DE2705094A1

DE2705094A1 - Koronaentladungsapparat

Info

Publication number: DE2705094A1
Application number: DE19772705094
Authority: DE
Inventors: Petre Dipl Ing Teodorescu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-02-08
Filing date: 1977-02-08
Publication date: 1978-08-17
Also published as: DE2705094C2

Description

Koronaentladungsapparat
Die Erfindung betrifft einen Koronaentladungsapparat zur kontinuierlichen Erzeugung von Ozon aus Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Gasen, die durch einen ringförmigen Entladungsraum transversal strömen.
Die in diesem Patent beschriebenen Koronaentladungszellen, -module und -apparate dienen als Ozonquelle. Das mit hoher Ausbeute erzeugte Ozon kann sofort bei bestimmten chemischen Verfahren und bei technischen und wissenschaftlichen Anwendungen benutzt werden, wie z.5.
Oxidationareaktionen in der chemischen Industrie, Trinkuasserautbereitung, Abwasserbehandlung, Zuluft- und Abluftaufbereitung, Vernichtung der Keime, Bakterien und Schimmelpilze in Kühl- und Lagerräumen sowie Laborarbeiten in Technik und Wissenschaft. Obwohl die wichtigste Benutzung der Koronaentladungsapparate die Ozonerzeugung ist, können diese Apparate ohne Veränderungen auch für die Behandlung anderer Gase mittels elektrischer stiller Entladungen benutzt werden.
Die technischen Ozonapparate erzeugen Ozon mittels der sogenannten Koronaentladungen oder stiller elektrischer Entladungen zwischen zwei von einem Dielektrikum und einen Luftspalt getrennten metallischen Elektroden, die an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen werden, während die Luft oder Sauerstoff durch den Entladungsraum durchströmt. Die Ozonbildung verläuft endotherm 1,5 02 =~ °3 ( H = 34,5 Kcal) aber es muß beachtet werden, daß diese Gleichung die Summe der stark endothermen Sauerstoffspaltung 0,5 °2 = O (=H = 59,1 Kcal) und der exothermen Ozonbildung 0 + 02 = °3 (=H =-24,6 Kcal) ist.
Die letzte Gleichung zeigt, daß die hohe Temperatur den Ezonzerfall bewirkt. Daraus folgt, daß es vorteilhaft ist, bei niedriger Temperatur zu arbeiten, bzw. das Ozongemisch sofort nach Bildung des Ozons stark zu kühlen.
Die theoretische Menge von 1200 g 03/KWh wird nie erreicht,da der grö3te Teil, bis 905G, der aufgewandten elektrischen Leistung als Verlustwärme frei wird, besonders an der Oberfläche des Dielektrikann. Die meisten kommerziellen Gzonerzeuger gebrauchen als Gielektrikum Glasröhren oder Glasplatten, vorzugsweise aus Sorosilikatglas. Sie sind wasserrekühlt und bei den verbreiteten Röhrenozonisatoren ist in den meisten Fällen nur eine der Elektroden in Berührung mit dem Kühlwasser. Ein anderer Nachteil dieser Czonisatoren ist eine ungleichmäaige Erwärmung des Entladungsraumes und des Dielektrikums, die in der Ausströmungstone wärmer als in der Einströmungszone sind. Die höhere Temperatur der Ausströ:nungszone verursacht den Ozonzerfall und eine Ausbeuteminderung. Die wassergekühlten Röhrenozonisatoren beanspruchen viel Raum, sind schwer und die Wartungsarbeiten sind mühsam und kostsolelig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die flachteile der bekannten Koronaentladungsapparate zu vermeiden und ein neues Verfahren und neue Apparate zu entwickeln, die zu einer weiteren Erhöhung der Ozonausbeute mit gleichzeitiger Verminderung der Investitions- und Betriebskosten führt.
Die Grundvorrichtung dieser Erfindung ist eine luftdichte Koronaentladungszelle, die aus zwei koaxial montierten,leitenden, röhrförmigen Elektroden und einer zwischen Elektroden eingesteckten nuL dielektrischen Röhre besteht, so daß an Luftspalt zwischen der dielektrischen Röhre und einer der Elektroden entsteht. Der Luftspalt ist ringförmig und wird als Entladungsraum bezeichnet. Das Dielektrikum wird gegen einer der Elektroden gedrückt oder geklebt, oder die leitende Elektrode wird als metallischer Überzug oder als elektrisch leitende Schicht auf die Cberfläche des Dielektrikums aufgebracht, so daß es keinen Zwischenraum mehr gibt.
Die Spaltbreite des Entladungsraums ist ein wichtiger Parameter der Koronaentladungszelle und hat einen vorgegebenen optimalen Wert, vorzugsweise zwischen 1,C und 2,5 mm.
Bei vielen Ausführungsformen der Koronaentladungszelle sind die beiden leitenden Elektroden aus Metallröhren, aber es gibt Zellen, bei oenen die in Berührung mit dem Dielektrikum stehende Elektrode ein leitender ueberzug ist, der eine Metallfolie, ein metallgitter, Cn thermisch aufcebrachter Metallüberzug, ein galvanischer Überzug, eine chemische Metallabscheidung, ein Überzug aus der Damfphase, u.dgl. sein kann. Die Elektroden werden an eine Wechselspannungsquelle mit einer Spannung bis 20 000 - 25 000 V angeschlossen. Die beliebten dielektrischen Röhren sind die Clasröhren (Borosilikatglas), aber man kann auch Röhren aus organischen oaer anorganischen Stoffen mit guten dielektrischen Eigenschaften verwenden.
