DE2411522C2 - Ozonisator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ozonisator mit einer ·*ο Vielzahl von Elektroden, die jeweils aus einem röhrenförmig gewickelten Metalldrahtnetz bestehen, wobei die Elektroden im Querschnitt im wesentlichen eine flachgedrückte Ellipse definieren, Mittel zum Festlegen dieser Elektroden Seite an Seite in einer ■»? parallelen Anordnung, dielektrische Platten, um benachbarte Elektroden dieser Anordnung gegeneinander zu isolieren, und Mittel, um eine elektrische Entladung zwischen benachbarten Elektroden hervorzurufen, um die Luft in der Umgebung dieser Elektroden zu ionisieren.

Es ist bereits seit langem bekannt, daß dann, wenn gewöhnlicher Sauerstoff, dessen molekulare Struktur mit O2 symbolisiert werden kann, ionisiert wird. d. h. einer elektrischen Entladung ausgesetzt wird, einige der 5i O2 Moleküle in Moleküle umgewandelt werden, die ein höheres Molekulargewicht, wie z. B. O₁, O4 und O^ aufweisen. Diese schweren Sauerstoffmoleküle, insbe· »ondere solche über O) sind äußerst brauchbare Oxidationsmittel, insbesondere auf dem Gebiet der w Luftreinigung, da sie Bakterien, Pilze und andere Fremdstoffe zerstören, die beispielsweise störende Gerüche verursachen.

Zur praktischen Durchführung dieses Prinzips wurden verschiedene Bauarten von Ozonisatoren konstru- ^h"> iert. die alle auf einer elektrischen Entladung beruhen, um schwere Saucrstoffmoleküle zu erzeugen, und um die vorstehend erwähnte Reinigungswirkung zu erzic len. Von den Ozonisa toren nach dem Stand der Technik waren jedoch äußerst wenige erfolgreich oder vollständig zufriedenstellend, und die geringe Wirksamkeit und die übermäßigen Kosten bei der Konstruktion und im Betrieb haben eine weite Anwendung dieser Ozonisatoren verhindert. Die typischen Ozonisatoren nach dem Stand der Technik neigten auch dazu, verhältnismäßig wenig schwere Sauerstoffmoleküle und dafür verhältnismäßig viele Sauerstoffmoleküle der niedrigen Ordnung O₃ zu erzeugen, wodurch die Wirksamkeit noch weiter verringert wurde.

Ein Hauptfaktor für die Kosten wie auch für die Wirksamkeit eines Ozonisators besteht in der Ausbildung der Elektroden, .'wischen denen die elektrische Entladung zur Umwandlung von O2 in schwere Moleküle erfolgt.

Bei einem in der US-PS 31 98 726 beschriebenen Ozonisator der eingangs genannten Bauart sind die Elektroden derart gewickelt, daß zwei nebeneinanderliegende Rohre gebildet werden.

Bis heute wurde das Problem, geeignete Elektroden zu schaffen, die hinsichtlich der Kosten, der Wirksamkeit, der Brauchbarkeit und der Zuverlässigkeit im Gebrauch vollständig befriedigen, noch nicht gelöst, und der Gebrauch von Ozonisatoren wurde behindert, obgleich in den letzten Jahren ein wachsender Bedarf und ein Interesse an Luftreinigungsvorrichtungen bestand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Ozonisator hinsichtlich der Ausbildung der Elektroden dahingehend weiterzubilden, daß ohne großen konstruktiven Aufwand die Erzeugung von Ozon und insbesondere von noch schwereren Sauerstoffmolekülen gesteigert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Elektroden derart gewickelt sind, daß innerhalb eines äußeren Rohres ein koaxiales inneres Rohr gebildet wird.

Obgleich diese Ausbildung der Elektroden keine besonderen konstruktiven Schwierigkeiten und Kosten verursacht, ermöglicht sie eine große Ausbeute an Ozon und noch schwereren Sauerstoffmolekülen. Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung wurden beispielsweise bei einer Spannung von 2100 V Wechselstrom und einer maximalen Stromstärke von 3 mA sowie einem Luftdurchsatz von 480 l/min 0,04 ppm Ozon und im Minimum 0,16 ppm noch schwerere Sauerstoffmoleküle erzeugt.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbei-Epieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht des Ozonisators, dessen Gehäuse teilweise weggebrochen ist, um die innenliegenden Bauteile zu zeigen.

