DE2617104A1

DE2617104A1 - Verfahren zur durchfuehrung von koronaentladungsreaktionen

Info

Publication number: DE2617104A1
Application number: DE2617104A
Authority: DE
Inventors: Frank Eugene Lowther
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1975-11-17
Filing date: 1976-04-17
Publication date: 1977-05-26
Also published as: IT1058158B; CH612595A5; FR2338074B2; NO761302L; BR7602285A; CA1066659A; NL7604086A; AU1308776A; GB1551951A; SE432092B; FR2338074A2; SE7604399L; AU504023B2

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN

8000 MÜNCHEN 83 · ELFENSTRASSE 32 AU I / I «Η

L-1O785-1-G 16. April 1976

UNION CARBIDE CORPORATION 270 Park Avenue, New York, N.Y. 10017, V.St.A,.

Verfahren zur Durchführung von Koronaentladungsreaktionen

(Zusatz zu DT-Patentanmeldung P 26 10 809.8)

Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung des Gegenstandes der älteren Hauptanmeldung P 26 10 809.8 vom 15. März 1976. Sie befaßt sich mit Koronareaktionssystemen und insbesondere mit einem Verfahren, das es erlaubt, den elektrischen Wirkungsgrad von chemischen Reaktionen zu erhöhen, die mittels einer Koronaentladung eingeleitet werden.

Es ist bekannt, daß zahlreiche chemische Reaktionen, beispielsweise die Umwandlung von Sauerstoff in Ozon, wirkungsvoll in Gegenwart einer elektrischen Koronaentladung durchgeführt werden können. Hochspannungs-Koronaentladungen erwiesen sich zwar in vielen fällen als brauchbares Mittel zur Einleitung von chemischen Reaktionen, doch sind die

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FERNSPRECHER: 089/6012039 · KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

bekannten, mit Koronaentladung arbeitenden Prozesse extrem wenig leistungsfähig, was die elektrische Energie anbelangt, die je Einheit des gewünschten erzeugten Reaktionsprodukts erforderlich ist. Beispielsweise beträgt bei der Herstellung von Ozon aus Sauerstoff die theoretisch erforderliche Energie O,97 kWh/kg Ozon. In der Praxis werden dagegen ungefähr 6,6 kWh/kg bei Einspeisung von Sauerstoff und 17,0 kWh/kg bei Einspeisung von trockener Luft benötigt.

Es wurde versucht, die zur Durchführung einer Koronareaktion erforderliche Energiemenge herabzusetzen, indem zahlreiche Betriebsparameter des Koronaerzeugungssystems variiert wurden. Beispielsweise ist es bekannt, daß eine impulsförmige Hochspannungsenergie mit einer Impulsdauer von einer Mikrosekunde und einer Frequenz bis herauf zu 1 kHz Kohlendioxid wirksamer zerlegt als dies bei einer konventionellen 60 Hz-Wechselspannung der Fall ist. Es wurde jedoch auch gezeigt, daß der Einsatz einer extrem hochfrequenten Koronaenergie im Hochfrequenzbereich von 1-20 MHz zu keiner Steigerung des Wirkungsgrades bei der Ozonproduktion führt.

Durch Beeinflussung von Frequenz und Wellenform läßt sich bei bekannten Anordnungen angeblich der Wirkungsgrad für durch eine Koronaentladung eingeleitete chemische Reaktionen ändern; die Praxis hat jedoch gezeigt, daß die bekannten Verfahren keine Verbesserung darstellen und vom wirtschaftlichen

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Standpunkt her unbrauchbar sind. Dies ist in erster Linie darauf zurückzuführen, daß die Verwendung von hohen Frequenzen und Spannungen die Bildung von Überschußwärme zur Folge hat, die nicht mehr beherrscht werden kann, wenn es um einen Betrieb in großem Maßstab und um hohe Einheitskapazitäten geht, die große Energiedichten je Einheit der Elektrodenoberfläche erfordern.

Mit der Erfindung soll ein verbessertes Koronaentladungssystem geschaffen werden. Es soll ein Verfahren erhalten werden, das es erlaubt, die elektrische Gesamtenergie minimal zu halten, die benötigt wird, um eine chemische Reaktion unter Zuhilfenahme der Koronaentladung durchzuführen. Die Menge der Überwärme, die auf einen Koronaentladungs-Reaktionsprozeß zurückzuführen ist, soll wesentlich verkleinert werden. Es soll ein Verfahren erhalten werden, bei dem sich die Arbeits- und Anlagenparameter eines mit Koronaentladung arbeitenden chemischen Reaktionssystems optimieren lassen, um für eine maximale Produktausbeute und minimale Wärmeverluste zu sorgen.

Es soj.1 ferner ein verbessertes Koronageneratorsystem geschaffen werden, das Koronareaktionsprozesse zuläßt, die bei einer hohen Einheitskapazität und einem maximalen elektrischen Wirkungsgrad durchgeführt werden. Es soll ein verbessertes Ozonerzeugungsverfahren geschaffen werden, das es erlaubt, auf leistungsfähige und wirtschaftliche Weise Ozon

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in großen Mengen aus einem sauerstoffhaltigen Reaktionsgas, beispielsweise Luft, herzustellen, das erhebliche Mengen an Feuchtigkeit und anderen Verunreinigungen enthält.

Mit der Erfindung soll ferner ein wirtschaftliches, verläßliches Verfahren zum Erzeugen von schmalen, hochfrequenten Hochspannungsimpulsen geschaffen werden, das es erlaubt, große Koronageneratoren zu betreiben, um Ozon in kommerziellen Mengen herzustellen.

Es soll ein Verfahren geschaffen werden, mittels dessen sich Ozon sicher in Konzentrationen von 10 Gew.% erzeugen läßt, ohne daß es zu einer unerwünschten Ozonzerlegung kommt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine aufgebrochene Querschnittsansicht einer typischen Koronaentladungszelle, die im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden kann;

Fig. 2 eine graphische Darstellung, bei der zugeführte, angelegte, dielektrische und am Spalt herrschende Spannungen in der Koordinatenrichtung über der Zeit als Abszisse aufgetragen sind, wobei die

/5

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bevorzugte Wellenform der zur Erzeugung der Koronaentladung benutzten elektrischen Energieimpulse veranschaulicht ist;

Fig. 3 und 4 Schaltbilder von bevorzugten Stromquellen, die verwendet werden können, um die gewünschte Koronaentladung zu erhalten;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, bei der die spezifische Ozonausbeute in Ordinatenrichtung über dem Tastverhältnis als Abszisse aufgetragen ist und die verwendet werden kann, um bestim/nte bevorzugte Arbeitsparameter auszuwählen;

