DE2354209A1

DE2354209A1 - Wechselspannungsozonisator

Info

Publication number: DE2354209A1
Application number: DE19732354209
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Weiss & Co Dr
Current assignee: Weiss & Co Dr
Priority date: 1973-10-30
Filing date: 1973-10-30
Publication date: 1975-05-15

Description

23. Oktober-197a

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"Wechselspannungsozonisatör"

Die Erfindung betrifft einen Wechselspannungsozonisatör mit einem Gasentladungsgefäß und einer Stromversorgungseinrichiung, die einen Hochspannungs-Ausgangsüberträger enthält. ·.-"".

Die bekannten Ozonisatoren arbeiten überwiegend' mit einer hochstransformierten Wechselspannung von 50 Hz. Nachdem gefunden wurde, daß die Menge des gebildeten Ozons bei derartigen Gasentladungen derart von der Höhe- der Entladungsfrequenz abhängt, daß bei gleicher elektrischer Leistung und höherer Entladungsfrequenz in der Größenordnung von einigen hundert Hz die Ozonausbeute ansteigt, während sie bei Entladungsfrequenzen über 1 kHz wieder abnimmt, arbeiten eine Reihe von im Handel erhältlichen Ozonisatoren mit Entladungsfrequenzen im Bereich einiger hundert Hz (s. z. B. Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, 196Γ, Seite ^vi ^) .

Der Erfindung lag die Aufgabe· zugrunde, durch Auswahl geeigneter Gasentladungsfrequenzen und andere zweckmäßige Maßnahmen

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die Ozonausbeute der bekannten Ozonisatoren wesentlich zu steigern. Es wurde nämlich gefunden, daß das Absinken der Ozonausbeute bei Frequenzen über 1 kHz zum Teil daher rührt, daß die Stromversorgung derartiger Ozonisatoren sehr breitbandige Transformatoren aufweist ., die bei höheren Frequenzen und Spannungen bereits beträchtliche Betriebsdämpfungen besitzen, zum Teil aber auch daher, daß der Quellwiderstand und der Verbraucherwiderstand der gesamten Anordnung nicht aufeinander abgestimmt sind.

Die Aufgabe wird bei einem Wechselspannungsozonisator der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ozonisator und der Ausgangsübertrager einen Resonanzschwingkreis bilden und daß die Betriebsfrequenz des Ozonisators zumindest annähernd die Resonanzfrequenz des Resonanzschwingkreises ist. Auf diese Weise gelingt es, die Betriebsdämpfung minimal zu halten und für den eigentlichen Gasentladungsvorgang ein Maximum der aufgewandten elektrischen Energie zur VErfügungzu stellen. Dadurch wird eine Ozonausbeute erreicht, die weit über derjenigen der bekannten Ozonisatoren liegt. Die Erfindung gibt selbstverständlich auch die Möglichkeit, kleinere Ozonisatoren als die bisher bekannten bei gleichbleibender Ozonausbeute zu bauen. Das ist für manche Anwendungsfälle von entscheidender Bedeutung. Bei den bekannten Ozonisatoren werden ca. 0,01 g Ozon/h in einem ecm Entladung svolumen erzeugt;-mit dem erfindungsgemäßen Ozonisator können bei einer Frequenz von 15 kHz in einem ecm Entladungsvolumen 1 g Ozon/h erzeugt werden.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann die Abstimmung auf die Resonanzfrequenz automatisch oder von Hand erfolgen. I

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Geeignete Stellglieder für die Abstimmung sind ζ. B. Zusatzkapazitäten oder -induktivitäten, der Gasdruck im Ozonisator der magnetische Fluß im Übertrager. Zur automatischen Abstimmung kann aber auch in besonders vorteilhafter Weise in einem Phasenvergleichsglied die Phase zwischen der Betriebsfrequenz und der Resonanzfrequenz gemessen werden; das Meßsignal dient dann zur selbsttätigen Regelung der Betriebsfrequenz auf dieResonanzfrequenz.

Erfindungsgemäß liegt die Resonanzfrequenz oberhalb 1 kHz, vorzugsweise oberhalb 5 kHz. Vorteilhafterweise besteht dann das Gasentladungsgefäß mindestens teilweise aus einem Material oder ist mit einem solchen beschichtet, das auch bei Betriebsfrequenzen oberhalb 1 kHz einen kleinen Verlustwinkel hat *

In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung wird die Ozonausbeute des Ozonisators noch weiter erhöht, wenn ein das Gasentladungsgefäß umgebender Raum und der Innenraum der als Hohlelektrode ausgebildeten Entladungselektrode als Verdampferräume für ein Kältemittel ausgebildet sind, das durch die Verdampfungskälte die Wände des Gasentladungsgefäßes kühlt. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend 'anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert. -

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Stromversorgungseinrichtung für den erfindungsgemäßen Wechselspannungsozonisator und

Fig. 2 einen schematisierten Ozonisator im Längsschnitt.

