DE2314398A1

DE2314398A1 - Einrichtung zur erzeugung von ozon

Info

Publication number: DE2314398A1
Application number: DE19732314398
Authority: DE
Inventors: Peter Douglas Francis; Philip Franklin Gale; Maurice Raymond Hillis; Ronald Albert Redford
Original assignee: Electricity Council
Current assignee: Electricity Council
Priority date: 1972-03-23
Filing date: 1973-03-22
Publication date: 1973-10-11
Also published as: FR2261221A1; CH587187A5; BE797256A; IE37576L; FI54282C; FR2177026A1; AT351491B; NO139625C; NL7304027A; DE2314398B2; AU5362273A; ATA257773A; GB1401692A; SE394657B; NO139625B; IE37576B1; CA989349A; US3899685A; JPS5416473B2; CH592023A5

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,

D1PL.-ING. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, D:?l. Chem. £. Huber

XPR

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8 MÖNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

THfi ELECTRICITY COUNCIL
20_Millbank,_London, SV.'IP 4RD/EnglPnd

Einrichtung zur Erzeugung von Ozon

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von Ozon durch einen elektrischen EntladungsVorgang in Luft oder einem anderen ozonhaltigen Gas.

Bei vielen industriellen Bearbeitungsverfahren, beispielsweise bei der Bearbeitung von V/asser oder wasserhaltigen Flüssigkeiten, ist es bekannt, ozonhaltige Luft zu verwenden, die leicht mittels einer Hochspannungsentladung erzeugt werden kann. Zur Erzielung einer stillen Entladung ohne Lichtbogen und damit geringerer Wärmeerzeugung erfolgt die Entladung in Luft, die sich zwischen einer Metallelektrode und einem dielektrischen Element, normalerweise Glas, befindet. Auf der der Luft abgewandten Seite des Dielektrikums ist eine zweite Elektrode angeordnet. Diese kann eine leitfähige Flüssigkeit sein, normalerweise wird Wasser verwendet. Das Dielektrikum dient der Erzielung einer stillen Entladung. Eine elektrische Ladung wird auf der Oberfläche des Dielektrikums gespeichert, so da.3 die Entladung aufhört, sobald sich an dem Dielektrikum ein Potential ausgebildet hat. Es ist bei Solchen Systemen deshalb notwendig, ein V.echselpotential zu verwenden. Die flüssige Elektrode dient zur Verwirklichung eines guten elektrischen Kontakts auf der gesamten effektiven

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Oberfläche des Dielektrikums,

Die erzeugte Ozonmenge ist proportional der Entladungsfläche und der Leistungsdichte in der Entladung. In dem Gas wird ' nahezu die gesamte elektrische Energie in Form von Wärme verbraucht. Wird die Leistungsdichte erhöht, so wird die Luft erwärmt, und der Ozon dissoziiert. Deshalb wurden bisher Einrichtungen mit sehr großen Entladungsflächen verwendet. Bei den großen Ozonmengen, die für viele industrielle Anlagen erforderlich sind, führt dies zu Einrichtungen, die bei hohen Konstruktionskosten sehr umfangreich und aufwendig sind.

Gemäß der Erfindung ist eine Einrichtung der eingangs genannten Art gekennzeichnet durch' eine einem Dielektrikum zugewandte Metallelektrode, durch eine hinter dem Dielektrikum angeordnete Elektrode in Form einer leitfähigen Flüssigkeit, durch eine Vorrichtung zur Leitung eines sauerstoffhaltigen Gases durch den Raum zwischen der Metallelektrode und dem Dielektrikum, durch ein erstes, mit Kühlflüssigkeit arbeitendes Kühlsystem für die Metallelektrode, durch ein zweites die leitfähige Flüssigkeit ausnutzendes Kühlsystem für das Dielektrikum und durch eine Vorrichtung zur Speisung der Elektroden mit einer l.echselspannung.

Die Viechseispannung kann vorzugsweise eine Frequenz zwischen 500 Hz und 20 kHz haben. Vorzugsweise ist die Frequenz einstellbar, um die erzeugte Ozonmenge bestimmen zu können. Eine Einstellmöglichkeit ist beispielsweise iia Bereich von 50 Hz bis 20 kHz vorgesehen.

