diese Nachteile weitgehend vermieden werden können.

■ weil die Belastung von in Reihe geschalteten Zellen weitgehend gleichmäßig ist. Man kann daher einen Koronareaktorkern, der gemäß Anspruch 5 ausgebildet ist, wesentlich besser ausnutzen, also mit einer höheren Leistung betreiben, als wenn seine Zellen alle parallel geschaltet wären.

Nut besonderem Vorteil geht man nach der Erfindung so vor. daß alle Zellen elektrisch in Reihe geschaltet sind. Es hat sich gezeigt, daß man trotz der hierfür erforderlichen relativ hohen Spannungen auf diese Weise ausgezeichnete Ergebnisse erzielen kdiin.

Nach einer Ausfuhrungsform der Erfindung sind die Abstandshalter elektrisch leitend ausgebildet und stellen eine elektrische Verbindung zwischen benachbarten Elektroden benachbarter Zellen dar. Die Ab-Standshalter bilden daher in vorteilhafter Weise elektrische Anschlüsse und Verbindungselemente, über die die elektrische Leistung zugeführt und von Zelle ZU Z?!!? wpitergeleitet werden kann.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind zum Zuführen und Abführen des Reaktionsströmungsmittels eine Einlaß-Sammelleitung und eine Auslaß-Sammelleitung vorgesehen, wobei von diesen Sammelleitungen Leitungen durch mindestens einen der auf der Elektrodenseite gelegenen Kanäle des betreffenden Abstandshalters und durch die Wand mindestens einer Elektrode zur Korona-Entladungskammer führen. Dies ist eine raumsparende und gut zugängliche Konstruktion.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist eine Kühlmittel-Zuführvorrichtung, insbesondere ein Lüfter, zum Durchleiten von Kühlmittel durch Kanäle der Abstandshalter vorgesehen. Damit kann auch bei verhältnismäßig klein dimensionierten Kanälen der Abstandshalter eine ausreichende Kühlwirkung erzielt werden.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weisen durch die Wand mindestens einer Elektrode zur Korona-Entladungskammer führende Durchlässe auf der Außenseite dieser Elektrode eine Umfangswand auf, welche von der Innenseite der Elektrode weg gekrümmt sind und Verbindungsstücke für den Anschluß jeweils einer der Leitungen bilden. An diese Verbindungsstücke kann einfach und schnell ein Zuführungsrohr oder ein Ableitungsrohr angeschlossen « werden. Dies trägt zu einer flachen Zellenbauweise bei.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der dünne Überzug aus dielektrischem Werkstoff auch die Innenseite der Umfangswand voll bedeckt. Damit sind besonders hohe Korrosionsfestigkeit und Betriebssicherheit erreicht.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind pro Zelle zwei Anschlüsse vorgesehen, welche im Bereich gegenüberliegender Ecken dieser Zelle angeordnet sind. Dies erhöht den Wirkungsgrad der Zellen.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Elektroden aus entkohltem Stahl ausgebildet. Dieser Werkstoff ist verhältnismäßig preisgünstig und läßt sich leicht und sicher mit einem dielektrischen Überzug mit den gewünschten Eigenschaften versehen.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind jeweils Gruppen von Zellen elektrisch par- ^⁵ allel geschaltet, wobei die Einzelzellen dieser Gruppen jeweils elektrisch in Reihe geschaltet sind. Vorteilhaft ist hier, daß eine geringere Spannung im Vergleich zur reinen Reihenschaltung verwendet werden kann.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden anhand Volt Zeichnungen ausführlicher beschrieben, die bevorzugte Aüsführungsbeispiele darstellen. Es zeigen:

Fig. 1 die Überwachungs^ und Bedienungstafel el· nes Koronareaktors,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines aufgebrochenen Koronareaktors,

Fi g. 3 eine Draufsicht auf den aufgebrochenen Koronareaktor nach Fig. 2,

Fig. 4 den Strömungsverlauf des Reaktions-Strömungsmittels, in schematischer Darstellung,

Fig. 5 den Strömungsverlauf des Reaktionsmittels in den, durch den und den Strömungsverlauf des Reaktionserzeugnisses aus dem Koronareaktorkern,

Fig. 6 ein schematisches Schaltbild der Stromversorgungseinrichtung ,

Fig. 7 die Vorderansicht eines teilweise aufgebrochenen Ausführungsbeispiels einer Koronareaktorzelle nach der Erfindung,

Fig. 8 die vergrößerte Schnittansicht 8-8 der Koronareaktorzelle nach Fig. 7,

Fig. 9 die Schnittansicht 9-9 der Koronareaktorzelle nach Fig. 7,

Fig. 10 ein schematisches, elektrisches Schaltbild der nach '!er Erfindung in Reihe geschalteten einzelnen Koronareaktorzellen des Koronareaktors,

Fig. 11 ein elektrisches, schematisches Schaltbild einer Reihen-Parallelschaltung der Koronareaktorzellen, und

Fig. 12 ein schematisches, elektrisches Schaltbild einer Parallelschaltung der einzelnen Koronareaktorzellen.
Der Koronareaktor

Nach den F i g. 1 bis 3 enthält der Koronareaktor 10 nach der Erfindung ein Gehäuse 12 mit einem Koronareaktorkern 14, einen Transformator 16, ein Gebläse 18 und auf der Vorderseite eine Überwachungsund Bedienungstafel 20. Der Koronareaktorkern 14 besteht aus mehreren einzelnen, getrennt herausnehmbaren, luftdichten Koronareaktorzellen 21.