Die mit elektrischen Koronaentladungen zu behandelnden Case strömen durch den ringförmigen Entladungsraum transversal durch, das heißt, daß die Ebenen, in denen die Stromlinien des Gasstromes liegen, senkrecht auf der gemeinsamen Achse der Elektroden stehen. Um die transversale Durchströmung zu realisieren, ist die metallische Llektrode, die nicht in Berührung mit dem Dielektrikum steht, mit zwei Reihen von Löchern versehen. Diese Löcher befinden sich auf zwei diametral entgegengesetzten nantellinien und können verschiedene Formen haben : Rundlöcher, Mehrkantlöcher, kleine 1onitudinale Schlitze, ein durchgehender Schlitz, u.dgl. Das zu ozonisierende Gas wird durch eine Reihe von Löchern zugeführt und durch die entgegengesetzte Reihe von Löchern entfernt. Bei einer praktischen Realisierung könnte man jedes Loch mit eine. Stutzen versehen, aber die beste Lösung ist die Anwendung von zuel Kammern, einer Einströmkammer und einer Ausströmksmmer.
Die Einströmkammer bedeckt eine ganze Reihe von Löcher und hat einen Einlaßstutzen zur Einführung des Gasstromes, der die Einströmkammer füllt, und durch die Einströmlöcher in den Entlsdungsraum einströmt. Die Ausströmkammer bedeckt die entgegengesetzt.
Reihe von Löchern und dient zur Sammlung des Ozon enthaltenden Gases, das durch die Ausströmlöcher des Entlsdungsrsumes ausströmt.
Der Gasstrom verläßt die Ausströmkammer durch einen Auslaßstutzen und fließt weiter zum Merbraucher.
Das Querschnittprofil der Ein- und Ausströmksmmern ist unuichtig für die Gasströmung und wird nur von den Konstruktionserfordernissen bestimmt. Der Entladungaraum muß zur Abdichtung mit 2uei ozonbeständigen elastischen Dichtungsmanschstten versehen werden, die gleichzeitig als Abstandringe zwischen der dielektrischen Röhre und der Gegenelektrode dienen. Durch Umkehrung des Gasstromes ist die Funktion der Koronaentladungszellen nicht Oestört, weil die ganze Konstruktion symmetrisch ist.
Die Koronaentladungszelle wird mit erzwungener Luft, die durch erzen Lüfter bewegt wird, gekühlt. Eine Kühlung durch natürlichen Luftzug und Strahlung genügt nur, wenn die angelegte Leistung gering ist. Für besondere Fälle kann man Ölkühlung nutzen, wobei ein ölbad, eine Ölpumpe und ein Öl-Luft-Kühler oder ein Öl-Wasser-Kühler erforderlich sind. Eine Wasserkühlung ist auch möglich, wenn die dielektrische Röhre an einem Ende geschlossen ist. Für die Intensivierung des Kühleffekts können die metallischen Außenteile der Zelle mit Rippen ausgerüstet werden.
Die Anwendung der einzelnen Koronaentladungszelle mit metallischer Außenelektrode ist praktisch und empfehlungswert nur für kleine Ozonerzeuger. Der Erfindung gemäß gibt es die Möglichkeit mehrere Zellen zu gruppieren, um größere Apparate oder Anlagen zu bsuen, so daß neue Strukturen entstehen, die als module bezeichnet werden.
Es folgen einige Beispiele: a/ Modul mit alternierenden Kammern, der zwischen zwei nscheinander zu gruppierenden Zellen eine gemeinsame Einström- oder Ausströmkammer, gekürzt GEK oder GAK, hat. Wenn die einzelnen Kammern einer Koronaentladungszelle mit metallischer Außenelektrode symbolisch als EK (Einströmkammer) und AK (Ausströmkammer) und der bleibende Kern als K (Elektroden + Dielektrikum) bezeichnet werden, dann kann man den Modul schematisch wie folgt beschreiben: EK - K - GAK - K - GEK - K - ..... -AK oder EK . Die letzte Kammer ist AK bei Strukturen mit ungeraden Kennzahlen und EK bei Strukturen mit geraden Kernzahlen. Die Einlaßstutzen der Einströmkammer, EK und GEK, sind an einem gemeinsamen Einlaßrohr und die Auslaßstutzen der Ausströmkammer, AK und GAK, sind an einem gemeinsamen Auslaßrohr angeschlossen, so daß der Modul, als Ozonerzeuger betrachtet, nur ein Einlaßrohr und ein Auslaßrohr hat. Die ganze Ozonproduktion eines Moduls mit n Kernen ist n-mal größer als die Produktion einer einfachen Koronaentladungszella.
b/ Kaskadenmodul, bei dem die zu gruppierenden Zellen in einer Reihe stehen, so daß der Gasstrom alle Zellen nacheinander durchströmt.ElIl Ende des Moduls hat eine einfache Einströmkammar EK mit Einlaßrohr . Am anderen Ende ist eine einfache Ausströmkammer mit Auslaßrohr. Zwischen zwei Kernen K (Elektroden +Dielektrikum) befindet sich eine Kammer, die für den ersten Kern Ausatrömkammar und für den zweiten Kern Einströmkammer ist. Dies. Ausström- Einströmkammer (AEK) haben keine Stutzen. Folglich hat der Kaskadenmodul nur ein Einlaßrohr und ein Auslaßrohr.Das folgende Schema zeigt die Anordnung eines Kaskadenmoduls: EK - K - AEK - K - AEK - K - .... - AK. Diese Anordnung ist sehr geeignet um hohe Ozonkonzentrationen zu erzeugen.
c/ Parallelmodul mit getrennten Zellen. Die Koronaentladungszellen sind fest miteinander verbunden, während alle Einlaßstutzen an einem gemeinsamen Einlaßrohr und alle Auslaßstutzen an einem gemeinsamen Auslaßrohr angeschlossen sind. Also hat dieser modul nur ein Einlaßrohr und ein Auslaßrohr. Die ganze Ozonproduktion eines aus n Zellen hergestellten Moduls ist n-mal größer als die Produktion einer einfachen Koronaentladungszelle.
d/ Parallelmodul mit einer gemeinsamen Einströmkammer und einer gemeinsamen Ausströmkammer. Zwischen zwei parallele flache Kammern wird die Reihe von Zellenkernen eingebaut. Die Einströmkammer bedeckt alle Einströmlöcher der Elektroden und hat nur: ein Einlaßrohr. Die Ausströmkemmer bedeckt alle Ausströmlöcher der Elektroden und hat nur ein Auslaßrohr. Die ganze Ozonprodukzion eines aus n Zellenkernen hergestellten Moduls ist n-mal größer als die Produktion einer einfachen Koronaentladungszelle.