Bisher wurden die Elektroden in gro.3en Ozongeneratoren mit der Netzfrequenz von beispielsweise 50 Hz des Stronr/ersorgungsnetzes gespeist. Durch Anwendung einer höheren Frequenz wird es möglich, die Entladungsfliiehe zu verkleinern,

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da die Leistungsdichte der Entladung erhöht werden kann. Es ist jedoch nicht möglich,, bei den bereits vorhandenen Ozongeneratoren lediglich eine höhere Frequenz anzuwenden. Ein Ansteigen der Leistungsdichte ist mit einem Ansteigen der erzeugten Wärme verbunden, was bei den üblichen Ozongeneratoren zur Dissoziation des Ozons führt. Bei einer Einrichtung nach der Erfindung wird die Viarme jedoch durch zwei separate Kühlsysteme entfernt; Das Kühlmittel für das Dielektrikum ist vorteilhaft Wasser. Leitungswasser hat eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit, so daß es als leitfähige Elektrode dienen kann. Das Dielektrikum, das Glas sein kann, wird so dünn wie möglich hergestellt. Je dünner das Dielektrikum ist, um so besser ist die Wärmeübertragung auf die Kühlflüssigkeit.

Vorteilhaft ist eine Elektrode geerdet, während die andere die Hochspannung führt, wobei sie abwechselnd positive und negative Polarität gegenüber Erde hat. Diese Hochspannung kann beispielsweise 20 kV betragen. Menn die Metallelektrode die Hochspannungselektrode ist, so muß das Kühlmittel nicht leitfähig sein. Es ist möglich, Leitungswasser als Kühlmittel zu verwenden, wenn längliche Behälter aus elektrisch isolierendem Material vorgesehen sind, beispielsweise lange, dünne isolierende Kunststoffröhren, die das Kühlmittel in die Metallelektrode hinein und aus ihr heraus führen. Der Widerstand des V-assers in diesen länglichen Behältern kann leicht so groß gemacht werden, daß die Leistungsverluste vernachlässigbar werden. Es ist jedoch möglich, für die Hochspannungselektroden andere Kühlmittel zu verwenden, beispielsweise entmineralisiertes Wasser. Das Kühlmittel kann innerhalb eines geschlossenen Kreislaufs durch einen V< arme tauscher geführt werden.

Die flüssige Elektrode muß ausreichend leitfähig sein, in der Praxis ist die Verwendung von Leitungswasser als Elektro-

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de leicht möglich. Wird diese Elektrode als Hoehspannungselektrode eingesetzt, so können lange, dünne Röhren aus isolierendem Material in beschriebener Weise vorgesehen sein, oder es wird ein System eines geschlossenen Kreislaufs mit einem Wärmetauscher zur Kühlung der Flüssigkeit eingesetzt.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich bei Verwendung einer Wechselspannung variabler Frequenz, da die erzeugte Ozonmenge durch Änderung der Frequenz geändert werden kann. Deshalb ist vorzugsweise ein in seiner Frequenz einstellbarer Generator zur Erzeugung der an den Elektroden erforderlichen Spannung vorgesehen. Wird eine Hochspannung an die beiden Elektroden angeschaltet, so verursacht der Entladungsstrom an dem Luftspalt die Erzeugung eines Potentials an dem Dielektrikum, da auf dessen Oberfläche Ladung gespeichert wird. Das dielektrische Material wird aufgeladen, das Potential an dem Luftspalt sinkt und die Entladung durch die Luft wird unterbrochen. Die Polarität der anliegenden Spannung wird dann zur Erzeugung einer weiteren Entladung umgekehrt. Deshalb muß eine Wechselspannung vorgesehen sein. Um eine Entladung in einem Luftspalt mit für die praktischen Anforderungen an Ozongeneratoren ausreichender Große zu erhalten, ist eine Hochspannung erforderlich. Hierzu kann beispielsweise eine Spannung von 20 kV verwendet werden. Da die Entladung nur stattfinden kann, wenn die Spannung den zum Luftüberschlag erforderlichen Wert überschreitet, ergibt sich eine bessere Wirkung bei Anwendung einer geschalteten Gleichspannung der erforderlichen Größe, so daß die Entladung unmittelbar bei Umschaltung des Potentials eingeleitet wird. Dieses Verfahren ist vorzugsweise anzuwenden. Eine geschaltete Gleichspannung, die aus Impulsen konstanter Amplitude mit abwechselnd positiver und negativer Polarität besteht und bei der die Zeitintervalle -zwischen den Impulsen variabel sind, führt jedoch zu Problemen, wenn

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die Hochspannung durch einen Transformator erzeugt werden soll. Bis zu einem gewissen Grade ist es möglich, die erforderliche Amplitude der geschalteten Gleichspannung mit einem geeigneten Transformator zu erzeugen und den Spannungsverlauf durch passive Elemente in die geeignete Form zu bringen. Solche Elemente arbeiten jedoch nur zufriedenstellend bei einer einzigen Betriebsfrequenz innerhalb eines sehr schmalen Frequenzbandes. *Eine Änderung der Frequenz innerhalb eines weiten Bereichs zur Änderung der erzeugten Ozonrnenge kann daher zu beachtlichen Le is tungs Verlusten führen.