Das Wesentliche der Erfindung ist in dem Koronareaktorkern 14 und den Koronareaktorzellen 21 zu sehen, die nachstehend noch ausführlicher beschrieben werden. An dieser Stelle sei nur soviel bemerkt, daß:

1) die (elektrische) Stromversorgung des Koronareaktorkerns 14 über den Transformator 16 und elektrische Leitungen 22 und 24 erfolgt;

2) ein Reaktions-Strömungsmittel (bei Ver. sndung als Ozongenerator wäre es Luft, Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Strömungsmittel) dem Koronareaktorkern 14 aus einer Quelle über ein Einlaßrohr 26 zugeführt wird;

3) das Reaktionsprodukt in Form eines Strömungsmittels aus dem Koronareaktorkern 14 über ein Auslaßrohr 28 entfernt wird; und

4) der Koronareaktorkern 14 durch das Gebläse 18 mit Luft gekühlt wird.

Das Gehäuse

Das Gehäuse 12 enthält die Überwachungs- und Bedienungstafel 20, eine Rückwand 30, zwei Seitenwände 32 und 34, eine Abdeckung 36 und einen Boden 38, der höher als die Oberfläche liegt, auf der der Koronareaktor 10 mit Füßen 40 steht. Die Abdeckung 36 läßt sich mit Hilfe (nicht dargestellter) Schrauben oder ähnlicher Verbindungsvorrichtungen abneh-

men, um das Innere des Gehäuses 12 leicht zugänglich zu machen, insbesondere zur Ergänzung und/oder Entfernung einzelner Koronareaktorzellen 21 des Kerns 14. Die Abdeckung enthält eine Luftauslaßöffnung 42 über dem Koronareaktorkern 14, die mit einem Drahtgitter 44 abgedeckt ist, Der Boden 38 enthält eine Lufteinlaßöffnung 46 unter dem Gebläse 18.

Das Gehäuse Weist einen weiteren Boden 48 auf, der nut Füßen 50 auf dem Boden 38 ruht, so daß sich ein Raum zwischen den beiden Böden zur Unterbringüng des Gebläses 18 ergibt. Der Boden 48 trägt den Korönareaktorkern 14 mit einer Einspannvorrichtung 52 (die sich schnell festziehen und lösen läßt, wie noch näher beschrieben wird), um die einzelnen Koronareaktorzellen 21 in einer modularen Anordnung zusammenzuhalten.
Überwachungs- und Bedienungstafel

Das Folgende bezieht sich auf die Fig. 1, 4 und 6. Ein Strömungsmittel-Rohrleitungs- und Strömungsmirtei-Steuersystem 54 (Fig. 4) enthalt die Einlaß- und Auslaßrohre 26 und 28. die an die einzelnen Koronareaktorzellen 21 des Koronareaktorkerns 14 angeschlossen sind. Die Strömungsgeschwindigkeit in den, durch den und aus dem Koronareaktorkern 14 (siehe Fig. 4 und 5) und die bzw. den Leitungen 26 und 28 wird durch einen Strömungsmesser 56 an der Tafel 20 angezeigt und in dem Auslaßrohr 28 durch ein Strömungsventil 58 (Fig. 4) mit einem Drehknopf 60 (Fig. 1) an der Tafel 20 eingestellt. Der Strömungsmesser 56 kann in an sich bekannter Weise ausgebildet sein. So kann er beispielsweise eine vertikal bewegoare Kugel enthalten, die die Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels in einer Volumeneinheit pro Zeiteinheit anzeigt.

Der Druck des Strömungsmittels in dem System 54 wird durch einen Druckmesser 62 an der Tafel 20 angezeigt und kann durch ein Druckregelventil 64 (Fig. 4), das in dem Einlaßrohr 26 liegt und mit einem Drehknopf 66 (Fig. 1) versehen ist, eingestellt werden.

An dem Auslaßrohr 28 ist ein Strömungsmittelprobenentnahmerohr 68 (Fig. 4) angeschlossen. Ferner ist ein Entnahmeventil 70 (Fig. 4) in dem Entnahmerohr 68 angeordnet und mit einem Entnahmeventil-Drehknopf 72 (Fig. 1) auf der Tafel 20 verbunden.