Fig. 6 eine graphische Darstellung, bei der der prozentuale Energieverlust in Ordinatenrichtung über dem Tastverhältnis als Abszisse aufgetragen ist und die es erlaubt, bestimmte bevorzugte Arbeitsparameter für die praktische Durchführung des erläuterten Verfahrens auszuwählen, sowie

Fig. 7 ein Fließschema, das bevorzugte Verfahrensvarianten erkennen läßt.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird der elektrische Wirkungsgrad eines Koronaentladungs-Reaktionssystems

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Js -

1t

gesteigert und entsprechend die Menge der erzeugten Abwärme wesentlich herabgesetzt, indem an einen gasgefüllten Koronaentladungsspalt eine Hochspannung in Form von schmalen Impulsen angelegt wird und Gasionen aus dem Spalt abgeführt werden,

Bei dem Koronareaktionsverfahren nach der Erfindung wird die Koronaentladung in einem gasgefüllten Spalt zwischen einander gegenüberstehenden Elektroden mittels einer die Form eines schmalen Impulses aufweisenden elektrischen Hochspannungsentladung herbeigeführt, wobei die Breite der elektrischen Impulse kleiner als die Gasionenlaufzeit zwischen den Elektroden ist und wobei dafür gesorgt ist, daß die während der Entladung gebildeten Gasionen beseitigt oder neutralisiert werden, so daß die elektrische Energie minimal wird, die normalerweise für die Beschleunigung der Ionen verloren geht.

Vorzugsweise wird zwischen den Elektroden ein Niederspannungs-Vorspannungspotential aufrechterhalten, das ausreicht, um in dem Zeitintervall zwischen den Impulsen die Gasionen im wesentlichen aus dem Spalt herauszutreiben. Zu weiteren Maßnahmen, mittels deren Gasionen aus dem Entladungsspalt herausgebracht werden können, bevor für die Beschleunigung derselben eine übermäßige Energiemenge aufgebracht wird, gehören das Herausbringen des Gases aus dem Spalt, nachdem es

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einer begrenzten Anzahl von schmalen Impulsen ausgesetzt wurde, und das Halten des Gases in einer Nicht-Koronazone, so daß eine Rekombination, d.h. eine Neutralisation, der Ionen erfolgen kann, bevor das Gas einer weiteren Koronaentladung ausgesetzt wird. Die Gasionen lassen sich innerhalb des Spaltes auch dadurch neutralisieren, daß selektiv eine Neutralisationskomponente zugeführt wird, beispielsweise in Form von negativ geladenen, feinunterteilten Flüssigkeitsoder Feststoffteilchen. Dabei kann es sich insbesondere um Kieselgel, Wasser oder Ruß mit einer Teilchengröße von weniger als ungefähr 0,1 /um und vorzugsweise in der Größenordnung von 0,001 bis O..O1 /um, handeln. Um die negativ geladene Neutralisationskomponente zu erhalten, wird ein feinunterteilter Feststoff durch ein elektrisches Feld hindurchgeleitet, das mittels zweier einander gegenüberstehender geladener Platten erzeugt wird, wie sie beispielsweise bei elektrostatischen Gasreinigern vorgesehen sind. Statt dessen kann auch eine zerstäubte Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, benutzt werden; dabei wird Wasser als Aerosol mit Tröpfchen in der Größenordnung von ungefähr 0,01 /um dispergiert. Eine elektrische Neutralisation von unproduktiven Gasionen kann auch erzielt werden, indem ein schwächerer elektrischer Energieimpuls angelegt wird, dessen Polarität derjenigen des Koronaimpulses entgegengesetzt ist. Das Vorspannungspotential kann vorteilhafterweise an die Koronaentladungselektroden einer Koronazelle oder an

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ein zwischen den Elektroden befindliches Gitter angelegt werden.

Bei den meisten bekannten Koronaentladungsanlagen wird das elektrische Hochspannungspotential an den Entladungsspalt in Form von verhältnismäßig breiten elektrischen Impulsen angelegt. Typischerweise handelt es sich bei der zugeführten elektrischen Energie um eine normale Sinuswelle; in anderen Fällen wurden Energieimpulse mit einer Impulsdauer von 1 bis 200 Mikrosekunden verwendet.

Es zeigte sich, daß diese bekannten Anordnungen einen extrem schlechten Wirkungsgrad haben und daß 9O bis 99 % der elektrischen Energie in Form von Überschußwärme verloren gehen. Es wurde gefunden, daß die bei solchen bekannten Anlagen erzeugte Überschußwärme auf die kinetische Energie zurückzuführen ist, die den geladenen Gasmolekülen (ionen) vermittelt wird, die sich in dem Koronaentladungsspalt befinden. Die Elektronen die für die Bildung des gewünschten Reaktionsprodukts verantwortlich sind, werden während des anfänglichen Teils des herkömmlichen elektrischen Energieimpulses gebildet und auf das Reaktionspotential beschleunigt. Der restliche Teil des Impulses führt kinetische Energie den geladenen Gasmolekülen zu, die auf die Bildung der Elektronen zurückgehen und die zur Ausbildung des Reaktionsprodukts nichts beitragen. Diese ionisierten Gasmoleküle geben ihre kinetische Energie

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•r-

in unproduktiven Kollisionen ab; sie erscheint in dem Reaktionssystem als Abwärme.

Bei dem vorliegend erläuterten Verfahren wird die Abwärmemenge wesentlich herabgesetzt, indem die angelegte elektrische Wellenform in zweierlei Weise modifiziert wird:

(1) Die Dauer des elektrischen Energieimpulses (T ) ist so gewählt, daß sie wesentlich kleiner als die Gasionenlaufzeit über den Entladungsspalt (T+) ist.

(2) Zwischen den Entladungselektroden wird ein verhältnismäßig niedriges Vorspannungspotential (V. ) aufrechterhalten, um die Mehrzahl der geladenen Gasmoleküle zu beseitigen.

Es zeigte sich, daß durch Verwendung eines extrem schmalen Energieimpulses mit dem zur Erzeugung von Ozon erforderlichen Zündpotential (V ) die gebildeten Elektronen auf einen Energiewert beschleunigt werden, wie er zur Durchführung von nützlicher Arbeit erforderlich ist. Der Energieimpuls hat jedoch keine ausreichende Dauer, um auf die entsprechend gebildeten geladenen Gasmoleküle in nennenswertem Umfang Verlustenergie zu übertragen.