Die Kernachsen des unter a bis c beschriebenen Moduls liegen parallel in derselben Ebene, so daß dadurch eine gerade beliebte Struktur ensteht. Den Konstruktionserfordernissen gemaß können diese Achsen sogar in verschiedenen Ebenen liegen, wodurch neue Strukturen erscheinen.
Zur Vergrößerung der in der Zeiteinheit in technischem Maßstab erzeugten Ozonmenge werden Module der erfindungsgemaßen Art in größerer Anzahl gasströmungsmäßig parallel geschaltet. Die Gruppierung von mehreren Modulen in demselben Raum, Gehäuse, Bad, u.dgl., um einen Apparat oder eine Anlage zu realisieren, erfordert keine komplizierten oder teueren Bauelemente und Materialien und bietet die Möglichkeit, nur so viele Module anzuordnen, bis die gewünschte Produktionskaoaiität erreicht ist.
Im Prinzip werden alle Einlaßrohre/Auslaßrohre an einer gemeinsamen EinlaEleitung/AuslaEleitung angeschlossen, so daß der Apparatur zwei Rohrleitungen braucht, eine für die Versorgung mit Sauerstoff oder mit Sauerstoff enthaltenden Gasen und die andere für die Ableitung der ozonhaltigen Gase. Wenn die Einlaß- und Auslaßleitung außerhalb des Raumes, Gehäuses, u.dgl. aufgestellt werden, können auch die Anschlüsse zwischen diesen Leitungen und den Einla0- und Auslaßrohren der Module außen montiert werden, was die Montierung und Demonticrung der einzelnen Module leicht macht. liest beliebten Anordnungen schließen nicht andere interessante und praktische Bauformen aus.
Die Lage der im Innen raum des Gehäuses eingebauten Module ist ohne Bedeutung. Man kann also die einzelnen Module horizontal,vertikal oder schräg anordnen und die gewählte Lage wird besonders von den Konstruktionserfordernissen und von der Realisierung einer wirksamen Kühlung bestimmt. Der Einbau der Module erfolgt durch Anhängen, Anschrauben, Einklemmen, Auflegen, u.dgl.mittels Gerüste, Schienen, Klemmen, Schellen, u.dgl.
Bei der Luftkühlung sollen die Achsen der Zellen und die Stromrichtung der Kühlluft parallel sein, und der Raum, Gehäuse u.gl.wird mit Öffnungen für Kühllufteintritt und -austritt versehen. Für die Kühlung mit dielektrischen Ölen wie z.9. Transformatorenöl, Clophen u.dgl. braucht man ein Bad oder einen Behälter und die entsprechenden Vorrichtungen zur Kühlung des umgeuälzten Öl: Ölpumpe und einen Öl-Luft-Kühler oder Öl-Wasser-Kühler.
Auch die Kühlung mit Wasser ist möglich, nach einer entsprechenden Änderung der Koronaentladungszellen oder der Module, und zwar: Das im Wasser befindliche Ende der Zelle oder des Moduls wird wasserdicht verschlossen, so das nun das Dielektrikumende im Innen raum der Außenelektrode steht und auf der UerschluBscheibe sitzt. Um einen Auslauf der im Entladungsraum zu behandelnden Case zu verhindern, ist das Dielektrikumende mit einem ozonceständiqen Stopfen oder dgl. verschlossen. Die GlasröhrEn können auch durch Verschmelzung geschlossen werden.
Eine vorteilhafte Bauform eines Apparates mit mehreren geraden Modulen wird im folgenden beschrieben. Im oberen Raum eines Schrankes werden parallele horizontale ProfilsLhienen eingebaut, die gleiche Abstande zwischen sich haben und in derselben Ebene liegen. Jeder Modul hat die beiden Oberseiten mit Kreisen oder Reichen versehen, mit Hilfe derer an den beiderseitigen horizontalen Schienen hangt, was eine Hin- und Herbewegung des Moduls möglich macht. Die Enden der Einlaß- und Auslaßrohre der Module befinden sich außerhalb des Schrankes, wo sie an die Einlaß- und Auslaßleitung angeschlossen werden können. Zu diesem Zweck ist eine Wand des Schrankes mit entsprechenden Löchern versehen, durch die diese Enden bei der Montage durchdringen können, während die Module durch eine in der Gegenwand eingebaute Tür in den Raum gesteckt werden.
Jeder modul wird mit einer Hochspannungssicherung und einem Schalter ausgerüstet, die auf einem unter den modulen Anschlußbrett aufmontiert werden. Das bewegliche Messer des Schalters wird an dem Modulkörper befestigt und gibt elektrischen Kontakt nur, wenn der Modul in Betriebslage steht. Die an die Sicherung angelegte Hochspannung wird durch den Schalter, das bewegliche Messer und ein isoliertes Kabel zu einer Expansionsklemme zugeführt, die eine elektrische Verbindung zur inneren Metallelektrode schafft. Von dieser Elektrode wird die Hochspannung mittels flexibler isolierter Kabel und Expansionsklemmen weiter zu den anderen Innenelektroden des Moduls geleitet.
Die im Innenraum des Apparates eingebauten Module werden mit Luft gekühlt, die von einem Lüfter bewegt wird. Der Luftstrom wird z.B. von unten durch eine Öffnung des Schrsnkbodens in den Innenraum geleitet, strömt entlang der Modulkerne und verlnßt den Apparat durch eine Öffnung der Gecke. Die Kühlung wird noch besser durch Ausrüsten der metallischen Oberflächen der Module mit Rippen.
