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Vorrichtung zur Herstellung von Ozon
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Die Hauptanmeldung 2 539 715 (des Hauptpatent) betrifft eine Vorrichtung
zur Herstellung von Ozon, wobei Luft oder Sauerstoff durch ein beidseitig offenes
Rohr, in dem sich Hochspannungselektroden gegenüberstehen, hindurchgeleitet und
durch elektrische Entladung in Ozon umgewandelt uird und die derart ausgebildet
ist, daß zwischen den beiden, eith etwas über die ganze Rohrinnenlänge erstreckenden
Elektroden mindestens eine bipolare, elektrisch zu- und ableitungsfreie, den Rohrinnenraum
in Entladungskanäle teilende Elektrode angeordnet ist, die aus einer Fläche, wie
Gitter, Blech, gelochtes Blech od. dgl. und sus darauf angeordneten gegen die geordete
Elektrode gerichteten Entladungsspitzen gebildet ist und wobei die Entladungselektrode,
gegen die Fläche der bipolaren Elektrode gerichtet, ebenfalls mit einer Vielzahl
von Entladungsspitzen versehen ist.
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MIt dieser bekannten Vorrichtungseuebildung ist die Aufgabe gelist,
eine Vorrichtung zu schaffen, die die Ozonausbeute wesentlich in Bezug auf die Gesamtnergiebilanz
verbessert und bei der eine Vortrock nung und ggf. Kühlung der Luft nicht mehr erforderlich
ist.
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Diese hohen Ausbeuteerwertungen tor die Vorrichtung nach der Haputanmeldung
(nach dem Hauptpatent) haben sich mit einer praktischen Ausführungsform ohne weiteres
erfüllt, bei der ein im Querschnitt rechteckiges Rohr aus nieht leitendem Material
verwendet wurde, das durch mehrere eingeschobene Blache als bipolare Elektroden
in mehrere Entladungskanäle aufgeteilt war, wobei die Entladungsspitzen durch eiseitig
hochgebogene Stanzfahnen gebildet sind.
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Es hat sich nun gezeigt, daß die tatsächlich erreichbare Höhe der
Ausbeute im Sinne einer weiteren Steigerung wesentlich von der präzisen Ausbildung
der Entladungsspitzen und deren optimalen Dicht@anordnung pro Flächeneinheit abhlngt,
also mit dar Problemotik verbunden ist, die Vorrichtung nach der Hauptanmeldung
(noch dem Hauptpatent) ii Sinne einer Ausbeute steigerung dehingehend weiterzubilden,
da@ die Vorrichtung trotz hoher Präzisionsanforderungen in ihren Einzelteilen einfach
gefertigt und einfach zusammengesetzt werden kann.
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Ausgehend von der prinzipi@@len Lösung nach dem Hauptpatent (nach
der Hauptenmeldung) ist diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die
Elektroden und die mindestens eine
bipolare Elektrode in Form von
Rohren mit ihren Endrändern in elektrisch nicht leitenden Heltern, wie Scheiben
od. dgl., mit einerseits Gaszufuhr- und andererseite Gasableitungsöffnungen konzent###ch,
die Entladungskanäle begrenzend, gehalten und die Entladungsspitzen als Teile von
lamellenartig mit Distanz zueinender gestapelter Ringe, sich radi#l in daren Ebene
erstreckend, ausgebildet sind.
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An sich kOnnten dabei die Ringe mit #ntsprechenden Elementen in Form
eines Rohres zusammengestapelt und zusammengespannt werden, vorteilhafter und einfacher
ist jedoch eine Auebildung dahingehend, daß die Ringe auf elektrisch leitenden Trägerrohren
gestapelt und fixiert angeordnet sind.
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Grundsätzlich entstehen also bei dieser Ausbildung zylindrische Gebilde,
deren Oberflächen rundum mit Entladungsspitzen dicht besetzt und, wobei natürlich
die Z#linder bzw. Rohre bezüglich ihrer Durchmesser so abgestuft b#m#ssen sind,
daß sich beim Zusammenbau der ganzen Vorrichtung im Querschnitt ringftsrmige und
zueinander konzentrische Entladungskanäle ergeben.
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Eine funktionell ##aquivalente Lösung könnte auch durch entsprechende
#p#n#bh#b#nd# ###rbeitung (bspw. Längsfräsen und Drehen) eines Rohrstückes erreicht
werden, wobei elso die Trägerrohre und dis Ringe mit ihren Entladungsspitzen jeweils
ein integrales Bauteil bilden, dessen spezifische Oberflächenstruktur sp#n#bhebend
aus einem Rohr herausgearbeitet ist.