Es zeigte sich jedoch, daß die im Entladungsspalt vorhandenen Gasionen vor dem nächsten angelegten Energieimpuls beseitigt werden müssen; andernfalls geht ein wesentlicher Teil des

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- jer-

Energieimpulses durch durch zusätzliche Beschleunigung der unproduktiven Gasionen verloren. Um die Gasionentrümmer zu beseitigen, wird während des Intervalls zwischen den elektrischen Impulsen hoher Energie ein verhältnismäßig niedriges Vorspannungspotential oder Ionenräumpotential angelegt. Die Anlegung dieses niedrigen Vorspannungspotentials erfolgt für eine Zeitspanne, die erheblich größer als diejenige des Hochenergieimpulses ist. Da jedoch die einem geladenen Teil in einem elektrischen Feld zugeführte Energie nur eine Funktion der Teilchenladung und des Feldpotentials ist, ist die zum Ausräumen der Ionentrümmer aus dem Entladungsspalt benötigte Energie verhältnismäßig klein.

Die Beziehung, die das vorzugsweise verwendete niedrige Vorspannungspotential V. angibt, lautet wie folgt:

T_n v_b - T₊ v_s

^Vb - r^vs-

wobei T die Impulsfolgedauer und T+ die berechnete Gasionenlaufzeit ist, um praktisch alle Gasionen aus dem Spalt bei dem Zünd-(Koronaentladungs-)Potential V auszuräumen.

Um die tatsächliche Impulsbreite und die Frequenz vorzugeben, die bei der Herstellung der hochfrequenten, schmalen Energieimpulse verwendet werden, muß eine Impulsbreite gewählt

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werden, die wesentlich kleiner als die Impulsfolgedauer (die den Kehrwert der Frequenz darstellt) ist. Im allgemeinen ist die tatsächliche Impulsbreite T so auszuwählen, daß sie einen kleinen Prozentsatz der Gesamtimpulsfolgedauer T ausmacht. Es zeigte sich, daß bei den meisten Anwendungsfällen T zwischen 0,1 und 10 % von T liegt. Um die gewünschte chemische Reaktion herbeizuführen, sollten die Impulsbreite und die Impulsamplitude ferner ausreichend sein, um den die gewünschte chemische Reaktion auslösenden Elektronen eine hinreichende kinetische Energie zu vermitteln. Die gewünschte schmale Impulsbreite T ist daher etwas größer als die zum Beschleunigen der Elektronen über den Entladungsspalt erforderliche Impulsbreite; diese Zeitdauer wird als T bezeichnet,

In weiterer Ausgestaltung des neuen Verfahrens und zur Optimierung der Auslegung der Anlage und der dort verwendeten elektrischen Schaltungen können die Betriebs- und Schaltungsparameter zweckmäßig entsprechend den folgenden Erläuterungen einer Schaltung gewählt werden, bei der als Stromquelle eine herkömmliche Vakuumschaltröhre mit beheizter Kathode vorgesehen ist.

Bekanntlich lassen sich bei den meisten Vakuumschaltröhren mit beheiztem Heizfaden optimale elektrische Wirkungsgrade erzielen, wenn mit einem möglichst hohen Tastverhältnis (D) gearbeitet wird, Das heißt, die Beziehung

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wird unter Berücksichtigung der Energieverluste maximiert, die bei einer Koronaerzeugung auf Grund einer Impulsbreite T auftreten, die notwendigerweise größer als die Elektronenlaufzeit T und wesentlich kleiner als die Gasionenlaufe

zeit T+ ist.

Es zeigte sich, daß zur Optimierung der Parameter für das Tastverhältnis D, die Impulsbreite T und die Impuls-

folgedauer T , die den Kehrwert der Impulsfrequenz f bildet, die folgende Beziehung herangezogen werden kann:

O<² = D (1),

wobei T

Dabei ist T+ die Gasionenlaufzeit, die sich für jedes Gasion in bekannter Weise (vergleiche z.B. J.D. Cobine, "Gaseous Conductors", Dover Publications, N.Y. 1958) leicht berechnen läßt.

I Ί

Die Gleichung läßt sich umschreiben als

D -I-Üül . (3)

/13

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Es wurde gefunden, daß bei Anwendung der von Cobine genannten Beziehungen für Luft gilt:

Das Produkt Kp ist für jedes Gas konstant. Für Luft gilt;

Kp = 1064 ( ) (mm Hg) (5)

Eine brauchbare Annäherung für T+ ist

T+ = 1,83 · 1O"⁵tg, (6)

Um ein Beispiel dafür zu geben, wie die Arbeitsparameter für eine Koronaentladungsanlage optimiert werden können, bei der Ozon aus Luft bei einem Druck (p) von 1 520 mm Hg absolut und einem Entladungsspalt von 0,115 cm erzeugt wird, dienen die folgenden Berechnungen, wobei die vorstehende Gleichung (6) liefert:

T+ - 2,10 /US.

Die Zündspannung V oder das Spaltpotential, die bzw. das zur Erzeugung der Koronaentladung erforderlich ist, wird aus der folgenden, bei Cobine angegebenen Beziehung errechnet:

V_e - 40 ρ tg

- 40 . 1 520 · O.115 = 6 992 V.

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Die Impulsbreite T wird aus der obigen Gleichung (2) wie folgt bestimmt:

wobei cC kleiner als 1 ist. T wird ferner etwas größer als die Elektronenlaufzeit T über den Entladungsspalt gewählt, die leicht berechnet werden kann, indem die Masse des Elektrons mit der Masse des Gasions (Sauerstoff) verglichen wird, die bei der Berechnung der Gasionenlaufzeit T+ herangezogen wurde. Diese Berechnung ergibt:

T = - 0,012 ,us. e _,/ ι /

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Es läßt sich zeigen, daß die Größe der bei der Ozonerzeugung verbrauchten Energie, d.h. die spezifische Ozonausbeute S , die auf Impulsbreitenverluste und Impulsvorspannungsverluste zurückgeht, näherungsweise folgenden Wert hat:

S_y = 0,6 (1 ₊dC ) (1 + I ),

Sie hat einen Kleinstwert, wenn

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Dementsprechend gilt

S (min) = 0,6 (1+4 /T )²

= 0,6 (1 + 4o< )².

Wenn S in kWh/kg erzeugtem Ozon über D, dem Tastverhältnis, aufgetragen wird, ergibt sich eine Kurve der in Fig. 5 gezeigten Art. Fig. 5 läßt erkennen, daß D möglichst klein sein sollte, um die niedrigste spezifische Ozonausbeute S in kWh/kg erzeugtem O^ zu erhalten, so weit dies die Impulsform anbelangt.

Zur Auswahl eines speziellen Wertes für das Tastverhältnis D bei Verwendung einer typischen Stromquelle mit einer Vakuumröhre mit beheizter Kathode, wo der Heizfadenverlust der Vakuumröhre von primärem Interesse ist, wird eine Kurve der in Fig. 6 gezeigten Art aufgezeichnet. In Fig. 6 ist das Tastverhältnis D als ausgezogene Linie über dem prozentualen Energieverlust aufgetragen, der auf die Impulsform zurückzuführen ist, die sich leicht aus Fig. 5 bestimmen läßt. Ferner sind in Fig. 6 zwei gestrichelte Linien eingetragen, die den prozentualen Energieverlust erkennen lassen, der auf die Kathodenheizung bei zwei typischen Vakuuumschaltröhren für 100 bzw. 150 kW zurückgeht. Aus Fig. 6 folgt, daß das bevorzugte Tastverhältnis D für die 150 kW-Röhre bei ungefähr 0,001 liegt. Dies ist ungefähr der Wert, wo der Röhrenheizverlust gleich dem auf die Impulsform zurückzuführenden Verlust (Prozeßverlust) ist.

