DE29502163U1

DE29502163U1 - Rohrförmige Hochspannungselektrode

Info

Publication number: DE29502163U1
Application number: DE29502163U
Authority: DE
Original assignee: KAUFMANN MARTIN DIPL ING
Current assignee: KAUFMANN MARTIN DIPL ING
Priority date: 1995-02-10
Filing date: 1995-02-10
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2005-02-11

Description

Dipl.-Ing. 4611 DE AB2

Martin Kaufmann A/E

Flienkenstrasse 5

79664 Wehr

Rohrförmige Hochspannungselektrode

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine rohrförmige Hochspannungselektrode mit Einzelabsicherung, insbesondere für den Einsatz in Ozongeneratoren.

In der Industrie und in kommunalen Einrichtungen, z.B. in Wasser- oder Abluftaufbereitungsanlagen, trägt die gezielte Anwendung von Ozon zur Entkeimung und Beseitigung organischer Verschmutzungen allgemein erheblich zur Umweltentlastung bei und hat sich gegenüber herkömmlichen Verfahren als so gut wie in jeder Hinsicht überlegen erwiesen.

Beispielsweise muss in Schwimmbädern, wenn in den Zuleitungen für das Wasser ozonisiert wird, nur sehr viel weniger oder gar nicht mehr gechlort werden. Es verringern sich so nicht nur die Geschmacks- und Geruchsbelästigung sowie die Reizwirkungen für die Schleimhäute des Menschen, die Abtötung von Bakterien, Sporen, Amöben, die Inaktivierung von Viren geschieht durch den vom Ozon bzw. seinen radikalen, also sehr reaktionsfreudigen und reaktionsschnellen Derivaten bewirkten Oxidationsvorgang wesentlich effektiver als durch Chlor oder Chlordioxid; das gleiche

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gilt z.B. für die Entfärbung, die Mikroflockung, die Fe- und Mn-Fällung, den Organika- und NH4-Abbau und die Haloformbildung oder das umweltfreundliche Bleichen und Konditionieren durch Ozon in der Zellstoff-, Textil- und Kunststoffindustrie. Bei der Anwendung von Ozon ergeben sich keine umweit- oder prozessschädigenden Wirkungen oder Nebenprodukte. Das Ozon wird immer unmittelbar am Ort seines Einsatzes und immer nur in der erforderlichen Menge hergestellt, es muss also nicht wie andere Substanzen in umweltgefährdender Weise transportiert und eventuell gelagert werden.

In bekannten Ozongeneratoren befindet sich eine Anzahl sogenannter Ozonerzeugermodule, welche ihrerseits jeweils aus einem Edelstahl-Rohrmantel bestehen, in dessen Böden eine bestimmte Anzahl von Edelstahlrohren als Erdelektroden eingeschweisst sind. Diese werden in einer wärmetauscherähnlichen Anordnung von Kühlmittel umströmt, um die bei der Ozonerzeugung nicht genutzte Energie abzuführen. Die rohrförmigen Erdelektroden dienen ihrerseits zur Aufnahme der ebenfalls als Metallrohre ausgeführten Hochspannungselektroden. Zwischen Erd- und Hochspannungselektrode ist ein Dielektrikum aus beispielsweise Keramik oder einem Spezialglas mittig so angeordnet, dass ein doppelter, extrem enger, ringförmiger Entladungsspalt entsteht. Wird zwischen den Erd- und Hochspannungselektroden Hochspannung angelegt, so kommt es in diesem Ringspalt zu einer stillen elektrischen Entladung, unter deren Wirkung durch Stossionisation und Rekombination in dem ständig hindurchströmenden Einsatzgas Ozon entsteht.

Es hat sich nun gezeigt, dass nicht zuletzt wegen des sehr empfindlichen, d.h. zerbrechlichen und zu feinen Rissen neigenden Materials, das als Dielektrikum dient, es immer wieder zu Durch-

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schlagen kommt, die die Primärsicherung der Hochspannungsversorgung ansprechen lassen. Um in einem solchen Fall nicht die gesamte Anlage für die Dauer der Reparatur vorübergehend stilllegen zu müssen, - ein Erzeugermodul enthält beispielsweise 42 Einzelelektroden - wurden die Ozonerzeuger in Gruppen zusammengefasst, die dann von mehreren kleineren Transformatoren mit Spannung versorgt wurden. Aber auch der Ausfall von einzelnen ganzen Gruppen der Ozonerzeuger oder Hochspannungselektroden bedeutet eine spürbare Störung und Beeinträchtigung des Gesamtbetriebs. Deshalb wurde auch schon die Möglichkeit der Einzelabsicherung genutzt, wobei jede einzelne Hochspannungselektrode mit einer separaten, käuflich erwerbbaren Sicherung abgesichert wird. Der Vorteil dieser Einzelabsicherung ist, dass infolge eines elektrischen Durchschlags die Ozonerzeuger nicht mehr insgesamt oder in Gruppen sondern nur noch einzeln ausfallen. Der Ausfall einzelner, auch mehrerer Elektroden stellt keine nennenswerte Störung oder Beeinträchtigung des Betriebs dar. Die Erneuerung ausgefallener Elektroden kann im Rahmen allgemeiner, regelmässig stattfindender Wartungsarbeiten erfolgen. Die Strom-Spannungsversorgung kann somit von einem grossen Transformator kommen, es muss nicht mehr gruppiert und für jede Erzeuger- oder Elektrodengruppe ein wenn auch kleiner dimensionierter Transformator vorgesehen werden, was sich vereinfachend und kostensparend auswirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Einzelabsicherung der Hochspannungselektroden so zu verbessern, dass der Austausch ausgefallener Elemente und damit die Wartungs-und Reparaturarbeiten erleichtert und vereinfacht werden.