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Da die freien Enden der Entladungsspitzen jedoch vorzugsweise punktförmig
ausgebildet sein und bezogen auf die Flächeneinheit eine relativ große Dichte heben
sollen, tat der Ringuasbildung aus fertigungstechnischen SrOnden drr Vorzugru geben.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungeformen der Vorrichtung ergeben sich
nach den Unteransorüchen und werden nachfolgend neben der prinzipiellen Ausbildungsform
anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeugen sche##tisch Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Ringes im Bitz auf dem geschnitten dargestellten
Trägerrohr; Fig. 3 einen Ring im Längsschnitt; Fig. X einen Schnitt durch einige
auf einem Trägerrohr mit Di#tanzringen #itzende Rings; Fig. 5 teilweise in Schnitt
und Ansicht die integrale Ausbildungsform, Bei der die Entladungsspitzen #pan#bh#b#nd
aus dem Rohr herausgearbeitet sind und Fig. 6 teilweise in Schnitt und Ansicht die
Anordnung mehrerer erfindungsgemäßer Vorrichtungen in einem Ozonerzeugung###rät.
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Der Grundaufbau der Vorrichtung ist bei allen Ausführungsbeispielen
der gleiche, nämlich konzentrische Anordnung der Rohre bzw.
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rohrförmigen Gebilde unter Ausbildung der ringzylindrischen Entladungskanäle
4,5, in die die Entladungsspitzen 8,8'
radi#l von innen nach außen
weisen, wobei die Rohre bzw. rohrförmigen Gebilde in entsprechenden Nuten der Halter,
bspw. in Form von Scheiben 31,31', sitzen, die selbst in geeigneter Weise in #inem
Gehäuse 47' (siche Fig. 1,6) fixiert sind. Das innere Rohr bildet dabei eine mit
dar Hochspannungsquelle 46 verbundene Elektrode 2, während das äußere Rohr die geerdete
Elektrode 3 bildet.
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Die Elektrode 2 und die bipolaren Elektroden 6 konnten auch allein
aus einem Stapel von Ringen 34 bestehen, wobei der Ringstapel natürlich mit geeigneten
Halteelementen zusammenspannbar ausgebildet sein muß. Vorzugsweise Lierden die Ringe
34 jedoch auf Trägerrohren 35 angeordnet (Fig. 4), was noch näher beschrieben wird.
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Zuströmseitig sind im Halter 31' G#szuströmöffnungen 32 angeordnet
und im Halter 31 Gasableitungsöffnungen 33 und zwar in Form von gleichmäßig auf
den g#nzen Umfang eines Entladungskanales verteilten Schlitzen oder Bohrungen. Sind
jedem Entladungskanal 4,5 Gaszu- und Gas#bleitungsöffnungen 32,33 zugeordnet, bewegen
eich gemäß Fig. 1 drei zylindrische Gasströme parallel durch die Entladungskanäle
4,5.
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Es ist aber auch mßglich (siehe voll ausgezogene 6aszu- und Gasableitungsöffnungen
32,3 in Fig. 1), die Gesamtgasströmung so zu führen, daß die Entladungskanäle 4,5
von innen nach außen hintereinander durchströmt werden, wobei Überströmöffnungen
44 in den Elektroden 6 vorgesehen sein müssen und wobei ferner nur der innere Entladungskanal
4 G##zuströmöffnungen 32 aufweist und der äußerst# Gasentladungskanal 5 G###bleitungsöffnungen
33.
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Die Ringe 34, wie sie auf die Trägerrohre 35 aufgeschoben werden,
sind im Sinne der Fig. 3 ausgebildet, wobei ## bei Ausbildung der Vorrichtung nsch
Beispiel gemäß Fig. 1, drei Ringtypen mit an die Trägerrohraußendurch#####r angepaßten
Innendurchmessern gibt. In ihrer Grundform sind die drei Ringtypen natürlich gleich.
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Die Entladungsspitzen 8,8' der Rings 34 sind als Dreiecksflächen,
mit Abstand zueinander auf dem Umfang 41 der Ringe gleichmäßig verteilt,ausgebildet,
wobei die Basisbreite 42 der Dreieckflächen dem Abstand 43 der Dreieckflächen auf
dem Umfang 41 der Ringe 34 entspricht . An ihren freien Enden 45 laufen die Entladungespitzen
8,8t punktförmig aus.
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Sowohl die Trigerrohre 35 als such die Ringe sind hierbei mit Ausrichtelementen
$36,37,37' versehen und zwar weisen die Trägerrohre 35 Nuten und die Ringe in die
fluten passende Fortsätze auf. Die beiden parallelen fluten in den Trigarrohren
35 sind derart zueinander veretzt angeordnet, daß abwechselnd in die eine oder andere
Nut aufgeschobene Ring# 34 bezüglich ihrer Entladungsspitzen 8,8' zueinander eine
versetzte Stellung einnehmen, wie dies aus fig, 2 erkennbar ist.
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Für die Anordnung der Ringe 34 mit einer gewissen axielen Distanz
können alternativ zwei Möglichkeiten vorgesehn werden, nämlich indem die Ringe 34
mit ausgebogenen Distanzhalteelementen 39 versehen (F1g. 3) oder inden gemäß Fig.
4 zwischen den Ringen 34 Distanzringe @@ angeordnet werden.
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In beiden Fällen wurden die @ingpakete an ihren Enden mit Spannringen
48 auf den Trägerrohren 35 gehalten und zwar unter Freihaltung der Endrdnder 30,
damit diese in die Nuten 49 der Halter 31, 31' eingesetzt werden können.