Die Enden der Rohre 26,28 und 68 sind jeweils mit Anschlüssen 74, 78 und 76 versehen, die an der Tafel 20 befestigt sind. 74 stellt den Strömungsmitteleinlaßanschluß, 78 den Probenentnahmeanschluß und 76 den Reaktionsproduktauslaßanschluß dar. so

Nach den Fig. 1 und 6 enthält die elektrische Stromversorgungsschaltung 80 eine Spannungsquelle 82 mit beispielsweise 120 V und 60 Hz, die über den Transformator 16 und Leitungen 22,24 mit dem Koronareaktorkern 14 in Verbindung steht. Ein Stromversorgungs-EIN-AUS-Schalter 84 liegt in der Schaltung 80 und ist an der Tafel 20 angeordnet. Eine KontrolI-Lampe 86 leuchtet auf, wenn die Stromversorgung eingeschaltet ist. Durch das Schließen des Schalters 84 wird, siehe Fig. 6, auch das Gebläse 18 eingeschaltet.

Die dem Koronareaktorkern 14 zugeführte Leistung ist mit Hufe eines Variac 88 (eine Spartransformatorart) einstellbar. Der Drehknopf 90 des Variac 88 befindet sich an der Tafel 20 (siehe auch Fig. 2). Die dem Koronareaktorkern 14 zugeführte Leistung wird durch ein Wattmeter 92 an der Tafel 20 angezeigt.
Koronareaktorkern

Nach den Fig. 2 und 3 enthält der Koronareaktorkern 14 mehrere einzelne Koronareaktorzellen 21, die durch eine Einspannvorrichtung 52 zusammengehalten werden. Die Koronareaktorzellen 21 werden anhand der Fig. 7 bis 9 ausführlicher beschrieben.

Der Kofortafeaktöfkern 14 ist über die elektrischen Leitungen 22 und 24 an dem Transformator 16 angeschlossen, Die verschiedenen Schaltungsarten der einzelnen Koronareaktorzellen 21 werden später noch ausführlicher beschrieben.

Die Strömungsmittelrohre stehen wie folgt mit dem Koronareaktorkern 14 in Verbindung: Das Einlaßrohr 26 ist an ein Einlaßsammeirohr 94 (Fig. 2, 3 und 5) auf der einen Seite des Koronareaktorkerns 14 angeschlossen. Das Auslaßrohr 28 ist an ein Auslaßsammeirohr 96 (Fig. 3) auf der gegenüberliegenden Seite des Koronareaktorkerns 14 angeschlossen. Wie noch ausführlicher beschrieben wird, steht jede Koronareaktorzelle 21 über ein Einlaßrohr 98 mit dem Einlaß-Sammelrohr 94 und über ein Auslaßrohr 100 mit dem Auslaßsammeirohr 96 in Verbindung. Die Rohre 98 und 100 sind durch an sich bekannte Anschlüsse 102 (Fig. 2) an die Sammelrohre 94 und 96 angeschlossen. Die Verbindungen mit den Anschlüssen 102 sind vorzugsweise schnell herstellbar und lösbar. Da die Anzahl der Zellen 21 in einem Kern 14 veränderbar ist, können die Sammelrohre 94 und 96 jeweils mit Öffnungen 104 versehen sein, die nicht verwendet werden, und in diesem Fall mit Stopfen 97 (Fig. 3) verschlossen sind.

Wie aus den Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, enthält die Einspannvorrichtung 52 zwei feststehende, vertikale Endplatten 106 und 108, die auf dem oberen Boden 48 stehen und durch zwei Abstandsrohre 110 und 112 und zwei Schrauben 114 und 116, die jeweils durch die Rohre 110 und 112 ragen, in einem vorbestimmten Abstand gehalten werden. Die Schrauben sind durch Muttern 118 befestigt. Ferner sind die vertikalen Endplatten 106 und 108 durch zwei horizontale Stützstäbe 120 und 122 verbunden. Der Koronareaktorkern 14 ruht unmittelbar auf den horizontalen Stützstäben 120 und 122 (eine Abstandsdichtung 162 jeder einzelnen Zelle 21 erstreckt sich in vertikalen Nuten 124 (Fig. 2) in beiden horizontalen Stützstäben 120 und 122).