Durch Verwendung einer hohen Frequenz von beispielsweise bis zu 20 kHz wird es möglich, die Entladungsfläche, verglichen mit einem Ozongenerator für eine Betriebsfrequenz von beispielsweise 50 Hz, zu verkleinern. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Leistungsdichte der Entladung erhöht werden kann. Dies ist ein sehr wichtiges Merkmal, da bei der kommerziellen Anwendung große Volumina von Ozon oder ozonisierter Luft erforderlich sind und die bekannten Ozongeneratoren für eine Betriebsfrequenz von 50 Hz einen sehr großen Raumbedarf haben. Es ist nicht möglich, die Produktion von Ozon durch Änderung der Spannung um wesentliche Werte zu verändern. Es gibt eine minimale Spannung, die zur Erzeugung der Entladung erforderlich ist, und eine maximale Spannung, die durch die elektrische Festigkeit des Dielektrikums bestimmt ist. Es ist jedoch möglich, die Produktion durch Frequenzänderung zu steuern. Aus den angegebenen Gründen war es jedoch bisher nicht möglich, die Frequenz innerhalb eines großen Bereichs in großen Ozongeneratoren zu ändern.

Genial einem weiteren Merkmal der Erfindung ist in einer Einrichtung zur Ozonerzeu;-;ung eine Vorrichtung zur Anschaltung einer Gleichspannung an die Elektroden vorgesehen,

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die abwechselnd auf unterschiedliche Polaritäten umgeschaltet wird. Diese Vorrichtung "enthält Versorgungsleitungen für Hochspannung positiver und negativer Polarität sowie eine Stromversorgung mit einem Transformator und Gleichrichtern, die positive und negative Gleichspannungen gegenüber einem Bezugspotential (vorteilhaft Erdpotential) auf den Versorgungsleitungen erzeugen. Ferner sind eine Vorrichtung zur Verbindung einer der Elektroden mit dem Bezugspotential, ein erster und ein zweiter Schalter, die jeweils durch einen elektrischen Impuls steuerbar sind, und eine Vorrichtung zur Verbindung der anderen Elektrode mit beiden Schaltern vorgesehen. Die Schalter sind hierbei mit der positiven bzw. der negativen Versorgungsleitung verbunden, und ein hinsichtlich seiner Frequenz steuerbarer Impulsgenerator liefert Steuerimpulse abwechselnd mit vorbestimmter Frequenz an die beiden Schalter, so daß diese abwechselnd in ihren leitenden Zustand versetzt werden.

Die beiden Schalter können mechanische Schalter oder Vakuumschalter sein. Vorzugsweise handelt es sich um gittergesteuerte Gasentladungsanordnungen, beispielsweise um Thyratrons, die abwechselnd durch Steuerimpulse an ihren Steuergittern gezündet werden. Vorzugsweise sind zwei Speieherkonderisatoren zwischen die beiden Versorgungsleitungen und das Bezugspotential geschaltet.

Bei einer solchen Einrichtung wird die jeweils mit einem Steuerimpuls am Steuergitter versorgte Gasentladungsanordnung leitfähig, so da3 die Spannung der jeweils zugeordneten Hochspannungs-Versorgungsleitung der zv/eiten Elektrode des Ozongenerators zugeführt wird. In die so;-; beginnt eine Entladung durch das säuerstoffhaltige Gas, jedoch wird sich diese Entladung selbst löschen,. v:erm sich an dein Dielektrikum infolge gespeicherter L&.dui^cn auf dessen Ober-

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fläche ein Potential ausbildet'. Bei Löschung der Entladung fließt kein Strom durch die -Gasentladungsanordnung, so daß diese ausgeschaltet wird. Bei Anlegen des nächsten Steuerimpulses an die andere Gasentladungsanordnung wird eine Spannung entgegengesetzter Polarität an die zweite Elektrode des Ozongenerators angeschaltet, und es tritt eine Entladung in entgegengesetzter Richtung zwischen den Elektroden ein, so daß auch die auf dem Dielektrikum angesammelten Ladungen eine entgegengesetzte Polarität erhalten. Diese Entladung wird sich selbst in der bereits beschriebenen Weise löschen, so daß die zweite Gaεentladungsanordnung dann ausgeschaltet wird. Dieser Betrieb wiederholt sich in beschriebener Vieise zyklisch. Die maximale Betri,ebsfrequenz hängt von der Zeit ab, nach der sich die Entladung im Ozongenerator selbst löscht. Die Steuerimpulse müssen kürzer als eine halbe Periodendauer dieser maximalen Frequenz sein,, In der Praxis können Frequenzen bis zu 20 kHz leicht erreicht werden. Es ist zu erkennen, daß diese Anordnung eine geschaltete Gleichspannung an den Ozongenerator liefert. Die Betriebsspannung kann kurz über der zur Einleitung einer Entladung erforderlichen Spannung liegen, wodurch die Möglichkeit der Beschädigung des Dielektrikums durch Überschläge und Bogenbildungen an Punkten hoher elektrischer Feldstärke verringert wird. Die Frequenz kann leicht innerhalb eines großen Bereichs beispielsweise von 50 Hz bis 20 kHz eingestellt werden, indem die Frequenz der Steuerimpulse entsprechend geregelt wird. Aus den bereits beschriebenen Gründen bleibt der Wirkungsgrad des Ozongenerators innerhalb des gesamten Frequenzbereichs praktisch konstant. Die Steuerimpulse haben eine relativ niedrige Spannung, und es ist leicht möglich, Niederspannungsimpulse kurzer Dauer mit einstellbarer Frequenz innerhalb eines weiten Frequenzbereichs zu erzeugen.