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Die Stromversorgungseinrichtung gemäß Fig. 1 weist Ausgangsübertrager 11 auf, dem primärseitig zur Grobeinstellung der Eigeriresonanz des aus dem Ausgangsübertrager und der Entladungsstrecke 12 eines Ozonisators gebildeten Schwingkreises ein Kondensator 13 parallel geschaltet ist. Dieser Kondensator 13 kann entfallen, wenn die Einstellung der Eigenresonanz beispielsweise durch eine Zusatzinduktivität, den magnetischen Fluß im Übertrager oder den Gasdruck im Ozonisator erfolgt. Die Sekundärseite des Ausgangsübertragers 11 ist mit der Entladungsstrecke 12 des Ozonisators verbunden.■Der aus dem Übertr ager 11, der Entladungsstrecke 12 und dem Köndensätor 13 gebildete Resonanzkreis wird von einem Leistungsteil 14 angesteuert. Dieses Leistungsteil 14 wird "seinerseits von einem spannungsgesteuerten Oszillator 15 getrieben. Weicht "die Oszillatorfrequenz des Oszillators' 15 - im folgenden auch Betriebsfrequenz genannt - von der "Resonanzfrequenz des Schwingkreises ab, so liefert ein Phasenkomparator 16, der die Phasenlage der Betriebsfrequeriz und dc?v- Frequenz einer auf dem übertrager 12 befindlichen Hi If s spule 17 vergleieht", ein Fehlers ignal. Dieses Fehlersignal wird einem Regler 18 zugeführt, der die Betriebsfrequeriz auf die Resonanzfrequenz des Schwingkreises einregelt. "- "

Durch die Ausbildung des Übertragers 11 und der Entladühgsstrecke 12 als Resonanzschwingkreis und eine geeignete Abstimmung' der Widerstandswerte der- gesamten Stromversorgungseinrichtung¹ und der Entladungsstrecke 12 wird im Ozonisator %i"he hohe Feldstärke erreicht bei kleinen"Verlusten im Gesamtkreis. Eine \ hohe Feldstärke im Ozonisator führt aber zu einer hohen Ozönausbeute. ^: :-;■·· -^; ' -^ ^ "'"' '■ ■---■-■-'-- ....-.--.

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Anstelle des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles kann auch ein selbstschwingender rückgekoppelter Oszillator dienen,

bei dem der Ozonisator Teil des Schwingkreises ist. · -

Wie bereits erwähnt, kann die Ozonausbeüte des Ozonisators weiter gesteigert werden, wenn das Entladungsgerät des Ozonisators ausreichend gekühlt wird, so daß das in der Entladungsstrecke gebildete Ozon nicht sofort wieder an den Wänden des Entladungsgefäßes dissoziieren kann. Der Wechseispannungsozonisator nach der vorliegenden Erfindung eignet sich in besonderer Weise für eine derartige Kühlung, da¹ er im Vergleich zu den bekannten Ozonisatoren kompakter gebaut werden kann. Eine besonders vorteilhafte Kühlanordnung ist in Fig, 2 schematisch dargestellt.. Das Entladungsgefäß des Ozonisators gemäß Fig. 2 wird von einem Keramikrohr 20 gebildet, das an seiner Außenwandung mit einem Metallüberzug 21 versehen ist. Im Inneren des Keramikrohres 20 befindet sich koaxial eine Hohlelektrode 22 aus Aluminium. ,Zwischen dem Metallüberzug und der Elektrode 22 findet die Gasentladung statt. Das Keramikrohr 20 ist koaxial von einem Verdampferraum 23,dieser wiederum von einer Gefrierkammer 24, diese von einem, weiteren Verdampferrohr 25 und dieser schließlich von einer Kondensationskammer 26 umgeben. Alle diese Räume und Kammern sind an ihren Endstücken von je einer Platte 27 bzw. 28 druckdicht abgeschlossen. Die Platten 27 und 28 enthalten Kanäle für die Führung des Gases und eines Kältemittels, die in der Zeichnung durch gestrichelte Linien angedeutet sind. Das durch die Lufteinlaßöffnung 29 in die Kondensationskammer 26 einströmende Gas, im Ausführungsbeispiel Luft, wird von dort durch geeignet angeordnete Kanäle in die Gefrierkammer 24 und schließlich in den Entladungsraum 30 zwischen dem Keramikrohr 20 und der Aluminiumelektrode 22 geleitet. ."."".