Bei anderen Ausführungsformen einer Koronaentladungszelle sind die Einström- und Ausströmkammer im Innenraum der Zellen eingebaut. Ein metallischer Hohl zylinder, der als Hochspennungselektrode dient, ist durch eine longitudinale Wand in zwei gleiche Kammer abgeteilt: die Einström- und Ausströmkammer. Anqeschweißte oder geklebte Scheiben oder Stopfen verschließen die beiden Enden des Zylinders, der in den Innenraum einer dielsktrischen Röhre gesteckt ist, so daß zwischen dem Zylinder und der Röhre einen ringförmiger Entladungsraum entsteht. Ein Ende IdSr RÆihrbS; di am besten eine Glasröhre ist, wird geschlossen. Man kann nun die Zelle durch Eintauchen ins Wasser kühlen, das gleichzeitig als zweite Elektrode dient. An der Verschlußscheibe, die sich neben dem offenen Ende der dielektrischen Röhre befindet, wird ein aus Kunststoff hergestellter ozonbeständiger Stopfen koaxiel befestigt, vorzugsweise mit einer Stiftschraube. Der Stopfen paßt gut zum offenen Ende des Dielektrikums, und dadurch wird die zylindrische Elektrode in die richtige Lage gebracht und eine gute Dichtung des Entladungsraumes realisiert. Ein toter Raum bleibt zwischen dem anderen Ende der dielektrischen Röhre und der zylindrischen Llektrode, deren Ausdehnung nicht verhindert wird. Eine ringförmige üichtung blockiert in dieser Zone einen unerwünschten Gasstrom durch den toten Raum.
Auf zwei diametral entgegengesetzten Mantellinien der zylindrischen Elektrode befinden sich zwei Reihen von Löchern, die die Verbindung der Einströmkammer bzw. Ausströmkammer mit dem Entladungsraum ermöglichen.Der Stopfen und die entsprechenden Verschlußscheiben der Elektrode werden an der richtigen Stellen durchbohrt, damit jede Kammer ein Loch und einen Stutzen bekommt.
Der Casstrom wird aurch einen Einlaßstutzen, die Einströmkammer und die dazugehörigen Löcher in den Entladungsraum geführt und verläßt ihn durch die andere Reihe von Löchern, die Ausströmkammer und den Auslaßstutzen und wird dann weiter dem Verbraucher zugeleitet. Also strömen die zu behandelnden Gase durch den Entladungsraum transversal. Die Hochspannung wird an die zentrale metallische Stiftschraube angelegt.
Bei einer Varianten dieser Zelle ist die dielektrische Röhre an den beiden Enden geöffnet und mit einem metallischen Außenüberzug versehen. Die Innenelsktrode ist in der Langsrichtung in drei Räume geteilt, von denen zwei die Einström- und Ausströmkammern sind. Der dritte zentrele Raum het die beiden Enden geöffnet. Der Befestigungsstopfen ist zentrisch durchbohrt. Also gibt ca die Möglichkeit, eine bessere Kühlung zu realialeren, weil die beiden Elektroden mit dem Kühlmittel in Berührung stehen, Ale Kühlmittel kann man nur Luft oder dielektriache Flüssigkeiten, wie Tronefot motorenöl u.dgl., benutzen.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen dar erfindung ergeben sich aua den im folgendem beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungebeiepielen. Le zeigen: Fig. 1 eine teilueire aufgeschnittene Seitenansicht einer Zotonentlsdungsselle mit äußerlicher Einstrbm- und Zucetrörk~ t, Fig.2 einen vergrößerten Querschnitt, gesehen liings der linie A-8 der Fig.1, Fig.3 eine schematische Darstellung eines Moduls mit sechs alternierenden Kammern, Fig.4 eine Seitenansicht des Moduls nach Fig.3, Fig.5 eine schematische Darstellung eines Kaskadenmoduls mit fünf Zellen, Fig.6 eine schematische Darstellung eines Paralielmoduis mit fünf getrennten Zellen, Fig.7 eine schematische Darstellung eines Moduls mit fünf Zellenkernen und nur einer Einströmkammer und einer Ausströmkammer, Fig.8 cie schematische Anordnung eines Koronaentladungsapparates mit vier parallel geschalteten Modulen mit alternierenden Kammern, Fig.9 und 10 zwei teilweise aufgeschnittene Seitenansichten eines Koronaentladungsapparates nach Fig.8, Fig.11 einen Langsschnitt durch eine Koronaentladungszelle mit innerlicher Einström- und Ausströmkammer, Fig.12 eine Draufsicht von oben auf die Koronaentladungszelle nach Fig.11, Fig.13 einen querschnitt, gesehen längs der Linie C-0 der Fig.11, Fig.14 eine Seitenansicht auf die Koronaentladungszelle nach fig.11.
Der Koronaentladungsapparat gemäß der Erfindung besteht in seiner einfachsten Form aus einer Glasröhre 2 als Dielektrikum, zwei metallischen Elektroden 3 und 4, zwei Kammern9 und 11 und zwei Dichtungsmanschetten 6, wie es in Fig.1 und 2 dargestellt ist. Er ist als Koronaentladungszelle 1 bezeichnet. Die Glasröhre 2, deren beide Enden offen sind, wird im Inneren der Gegenelektrode 3 eingesteckt und mittels zwei ozonbeständiger elastischer Dichtungsmanschetten 6 im richtigen Abstand von dieser Elektrode 3 gehalten, so daß ein ringförmiger luftdichter Entladungsraum 5 entsteht.
Uie Elektrode 4 ist ein Aluminiumüberzug, der auf die Innenseite der Clasröhre 2 thermisch aufgebracht wird. Die Glasröhre 2 ist länger als die Gegenelektrode 3, und die zwei außer dieser Gegenelekttode bleibenden Zonen der Glasröhre 2 sind nicht mit Metall bedeckt, um die uneruünschten Funkentlädungen zu verneiden.
Die Gegenelektrode 3 hat zwei Reihen von Löchern 7 und a, die sich auf zwei aiametral entcecengesetzten Mantell 5 ien befinden. Die beicen gleichen metallischen Kammern ' e und 11 sind an die Gegenelektrode 3 geschweißt. Die Linströmkammer 9, die mit dem Einl2G-stutzen 10 ausgerüstet ist, bedeckt die Einsarömlizcher 7, und die Ausströmkammer 11, die mit dem Auslaßstutzen 12 zusgerüstet ist, bececkt die Ausströmlöcher 8.