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In'einer vorteilhaften Ausführtmgsform der Konstruktion des Elektrodensysterns sind die Elektroden röhrenförmig ausgebildet. Die Metallelektrode ist vorzugsweise die Hochspannungselektrode. Sie kann als eine innere Röhre ausgebildet sein, die sich in einer dielektrischen Röhre befindet, wobei eine Vorrichtung zur Zirkulation der Kühlflüssigkeit über die Innere Fläche der Metallröhre vorgesehen ist. Die äußere Elektrode ist in diesem Falle die Flüssigkeit außerhalb der dielektrischen Röhre, und es kann eine Vorrichtung zur Zirkulation eines leitfähigen Kühlmittels (das die flüssige Elektrode bildet) über die Außenfläche der dielektrischen Röhre vorgesehen sein. Der Abstand zwischen den Elektroden ist vorzugsweise innerhalb des größten Teils ihrer Länge gleichmäßig. An den Enden des Entladungsbereichs zwischen den Elektroden kann ihr Abstand gegenüber demjenigen innerhalb des Entladungsbereichs vergrößert sein, indem eine oder beide Elektroden entsprechend geformt sind. Dadurch wird die Ausbildung von Entladungsfäden an den Elektrodenenden vermieden.

Es kann eine einzige Metallelektrode mit einer konzentrischen dielektrischen Röhre verwendet werden, jedoch können auch zur Erzielung einer höheren Ausgangsleistung mehrere derartige Elektrodenanordnungen elektrisch parallel zueinander geschaltet sein. Diese Anordnungen sind vorzugsweise physikalisch auch parallel zueinander vorgesehen, wobei sie vorteilhaft aufrecht stehen. Wenn die dielektrischen Röhren außerhalb der Metallröhren angeordnet sind, kann eine gemeinsame leitfähige Kühlflüssigkeit, die auch die flüssige Elektrode bildet, die dielektrischen Röhren umgeben. Das Kühlmittel für die Metallelektroden wird in diesem Falle vorteilhaft von Anschlüssen an den beiden Enden der Elektrodenanordnung her zugeführt.

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Bei einer Konstruktion mit konzentrischen'Röhren für die oder jede Elektrodenanordnung, die aus einer Metallelektrode und dem Dielektrikum besteht, sind die Außenröhren nahe ihren Enden vorteilhaft durch zwei Platten abdichtend hindurchgeführt. Die inneren Elektroden können zentral in den äußeren Röhren mittels weiterer Lokalisierungsplatten positioniert sein, die zusätzlich zu den genannten Platten vorgesehen sind. Diese weiteren Platten können mit Abschlußkappen die bereits genannten Anschlüsse bilden, während die beiden zuvor genannten Platten einen Teil der VJandung einer Kammer bilden, die eine die Außenröhren umgebende Kühlflüssigkeit enthält.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es' zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch die Elektrodenanordnungen einer Einrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 bis 5 vier Diagramme zur Erläuterung von Abänderungen der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung und

Fig. 6 eine elektrische Schaltung zur Zuführung einer geschalteten Gleichspannung an die Elektroden der Einrichtung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Elektrodeneinrichtung für einen Ozongenerator großer Kapazität dargestellt, die mehrere konzentrische Elektrodenanordnungen umfaßt. Jede Elektrodenanordnung hat eine innere Metallelektrode 10, die koaxial innerhalb einer dielektrischen Röhre 11 angeordnet ist und vorteilhaft aus Edelstahl oder Aluminiuin besteht. Die dielektrischen Röhren 11, die aus einem wärmebeständigen Soda-Aluminiurnoxid-Borsilikatglas bestehen, sind mittels Polytetrafluoräthylendichtungen (PTFE) 12 in Metallplatten IJ und 14 angeordnet, die die obere und untere Abschlu3;vandung eines zylindrischen Behälters I5 bilden,