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/16

- j* - U

Wenn für das Tastverhältnis D der Wert 0,001 ausgewählt ist, wird C^ _wie folgt errechnet:

Aus den Werten ⁰^ und T+ werden die gewünschte Impulsbreite T und die Frequenz f wie folgt errechnet:

^Tw

= 0,0317 · 2,09 = 0,066 ,us

^und 1 D

100 Hz.

Zur Bestimmung des bevorzugten Niederspannungs-Vorspartungspotentials V., mittels dessen positiv geladene Gasmoleküle zwischen den Impulsen aus dem Entladungsspalt herausgetrieben werden, wird die folgende Beziehung benutzt:

V I± v_s und T_r . 1 . _TTL

315 V.

⁶⁹⁷⁵

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Entsprechend den vorstehenden Berechnungen lassen sich die bevorzugten Arbeitsparameter wie folgt zusammenfassen:

D = O.OO1 V_s = 6 975 V f = 15 100 Hz

V, = 315 V. b

Fig. 1 zeigt, teilweise aufgebrochen, einen Querschnitt einer Koronazelle, die sich für Koronareaktionsanlagen der vorliegend erläuterten Art eignet. Die Koronareaktionszelle nach Fig. 1 weist ein gasdichtes Gehäuse 1 auf, innerhalb dessen zwei einander gegenüberstehende Elektroden 2 und 3 untergebracht sind. Zwischen den Elektroden 2 und 3 befinden sich dielektrische Platten 4 und 5, deren Innenflächen einen Koronaentladungsspalt von der Breite tg begrenzen, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist. Die dielektrischen Platten 4 und haben eine Dicke t ., deren Abmessung der Deutlichkeit halber stark vergrößert ist. Entsprechend ist auch die Abmessung tg der besseren Übersicht halber stark vergrößert dargestellt. Die Dicke t , der dielektrischen Platten kann herab bis zu O,1 mm betragen und in manchen Fällen bis herauf zu 24 bis 5o mm gehen. Die Breite t des Entladungsspaltes liegt zwischen 0,1 und 50 mm.

Die Elektrodenplatten 2 und 3 sind an eine externe Stromquelle über Leitungen 6 und 7 angeschlossen, die in das Gehäuse 1

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-Vf-

ZH

über Isolierbuchsen 8 und 9 eintreten. Während bei der dargestellten Ausführungsform die Elektroden 2 und 3 nicht mit dem Gehäuse in Kontakt stehen, kann in der Praxis für einen solchen Kontakt gesorgt werden, wenn das Gehäuse 1 aus einem im wesentlichen elektrisch nicht-leitenden Material gefertigt ist. Außerdem kann die Elektrode 2 oder die Elektrode 3 an Masse gelegt sein; besteht das Gehäuse aus einem leitfähigen Material, kann es eine der Elektroden tragen.

Entsprechend Fig. 1 tritt Reaktionsgas in das Gehäuse 1 über eine Leitung 10 ein, während das Reaktionsprodukt aus dem Gehäuse über eine Leitung 11 abströmt. Der Pfeil 12 gibt die Richtung des in das Gehäuse 1 einströmenden Reaktionsgases an, während der Pfeil 13 die Richtung der austretenden Reaktionsprodukte erkennen läßt. In Fig. 1 ist mit 14 die Koronaentladungszone bezeichnet, die zwischen den Elektroden und 3 und den dielektrischen Platten 4 und 5 gebildet wird. Vorliegend sind zwei dielektrische Platten gezeigt, von denen jede mit der betreffenden Elektrode 2 und 3 in Kontakt steht. Es kann jedoch auch mit Vorrichtungen gearbeitet werden, bei denen die dielektrischen Platten in Abstand von den Elektroden sitzen oder bei denen eine einzige dielektrische Platte zwischen den Elektroden angeordnet ist. In der Praxis werden befriedigende Ergebnisse erzielt, wenn die dielektrischen Platten aus Werkstoffen mit guten dielektrischen Werten gefertigt sind, d.h. einer Durchschlagfestigkeit von ungefähr

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100 000 bis 1 000 000 V/cm. Beispielsweise kann mit Glas gearbeitet werden. Besonders gute Ergebnisse werden mit extrem dünnen dielektrischen Schichten erhalten, die aus aufgebrannten Porzellan-Emaille-Überzügen mit einer Dicke von ungefähr 0,1 bis 0,5 mm bestehen.

Wie in Fig. 1 veranschaulicht ist, kann sich zwischen den Elektroden 2 und 3 ein Gitter 15 befinden. In einigen Fällen erwies es sich als vorteilhaft, an das Gitter 15 ein verhältnismäßig niedriges Vorspannungspotential anzulegen, um schwere Gasionen aus dem Reaktionsgasstrom auszuscheiden. Während in Fig. 1 ein einziges netzartiges Gitter 15 dargestellt ist, kann auch eine Gruppe von Gittern vorhanden sein, die sich mit Spannung derart beaufschlagen läßt, daß in dem Spalt 14 ein selektives elektrisches Ionen-Neutralisationsfeld ausgebildet wird.

Fig. 2 zeigt in graphisch idealisierter Darstellung die Form der gewünschten schmalen elektrischen Energieimpulse, die bei der Durchführung des erläuterten Verfahrens benutzt

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werden. In Fig. 2 sind vier Kurven veranschaulicht, wobei die Spannung in Ordinatenrichtung und die Zeit in Abszissenrichtung aufgetragen sind. Die ausgezogene Kurve E₁ stellt die Spannung des vorzugsweise benutzten Rechteckimpulses dar, der ursprünglich zweckmäßig mittels der Hochgeschwindigkeitsschalteinrichtung einer geeigneten Stromquelle erzeugt wird. Die Kurve E₂ (dargestellt als eine Reihe von x) zeigt die Spannung des ursprünglichen Energieimpulses E₁ nach Durchlauf⁰¹"¹ einer zweckentsprechenden Induktivität, deren Wert so gewählt ist, daß die Energieverluste minimal gehalten werden, die normalerweise auf die Aufladung eines RC-Kreises zurückgehen. Ε« ist der Energieimpuls, der an die Elektroden der Koronazelle nach Fig. 1 angelegt wird. Die Kurve V (gestrichelte Linie) stellt die Spannung dar, die an dem Entladungsspalt 14 der Koronazelle auftritt und die einen Höchstwert V hat, der das Zünd- oder Ionisationspotential des Spalts ist. V hat einen kleineren Wert als V, , das Vorspannungspotential. Die Impulsbreite beträgt T ; die Impulsfolgedauer hat den Wert T , Die Kurve V . (gepunktete Linie) stellt den Wert des Potentials dar, das an den dielektrischen Schichten der Koronazelle auftritt. Wie im folgenden noch diskutiert ist, liefert das Verständnis der verschiedenen bevorzugten Spannungswellenformen, die an verschiedenen Stellen der Koronazelle auftreten, eine Basis, anhand deren der Fachmann eine zur Durchführung des geschilderten Verfahrens geeignete Schaltung auslegen kann.