F i g. 2 eine Seitenansicht des Ozonisators nach F i g. I von links gesehen.

F i g. 3 eine Seitenansicht des Ozonisators nach Fig. 1 von rechts gesehen.

Fig,4 einen Querschnitt durch die Elektrodenbaugruppe des Ozonisators nach der Linie 4-4 in F i g. 1. und

Fig. 4A eine perspektivische Darstellung einer Elektrode.

Der in Fig. I gezeigte Ozonisator besteht aus einem Gehäuse 10. einer Transformator- und Steuerbaugruppe 20 und aus einer Elektrodenbaugruppe 40. wobei die beiden letztgenannten Baugruppen auf gegenüberlie-

genden Seiten eines biutzrahmens ΐ2 Gefestigt sind, der seinerseits in dem Gehäuse 10 befestigt ist. Das Gehäuse 10 umfaßt lerner eine in Fig. 1 nur teilweise gezeigte Abdeckplatte 14, die mit Luftschlitzen versehen m. damit Luft zu Kühlzwecken und zur Umwandlung von zweiatomigen Sauerstoff in schwerere Sauerstoffmoleküle in das Innere des Ozonisators gelangen kann.

Der Transformator der Baugruppe 20 liefert die elektrische Energie für den Ozonisator, und er umfaßt eine PrimärwicHdng 22 und eine Sekundärwicklung 24. Die Primärwicklung 22 wird von einem Kabel 26 über eine· ^n-iiei uiig 28, einen regelbaren Widerstand 30 und einen Hauptschalter 32 mit 120VoIt Wechselstrom versorgt Der Widerstand 30 ermöglicht es dem Benutzer, die zugeführte Energie und damit die Erzeugung von schwerem Sauerstoff zu regeln. Die Sekundärwicklung 24 endet in zwei Ausgangskabeln 33 und 34, von denen das erstere an einer hochspannungsisolierten Anschlußklemme 36 befestigt ist, und das letztere mittels einer Halterung 37 an dem Stützrahmen 12 befestigt ist (F i g. 2). Die Hochspannungs-Anschlußklemme 36. die an dem Stützrahmen 12 befestigt ist und auf der dem Transformator 20 gegenüberl^-genden Seite aus diesem herausragt, hat einen Metallbolzen 38, der zentral und axial durch diese und durch den Stützrahmen 12 hindurchragt und an dem das zweite Ausgangskabel 33 befestigt ist Demzufolge ist die eine Seite des hohen Potentials des Transformators 20 an den Stützrahmen 12 angelegt, während die andere Seite des hohen Potentials an den Bolzen 38 der Anschlußklemme 36 angelegt ist.

Die Elektrodenbaugruppe 40 ist an der gleichen Seite des Stützrahmens 12 befestigt wie die Anschlußklemme 36. und sie besteht aus einem Behälter 42, drei Elektroden 45, 46 und 47 und einer Isolation zwischen benachbarten Elektroden. Der Behälter 42 ist im allgemeinen von rechteckiger Form, aber an zwei Enden offen, damit Luft eintreten kann. Der Behälter 42 besteht ebenso wie die Elektroden aus Metall und vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, um eine Korrosion zu verhindern

Der Behälter 42 umfaßt zwei U-förmige Bereiche 43 und 44. die zusammengefügt sind, um eine im allgemeinen rechteckige Abdeckung zu bilden, die im Querschnitt (nach der Linie 4-4 >n Fig. 1 und in Fig.4 ' gezeigt) quadratisch ist. Der Bereich 44 weist jedoch eine größere Länge auf als der Bereic.i 43. wie dies am besten aus F i g. I ersichtlich ist. Wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. hat der Bereich 43 Schenkel 43a und 436, die durch die Seite 43c miteinander verbunden sind, wobei beide Schenkel kürzer sino jls die Seite 43c. Der Bereich hat Schenkel 44a und 446. die durch die Seite 44c miteinander /erbunden sind, wobei alle im Querschnitt die gleiche Dicke aufweisen. Die Seite 43c ist etwas breiter als die Seite 44c. damit die Breite 43 und 44 derart zusammengefügt werden können, daß die Schenkel 43a und 436 die Schenkel 44a und 446 überdecken, und d.imit die Seite 43c den Abstand zwischen den Schenkeln 43a und 436 überbrückt, um dadurch den Behälter 42 zu bilden. Schrauben 55. die durch du· sich paarweise übe'deckenden zugeordneten Schenkel der Bereiche 43 und 44 hindurchragen, verbinden diese Schenkel miteinander, um einheitliche Seiten des Behälters 42 zu l'dden. Da der Bereich 44 langer ist als der Bereich 43. Erstreckt sich die Seile 44c von einem F.nde cies 'ichaller'- 42 nach außen. In diesem ■\hschniti der Seile 44c find Löcher vorgesehen, wodurch die Baugruppe 4Γ nuicls Schrauben 41 an dem