Die einzelnen Koronareaktorzellen 21 sind vertikal ausgerichtet und werden durch die Einspannvorrichtung 52 horizontal nebeneinanderliegend aneinander gedrückt. Sie sind auf einfache Weise und unabhängig voneinander aus dem Koronareaktor 10 herausnehmbar, indem einfach die Abdeckung 36 des Gehäuses 12 entiemt und die Einspannvorrichtung 52 gelöst wird. Die Koronareaktorzellen 21 ruhen auf den horizontalen Stützstäben 120 und 122 zwischen der Endplatte lO6 und einer horizontal verschiebbaren, vertikalen Druckplatte 126. Die Druckplatte 126 ist mit Hilfe einer Gewindespindel 128 (die durch ein Verbindungsglied 130 drehbar mit der Druckplatte 126 verbunden ist und durch eine Schraubverbindung mit der Endplatte 108 in Verbindung steht) in Richtung auf den Koronareaktorkern 14 und von diesem weg bewegbar. Eine Platte 132, die durch zwei Stützen 133 und

135 mit der Endplatte 108 verbunden ist, ist mit einer Gewindebohrung 134 versehen, durch die die Gewindespindel 128 hindurchgeschraubt ist. Eine Öffnung

136 in der Endplate 108 nimmt einen am Ende der Gewindespindel 128 befestigten Drehknopf 138 auf. Der Drehknopf 138 wird zur Ausübung oder Aufhebung

eines Drucks auf den Koronareaktorkern 14 über die Druckplatte 126 gedreht. Der Drehknopf 138 ist Von

Hand zugänglich, wenn die Abdeckung 36 entfernt ist.

Die einzelnen Koronareaktorzellen

Die Fig. 7 bis 9 stellen eine Koronareaktorzelle 21 mit zwei parallelen, gleichförmig weit auseinanderliegenderj Elektroden 152 und 154 dar, die jeweils eine freie, der Umgebung ausgesetzte äußere Oberfläche

153 und 155 aufweisen. Die inneren Oberflächen 157 und 159 der plattenförmigen Elektroden 152 und 134 sind jeweils mit einem dielektrischen Überzug 156 bzw. 158 versehen. Der Raum zwischen den auseinanderliegenden Elektroden 152 und 154 stellt eine Koronareaktionskammer 160 dar. Die Elektroden 152 und

154 bestehen vorzugsweise aus entkohltem Stahl, und der dielektrische Überzug ist ein Dielektrikum mit hoher Erweichungs- oder Schmelztemperatur, vorzugsweise eine dünne Keramikschicht, die frei von Blasen, Poren oder Lunkern ist.

Die vorteilhafteste Art und Dicke der dielektrischen Überzüge 156 und 158, die Breite (der Elektrodenabstand oder die Spaltbreite zwischen den Elektroden) der Koronareaktionskammer 160 und die anzulegende Spannung lassen sich rechnerisch und nach einem bereits vorgeschlagenen Verfahren bestimmen, vgl. die DE-OS 1909802 der Anmelderin.

Die Elektroden 152 und 154 sind vorzugsweise rechteckförmig und am Rand 161 bzw. 163 (siehe Fig. 7 und 8) nach außen gekrümmt. Dadurch läßt sich die Koronareaktorzelle 21 mit einer hohen Spannung betreiben, ohne daß am Rande Funken überspringen. Durch diese Formgebung ergibt sich am Umfang der zusammengesetzten Koronareaktorzellen 21 eine umlaufende Nut 164 (Fig. 8), die das durchgehende Einbringen eines Dichtmittels 172 um eine Abstandsdichtung 162 hemm (die noch ausführlicher beschrieben wird) ermöglicht.

Die beiden Elektroden 152 und 154 werden durch eine isolierende Abstandsdichtung 162, die eine mittlere Öffnung 166 aufweist (siehe Fig. 7) und zwischen den Elektroden 152 und 154 auf dem gesamten Umfang am Rand der Zelle 21 angeordnet ist, in einem vorbestimmten Abstand gehalten. Die Abstandsdichtung 162 besteht vorzugsweise aus Silikonkautschuk, kann jedoch auch aus irgendeinem anderen geeigneten Material hergestellt werden. So kann die Abstandsdichtung 162 auch aus Metall, vorzugsweise einem sehr geschmeidigen und leicht verformbaren Metall, hergestellt sein, was noch ausführlicher beschrie- so ben wird.

Die Koronareaktionskammer 160 ist durch eine luftdichte Abdichtung zwischen den Elektroden 152 und 154 einerseits und der Abstandsdichtung 162 andererseits luftdicht abgeschlossen. Für diese luftdichte Abdichtung kann beispielsweise ein schweißraupenartig eingebrachtes Dichtmittel 172 aus Silikondichtmittel verwendet werden, wie es in Fig. 8 gezeigt ist. Die Schweißraupe wird auf beiden Seiten der Abstandsdichtung 162 um den gesamten Rand der Zelle 21 herum vorgenommen bzw. ausgebildet. Die Abstandsdichtung 162 sorgt daher einmal für die Einhaltung eines vorbestimmten Abstandes zwischen den Elektroden 152 und 154 und zum anderen für einen luftdichten Verschluß der Zelle 21.