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/21

-at -

Während entsprechend der bevorzugten Wellenform nach Fig. 2 die Impulse unipolar sind, versteht es sich, daß auch mit bipolaren Impulsen gearbeitet werden kann, d.h. Impulsen, deren Polarität wechselt. Ferner ist in Fig. 2 ein Vorspannungspotential dargestellt, das größer als Null ist, d.h. einen positiven Wert hat. Es kann aber auch mit einem V. in Form eines negativen Vorspannungspotentials, d.h. einem Wert kleiner als Null, gearbeitet werden. Bei der Darstellung nach Fig. 2 ist weiterhin V_b im wesentlichen konstant. V, kann aber auch zwischen den Energieimpulsen entweder ansteigen oder abnehmen; d.h. V. braucht nicht unbedingt konstant zu bleiben, sondern kann sich in gewissem Umfang ändern.

Die in Fig. 2 gezeigte Wellenform läßt sich mit einer Vielzahl von bekannten Hochspannungsquellen erzeugen, die mit Hochgeschwindigkeit sschaltβinrichtungen, beispielsweise Transistoren, Thyristoren, Varaktoren, Vakuumröhren mit Heizfaden und ohne Heizfaden, beispielsweise Thyratrons und Ignitrons, oder mit mechanischen Hochgeschwindigkeitsschaltern ausgestattet sind.

Die Fig. 3 und 4 zeigen zwei typische Schaltungsanordnungen, bei denen Vakuumschaltröhren mit beheizter Kathode vorgesehen sind. Es versteht sich jedoch, daß auch heizfadenlose Schaltgeräte, wie Thyratrons und Ignitrons, vorgesehen werden können,

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die praktisch keine Leerlaufverluste haben und mit denen der Prozeß noch wirtschaftlicher durchgeführt werden kann.

In Fig. 3 ist ein Koronaerzeugersystem veranschaulicht, bei dem eine Stromquelle mit Vakuumröhrenverstärker vorgesehen ist. Ein Impulsgenerator 24 ist über eine elektrische Leitung 26 an eine Gleichspannungsquelle 25 angeschlossen. Bei dem Impulsgenerator 24 kann es sich um einen handelsüblichen Impulsgenerator handeln, wie er beispielsweise von der Cober Electronics Inc. auf den Markt gebracht wird. Der Impulsgenerator kann Impulse mit einer Spannung bis zu 3 OOO V und Frequenzen im Bereich von 1 Hz bis 3 MHz abgeben. Im allgemeinen »weist der Impulsgenerator 24 eine Triggerschaltung in Verbindung mit geeigneten Vakuumröhrenverstärkerstufen auf. Auch die Gleichspannungsquelle 25 stellt einen marktgängigen Baustein dar; sie liefert eine Gleichspannung zwischen ungefähr O und + 3 000 V bei einer Leistung von bis zu 10 kW.

Mittels des Impulsgenerators 24 wird der Ausgang einer Vakuumschaltröhre 27 gesteuert. Bei der Vakuumschaltröhre handelt es sich um eine übliche Tetrode mit beheizter Kathode. Die beheizte Kathode 28 der Röhre 27 ist über Leitungen 29, 30 an eine Stromquelle angeschlossen. Die Heizstromquelle (nicht veranschaulicht) gibt im allgemeinen eine Spannung zwischen ungefähr 4 und 40 V ab. Die Vakuum-

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röhre 27 ist mit einer Anodenleitung 32, einer Hilfsgitterleitung 33 und einer Hauptgitterleitung 34 versehen. Die Hilfsgitterleitung 33 ist an eine Vorspannungsquelle 35 angeschlossen. Die Vorspannungsquelle weist eine Diode 36 auf, die an einen Leistungstransformator 37 angeschlossen ist, der seinerseits über einen Stellwiderstand 38 und Leitungen 39, 40 von einer herkömmlichen, nicht veranschaulichten 60 Hz-Wechselspannungsquelle gespeist wird. Die Vorspannungsquelle umfaßt ferner eine Kapazität 41 zur Glättung des Ausgangssignals.

Die Haupt- oder Schaltgitterleitung 34 der Vakuumröhre 27 ist mit dem Impulsgenerator 24 verbunden. Die Anodenleitung ist über eine Leitung 46, in der eine Reihenschaltung aus einer Induktanzspule 47 und einem Widerstand 48 liegt, an eine Gleichspannungsquelle 45 angeschlossen. Die Gleichspannungsquelle 45 steht ferner über die Leitung 46, eine Leitung 54, eine Induktanzspule 53 und eine Leitung 52 mit einer Koronazelle 50 in Verbindung. Die Spule 53 formt die erzeugte Rechteckwelle, um den Energieverlust kleinstmöglich zu halten, der normalerweise damit verbunden ist, daß ein Kondensator (in diesem Falle die Kapazität der ^eIIe) über einen Ladewiderstand aufgeladen wird. Der Wert der bevorzugten Induktivität der Spule 53 wird aus der Beziehung

L - s£

If C

erhalten.

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/24

Eine Stromquelle 55 kann vorgesehen sein, um den Platten der Koronazelle 50 über eine Leitung 56 und eine Induktivität sowie dann über die Spule 53 und die Leitung 52 ein Vorspannungspotential zuzuführen. Eine Kapazität 58 dient der Abtrennung der Gleichvorspannung von dem restlichen Teil der Stromversorgungsschaltung Falls das Vorspannungspotential von der Schaltröhre geliefert wird, kann die Stromquelle 55 entfallen. Die Koronazelle 50 kann zweckmäßig in der in Fig. 1 veranschaulichten Weise aufgebaut sein. Der über die Koronazelle 50 führende Stromkreis wird durch eine Leitung 51 vervollständigt, die an die Anodenleitung 32 angeschlossen ist.