Stützrahmen J2 beiestigt werden L>nn.

In dem Behälter 42 sind ili:. Elektroden 45, 46 und 47 angeordnet, deren Aufbau <·π~ best·: :·ι ,?ti!> üen F ι g. 4 und 4A ersichtlich ist Jede dieser Elektroden besteht aus einem einzigen rechteckigen Stück eines Drahtnetzes aus Metall, vorzugsweise aus rostfreiem Stah'. -ins in eine abgeflachte Schlauchform gewickelt wuicle. jede Elektrode weist näherungsweise die gleiche Querschnittsfläche und Form auf, mit einer verhältnismäßig großen Höhe, die mit derjenigen des Behälters 42 vergleichbar ist, und mit einer verhältnismäßig geringen Breite, wodurch nahezu flache Elekirodenober- und -Unterseiten gebildet werden. Der Behälter 42 enthält die drei Elektroden, deren Länge etwas geringer ist als diejenige des Behälters 42 oder der Seite 43c, in einer parallelen Anordnung Seite an Seite, wobei sich die Elektroden mit ihren Seitenflächen gegenüberliegen.

Durch die spiralförmige Wicklung einer jeden Elektrode 45,46 und 47 wird jeweils ein inneres Rohr 56 und ein zu diesem koaxiales Rohr 58 gebildet. Aus den F i g. 4 und 4A ist ersichtlich, daß ? vohl das innere Rohr 56 als auch das äußere Rohr 58 ',λ Hnerrs quer zu der Längsachse der Elektrode gelegten Schnitt eine flache Ellipse definieren, wobei die Ellipse des inneren Rohres 56 längs ihrer kürzeren Achse schmäler ist, wobei aber beide Ellipsen näherungsweise gleiche Längsachsen aufweisen. Bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform haben daher sowohl das innere Rohr 56 als auch das äußere Rohr 58 zugeordnete Unterseiten 56a und 58a und Oberseiten 566 und 586. die im allgemeinen parallel zueinander sind, wobei die Unterseiten 56a und 58a einer jeden Elektrode wie auch die Oberseiten 566 und 586 verhältnismäßig nahe beieinander angeordnet sind. Weiterhin haben die beiden abgeflachten Rohre äußere Längskanten, wobei das innere Rohr Längskanten 56c und 56c/ und das äußere Rohr 58 Längskanten 58c und 5Hd aufweist, wobei die Längskanten 56c und 58c sowie die Längskanten 56c/ und 58c/ miteinander in Berührung stehen.

Die erforderliche Isolierung zwischen aufeinanderfolgend .η Elektroden umfaßt vier Platten 50 bis 53 aus dielektrischem Material. Jede Platte besteht vorzugsweise aus Glimmer und weist eine Breite auf. die der Höhe des Behälters 42 entspricht, und eine Lange, die etwas größer ist als diejenige der Seite 43c des Uförmigen Bereichs 43. Die Platten 50 und 51 sind zwischen den Elektroden 45 und 46 bzw. zwischen den Elektroden 46 und 47 angeordnet, wobei sie die Elektrode 46 von den beiden benachbarten Elektroden elektrisch isolieren. Um die Elektrode 46 von den Seiten 43cund 44cdes Behälters zu isolieren, sind dielektrische Platten 52 und 53 zwischen den Kanten der Platten 50 und 51 md den Seiten 43cund 44cangeordnet, wobei sie die innenflächen dieser Seiten vollständig bedecken.