Der Gasstrom wird durch den Einlaßstutzen 10, die Einströmkarnmer 9 und die Einströmlöcher 7 in den Entladungsraum 5 geleitet, strömt durch diesen Raum transversal hindurch und verläßt ihn durch die Pusströmlöcher 8, die Ausströmkammer 11 und den Auslaßstutzen 12.
Dann Lird der Gasstrom weiter zum Verbraucher geführt. Eine cute Verteilung bzw. Sammlung des Gasstromes ist realisiert, wenn der Abstand zwischen Löchern 7 bzw. 8 nicht größer als 1;-2C mm ist und der Durchmesser dieser Löcher etwa 1,0-2,0 m betr-gt. ra die Koronaentladungszelle 1 eine symmetrische Konstruktion aufweist, stört eine umkehrung des Gasstromes nicht die gute Funktion dieser Zelle.
Die von dem Transformetor 13 gelieferte Hochspannung wird zur Elektrode 4 durch die isolierte Leitung 14, die Hochspannungs-Echmelzsicherung 17 und die Expansionsklemme 16 geführt. Die Anschlußklemme 15 des Transformators 13 sowie die Elektrode 3 sind mit der Erde verbunden. Die Koronaentladungszelle 1 ist mit erzwungener Luft gekühlt, die durch einen Lüfter bewegt wird, vorzugsweise rings der Zelle, damit auch das Dielektrikum bzw. die Elektrode 4 in Berührung mit dem Luftzug kommen.
Ein Modul 18 mit fünf alternierenden Kammern ist in Fig.3 schemetisch daroestellt. Die Achsen der Kerne liegen in derselben Ebene, so daß die Struktur des Moduls 18 flach ist. Man kann die folgenden kammern unterscheiden: eine einfache Einströmkammer 19, eine einfache Ausströmkammer 22, cie gemeinsamen Einströmkammern 21 und die gemeinsamen Ausströmkammern 20. Der Gasstrom wird durch des Einlaßrohr 23 zugeführt und verläßt den Modul 18 durch das AuslaG-roher 24. Eine in Fig. 4 dargestellte Seitenansicht des Moduls 1 verenschaulicht seine kompakte Struktur.
Jeder Zellenkern 1a des Moduls 18 zeigt die gleiche Funktion wie eine Koronaentladungszelle 1. Bei einem entsprechenden Gasdurchfluß ist die Gzonproduktion des Moduls 18 fünfmal größer als die der Zelle 1, Lssnn die anderen Parameter gleich bleiben Fig.S zeict schematisch einen Kaskadenmodul 25, in dem fünf Zellen 1b eingebaut sind. Sie veranschaulicht eine einfache Einströmkammer 26, vier Einström-Ausströmkammern 27 und eine Ausströmkammer 28.
Ler Gasstrom wird durch das Einlaßrohr 29 in die Einströmkammer 26 geleitet, strömt durch alle Zellenkerne 1a und alle Einströmr Ausstrümkammern 27 nacheinander durch und verläßt den Modul 25 durch die Einfache Ausströmkammer 28 und das Auslaßrohr 30.
Fig. 6 stellt schematisch einen Parallelmodul 31 mit fünf getrennten Zellen des Typs 1 dar. Die Zellen 1 sind mittels der Verbindungsstücke 32 miteinander verbunden. Die Achsen der Zellen 1 liegen in derselben Ebene. Der durch das Einlaßrohr 33 zugeführte Gasstrom verteilt sich auf die einzelnen Zellen 1, strömt durch diese Zellen hindurch und verläßt sie durch die Auslaßstutzen 12, die an das Auslaßrohr 34 angeschlossen sind.
Fig.7 zeigt schematisch einen Perallelmodul 35 mit fünf Zellenkernen 1c, die zwischen einer gemeinsamen Einströmkammer 36 und einer gemeinsamen Ausströmkammer 37 eingebaut sind. Der Gasstrom wird durch das Einlaßrohr 38 in den Modul 35 geführt und verfaßt ihn curch das Auslaßrohr 39.
Bei einem entsprechenden Gasdurchfluß ist die Ozonproduktion des Moduls 31 bzu. 35 fünfmal größer als die der Zelle 1, wenn die anderen Parameter gleich bleiben.
Fig.8 ist eine schematische Darstellung eines Koronsentlsdungsapparates 40, in dessen Innenraum 41 vier Module des Typs 18 vertikal eingebaut sind, so daß sich die Enden der Einström- und Ausströmrohre 23 bzw. 24 außerhalb des Raumes 41 befinden. Der Innenraum 41 ist von vier Wänden 42, 43* 44, 45 begrenzt. Der Gasstrom wird durch die gemeinsame Einlaßleitung 46, die Ventile 47, die Anschlüsse 4E, die möglichst schnell herstellbar und lösbar sind, und die Einlaßrohre 23 in den Apparat 40 geführt, strömt durch die Module 18 hindurch und verläßt den Apparat durch die Auslaßrohre 24, die Anschlüsse 49, die auch schnell herstellbar und lösbar sind, die Ventile 50 und die Auslaßleitung 51. Weiter wird der Gasstrom, er als Reaktionsprodukt auch gasförmiges Ozon enthält, zum \ierbraucher geleitet. Fig.9 und 10 zeigen Einzelheiten über die Konstruktion des Koronaentladungsapparates 40 und seine Versorgung mit Gas und Hochspannung. An die Profilschienen 52, die im oberen Teil des Raumes 41 horizontal befestigt sind, werden die module 18 mittels der Krempen 53 gehangt. Die Module 18 können sich auf den Schienen 52 hin und her bewegen. Die Wand 44 ist entfernbar oder als Tür montiert, und die Gegenwand 42 ist mit Löchern für die Einström- und Ausströmrohre 23 und 24 versehen, was die Einführung und das Ausziehen der steckbaren Mocule 18 ermöglicht.
t£Jenn ein Modul 18 in den Innenraum 41 eingesteckt und die Betriebslage erreicht wird, dann dringen die Enden der Einlaß- und Auslaßrohre 23 bzw. 24 durch die Löcher der Wand 44 durch,und können mit Hilfe der Anschlüsse 48 bzw. 49 an die Einlaß- und Auslaßleitung 46 bzw. 51 angeschlossen werden. Um die Hin- und Herbewegung der Module 18 nicht zu verhindern, sind die neben der Wand 44 liegenden Enden der Schienen 52 durch die vertikalen Stangen 54 verankert.