Das Reaktions-Strömungsmittel wird wie folgt in die Koronareaktionskammer 160 der Zelle 21 geleitet und aus dieser entfernt: Wie bereits erwähnt, ist jede Zelle 21 mit einem Einlaßrohr 98 und einem Auslaßrohr 100 versehen. Das Einlaßrohr 98 ist mit Hilfe eines Anschlusses 175 an einen Durchlaß 173 in der Elektrode 152 angeschlossen. Das Auslaßrohr 100 ist mit Hilfe eines Anschlusses 177 an eine (nicht dargestellte) Auslaßöffnung in der anderen Elektrode 154 angeschlossen. Da die Anschlüsse 175 und 177 gleich sind, genügt es, einen zu beschreiben. Der Anschluß 175 ist an die äußere Oberfläche 153 der Elektrode 152 an dem Durchlaß 173 angeschweißt oder auf andere Weise daran befestigt, und der Durchlaß 173 kann eine periphere Wand 179 enthalten, die sich von der Kammer 160 weg erstreckt. Der Anschluß 175 enthält einen Metallkörper 181 mit einem ersten zylindrischen Kanal 183, der sich teilweise durch diesen hindurch erstreckt und die Wand 179 (siehe Fig. 9) aufnimmt. Der Körper 181 des Anschlusses 175 enthält einen zweiten zylindrischen Kanal 185, der senkrecht zum ersten Kanal 183 verläuft und mit dem ersten Kanal iS3 in Verbindung steht. Ein Rohr 1S7, vorzugsweise aus Metall, ist am Kanal 185 angeschweißt oder auf andere Weise daran befestigt und erstreckt sich über den Körper 181 hinaus, so daß er ein vorteilhaftes Mittel zur Befestigung des Einlaßrohres 98 am Anschluß 175 bildet. Das Rohr 98 kann über das Rohr 187 gesteckt und mit Hilfe eines langen, auf das Rohr 98 gewickelten Drahtes 189 (siehe Fig. 7) daran befestigt werden. Das Auslaßrohr 100 ist vorzugsweise in der gleichen Weise ausgebildet. Beide Durchlässe 173 (einschließlich des nicht dargestellten Durchlasses) können in derselben Elektrode angeordnet sein.

Wie man sieht, ist jede einzelne Koronareaktorzelle 21 ihr eigener Druckbehälter, der durch die Abstandsdichtung 162 und das schweißraupenartige Silikon-Dichtmittel 172 am gesamten Umfang der Zelle 21 auf beiden Seiten der Abstandsdichtung 162 luftdicht abgeschlossen ist. Vorzugsweise werden Silikonkautschuk-Abstandsdichtungen und Silikon-Dichtungsmittel verwendet, weil eine Koronaentladung oder Ozon den Silikonkautschuk und das Silikondichtungsmittel nicht angreifen.

Die Koronareaktorzellen 21 weisen noch weitere bauliche Merkmale auf. Die Fig. 7 bis 9 zeigen zwei wellenförmige Abstandshalter 178 und 180 aus Aluminium, die gleichzeitig als Kühlkörper wirken und jeweils mit den äußeren Oberflächen 153 und 155 der Elektroden 152 bzw. 154 in Berührung stehen. Der Kühlkörper-Abstandshalter 178 (es genügt nur einen zu beschreiben, da sie beide gleich sind) ist wellenförmig ausgebildet, so daß er mehrere sich in entgegengesetzter Richtung öffnende, parallele Kanäle aufweist, zu denen geschlossene Kanäle 186 und offene Kanäle 188 gehören. Die wellenförmigen Abstandshalter 178 und 180 haben mehrere Funktionen. Eine Funktion besteht in der Ableitung der durch die Koronareaktorzelle 21 während der Koronareaktion erzeugten Wärme. Zur Unterstützung dieser Funktion wird vorzugsweise Luft parallel zu den Kanälen 186 und 188 durch den Koronareaktorkern 14 hindurch geblasen. Dies bewirkt das Gebläse 18 (siehe Fig. 2). Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, sind die Koronareaktorzellen 21 daher so angeordnet, daß die Kanäle 186 und 188 vertikal ausgerichtet sind, so daß von unten in r"en Koronareaktor 10 eintretende Luft vertikal nach oben durch den Koronareaktorkern 14 und aus der Öffnung 42 des Gehäuses 12 geblasen werden kann. Eine weitere Funktion der Abstandshalter 178 und

180 besteht darin, die benachbarten Koronareaktorzellen 21 auf Abstand zu halten, wenn mehrere dieser Zellen 21 zu einem Koronareaktorkern 14 zusammengesetzt sind, und die Druckkräfte des sich in der Reaktionskammer 160 befundenen Reaktions-Strömungsmittels aufzunehmen und gleichförmig zu verteilen. Die Kühlkörper-Abstandshalter 178 und 180 nehmen auch die Kräfte der Druckplatte 126 auf und verteilen sie auf den gesamten Koronareaktorkern 14.