Im Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 3 muß der Ausgang der Gleichspannungsquelle 45 mit einer gewünschten Frequenz geschaltet werden, die von dem Impulsgenerator 24 geliefert wird, der seinerseits aus der Gleichspannungsquelle 25 gespeist ist. Die Gleichspannungsquelle 45·· wird im allgemeinen so eingestellt, daß sie eine Gleichspannung von ungefähr 5 OOO bis 30 0OO V abgibt. Die positive Ausgangsseite der Gleichspannungsquelle 45 ist mit der Koronazelle über die Induktivität 53 verbunden, die einen Wert von 1,0 bis 10,0 /UH haben kann. Das positive Ausgangssignal der Gleichspannungsquelle 45 wird auch der Anodenleitung 32 über die Induktivität 47, deren Wert zwischen 0,1 und 1,0 H liegt, und ^dem Widerstand 48 zugeführt, der einen Wert zwischen 100 und 100 OOO Ohm hat. Durch Schalten des Ausgangs-

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' /25

signals der Vakuumröhre 27 über das Gitter 34, das mit dem Impulsgenerator 24 verbunden ist, wird ein schmaler Hochfrequenzimpuls, der an den Platten der Koronazelle 50 auftritt, erzeugt. Im allgemeinen arbeitet der Impulsgenerator 24 mit einer Frequenz von O,1 bis 1OO kHz. Bei Vakuumschaltröhren geeigneter Auslegung wird das Gitter 33 der Röhre 27 auf einem Potential zwischen ungefähr +50 und +500 V gehalten, so daß eine Vorspannung zwischen ungefähr 10 und 5 000 V an die Platten der Koronazelle 50 angelegt werden kann. Wie die Fig. 4 erkennen läßt, bestehen auch andere Möglichkeiten, eine niedrige Vorspannung zwischen den Impulsen zuzuführen. Auf diese Weise können die Betriebsparameter der Koronazelle, was Frequenz, Vorspannung, Zündspannung und Impulsbreite anbelangt, bequem innerhalb der obenerläuterten Grenzwerte gewählt werden. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 läßt sich als Hochvakuumröhrenmodulator bezeichnen.

Bei der abgewandelten Ausführungsform der Stromquelle gemäß Fig. 4 ist eine als Triode ausgebildete Vakuumschaltröhre 6O mit einer beteizten Kathode 61, einer Anode 62 und einem Gitter 63 vorgesehen. Es handelt sich um einen klassischen Leitungsstromstoßmodulator. Ein Impulsgenerator 64 ist mit dem Gitter 63 und über eine Leitung 65 mit der an Masse liegenden Kathode 61 verbunden. An die Kathode sind Heizleitungen 66 und 67 angeschlossen, die mit einer nicht veranschaulichten Stromquelle verbunden sind.

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-atf -

SZ

Eine für eine Hochspannung sorgende Gleichspannungsquelle 70 ist mit ihrer positiven Seite an die Anodenleitung 62 der Schaltröhre 6O angeschlossen. Die negative Seite der Gleichspannungsquelle 70 liegt an Masse. Eine für eine Gleichvorspannung sorgende Gleichspannungsquelle 8O liegt mit ihrer negativen Seite an Masse, während ihre positive Seite über eine Induktivität 81 mit einer Leitung 82 verbunden ist.

Die Gleichspannungsquellen 70 und 80 sowie der Schaltstromkreis sind an eine Impulsformerschaltung 84 angeschlossen, die induktivitäten 85, 86 und 87 aufweist, die über Leitungen 88, 89 und 90 in Reihe miteinander geschaltet sind. Zu der Impulsformerschaltung 84gehören ferner Kapazitäten 91, 92 und 93, die über Leitungen 94, 95 und 96 mit den Leitungen 88, 89 und 90 verbunden sind. Die Impulsformerschaltung 84 ist über eine Leitung 98 an den Schaltstromkreis der Gleichspannungsquelle angeschlossen. Der Ausgang der Impulsformerschaltung 84 steht über Leitungen 101 und 102 mit der Primärseite eines Abwärtstransformators 1OO in Verbindung. Die Sekundärseite des Abwärtstransformators ist über Leitungen 106 und 107 an eine Koronazelle 105 angeschlossen. Die Abwärtstransformation wird bei Leistungspegeln von mehr als einigen kW notwendig. Es ist unpraktisch, Aufwärts-Impulstransformatoren mit den erforderlichen Eigenschaften bezüglich Bandbreite, Induktivität usw. für höhere Leistungspegel aufzubauen. Abwärtstransformatoren können jedoch ohne weiteres

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vorgesehen werden. Das Ausgangssignal der Vorspannungsquelle wird der Koronazelle 105 über die Leitungen 82 und 107 zugeführt.

Im Betrieb der Anordnung nach Fig. 4 erfolgt die Einstellung derart, daß die Spannungsquelle 70 eine Gleichspannung von ungefähr 10 000 bis 100 000 V erzeugt, die ander Anode 62 der Schaltröhre 60 und an der einen Seite der Impulsformerschaltung 84 erscheint. Die Gleichspannungsquelle 80 wird so eingestellt, daß sie eine Gleichspannung von ungefähr 10 bis 10 000 V abgibt, die an die Elektroden der Koronazelle 105 angelegt wird. Der Impulsgenerator 64 liefert eine Ausgangsfrequenz im Bereich von 0,1 bis 200 kHz bei einer Spannung zwischen ungefähr 100 und 10 000 V.

Bei der Impulsformerschaltüng 84 sind die Induktivitäten 85, und 87 so bemessen, daß sie einen Wert zwischen ungefähr 1,0 und 1 000 /UH haben; die Kapazitäten 91, 92 und 93 haben einen Wert zwischen ungefähr 10" und 1 /UF. Wird die Impulsformerschaltung mit einem Impuls von dem Schaltröhrenkreis beaufschlagt, erscheint das Ausgangssignal der Impulsformerschaltung an dem Abwärtstransformator 100. Der Abwärtstransformator 1OO hat vorzugsweise ein Windungszahlenverhältnis zwischen Primärseite und Sekundärseite von ungefähr 1 : 2 bis 1 : 100; in Folge dessen können die Induktanzwerte der Stromquelle ohne weiteres an diejenigen der Koronazelle angepaßt werden.

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JV

Entsprechend einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung wird ein Reaktionssystem benutzt, bei dem ein Reaktionsgasstrom durch einen Koronareaktionsspalt hindurchgeleitet wird, wobei in dem Spalt elektrische Energie in Form schmaler Impulse mit solcher Frequenz freigesetzt wird, daß das Reaktionsgas einer begrenzten Anzahl von Koronaimpulsen, vorzugsweise nicht mehr als ungefähr 5 bis 100 elektrischen Impulsen, ausgesetzt wird, bevor es aus dem Spalt abgezogen wird. Das Gas wird dann vorzugsweise in einer koronafreien Zone oder einem Aufnehmer für eine Zeitspanne gehalten, die ausreicht, um eine Rekombination der schweren Gasionen zuzulassen. Um die Rekombinationsgeschwindigkeit zu erhöhen, wird das Reaktionsgas vorzugsweise unter einem Überdruck gehalten.