Wie dies aus Fig 4 hervorgeht, sind die dielektrischen Platten 50 und 51 rechtwinklig zu den Platten 52 und 53 und zu den Seiten 43c und 44c des Behälters 42 angeordnet. Während die beiden außenliegenden ^b" Elektroden 45 und i~ die dielektrischen Platten 51 und längs einer ihrer Außenseiten berühren, berühren sie gleichzeitig die Schenkel 44a, 446 des U-fömiigen Bereiches 44 längs ihrer gegenüberliegende.i Außenseite. Die Gesamtheit der aus dielektrischen Platten und Elektroden bestehenden Baugruppe ist aufgrund der Nachgiebig .eit der Elektroden 45 bis 47 in dem Bchäiitr reibschliissig gehalten. Die flatten 50 und 51 werden daher dicht und nachgiebig /wischen den einander

gegenüberliegenden Außenseiten der Elektroden gehallen, während die Platten 52 und 53 durch die Längskanten der drei Elekiroden dicht und elastisch gegen die Seiten 44c bzw. 43c-des Behälteis gedrückt werden. Die Schrauben 55, welche den Behälter 42 · zusammenhalten, ragen in die aiißenliegeiiden Elektroden 45 und 47 hinein, und tragen dazu bei. diese zu verankern, und um eine optimale elektrische Verbindung zwischen dem Behälter und diesen Elektroden zu gewährleisten. Die dielektrischen Platten 50 bis 53 m erstrecken sich in Längsrichtung über die Enden der Elektroden (Fig. 3) hinaus, um den Weg um diese herum zu dem Metallbehälter zu verlängern, und um gegen einen Kurzschluß in dem Hochspannungskreis in verstärktem Maß zu schützen. r>

Die Anordnung einer Windung in einer anderen Windung, die durch die Verwendung einer spiralförmigen Elektrode erzielt wird, hat sich in Hinblick auf eine verbesserte Ausbeute an schwerem Sauerstoff im %'crglcich mi: anderen Elckirodcnnusbüdungcn sh ."· äußerst vorteilhaft erwiesen. Der Abstand zwischen di'tn inneren Rohr 56 und dem äußeren Rohr 58, d. h. zwischen den Seiten 56a und 58a und zwischen den Seiten 566 und 586 der Röhren kann während der Ausbildung der Elektroden auf einfache Weise und "> genau überwacht werden. Dies gewährleistet gleichförmige elektrische Eigenschaften sowohl innerhalb einer jeden Elektrode und verglichen mit den übrigen Elektroden, wie auch die Beibehaltung einer optimalen Luftzirkulation um das Drahtgittermaterial einer jeden ι» Elektrode. Dadurch wird eine gute Wechselwirkung zwischen gegenüberliegenden Elektroden, wie auch zwischen den Elektroden und der Umgebungsluft erzielt.

Um die Elektroden in der vorstehend genannten π Form bzw. Ausbildung zu fixieren, ist das äußere Ende 60 des die Spirale bildenden Gitters so angeordnet, daß es die Oberseite 586 des äußeren Rohres 58 überlappt. Die Vorderkante des überlappenden Endes 60 weist Drähte auf, die um einige Millimeter vorstehen, und von ^4|> denen einige mit 60a bezeichnet sind, die gegenüber dem Ende 60 vorzugsweise um einen rechten Winkel narh innen gebogen sind, so daß sie in die Oberseite 586 des äußeren Rohres 58 eingreifen, das denjenigen Bereich der Elektrode bildet, der unmittelbar innerhalb ⁴i liegt, indem sie in die Zwischenräume des Gittermaterials hineinragen. Einer oder mehrere der vorspringenden Drähte, vorzugsweise an jedem Ende, werden dann weiter nach hinten parallel zu dem Rohr 58 umgebogen, um die Elektrode noch besser zu fixieren. Diese parallel ">° umgebogenen Drähte sind in Fig. 4A mit 606 bezeichnet. Dur.h diese Maßnahme wird nicht nur die Elektrodenform fixiert, sondern es wird auch eine bessere elektrische Leitfähigkeit erzielt. Darüber hinaus werden solche Drähte, die andernfalls möglicherweise die dielektrischen Platten verknitzen oder in diese eindringen konnten, von dem dielektrischen Material weggerichtet.