Da die Abstandshalter 178 und 180 nicht nur wärmeleitend, sondern auch elektrisch leitend sind, dienen sie auch als elektrische Verbindung zwischen benachbarten Elektroden benachbarter Koronareaktorzellen 21. Die Abstandshalter 178 und 180 bilden daher in vorteilhafter Weise elektrische Anschlüsse, über die die elektrische Leistung zugeführt werden kann, und eine elektrische Verbindung der Zellen 21.

Zur Bildung eines Koronareaktorkerns 14 mit mehreren Koronareaktorzellen 21 sind die Zellen 21 ne-

1 1 1

»P« die Leistung der Koronaentladung, »U« die Spannung, die zwischen den Elektroden 152 und 154 angelegt ist, und »f« die Frequenz ist.

Vorzugsweise liegt die Frequenz bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Bereich von 100 Hz bis 6000 Hz, und die Spitzenspannung im Bereich von etwa 2000 bis 15000 Veit.

Wie noch ausführlicher erläutert wird, läßt sich die Erhöhung der Frequenz und Verringerung der Spannung zur Erzielung einer hohen oder sogar noch höheren Ausbeute (als die bislang mit gewöhnlich hoher Spannung und niedriger Frequenz erzielbare) auch bei den anderen Ausfuhrungsbeispielen anwenden; üieses Merkmal ist nicht auf die Verwendung einer Abstandshalter-Dichtung aus Metall beschränkt. Die elektrischen Schaltungen

Anhand der Fig. 10 bis 12 werden im folgenden drei verschiedene Spannungsschaltanordnungen nach

uciiciiianuci aiigcuiuuci, wie es in ucu ng. i. uuu j

dargestellt ist, und dann werden die elektrischen und Strömungsmittel-Verbindungen hergestellt. Die Nuten 124 in den Stützstäben 120 und 122 nach Fig. 2 dienen somit zur Aufnahme der Abstandshalter-Dichtungen 162.

Das das Reaktions-Strömungsmittel in die Reaktionskammer 160 leitende Rohr 98 erstreckt sich teilweise durch einen der geschlossenen Kanäle 186 des Abstandshalters 178 und durch den Raum 191 zwischen einem Rand 193 (Fig. 9) des Abstandshalters 178 und dem benachbarten Rand 195 der Elektrode 152. In ähnlicher Weise erstreckt sich das Auslaßrohr 100 durch einen der Kanäle 186.

Die Fig. 7 bis 9 stellen ein weiteres Merkmal der Erfindung dar, nämlich eine Silikon-Leitwand 204, die die Reaktion unterstützt, indem sie die Entstehung »toter Räume« in der Reaktionskammer 160 verhindert. Die Leitwand 204 ist keine vollständige unperforierte Wand, die sich über die gesamte Breite (den gesamten Spalt zwischen den Elektroden) der Reaktionskammer 160, sondern nur, wie in Fig. 8 dargestellt ist, teilweise über die Breite der Reaktionskammer 160 erstreckt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung eines leitenden Materials, vorzugsweise eines weichen, schmiegsamen Metalls, wie Aluminium für die Abstandshalter-Dichtung 162 anstelle des erwähnten, nichtleitenden Kautschuks. Die Verwendung eines derartigen Metalls ergibt einen äußerst gleichförmigen Abstand zwischen den beiden Elektroden 152 und 154. Um das Entstehen von Lichtbogen an den Rändern oder Kanten der Elektroden 152 und 154 zu verhindern, kann es notwendig sein, zu verhindern, daß der Metall-Abstandshalter weiter über den Rand der Elektroden 152 und 154 als bis zu der Stelle hinausragt, an der sich die Ränder 161 und 163 nach außen voneinander weg zu krümmen beginnen.

Ferner kann zur Verhinderung von Lichtbögen bei Verwendung von Metall-Abstandshaltern die Spannung verringert werden. Die gleiche (oder sogar größere) Koronaintensität läßt sich auch bei geringerer Spannung durch Steigerung der Frequenz erzielen, wie sich aus folgender Gleichung ergibt:

wobei »K« eine Funktion der Dicke des Dielektrikums, der Dielektrizitätskonstanten und der Breite des Luftspalts, Λ/ UCI CIUIlUUlIg UCMUlICUCU.

Fig. 10 zeigt die in Reihe geschaltete Spannungstreiberanordnung nach der Erfindung, die die eingangs erwähnten Nachteile der bekannten Parallelschaltung beseitigt. Nach Fig. 10 ist eine Leitung 21 des Transformators 16 mit einem linken, äußeren Kühlkörper-Abstandshalter 232 der linken, äußeren oder am Ende liegenden Zelle 234 und die andere elektrische Leitung 22 des Transformators 16 mit einem äußeren Kühlkörper-Abstandshalter 236 der rechten, äußeren oder am rechten äußeren Ende liegenden Zelle 238 am gegenüberliegenden Ende des Koronareaktorkerns 14 verbunden. Aneinandergrenzende Elektroden (z. B. die Elektroden 240 und 242 verschiedener, jedoch benachbarter Koronareaktorzellen 244 und 246) sind alle durch zwei Kühlkörper-Abstandshalter 248 und 250 aus Aluminium, die daran angeschlossen sind, elektrisch miteinander verbunden.