Wie oben erläutert ist, reichen die Dauer und Amplitude des Energieimpulses aus, um Elektronen so weit zu beschleunigen, daß eine gewünschte chemische Reaktion erfolgt. Die Impulsdauer liegt jedoch erheblich unter der Zeitspanne, die ein Gasion benötigt, um so weit beschleunigt zu werden, daß es nennenswert Energie aufnimmt. Die Gasdurchflußmenge des Reaktionsgases durch den Koronaentladungsspalt wird vorzugsweise so hoch gehalten, daß während vorgegebener Koronaimpulse gebildete Gasionen abgeführt, d.h. durch die Bewegung des Reaktionsgasstroms aus dem Spalt herausgespült werden, bevor weitere Koronaimpulse angelegt werden. Auf diese Weise

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werden die geladenen Gasmoleküle oder -ionen nicht durch nachfolgende Energieimpulse so weit beschleunigt, daß ihnen eine höhere kinetische Energie vermittelt wird, die in Abwärme umgesetzt wird.

In Fig. 7 ist mit 111 eine Reaktionsgasquelle bezeichnet. Bei dem Reaktionsgas kann es sich beispielsweise um ein sauerstoffhaltiges Gas handeln, wenn Ozon erzeugt werden soll. Die Reaktionsgasquelle 111 ist über eine Leitung 112 an einen Koronagenerator 113 angeschlossen. Vorzugsweise ist die Koronareaktionszone des Generators 113 bezogen auf die Gasströmung kurz, d.h. das Verhältnis von Breite zu Länge ist bezogen auf die Richtung des Gasstromes größer als 2 : 1 und erreicht vorzugsweise Werte bis herauf zu 100 : 1. Das bei 111 angelieferte Reaktionsgas steht unter einem ausreichenden Druck, um für die gewünschte Gasdurchflußmenge durch den Generator 113 hindurch zu sorgen. Der Koronagenerator 113 ist seinerseits über eine Leitung 114 an einen Reaktionsproduktaufnehmer 115 angeschlossen. Letzterer steht über eine Leitung 116 mit einem zweiten Koronagenerator in Verbindung, der eine Auslaßleitung 118 aufweist. Der zweite Koronagenerator 117 ist wahlweise vorgesehen. Er wird benutzt, wenn mit einer hohen Konzentration der gewünschten Reaktionsteilnehmer und des Reaktionsproduktes gearbeitet werden soll. Es versteht sich, daß auch mehr als zwei Koronageneratoren vorgesehen sein können, so lange nur jedem

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zusätzlichen Koronagenerator ein weiterer Reaktionsproduktaufnehmer zugeordnet ist.

Fig. 7 zeigt ferner eine weitere abgewandelte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, entsprechend der das Reaktionsprodukt, das in dem Reaktionsproduktaufnehmer 115 enthalten ist, über eine Leitung 119 zu dem Koronagenerator 113 zurückgeleitet werden kann. Dieser wahlweise Rücklauf wird benutzt, um für eine höhere Konzentration des Ozons oder eines anderen Reaktionsprodukts zu sorgen, als sie normalerweise bei einem einmaligen Durchlaufen des Koronagenerators erhalten wird.

Der Reaktionsproduktaufnehmer 115 kann nicht nur das Reaktionsprodukt speichern, das einen bestimmten Koronagenerator, beispielsweise den Generator 113, verläßt, sondern kann zusätzlich auch herangezogen werden, um das Gas für eine Zwischenzeit zwischen der Beaufschlagung mit einer Koronaentladung aufzunehmen, so daß eine Rekombination von positiv und negativ geladenen Ionen erfolgen kann, die in jeder der Koronagenerationsstufen anfallen. Der Reaktionsproduktaufnehmer 115 kann des weiteren mit einer Kühleinrichtung ausgestattet sein, um überschüssige Wärme zu beseitigen, die sich unter Umständen gebildet hat.

Im Rahmen der Erfindung kann, wie geschildert, mit mehreren Koronageneratoren gearbeitet werden, denen vorzugsweise

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- 3t\ -

Reaktionsproduktzwischenspeicher zugeordnet sind, so daß das Reaktionsprodukt jedes Koronagenerators zurückgehalten werden kann, bevor es einer weiteren Behandlung durch eine Koronaentladung unterzogen wird. Das vorliegend erläuterte Verfahren läßt sich auch unter Verwendung eines einzigen Koronagenerators durchführen, insbesondere, wenn ein Reaktionsprodukt erzeugt werden soll, das nur eine geringe Menge des Sollprodukts enthält.

Fig. 7 läßt ferner eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens erkennen, bei der schwere Gasionen neutralisiert werden, indem eine neutralisierende teilchenförmige Feststoffoder Flüssigkeitskomponente zugesetzt wird. Entsprechend Fig. 7 ist eine Neutralisationskomponentenquelle 120 über eine Leitung 121 an die Verbindungsleitung 112 angeschlossen.

Im Betrieb wird eine neutralisierende Komponente, bestehend aus negativ geladenen Teilchen aus einem feinunterteilten Feststoff oder einer Flüssigkeit, beispielsweise Kieselgel, Ruß oder Wasser mit einer Teilchengröße von ungefähr 0,001 bis 0,1 /um, von der Quelle 120 (Fig. 7) angeliefert und über die Leitung 121 dem Einsatzgasstrom in dosierter Menge zugesetzt. Die Menge der zugesetzten Neutralisationskomponente entspricht näherungsweise der Menge, die für eine negative Ladung für jedes positiv geladene Gasion sorgt, das in dem Koronaentladungsspalt vorhanden ist.

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Vorzugsweise wird als Neutralisationsmittel ein Wasseraerosol in solcher Menge zugegeben, daß ein Wasser/Ozon-Gewichtsverhältnis von ungefähr 25 erhalten wird. Dieser Schätzwert wird erhalten, wenn man annimmt, daß bei der Erzeugung von 2% Ozon aus einem Sauerstoffeinsatzgas ein freies beschleunigtes Elektron ungefähr 500 Ozon-Moleküle bildet. Wird dem Sauerstoffeinsatzgas Wasser in Form von Tröpfchen mit einem Durchmesser von O,O1 /um zugesetzt, hat

-19

ein Tröpfchen ein Gewicht von 10 g; es umfaßt 0,3 · 10 Wassermoleküle. Da jedes Elektron (das entsprechend der vorstehenden Annahme ungefähr 5OO Ozonmoleküle erzeugt) zur Bildung eines positiv geladenen Gasions führt, kann davon ausgegangen werden, daß 60 Wassermoleküle, d.h.