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der vorteilhaft aus Edelstahl besteht. Dieser Behälter 15 enthält eine leitfähige Kühlflüssigkeit, beispielsweise Leitungswasser, das durch die in dem Behälter 15 gebildete Kammer zirkuliert. Es wird an Eintrittsöffnungen Io nahe dem Boden der Kammer zugeführt und verläßt diese an Austrittsöffnungen 17. Dieses Kühlmittel bildet eine gemeinsame flüssige Elektrode für alle Elektrodenanordnungen. Die Dichtungen 12 bilden Wasserabdichtungen in den Abschlußplatten 13 und 14. Die Viandungen der Kammer sind elektrisch geerdet, wie dies bei 18 angedeutet ist.

Die inneren Metallelektroden 10 sind mittels Dichtungen 20 in Bohrungen eingesetzt, die in die Abschlußplatten, 21 und 22 aus Edelstahl eingebracht sind. Diese Platten sind den Abschlußplatten IJ und 14 nachgeordnet und tragen Kappen 22 und 24, die an ihnen befestigt sind. Das Kühlmittel für die inneren Metallelektroden wird über eine Eintrittsleitung 25 in den Innenraum der Kappe 24 und von dort aus nach oben durch die inneren Röhren 10 hindurch in den Innenraum der oberen Kappe 2J geführt. Dann wird es durch die Austrittsleitung 26 wieder abgeführt. Das sauerstoffhaltige Gas, normalerweise Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Säuerstoff, wird durch eine Eintrittsöffnung 29 in den Bereich zwischen den oberen Abschlußplatten Ij5 und 21 geführt und gelangt dann nach unten durch den ringförmigen Bereich zwischen den beiden Röhren 10 und 11 in den Bereich zwischen den beiden unteren Abschlußplatten 14 und 22. Von dort aus wird es durch die Austrittsöffnung I9 wieder abgeführt. Die inneren Metallelektroden werden elektrisch abwechselnd mit einer positiven und einer negativen Spannung einstellbarer Frequenz gespeist, die von einer Hochspannungsquelle Jl variabler Frequenz zugeführt v.-ird. Um eine Bogenbildung oder Entladungsfäden an den Punkten zu verhindern, wo die inneren Ketallelektroden 10 durch die Bohrungen in den Abschlußplatten IJ und

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14 hindurchgeführt sind, ist der Entladungsluftspalt durch eine Verringerung des Durchmessers der inneren Metallröhren 10 an dieser Stelle vergrößert.

Das leitfähige Kühlmittel bildet eine der Elektroden und kühlt das Dielektrikum. Dieses Kühlmittel ist elektrisch geerdet, wie dies bei 18 angedeutet ist. Hierzu wird die elektrische Verbindung mit dem Metallbehälter 15 ausgenutzt.

Die inneren Elektroden 10 werden über eine Leitung J2. gespeist, die durch die obere Metallkappe 2jJ geführt ist. Sie ist an die Spannungsquelle Jl angeschaltet, die typischerweise ein Hochfrequenzgenerator mit einer Frequenz (von 1 bis 20 kHz sein kann. Dieser Generator enthält, wie noch anhand der Fig. 6 beschrieben wird, einen hinsichtlich seiner Frequenz regulierbaren Triggerimpulsgenerator zur Triggerung zweier Thyratrons. Diese Thyratrons verbinden die inneren Elektroden 10 abwechselnd mit positiver und negativer Spannung an Leitungen, die auf Gleichspannungen von beispielsweise 20 kV gegenüber Erdpotential gehalten werden. Diese Leitungen können über einen Gleichrichter gespeist werden, der die Spannung an der Sekundärwicklung eines 50 Hz-Transformators gleichrichtet, welcher wiederum an das Stromversorgungsnetz angeschlossen ist. Der äußere Behälter 15 ist elektrisch gegenüber der oberen Kappe 23 durch den Anschlußteil für die Luftströmung zwischen den Abschlußplatten I3 und 21 isoliert, gegenüber der unteren Kappe 24 durch den Anschlußteil zwischen den Abschlußplatten Ik und 22. Die Höhe der leitfähigen Flüssigkeit, die die dielektrischen Röhren 11 umgibt, bestimmt die obere Grenze des Entladungsrauir.s, so daß diese wiederum von der Höhe der Austrittsleitungen 17 bestimmt ist.