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Bevorzugt wird die Ausführungsform nach Fig. 2, da das Ausatenzen
und Ausbieden der Distanzhalteelemente 39, von denen vorteilhaft drei Stück um jeweils
120° versetzt vorgesehen werden, gleichzeitig mit dem Gesamtstanzvorgang der Ringe
34 durchgeführt werden kann und kein zusätzlicher Aufwand durch Anfertigung und
Montage der Distanzringe 4o entsteht.
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In Fig. 5 ist eine andere Ausführungsform der die Entladungespitzen
8,8' tragenden Rohre verdautlicht, wobei die Entladungsspitzen 8,8' @n@nabh#bend
aus der Oberfläche der Rohre herausgearbeitet sind, was durch entsprechendes Über###hen
der Rohroberfläche und Überfräsen mit geeigneten Farmfräsern in axialer Richtung
erfolgen kann. Beide ###rbeitungsvorgänge können ggf. auch im Sinne einer mehr oder
weniger steilen Gewindegangführung erfolgen, auch ein gewisser örtlicher Versatz
der punktförmige@ Entladungespitzen 45 zueinander erreicht werden könnte. Wie aus
dem Schnittbereich in Fig. 5 erkennbar, bilden die Entladungsspitzen 8,8' mit dem
Rohr eine integrale Einheit.
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In Fig. 6 ist die Anordnung mehrerer Vorrichtungen gemäß Fig. 1 innerhalb
eines Ozonerzeugungsgerätes verdeutlicht,bei dem mittels eines Geblässes @@ (Gasfilter
nicht dargestellt) Luft oder Sauerstoff von oben in die Vorrichtungen.
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wie mit Pfeilen angedeutet, eingeblassen und der gebildete Ozon unter
oder seitlich abgeführt wird.
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Die Trägerrohre 35 bzw. Elektroden 2,3,6 können aus Eisenmetall ode
Alu gefertigt werden, während die Halter, bzw. Scheiben 31, 31' und anschließende
Teile des Gehäuses 47 aus nichtleitendem Kunststoff gefertigt sind.
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#ei einem praktischen AUsführungsbeispiel haben sich folgende Abmessungen
als für die Üzonausbeute vorteilhaft erwissen: Außendurchmesser der Trägerrohre
35 und der Elektrode 3 s 40 mm, 75 mm, llo mm und 145 mm.
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Länge der von Entladungspitzen 8,8' freien Endränder 30:cm. 35 bis
45 mm.
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Wendstärke der Rohre bei Alu: ca. 2,5 bis 3 mm bei rostfreiem Stahl:
1,7 bis 2,2 mm.
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Stärke der Halter bzw. Scheiben 31,31' : cm. 30 mm Tiefe der Nuten
49 t ca. lo - 12 m.
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Abstand der Enden 45 der Entladungsspitzen 8,8' vom jeweiligen Folgerohr:
cm. 5 bis 6 mm Durchmesser der Öffnungen 32,33 : cm. 8 mm. Die Anzahl der Öffnungen
32,33 ist so vorzusehen, ### ein minimaler Druckverlust erreicht werden kann.
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Bezüglich der Entladungsspitzen 8, 8' bzw. @@ sind folgende Werte
vorteilhaft: Abstand der Spitzen an einem Ring 34: ##. 4 mm Abstand der Basis zweier
Spitzen auf dem Ringumfang 41 : c#.
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2 mm und ebenso die Basisbreite 41 der
Entladungsspitzen
8,8', die eine Höhe von c@. 3 mm haben.
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Abstand der Entladungsspitzen 8,8' in axialer Richtung: ca. o,? bis
1 mm.
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Bei dieser Bemessung ergibt sich etwa eine Entladungsspitze pro 4
mm² bezogen auf eine gedachte zylindrische Ebene durch alle punktförmigen Enden
45 der Entladungsspitzen 8,8', und man ksnn bai einer solchen Dichte an der Oberfläche
der Entladungselektrode eine Entladungsenergie von 0,6 @/cm² erzielen.
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Die Länge der Trägerrohre 35 bzw. der Elektroden 2,3,6 beträgt mindestens
1 i.
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Der Hochspannungsgenerator @@ ist für eine Spannung von etwa 25 -
30 ooo V ausgelegt.
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Je nach Anzahl der zwischen den Elektroden 2,3 angeordneten biploaren
Elektroden 6 ( ein oder mehrere) kann Gleich- oder Wechselstrom zur Anwendung kommen,
d.h., bei Anordnung nur einer bipolaren Elektrode 6 ist es am vorteilhaftesten,Gleichstrom
mit der positiven Polarität an die Elektrode 2 anzulegen. Bei Anordnung mehrerer
bipolaren Elektroden 6 empfiehlt es sich, an die Elektrode 2 Gleichstrom mit negativer
Polarität anzulagen.
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Bei Anordnung von mehr als zwei bipolaren Elektroden 6 kann Wachselstrom
benutzt werden, da dann die ganze Vorrichtung im Sinne eines elektrischen Gleichrichters
wirkt.
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L e e r s e i t e