V 0,3 ■ 10⁵
_N_ _m _

je Ozonmolekül erforderlich sind. Umgerechnet auf Gewichtsverhältnisse folgt, daß ein Gewichtsteil Ozon ungefähr 25 Gewichtsteile Wasser erfordert, um für das gewünschte Ergebnis zu sorgen, weil

N
H₅O Mol.Gewicht H₉O -\Q

— ■ =60 =25.

^N0₃ Mol.Gewicht O₃

Das feinzerteilte Wasser kann dem Reaktionsgasstrom zweckmäßigerweise in der Form eines Aerosols zugesetzt werden,

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das aus gesättigtem Dampf erhalten wird. Sollen ausgehend von dem Einsatzgas 2 'Gew.% Ozon erzeugt werden, ist ausreichend Feuchtigkeit (Dampf) zuzusetzen, um ein Einsatzgas zu erhalten, dessen Taupunkt bei ungefähr 80 C liegt.

Die erforderliche negative Ladung läßt sich auf die feinunterteilte Neutralisationskomponente aufbringen, indem ein feinzerteiltes Flüssigkeits- oder Feststoff-Aerosol durch ein elektrisches Feld hindurchgeleitet wird. Um die gewünschte Ladung auf die Teilchen aufzubringen, lassen sich handelsüblich verfügbare Einrichtungen benutzen, wie sie beim elektrostatischen Farbspritzen oder beim elektrostatischen Niederschlagen von Feststoffen eingesetzt werden. So können die geladenen Teilchen erzeugt werden, indem ein Aerosol der Teilchen zwischen einander gegenüberliegenden Platten hindurchgeleitet wird, die mit einer unter der Überschlagspannung liegenden Spannung beaufschlagt sind, vorzugsweise einer Wechsel- oder Gleichspannung von ungefähr 500 bis 30 000 V je cm Plattenabstand.

Patentansprüche:

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Leerseite

Claims

Int. Cl. ²:

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

BOI K 1/00

C 01 B 13/11

Offenlegungsschrift 26 17 104

Aktenzeichen:

Anmeldetag:

Offenlegungstag:

P 26 17 104.0-41 17. 4.76
26. 5.77

Unionspriorität: 17.11.75 USA 632580

Bezeichnung: Verfahren zur Durchführung von Koronaentladungsreaktionen

Zusatz zu: Anmelder:

Vertreter: Erfinder:

P 26 10 809.8 Union Carbide Corp., New York, N.Y. (V.St.A.)

Schwan, G., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 8000 München Lowther, Frank Eugene, Buffalo, N.Y. (V.St.A.)

Prüfungsantrag gem. § 28 b PatG ist gestellt

β 5.77 709 821/887

Patentansprüche

,1) Verfahren zur Durchführung von Koronaentladungsreaktionen, bei dem ein Reaktionsgas durch einen Koronaentladungsspalt hindurchgeleitet und in dem Spalt elektrische Energie in Form schmaler Impulse freigesetzt wird, indem unter Ausbildung einer Koronaentladung in dem Spalt befindlichen Elektronen und Gasionen Energie zugeführt wird, nach Patent 26 10 809, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen zur Erzielung einer produktiven Reaktion des Reaktionsgases mit Energie beaufschlagt und Gasionen aus dem Spalt beseitigt werden, um eine unproduktive Energiebeaufschlagung der Ionen zu minimieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen mit Energie beaufschlagt werden, indem in dem Spalt elektrische Energie in Form schmaler Impulse freigesetzt wird, deren Breite kleiner als die Gasionenlaufzeit über den Spalt und größer als die Elektronenlaufzeit ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasionen beseitigt werden, indem das Reaktionsgas aus dem Spalt abgeführt und eine Rekombination der Gasionen zugelassen wird, bevor die nächste Koronaentladung erfolgt.

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OfilÖlNAL INSPECTEt
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Beseitigen der Gasionen in dem Spalt ein selektives elektrisches Ionen-Neutralisationsfeld angelegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Beseitigen der Gasionen eine negativ geladene Gasionen-Neutralisationskomponente zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Beseitigen der Gasionen ein schwächerer Energieimpuls von umgekehrter Polarität angelegt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas Sauerstoff enthält und Ozon erzeugt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Entladungsspalt von einer Breite zwischen ungefähr 0,1 und 10,0 mm gearbeitet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsspalt zwischen Elektroden ausgebildet wird, zwischen die ein Dielektrikum mit einer Dicke von 0,1 bis 10,0 mm und einer auf Vakuum bezogenen relativen Dielektrizitätskonstante von 2,0 bis 200 eingebracht ist, dessen Durchschlagsfestigkeit ausreichend hoch ist, um der angelegten Spannung standzuhalten.

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10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas auf einem Druck von -0,1 bis 3,0 atü gehalten wird,
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas auf einer Temperatur von unter ungefähr 1OO°C gehalten wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführte Energie eine Frequenz von 0,1 bis 200 kHz. hat.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die zugeführte Energie eine Spannung von 2,0 bis 200 kV hat.
14. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schmalen Impulse eine Dauer von ungefähr 1 bis 50 % der Laufzeit der einfach geladenen Gasionen haben.
15. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Neutralisationsfeld eine positive, eine negative und/oder eine Wechselspannung vorgesehen wird, deren Größe zwischen ungefähr 0,1 und 50 % des Ionisationspotentials liegt.

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16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse von einer Rechteckspannungsquelle über eine Induktivität zugeführt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Impulsen von gleicher Polarität gearbeitet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Impulsen von wechselnder Polarität gearbeitet wird.
19. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als negativ geladene Neutralisationskomponente feinunterteilte Feststoffteilchen und/oder Flüssigkeitsteilchen mit einer Teilchengröße von weniger als ungefähr 0,1 /um verwendet werden.
20. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas vor dem Abführen aus der Zone weniger als ungefähr 100 Impulsen ausgesetzt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Spalt gearbeitet wird, der bezogen auf die Richtung des Gasstroms ein Breiten/Längen-Verhältnis zwischen ungefähr 2 ; 1 und 100 : 1 hat.

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22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas 5 bis 100 Impulsen ausgesetzt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas 2 oder mehr Koronaentladungen ausgesetzt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß das Gas zwischen der Beaufschlagung mit den Korona-

-3 2 impulsen für eine Zeitspanne von ungefähr 10 bis 10 s unbeaufschlagt bleibt.
25. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas Sauerstoff enthält und Ozon erzeugt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsgas Luft verwendet wird.
27. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsgas Feuchtluft verwendet wird.
28. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsgas Sauerstoff verwendet wird.
29. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeführte Reaktionsgas unter einem Überdruck gehalten wird.

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3O. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeführte Gas gekühlt wird, bevor es der nächsten Koronaentladung ausgesetzt wird.

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