Bei der beschriebenen Konstruktion führen die Metallröhren

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10"eine Hochspannung gegenüber'Erdpotential, so daß auch das Kühlmittel innerhalb der. oberen und unteren Kappe eine Hochspannung führt, falls es elektrisch leitfähig ist, Ks ist möglich, ein elektrisch nichtleitendes Kühlmittel zu verwenden oder ein Kühlmittel in einem geschlossenen V.'eg durch einen V; arme tauscher zu führen, der aus elektrisch isolierendem Material besteht. Es ist jedoch günstig, V.'asser als Kühlmittel zu verwenden, beispielsweise normales Leitungswasser. In diesem Fall kann das Kühlmittel durch lange Röhren aus isolierendem Kunststoffmaterial mit geringem Durchmesser geführt werden. Die Röhren können leicht so ausgeführt sein, daß der Vi id erstand des V/assers in ihnen einen vernachlässigbaren Leistungsverlust zur Folge hat.

Die Metallelektroden 10 sind mögliehst dünn ausgeführt, um eine gute Wärmeübertragung zu gewährleisten. Sie haben jedoch auch eine ausreichende Stabilität. Die Glasröhren 11 sind gleichfalls möglichst dünn auszuführen, um gute Wärmeübertragung zu gewährleisten, jedoch sind auch sie ausreichend stabil. Die Leistungsdichte der Entladung kann durch Einstellung der steuernden Frequenz in noch zu beschreibender Weise geändert v/erden.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Konstruktion befinden sich die Metallröhren 10 innerhalb der Glasröhren 11. Es ist jedoch möglich, die Glasröhren innerhalb der Metallröhren anzuordnen. In Fig. 1 ist ferner die flüssige Elektrode geerdet, während die Metallröhren 10 Hochspannung führen. Es kann jedoch auch eine umgekehrte Anordnung vorgesehen sein. Es sind also vier mögliche Ausführungsforinen hinsichtlich geerdeter Elektrode und jeweils innen angeordneter Röhre möglich. Diese Ausführungsformen sind in Fig. 2, 3, 4 und 5 dargestellt.

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Fig. 2 zeigt das Prinzip der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion. Eine Glasrohre 40 ist aui3erhalb einer Metallröhre 41 angeordnet, die mit der Hochsp^nnungsquelle 42 verbunden ist. Diese Konstruktion hat den Vorteil, daß die Flüssige Elektrode, die sehr leitfähig sein muß, geerdet ist und somit keine Problerne bei der Verwendung kontinuierlich strömenden Wassers entstehen. Ec sei darauf hingewiesen, daß Ozongeneratoren insbesondere zur Bearbeitung von Wasser und wäßrigen Flüssigkeiten dienen und daß in derartigen Anlagen V.'asser für Kühlungszwecke leicht zur Verfügung steht.

Fig. 3> zeigt eine Konstruktion, bei der eine Glasrohre 50

innerhalb einer Metallröhre 51 angeordnet ist, welche bei 52 mit der Hochspannungsquelle verbunden ist. Verglichen mit der Konstruktion nach Fig. 1 erleichtert diese Anordnung ein Entfernen und Auswechseln der Glasröhren. Zur Erhöhung der Breite des Luftspaltes an den Enden des Entladungsbereiches ist es jedoch erforderlich, entweder die Glasröhren enger auszuführen oder die Metallröhren mit einem größeren Durchmesser zu versehen.

Fig. 4 zeigt eine Konstruktion, bei der eine Metallröhre 6o innerhalb einer Glasrohre 61 angeordnet ist. Die Metallröhre 6o ist bei 62 geerdet, und die das Dielektrikum umgebende flüssige Elektrode muß das geschaltete hohe Potential führen. Fig. 5 zeigt eine Glasrohre JO innerhalb einer Metallröhre 71* wobei wieder die flüssige Elektrode das hohe Potential führt. Bei der Anordnung nach Fig. 4 und 5 ist der elektrische Kontakt zwischen der flüssigen Elektrode und dem Glas kritischer als bei einer Verbindung der Glasfläche dauernd mit Erdpotential. Für Ozongeneratoren hoher Leistung kann es erforderlich sein, ein oder mehrere metallicehe Kontaktelemente an der Glasrohre anzuordnen.

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In Pig. 6 ist der Ozongenerator in Form eines Rechtecks 110 mit zugeordneten elektrischen Schaltungen dargestellt,, Der Ozongenerator enthält zv;ei Elektroden 111 und 112, zwischen denen sich eine Schicht aus dielektrischem Material befindet.

Eine der Elektroden, beispielsweise die Elektrode 111, ist bei 114 mit Erde verbunden. Die andere Elektrode 112 ist mit der Kathode II5 eines Thyratrons Ho und mit der Anode II7 eines Thyratrons Ho verbunden. Die Anode II9 des Thyratrons 116 ist mit einer eine positive Gleichspannung führenden Leitung 120 verbunden, die Gleichspannung hat beispielsweise einen V'ert von 20 kV gegenüber Erdpotential. Die Kathode 121 des Thyratrons Ho ist mit einer ein negatives Potential führenden Leitung 122 verbunden/ wobei dessen Wert bei -20 kV gegenüber Erdpotential liegen kann. Speicherkondsnsatoren 125 und 124 sind zwischen die Leitungen 120 und 122 und Erde geschaltet. .