Das Hochspannungskabel 55 wird an der metallischen horizontalen Schiene 56 angelegt, die an den Porzellanisolatoren 57 befestigt wird. Parallel der Schiene 56 und in derselben horizontalen Ebene wird die Kunststoffstange 58 festgemacht. Zwischen den Schienen 56 und 58 sind die Hochspannungssicherungen 59 aufmontiert, je eine Sicherung für jeden Modul. Ein messerschalter 60, der auf der Stange 58 aufgelegt ist, hat das bewegliche messer 61 an der Kunststoffstange 62 befestigt, die mit dem Modul 18 verbunden ist.
Durch das Kabel 63 und die Expansionsklemme 64 ist die Hochspannung sn der ersten Innenelektrode des Moduls 18 angelegt. Durch die biegsamen isolierten Kabel 65 und die Klemmen 64 werden alle anderen lnnenelektroden des Moduls 18 mit Hochspannung versorgt.
Der Gasstrom, der durch jeden modul 18 strömt, kann mittels der Ventile 47 und 50 unterbrochen werden. Diese Ventile sind handbetätigte einfache Sitz-oder Schiebeventile, eber.en .kenn für die Fernsteuerung euch Megnetventile benutzen. Nach Unterbrachung dee Gasstromes und Abstellen der Hochspannung ist die lontate: uttS das Ausziehen eines Moduls 18 möglich. Sei einer ganz automatischen Konstruktion des Apparates 40 wird auch jeder Schalter 60 durch einen ferngesteuerten Schalter ersetzt. In diesem Fall wird der Modul 18 automatisch durch Fernbetätigung in/auGer getrieb gesetzt, was wesentliche Vorteile für die Nutzung des Apparates 40 bringt.
Die Kühlung der im Innenraum 41 des Apparates 40 eingebauten Mocule 18 erfolgt durch Zwangsdurchlauf mit Luft, die von einem eußerhalb des Apparates 40 montierten Lüfter bewegt wird. Fic. 9 unc 10 zeigen eine von unten nach oben vertikale Luftbewesung, rie von dem Luftzuführungstrichter 66 und dem Luftabführungstrichter 6SS ermöglicht wird.
Eine Koronaentladungszelle 68 mit innerer Einström- und Ausströmkammer ist in Fig.11, 12, 13 und 14 dargestellt. Im Innenraum der clelektrischen Glasröhre 69,. derer Ende 70 geschlossen ist, wird die zylindrische metallische Hohlslektrode 71 eingesteckt, so deß ein ringförmiger Entladungsraum 72 entsteht. Das Kühlwasser, in das die Clasröhre 65 eintaucht, erfüllt die Funktion einer zweiten Elektrcde, die mit der Erde verbunden ist. Die Enden der zylindrischen Electroce 71 werden von den metallischen Scheiben 73 und 74 dicht verschlossen, am besten durch Anschweißen. Die Trennwand 75 teilt cen Innenraum der Elektrode 71 in zwei gleiche Kammern ein, die Einströmkammer 76 und die Ausströmkammer 77. Der ozonbestndioe hohle Kunststoffstopfen 78, der mit dem Flansch 79 versehen ist, wirt an der Uerschlußscheibe 74 mit Hilfe der metallischen Stiftschraube 80 koaxial befestigt. Ca der Stopfen 78 zum offenen Ende der Clasröhre 69 gut paßt, wird die Elektrode 71 in die richtige Lage cebracht. Die ozonbeständicen elastischen Ringcichtungen 81, cie in die ringförmigen Nuten 82 des Stopfens 78 cut passen, dichter c.en Entladungsraum 72 ab. Gie ozonbeständige elastische Ringdichtung 63 verhindert einen unerwünschten Gasstrom durch den toten Raum 84 und dient gleichzeitig als Abstendhalter zwischen der Glasröhre 69 und der Elektrode 71. Um Druckunterschiede zwischen aem toten Raum 84 und dem Entledungsraum 72 zu vermeiden, bohrt man ein Loch 85 in die Lierschlubscheibe 73.
Auf zwei ciametral entgegengesetzten Mantellinien der Elektrode 71 befinden sich die Reihen von Löchern 86 und 67, die die Gasströmuren zwischen cer Einströmkammer 76 bzu. Ausströmkammer 77 und dem Entladungsraum 72 ermöglichen. Die Achse des Gewindeloches 88/89 aer Verschlußscheibe 74 stimmt mit der Achse des Loches ccs des Stopfens 78 überein. Die Curchmesser der Löcher 9C und 91 sind groß genug, so naß die Montage der Stutzen 92 und 93 nicht behindert ist. Durch Anschrauben der Stutzen 92 und 93 in die Gewindelöcher 88 und 89 wird der Stopfen 78 mit Hilfe der Flansche 94 und 95 in seiner stabilen Lage konsolidiert.
Der Gasstrom wird durch den Schlauch 96, den Stutzen 92, das Loch 88, die Einströmkammer 76 und die Einströmlöcher 86 in den Entladungsraum 72 geführt, strömt durch diesen Raum transversal hindurch und verläßt ihn durch die Ausströmlöcher 87, die Ausströmkammer 77, das Loch 89, den Stutzen 93 und den Schlauch 97. Die elastische Dichtung 101 hat die Funktion eines Stoßdampfers zwischen dem Flansch 79 und der Glasröhre 69. Die Hochspannung des Transformators 99 wird der Elektrode 71 durch die isolierte Leitung 98 zugeführt. Das Ende dieser Leitung wird an die Stiftschraube 80 mit einem Verbindungsstuck 100 verbunden, das aus Kunststoff hergestellt wird.