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Das Kältemittel, im Ausführungsbeispiel Freon, tritt durch die Einlaßöffnung 31 in der Platte 28 in den Verdampf er raum ein und wird von dort durch geeignet geführte Kanäle in den Verdampferraum 23 und den Innenraum 32 der Aluminiumelektrode 22 geleitet.

Der Kondensationsraum 26, dessen Temperatur knapp über O⁰C eingestellt wird, dient zum Auskondensieren des in der Luft enthaltenen Wassers. Die restlichen Wasseranteile werden anschließend in der Gefrierkammer 24 ausgefroren, deren Temperatur auf ca. -20°C gehalten wird. Selbstverständlich kann auf die Anordnung der Gefrierkammer 24 und der Kondensationskammer 26 und damit auf den weiteren Verdampferraum 25 verzichtet werden, wenn statt Luft Flaschensauerstoff verwendet wird oder auf eine Trocknung der Luft aus anderen Gründen verzichtet werden kann.

Die elektrische Abstimmung von Stromversorgungseinrichtung. .·., und Ozonisator aufeinander, speziell die Ausbildung des Ozonisators und des Ausgangsübertragers 11 als Resonanzschwingkreis und die vorteilhafte Kühlung des Entladungsgefäßes durch Verdampfung des Kältemittels in einem sich unmittelbar an das Entladungsgefäß anschließenden Verdampferraum zusammen mit einer eventuellen Gefriertrocknung des dem Entladungsgefäß zugeführten Gases erbringen eine Ozonausbeute, wie sie bei keinem der bekannten Ozonisatoren auch nur im entferntesten bisher erreicht worden ist.

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Claims

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2. Wechselspannungsozonisator nach Anspruch 1, dadurch ge-

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SSc -in ?.':~»-^S.?::;-; h*zn:j- iiuia insure aJ. al.^^i^iiiS"¹.* 3?^:- w;« :;qnx.
3. WelchssibspHnnungsoKondi^aHio^^ac^^ öder 'iZ'^'dädurcl

gekehnzelchrietV' daß" die" Resorianzfrequenz durch Anderunq

stellbar ist.

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4. Wechselspannungsozonisator nach einem cfer Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz durch Änderung des Gasdruckes im Gasentladungsgefäß (20 bis 22) einstellbar ist.
5. Wechselspannungsozonisator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinrichtung ein Phasenvergleichsglied (16) aufweist, das die Phase zwischen der Betriebsfrequenz und der Resonanzfrequenz mißt, und daß die Regelung der Betriebsfrequenz auf die Resonanzfrequenz mittels des Phasendifferenzsignals selbsttätig erfolgt.
6. Wechselspannungsozonisator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz oberhalb 1 kHz, vorzugsweise oberhalb 5 kHz liegt.
7. Wechselspanriungsozor.isator nach Anspruch 6, dadurch ge-//ς..-..,',.-/λ>\.'.'.'*.*., '*..*.''.',>,* %>.'..'.;ΐ.~.^jT„..u-i·»,;*;£'ü 11 ii.= 11' mindestens teilweise aus einem Material besteht oder mit einem solchen beschichtet ist, das auch bei Betriebsfrequenzen oberhalb 1 kHz einen kleinen Verlustwinkel hat.

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8. Wechselspannungsozonisator nach einemcer vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Gasentladungsgefäß (20 bis 22) umgebender Raum (23) und der Innenraum (32) der als Hohlelektrode ausgebildeten Entladungselektrode (22) als Verdampferräume für ein Kältemittel ausgebildet sind, das durch die Verdampfungskälte die Wände des Gasentladungsgefäßes kühlt.
9. Wechselspannungsozonisator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kondensationskammer (26) und/oder eine Gefrierkammer (24) vorgesehen sind, in denen das dem Gasentladungsgefäß (20 bis 22) zuzuführende Gas austrockenbar ist. , -
10. Wechselspannungsozonisator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (24 und 26) von dem gleichen Kältemittel kühlbar sind wie die Verdampfungsräume (23 und 32) .
11. Wechselspannungsozonisator nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungselektrode (22) zur Erhöhung der Feldstärke und zur besseren Verwirbelung des Gases eine aufgerauhte Oberfläche aufweist.

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12. Ozonisator nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Ozon auch unter Druck oder Unterdruck gebildet werden kann.

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