Die Leitungen 120 und 122 erhalten ihr jeweiliges Potential durch eine V.'echselstrornquelle 125* die über einen Aufwärtstransformator 126 und einen Gleichrichter I27 angeschlossen ist, welcher Gleichspannungen gegenüoer Erde liefert. Schematisch ist ein Einphasentransformator dargestellt, für große Ozongeneratoren kann jedoch auch eine Dreiphasenstromversorgung vorgesehen sein, die einen beispielsweise beidseitig in Sternschaltung betriebenen Dreiphasentransformator und einen Dreiphasengleichrichter enthält. Solche Gleichrichtersysterne sind bekannt und werden daher nicht weiter beschrieben.

Die Steuergitter I30 und I31 der Thyratrons 116 und 118 sind mit einer Steuerimpulsquelle 1^2 verbunden. Diese enthält einen hinsichtlich seiner Frequenz variablen Generator, der abwechselnd Impulse kurzer Dauer auf den

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Leitungen \J>J> und Ij54 liefert, "welche mit den beiden Steuergittern 150 und 131 verbunden sind. Die Dauer der Ausgangs^ impulse ist geringer als eine halbe Periodendauer bei der maximalen Betriebsfrequenz. Die Frequenz wird durch die Frequenzsteuerung 135 eingestellt. Diese kann manuell betrieben werden, im allgemeinen handelt es sich jedoch um eine automatisch arbeitende Einrichtung, die die Frequenz entsprechend einem gemessenen Parameter einstellt, welcher aus einer den Ozon nutzenden Einrichtung abgeleitet werden kann. Beispielsweise ist es möglich, die abgegebene Ozonmenge mittels eines dem Ozongenerator nachgeordneten Ozondetektors zu steuern, so daß die Ozonkonzentration an dessen Ausgang auf einem gewünschten Viert gehalten wird. Yienn jedoch der Ozon in einer Behandlungsanlage für Wasser oder wäßrige Flüssigkeiten verwendet wird, so kann die Steuerung auch durch Messungen des behandelten Materials erfolgen, wodurch sich dann eine Regelschleife ergibt.

Die vorstehend beschriebene elektrische Schaltung ermöglicht die Zuführung praktisch konstanter Spannungsimpulse wechselnder Polarität an die Elektroden des Ozongenerators, v/obei gleichzeitig eine Steuerung der Betriebsfrequenz innerhalb eines sehr weiten Frequenzbereichs möglich ist.

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Claims

- 16 Patentansprüche

Einrichtung zur Erzeugung von Ozon durch einen elektrischen Entladungsvorgang in Luft oder einem anderen ozonhaltigen Gas, gekennzeichnet durch eine einem Dielektrikum (11) zugewandte Metallelektrode (10), durch eine hinter dem Dielektrikum (H) angeordnete Elektrode in Form einer leitfähigen Flüssigkeit, durch eine Vorrichtung (29* 19) zur Leitung eines sauerstoffhaltigen Gases durch den Raum zv;ischen der Metallelektrode (lo) und dem Dielektrikum (11), durch ein erstes, mit Kühlflüssigkeit arbeitendes Kühlsystem (25, 26) für die Metallelektrode (10), durch ein zweites, die leitfähige Flüssigkeit ausnutzendes Kühlsystem (lo, I7) für das Dielektrikum (11) und durch eine Vorrichtung (^1) zur Speisung der Elektroden mit einer V.echselspannung.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Flüssigkeit VJasser ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit V:asser ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (11) Glas ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden konzentrisch ausgeführt sind und daß das Dielektrikum die Form einer Rohre (50) innerhalb einer Metallröhre (5I) hat, wobei die flüssige Elektrode innerhalb der dielektrischen Rohre (50) angeordnet ist.

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6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden konzentrisch ausgeführt sind und daß die Metallelektrode die Form einer in einer dielektrischen Röhre (40) angeordneten metallischen Röhre (41) hat, wobei die flüssige Elektrode die dielektrische Rohre (4o) umgibt.

7. Einrichtung nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Elektrode elektrisch geerdet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit für die Metallelektrode (1O) durch längliche Behälter aus elektrisch isolierendem Material geführt wird, bevor sie die Metallelektrode (10) erreicht und nachdem sie sie verläßt.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallelektrode (10) elektrisch geerdet ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die die flüssige Elektrode bildende Flüssigkeit durch längliche Behälter aus elektrisch isolierendem Material geführt wird, bevor sie das Dielektrikum (11) erreicht und nachdem sie es verläßt.