Alle mit Ozon in Berührung kommenden Teile der Vorrichtungen, die gemäß der Erfindung konstruiert werden, bestehen aus einem geoen Ozon beständigen Werkstoff, z.h. Fe-Cr-Ni- oder Aluminium- Legierungen, u.dgl. Da die Feuchtigkeit der Gase die Energieausbeute vermindert, werden diese Gase vor der Behandlung gut getrocknet, am besten auf einem Taurunkt unter -300 C.
Die beschriebenen Koronaentladungszellen, -module und -apparate haben gegenüber den bekannten Röhrenozonisatoren besondere Vorteile.
Wegen der transversalen Durchströmung der Gase werden die Temperaturen im Inneren des Entladungsraumes und an der Oberflache des Dielektrikums und der Elektroden besser verteilt und eqalisiert.
Die Temperatur in der Zone der Ausströmlöcher wird niedriger als die Temperatur der Austrittzone des gleichartigen Röhrenozonisators mit longitudinaler Durchströmung. AuLberdem wird der LJarmedurchqano besser, was die Energieausbeute günstig beeinflußt.
Die kleinere Geschwindigkeit des Elementarvolumens der Gase bei der transversalen Durchströmung ermöglicht eine Erhöhung des Volumendurchsatzes, das heißt kürzere Verweilzeiten der Gase in dem EntRadungsraum und folglich eine Verbesserung der Energieausbeute. Die Cruppierung der Koronaentladungszellen zur Herstellung von Modulen und der Module zur Herstellung von Apparaten und Anlagen ergibt neue und einfache Strukturen, die geringe Investitions- und Betriebskosten fordern. Alle Koronaentladungsvorrichtungen, die mit forcierter Luft gekühlt werden, sind leicht (kein Wassermantel), raumsparend und passen sich mühelos den verschiedenen Betriebsbedingungen an. Durch Ausrüstung der metallischen Außenflachen der Elektroden und Kammern mit Rippen wird die Kühlung noch besser und die Energieausbeute bleibt hoch, auch bei steigend angelegten Leistungen.
Weitere Abwandlungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind im Rahmen des zugrundeliegenden allgemeinen Erfindungsgedankens möglich.
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Claims

Patentansprüche Koronaentladungsapparat zur kontinuierlichen Erzeugung von Ozon aus Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Gasen, gebildet aus einer Koronaentladungszelle oder aus mehreren Koronaentladungszellen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Koronaentladungszelle (1) eine transversale Durchströmung der zu behandelnden Lase durch den ringförmigen Entladungsraum (5) aufweist, der als Luftspalt zwischen zwei ineinander montierten Rohren (2,3), einem geerdeten metallischen Außenrohr(3) (Außenelektrode) und einem inneren dielektrischen Rohr (2),entsteht und durch zwei an beiden Enden eingesteckten Ringdichtungen (6) abgedichtet wird, daß eine Hochspannungselektrode (4) auf die Innenseite des dielektrischen Rohres (2) als Metallüberzug oder als leitende Schicht aufgebracht wird, so daß es keinen Luftspalt zwischen dem Rohr (2) und der Elektrode (4) mehr gibt, daß die metallische AußeneLektrode (3) mit zwei Reihen von Löchern, den Linströmlöchern (7) und den Ausströmlöchern (8), versehen ist, welche sich auf zwei diametral entgegengesetzten Mantellinien befinden und die Casdurchströmung in den und aus dem Entladungsraum (5) ermöglichen, daß an die Außenelektrode (3) zwei longitudinale, luftdichte Kammern befestigt sind, durch die der Gasstrom zu den/aus den Einströmlöchern (7)/Ausströmlöchern (8) strömt, und zwar: - eine Einströmkammer (9), die einen Einlaßstutzen (10) hat und die ganze Reihe von Einströmlöchern (7) bedient - eine Ausströmkammer (11), die einen Auslaßstutzen (12) hat und die ganze Reihe von Ausströmlöchern (8) bedient, daß durch eine entsprechende Gruppierung von mehreren Koronaentladungszellen (1) neue größere Zellen, Module, entstehen, die weiter als einzelne Hauelemente zur Erzeugung von Koronaentladungsapparaten und -anlagen benutzt werden können.
2. Koronaentladungsapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnest, daß mehrere KoronasntlacJungszellen serienweise durch alternircnde gemeinsame Einströmkammern (21) oder Ausströmkammer (20) geschaltet werden, so daß der entstehende Modul (18) mit alternirenden Kammern die folgende Struktur aufweist: Einströmkammer (19)- - Zellenkern(1a) - emeiname Ausströmkacnmer(20) - Zellenkern(1a)-- (gemeinsame Linströmkammer(21) - Zellenkern(1a) - gemeinsame Ausströmkam;ner(20) - Zellenkern(1a) - gemeinsame Einströmkammer (21) - Zellenkern(1a) - Müsstrmkamner(22), daß alle Einlaßstutzen (1Ca) der Einstrümkammern an ein gemeinsames Einlaßrohr (23) und alle Auslaßstutzen (1 2a) der Ausströmkammern an ein gemeinsames Auslaßrohr (2z;) angeschlossen sind, und das ähnliche Mocule mit 2, 3, .............n Zeilenkernen möglich sind.
3. Koronaentladung sappara t nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe geschalteten Koronaentladungszellen, die einen Kaskadenmodul (25) bilden und durch gemeinsame Zwischenkammern (27) verbunden sind, nur ein Einlaßrohr (29) an der ersten Einströmkammer (26) und nur ein Auslaßrohr (30) an der gegenseitigen Ausströmkammer (28) haben, daß jede Zwischenkammer die Doppelfunktion einer Ein- und Ausströmkammer (27) erfüllt, so daß der entstehende Kaskadenmodul (25) folgende Anordnung zeigt: Einlaßrohr(29) - Einströmkammer(26) - Zellenkern(1b'; -Zwischenkammer(27) - Zellenkern(ib) - Zwischenkammer(27) -Zellenkern(1b) - Zwischenkammer(27) - Zellenkern(1b) -Zwischenkammer(27) - Zellenkern(lb) - Ausströmkammer(28) -Auslaßrohr(30), und daß ähnliche Kaskadenmodule mit 2, 3 ....n Zellenkernen möglich sind.