Um die Elcktmdenbaugruppe 40 zu vervollständigen, wird eine Dr.ihtvcrbindungskl.immer 61. die zwei einander gegenüberliegende liinglichc Schenkel 62 und 64 (siehe Fi g. 3) aufweist, in Längsrichtung in das innere Rohr 56 und in das Drahtgitter der inneren Elektrode 46 hineinbewegt, so daß jeder tier beiden Schenkel mit seinem Ende 62;) b/w. 64;i in die Seite 56/: bzw. 56,7 des inneren Rohres 56 (siehe F i g. 4) eingreift und zentral und in Längsrichtung aus der Elektrode hcrausragt. Am anderen Ende der Klammer sind die Schenkel 62 und 64 durch einen gekrümmten Bereich 65 von kleinem Radius miteinander verbunden, der zur Folge hat. daß der Absland zwischen den Schenkeln in der Nähe des geschlossenen Endes zunehmend kleiner wird. Es wird daher eine geschlossene enge Windung von kleinem

chiiffs

, die

gung der Schenkel einen elastischen Widerstand entgegensetzt.

Um das richtige elektrische Potential an den entsprechenden Elektroden anzulegen, wird die Klammer 61 auf den Anschlußbolzen 38 aufgesetzt, wobei die gegenüberliegenden Schenkel 62 und 64 und der gekrümmte Bereich 65 den Bolzen elastisch umfassen. Der fiolzen 38 ist vorteilhafterweise mit einem Gewinde verse»:'.ι, und eine Mutter 68 wird gegen die Klammer 61 auf den Bolzen 38 aufgeschraubt, um die Verbindung mechanisch und elektrisch zu sichern. Auf diese Weise wird das Ausganpskabel 33 der Sekundärwicklung 24 des Transformators mit der irmenliegenden Elektrode 46 verbunden. Gleichzeitig wird der Behälter 42 mittels Schrauben 41 mit dem Stützrahmen 12 mechanisch und elektrisch verbunden, wodurch die außenliegenden Elektroden 45 und 47 über den Behälter 42 mit dem zweiten Ausgangskabel 34 der Sekundärwicklung 24 des Transformators verbunden werden. Wenn an die Primärwicklung 22 des Transformators eine Spannung angelegt wird, indem der Schalter 32 eingeschaltet und der Drehwiderstand 30 auf einen gewünschten Wert eingestellt wird, so sind die innenliegenden und die außenliegenden Elektroden jeweils mit entgegengesetzten Polen einer Hochspannung verbunden. Daraufhin erfolgt zwischen benachbarten Elektroden eine Koronaentladung, d. h. sowohl zwischen der innenliegenden Elektrode 46 und der außenliegenden Elektrode 45 als auch zwischen der innenliegenden Elektrode 46 und der außenliegenden Elektrode 47. Die Luft, welche die Elektroden umgibt, wird dadurch ionisiert, um schwere Sauerstoffmoleküle zu bilden, wobei der prozentuale Hauptanteil aus Molekülen besteht, die schwerer sind als O₃.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Ozonisator mit einer Vielzahl von Elektroden, die jeweils aus einem röhrenförmig gewickelten Metaüdrahtnetz bestehen, wobei die Elektroden im Querschnitt im wesentlichen eine Flachgedrückte Ellipse definieren, Mitteln zum Festlegen dieser Elektroden in einer parallelen Anordnung Seite an Seite, dielektrischen Platten, um benachbarte Elektroden dieser Anordnung gegeneinander zu isolie- iu ren, und Mitteln, um eine elektrische Entladung zwischen benachbarten Elektroden hervorzurufen, um die Luft in der Umgebung dieser Elektroden zu ionisieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (45,46,47) derart gewickelt sind, daß ι; innerhalb eines äußeren Rohres (58) ein koaxiales inneres Rohr (56) gebildet wird.

2. Ozonisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (45, 46, 47) derart in einem Behälter (42) aus Metall mit offenen Enden angeordnet sind, daß ihre Enden den offenen Enden des Behälters (42) zugekehrt sind, wobei eine erste Gruppe dielektrischer Platten (50, 51) jeweils aufeinanderfolgende Elektroden (45,46,47) voneinander trennt und ein zweite Gruppe dielektrischer Platten (52, 53), die zu der ersten Gruppe (50, 51) rechtwinklig angeordnet ist, cüe Elektroden (45,46, 47) von den beiden Seiten (43c 44c) des Behälters (42) trennt.

3. Ozonisator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrischen Platten (50, 51, 52, 53) über d Enden der Elektroden (45, 46, 47) hinausragen, um die I«olatior«strecke zwischen den Elektroden (45, 4fi, 47) und dem Behälter (42) zu vergrößern.