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden des Entladungsbereiches zwischen den Elektroden die Metallelektrode (1O) eine den Abstand zwischen den Elektroden gegenüber deren Abstand im Entladungsbereich vergrößernde Form aufweist.

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12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere" Elektrodenanordnungon, die jeweils aus zueinander konzentrischen I-ic-tall- und Flüssigkeitselektroden bestehen und elektrisch einander parallel geschaltet sind.

13· Einrichtung nach Ansprach 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ßlektrodenanordnungeii räumlich parallel zueinander angeordnet sind.

lh. Einrichtung nach Anspruch IJ, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Elektrodenanordnung das Dielektrikum (11) die Form einer eine Metallröhre (10) umgebenden Rohre (H) hat und daß alle dielektrischen Röhren (H) durch eine ihnen gemeinsame flüssige Elektrode umgeben sind.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden der Elektrodenanordnung Anschlußeinrichtungen (25, 24, 25, 2o) zur Zirkulation eines Kühlmittels durch die Metallelektroden (10) hindurch vorgesehen sind.

16. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Elektrodenanordnung aus inneren dielektrischen Röhren und äußeren Metallröhren, dadurch gekennzeichnet, daß alle Metallröhren durch ein ihnen gemeinsames flüssiges Kühlmittel umgeben sind«

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden Enden der Elektrodenanordnung Anschlußteile zur Zirkulation der leitfähigen Flüssigkeit durch die dielektrischen Röhren hindurch vorgesehen sind.

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18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6 oder 11 bis 17* mit einer oder mehreren Elektrodenanordnungen aus jeweils zwei konzentrischen Röhren, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Röhren (11) durch ein erstes Paar parallel zueinander mit Abstand angeordneter Abschlußplatten (15, 14) an ihren Enden gehalten sind und daß die inneren Röhren (10) durch ein zweites Paar parallel mit Abstand zueinander angeordneter Abschlußplatten (21, 22) gehalten sind, wobei die zweiten Abschlußplatten (21, 22) einen größeren Abstand zueinander haben als die ersten Abschlußplatten (IJ, 14).

19· Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Elektrodenanordnungen (10, 11) vorgesehen sind, die in den Abschlußplatten (13, 14, 21, 22) mittels Dichtungen (12, 20) fixiert sind und daß in dem Zwischenraum zwischen jeweils einer ersten und einer zweiten Abschlußplatte (21, 1J>; 14, 22) eine Ans chluß vorrichtung (29, I9) für die Zuführung bzw. Abführung von sauerstoffhaltigem Gas vorgesehen ist.

20. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (Jl) zur Speisung der Elektroden (10, 11) mit einer Viechseispannung eine Betriebsfrequenz zwischen 50 Hz und 20 kHz hat.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsfrequenz zwischen 500 Hz und 20 kHz liegt.

22. Einrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (Jl) zur Speisung der Elektro den (10, 11) mit einer V.'echselspannung einen Generator steuerbarer Frequenz umfaßt.

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23. Einrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Speisung der Elektroden (10, 11) mit einer Wechselspannung einen steuerbaren Frequenzwandler umfaßt.

24. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Speisung der Elektroden (Hl, 112) mit einer V/echselspannung positive und negative Versorgungsleitungen (120, 122) für Hochspannung, einen Stromversorgungsteil mit einem Aufwärtstransformator (126) und einem Gleichrichter (127), der mit den Versorgungsleitungen (120, 122) verbunden ist, eine Verbindung einer der Elektroden (111, 112) mit einem Bezugspotential (114), einen ersten und einen zweiten Schalter (116, 118) zur Verbindung der einen Elektrode (112) abwechselnd mit den beiden Versorgungsleitungen (120, 122) bei einem die Schalter (116, 118) steuernden Steuerimpuls und einen Impulsgenerator (132) steuerbarer Frequenz zur Erzeugung der Steuerimpulse für die beiden Schalter (Ho, 118) umfaßt.

25. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schalter (H6, Ho) gittergesteuerte Gasentladungsanordnungen sind.

26. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladungsanordnungen (H6, 118) Thyratrons sind.

27. Einrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 2b, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugspotential (114) Erdpotential ist.

28. Einrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Versorgungsleitungen (120, 122) und dem Bezugspotential (114) Spelcher-

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kondensatoren (12j5, 124) angeordnet sind.

29. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2h bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (1^2) steuerbarer Frequenz zwei Steuerimpulse für die beiden Schalter (Ho, lib) mit einer Frequenz liefert, die zwischen 50 Hz und 20 kHz einstellbar ist.

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