Bei diesem Ausfuhrungsbeispiel liegt die Hochspannung, die über den Transformator 16 an den gesamten Koronareaktorkern 14 angelegt wird, vorzugsweise in der Größenordnung von 30000 bis 60000 Volt, je nach dem Anwendungsfall des Koronareaktors 10.

Die Elektroden der einzelnen Zellen 21 wirken als Spannungsteiler, wobei die Spannungsteilung den gleichen Gesetzen wie die Koronaentladung unterliegt. Wie sich in der Praxis herausgestellt hat, kann der Elektrodenabstand (Spalt) einiger (oder auch nur einer) Reaktorkammer bei geschichtetem, sandwichartigem Aufbau des Koronareaktorkems 14 gleich dem zweifachen Abstand der übrigen Reaktorkammern und dennoch die Koronaentladung bzw. Koronaentladungsintensität bei allen Reaktionskammern völlig gleich und gleichförmig seh?.. Der Querschnitt einer Reaktionskammer wurde sogar keilförmig ausgebildet, so daß die Spaltbreite am einen Rand praktisch Null war und am gegenüberliegenden Rand die volle Spaltbreite vorlag, und dennoch ergab sich bei der Reihenschaltung nach Fig. 10 eine vollständig gleichförmige Koronaentladung in dieser Kammer.

Ferner sei darauf hingewiesen, daß bei Erhöhung der Erregungsspannung von Null Volt bis zur Koronaentladungszündspannung alle Reaktionskammern bei genau gleicher Spannung zünden. Dies steht im Gegensatz zur bekannten Faralleischaltungsanordnung, bei der die Reaktorkammer mit dem kleinsten Spalt zuerst, die mit dem zweitkleinsten Spalt als zweite

usw. zündet. Die sich nach der Erfindung ergebende Gleichförmigkeit der Koronaentladung vereinfacht und verbilligt die Herstellung des Reaktors erheblich.

Fig. 11 zeigt eine Kombination aus einer Reihen- und einer Parallelschaltung, bei der eine geringere Spannung verwendet werden kann als bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 10, bei der die Spannung an der gesamten, sandwichartiger' Reihenanordnung der Koronareaktorzellen 21 des Koronareaktorkems 14 angelegt wird. Nach Fig. 11 ist eine elektrische Leitung 24 von der Ausgangsseite des Transformaiors 16 an die beiden äußeren Kühlkörper-Abtandshalter 210 und 212 (oder deren angrenzende Elektrode) der beiden äußeren Koronareaktorzellen 214 bzw. 216 angeschlossen. Die andere Leitung 22 von der Ausgangsseile des Transformators 16 ist an die beiden nebeneinanderliegenden Elektroden 218 und 220 der beiden mittleren Koronareaktorzellen 222 und 224 angeschlossen, wobei die Leitung 22 mit den Abstandshaltern 228 und 230 verbunden ist, die jeweils mit den Elektroden 218 bzw. 22ö in Verbindung siehen. Dieses Ausführangsbeispiel nach der Erfindung hat Betriebseigenschaften der beiden erwähnten Schaltungsarten, also sowohl der Parallelschaltung als auch der Reihenschaltung. Der Spitzenwert der an einen Koronareaktorkern 14 mit acht Koronareaktorzellen, wie er in Fig. 11 dargestellt ist, angelegten Spannung beträgt etwa 20000 bis 50000 Volt.

Fig. 12 stellt eine vollständige Parallelschaltungsanordnung mehrerer Koronareaktorzellen 21 dar. Wie bereits erwähnt, bewirken die Kühlkörper-Abstandshalter 178 und 180 auch eine elektrische Verbindung benachbarter Elektroden benachbarter Zellen. Wie aus Fig. 12 zu ersehen ist, sind die benachbarten Elektroden benachbarter Zellen gleichnamig

gepolt und elektrisch miteinander verbunden. Elektrische Verbindungen führen direkt vom Transformator 16 zu den Kühlkörper-Abstandshaltern 178 und 180. Obwohl diese Parallelschaltung der Zellen aus den erwähnten Gründen nicht bevorzugt wird, stellt sie dennoch eine mögliche Verbindungsart der Zellen untereinander bzw. eine mögliche Art der elektrischen Stromversorgung des Koronareaktorkerns 14 dar.