4. Koronaentlacungsapparat nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Koronaentladungszellen (1) fest miteinander verbunden sind, daß die parallel geschalteten Zellen, der Parallelmodul (31),nur ein gemeinsames Einlaßrnhr (33) und ein gemeinsames Auslaßrohr (34) hat, an denen alle Einlaßstutzen (10) bzw. Auslaßstutzen (12) angeschlossen sind, und daß ?hnliche Parallelmodule mit 2, 3, n Zellenkernen möglich sind.
5. Koronaentladungsapparat nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die zu gruppierenden Koronaentladungszellen nur eine gemeinsame Einströmkammer (36) bzw. Ausströmkammer (37) haben, deren flache Seiten parallel stehen und zwischen denen die Zellenkerne (ic) eingebaut sind, und daß ihnliche Parallelmodule (35) mit zwei Kammern und 2, 3,....;.n ZEllenkernen möglich sind.
6. Kornnaentladungsapparat nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekEnnzeichnetX daß ein Modul oder mehrere Module (18,25,31,35 u.dgl.) bzw. Koronaentladungszellen (1), die gleich oder verschieden sind, im Innenraum (41 ) eines GehCiuses oder Beh9lters in jeder beliebigen Lage aufmontiert sind, daß im Innenraum (41) gasförmige oder flüssige Kühlmittel sich bewegen oder enthalten sind, daß diese KoronaentlacungszFllen und Module steckbar sind, indem die Anschlüsse zwischen ihren Einla0- und Auslaßrohren (z.B.23,24) und den entsprechenden Einlaß- und Auslaßieitungen (46,51), die sich außerhalb des Raumes (41) befinden, lösbar sind, daß die auf die Einlaß-und huslaßrohre der einzelnen Zellen (1) oder module (18,25,35,31 u.dgl.) montierten Ventile (47,5(;), die hand- oder fernbetatigt wercen, die Strömung der Gase durch die Zellen und module unterbrechen bzw. wiederherstellen können, daß zur inneren leitenden Elektrode (4) einer jeden Zelle (1) oder eines jeden moduls (18,25, 31,35 u.dgl.) eine Hochspannungszuleitung,elektrisch isoliert, geführt ist, an die eine Schmelzsicherung (17) mit Expansionsklemme (16) oder nur eine Expansionsklemme (64) angehängt ist, die einen elektrischen Kontakt zur betreffenden inneren leitenden Elektrode schafft, von der durch biegsame, isolierte Kabel (65) und Expansionsklemmen (64) die Hochspannung zu den anderen inneren leitenden Elektroden der Module (18,25,31,35,u.dgl.) geleitet uird, während die äußeren Metallelektroden (3) und Kammern (9,11) der Zellen (1) und die äuBeren lwletallelektroden (3) und Kammern (19,22, 20,21,27,36,37,u.dgl.) der Module (18,2,31,35,u.dgl.)geerdet sind.
7. Koronaentladungsapparat nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Koconaentladungszellen (1), Module (18,25,31,35, u.dgl.) und Apparate (4O u.dgl.) mit forcierter Luft oder mit dielektrischen Flüssiqkeiten gekühlt werden, und die Außenoberfläche der Elektroden (3) und der Kammern (9,10,19,20,21,22,26,27, 28,36,37,u.dgl.) mit metallischen Rippen ausgerüstet sind.
b. Koronaentladungsappatat nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der Koronaentladungszelle (1) und der Kerne (1a,1b,1c,u.dgl.) der Module (18,25,31,3S,u.dgl.) verschlossen ist, die durch Eintauchen in Wasser oder in andere Kühlflüssigkeiten gekühlt werden.
9. koronaentladungsworrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Ozon aus Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnden Lase den ringförmigen Entladungsraum (72) der Vorrichtung (68) transversal durchströmen, das heißt, daß die Ebenen, in denen die Stromlinien des Gasstromes liegen, senkrecht auf der longitudinalen Achse der Vorrichtung (68) stehen, daß der ringförmige Entladungsraum (72), der als Luftspalt zwischen zwei ineinander montierten Rohren, einem außeren dielektrischen Rohr (69) und einem inneren Metallrohr (71), entsteht, durch ozonbeständige Ringdichtungen (81,83) an beiden Enden abgedichtet ist, daß das Kühlwasser, in das das an einem Ende geschlossene dielektrische Rohr (69) eingetaucht ist, gleichzeitig als geerdete Elektrode dient, daß das innere Metallrohr (71) mit zwei Reihen von Löchern, den Einströmlöchern (86) und den Ausströmlöchern (87), versehen ist, welche sich auf zwei diametral entgegengesetzten Mantellinien befinden und die Gasströmung in den/aus dem Entladungsraum (72) ermöglichen, daß das innere Metallrohr (71) an den beiden Enden durch zwei Verschlußscheiben (73,74) oder Stopfen abgedichtet ist und der innere Raum des Metallrohres (71) mit Hilfe einer longitudinalen Wand (75) in zwei Kammern geteilt wird, und zwar eine Einströmkammer (76) und eine Ausströmkammer (77), die den Einströmlöchern (86) bzw. den Ausströmlöchern (87) entsprechen, daß ein Kunststoffstopfen (78), der an einer Verschlußscheibe (74) des Metallrohres (71) koaxial befestigt ist und zum Innenraum des dielektrischen Rohres (69) gut paßt, als Abstandhalter für das Metallrohr (71) benutzt wird, daß der Einströmstutzen (92) und der Ausströmstutzen (93), die mit der Einströmkammer (76) bzw. Ausströmkammer (77) in Verbindung stehen, die Gaszirkulation zur/aus der Vorrichtung (68) ermöglic hen, und daß das innere Metallrohr (71), das als Hochspannungselektrode benutzt wird, durch eine isolierte elektrische Leitung (98) in Verbindung mit der Hochspannungsklemme eines Transformators (99) steht.