Beispiel

Für einen typischen Betrieb des Koronareaktors 10 zur Erzeugung von Ozon werden vorzugsweise folgende Parameter verwendet:
Luft als Reaktionsmittel,

ein Druck in jeder einzelnen Koronareaktionskammer von etwa 7 p/mm²,

eine zugeführte Leistung von 400 Watt,
eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 28 I/min, acht Koronareaktorzeüen im Koronäreakiorkem, eine Koronaelektrodenspaltbreite (Elektrodenabstand) von 1,5 mm,

eine Spannung mit einem Spitzenwert von 12000 Volt pro Zelle, und

eine Frequenz von 60 Hz.

Mit diesen Parametern ergibt sich eine Ozonausbeute von 454 g pro Tag.

So können z. B. andere Materialien als die erwähnten verwendet werden. Obwohl der bevorzugte Anwendungsfall die Erzeugung von Ozon ist, können auch andere Reaktionsmittel in den Koronareaktorkern 14 geleitet und einer Koronareaktion unterworfen werden, um in an sich bekannter Weise andere Reaktionsprodukte zu erzeugen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Koronareaktorkern zur Ozonerzeugung, mit mehreren Zellen, die jeweils zwischen zwei flachen Elektroden angeordnet, mit einem Einlaß und einem Auslaß versehene Koronareaktionskammern enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Elektroden (152, 154) im Bereich ihres Umfangs eine durchlaufende, einstückige, die Elektroden im Abstand voneinander haltende Abstandsdichtung (162) aus geeignetem Material vorgesehen ist, innerhalb welcher zwischen den Elektroden (152, 154) die Koronareaktionskammer (160) gebildet ist, daß außerhalb dieser Kammer (160) Dichtmittel (172) zum Abdichten der Elektroden gegen die Abstandsdichtung (162) vorgesehen sind, um die Koronareaktionskammer (160) luftdicht zu machen, daß beide Innenseiten der Elektroden mit einem dünnen Übtrzug (156, 158) aus dielektrischem Werkstoff versehen sind, wobei alle in der Koronareaktionskammer (160) einer Koronaentladung ausgesetzten Flächen nichtmetallisch sind, und daß die Elektroden jeweils auf ihrer Außenseite wellenförmige Abstandshalter (178, 180) aufweisen.

2. Koronareaktorkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Koronareaktionskammern (160) Leitwände (204) vorgesehen sind, um die Entstehung von toten Räumen in der Gasströmung innerhalb dieser Kammern (160) zu verhindern.

3. Koronareaktorkern .lach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß d'; gesamten Ränder (161, 163) der Elektroden (152, 154) jeweils von der benachbarten Abstandsdichtung (162) weg nach außen gekrümmt sind.

4. Koronareaktorkern nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Silikondichtmittel als kontinuierlicher Strang (172) in die Fuge (164) zwischen der Abstandsdichtung (162) und jedem nach außen gekrümmten Rand (161, 163) eingebracht ist.

5. Koronareaktorkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Koronareaktorkern (14) mindestens zwei Zellen (21) elektrisch in Reihe geschaltet sind.

6. Koronareaktorkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet so daß die Abstandshalter (178, 180) elektrisch leitend ausgebildet sind und eine elektrische Verbindung zwischen benachbarten Elektroden benachbarter Zellen (21) darstellen.

7. Koronareaktorkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zuführen und Abführen des Reaktionsströmungsmittels eine Einlaß-Sammelleitung (94) und eine Auslaß-Sammelleitung (96) vorgesehen sind, und daß von diesen Sammelleitungen (94, 96) Leitungen (98, 100) durch mindestens einen der auf der Elektrodenseite gelegenen Kanäle (186) des betreffenden Abstandshalters (178,180) und durch die Wand mindestens einer Elektrode (152, 154) zur Korona-Entladungskammer (160) führen.

8. Koronareaktorkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlmittel-Zuführvorrichtung (18), insbesondere ein Lüfter, zum Durchleiten von Kühlmittel durch Kanäle (186,188) der Abstandshalter (178,180) vorgesehen ist.

9. Koronareaktorkern nach Ansprach 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wand mindestens einer Elektrode (152, 154) zur Korona-Entladungskammer (160) führende Durchlässe (173) auf der Außenseite dieser Elektrode eine Umfangswand (179) aufweisen, welche von der Innenseite der Elektrode weg gekrümmt sind und Verbindungsstücke für den Anschluß jeweils einer der Leitungen (98,100) bilden.

10. Koronareaktorkern nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne Überzug (156,158) aus dielektrischem Werkstoff auch die Innenseite der Umfangswand (179) voll bedeckt.

11. Koronareaktorkern nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß pro Zelle (21) zwei Anschlüsse (175,177) vorgesehen sind, welche im Bereich gegenüberliegender Ecken dieser Zeile angeordnet sind.

12. Koronareaktorkern nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus entkohltem Stahl ausgebildet sind.

13. Koronareaktorkern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils Gruppen von Zellen (21) elektrisch parallel geschaltet sind, und daß die Einzelzellen (21) dieser Gruppen jeweils elektrisch in Reihe geschaltet sind (Fig. 11).