Erfindungsgemäss wird dies erreicht durch ein metallisches Elektrodenrohr, mit welchem eine Hochspannungssicherung zu einer integralen baulichen Einheit verbunden ist.

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Jede Hochspannungselektrode ist damit einzeln abgesichert, so dass durch das Ausfallen einzelner Elektroden infolge von elektrischen Durchschlägen der Betrieb der Gesamtanlage nicht beeinträchtigt wird, und ausserdem können bei Wartungsarbeiten ausgefallene Hochspannungselektroden zusammen mit ihrer Hochspannungssicherung als Ganzes schnell und einfach ausgewechselt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Hochspannungselektrode besteht aus

a) einem metallischen Elektrodenrohr, mit

b) einem Sicherungsrohr aus isolierendem Werkstoff, welches mit seinem unteren Teil in die obere öffnung des Elektrodenrohres eingesetzt und durch welches

c) ein Hochspannungssicherungsdraht hindurchgeführt ist, dessen eines Ende mit dem Elektrodenrohr elektrisch verbunden und dessen anderes Ende mit einer Hochspannungsquelle elektrisch verbindbar ist.

Dazu können vorteilhafterweise die Enden des Hochspannungs-Sicherungsdrahtes um die Enden des Sicherungsrohres nach aussen zurückgebogen sein. An der Verbindungsstelle zwischen dem Elektrodenrohr und dem Sicherungsrohr kann dann durch eine Quetschverbindung in einfacher Weise auch die elektrische Verbindung zwischen dem Elektrodenrohr und dem Sicherungsdraht hergestellt werden; am freien Ende des Sicherungsrohres kann der Sicherungsdraht mit Hilfe einer metallischen Klemmhülse fixiert sein. Aufbau und Herstellung der Einheit sind somit einfach und kostengünstig.

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Die im wesentlichen zylindrische Klemmhülse kann an ihrem dem freien Ende des Sicherungsrohres zugewandten Ende mit einer konisch oder im Radius verlaufenden Erweiterung versehen sein, die in eine entsprechende Ausnehmung einer metallischen Halterung passt, die mit der Hochspannungsquelle elektrisch verbindbar ist.

Ein entscheidender Vorteil der Erfindung ist auch darin zu sehen, dass ausschliesslich herkömmliche, preisgünstige Materialien verwendbar sind. Das Sicherungsrohr kann aus Teflon (PTFE) bestehen, das Elektrodenrohr besteht bei der Verwendung von Luft als Einsatzgas vorteilhafterweise aus Edelstahl, bei der Verwendung von technischem Sauerstoff kann sie aus Aluminium bestehen.

Das Elektrodenrohr kann an seinem von der Einzelabsicherung abgewandten Ende durch einen eine durchgehende öffnung aufweisenden Stopfen abgeschlossen sein, der wiederum aus Teflon (PTFE) bestehen kann.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der anhängenden Zeichnungen näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 eine Schemaschnittzeichnung durch einen einzelnen Ozonerzeuger mit der erfindungsgemässen Hochspannungselektrode ,

Fig. 2 einen Abschlussstopfen für das Elektrodenrohr,

Fig. 3 das eine Ende der Hochspannungselektrode mit der erfindungsgemäss integrierten elektrischen Einzelabsicherung längs geschnitten,

• ·

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&Agr;/&Egr;

Fig. 4 eine Klemmhülse zur Befestigung des Sicherungsdrahtes am freien Ende der Anordnung nach Fig. 3.

Gemäss Fig. 1 wird die Erdelektrode 1 eines Ozonerzeugers von einem in einen Rohrmantel eingeschweissten Edelstahlrohr gebildet, das von Kühlmittel 2 , z.B. Kühlwasser, umströmt wird. Mittig in der rohrförmigen Erdelektrode 1 angeordnet ist die ebenfalls als Metallrohr ausgebildete Hochspannungselektrode 3, sie kann je nach Anwendungsfall aus vorzugsweise Aluminium, wenn das Einsatzgas reiner Sauerstoff ist, oder Edelstahl bestehen, wenn das Einsatzgas Luft ist. Die Länge des Elektrodenrohres 3 ist dem Anwendungszweck entsprechend variabel, gängige Längen sind 915 mm, 415 mm, 515 mm, aber auch jedes andere individuell angepasste Mass ist möglich. An seinem unteren Ende bei ist es durch einen eine durchgehende öffnung 4 aufweisenden Stopfen 5 gemäss Fig. 2 aus vorzugsweise Teflon (PTFE) abgeschlossen. In die obere öffnung 19 am anderen Ende des Elektrodenrohres 3 ist ein Sicherungsrohr 6 aus isolierendem Material, vorzugsweise Teflon, eingepasst. Ein Hochspannungssicherungsdraht 7 aus VA-Stahl ist durch das Sicherungsrohr 6 hindurch und an seinen beiden Enden herausgeführt und auf die Aussenwand zurückgebogen (siehe dazu Fig. 3). Das Elktrodenrohr 3 und das Sicherungsrohr 6 sind an ihrer Verbindungsstelle durch eine Quetschverbindung miteinander fest verbunden, wodurch gleichzeitig eine elektrische Verbindung zwischen dem Elektrodenrohr 3 und dem zwischen ihrer Innenwand und der Aussenwand des Sicherungsrohres 6 liegenden Endes des Sicherungsdrahtes 7 hergestellt ist. Am freien Ende des Sicherungsrohres 6 ist das andere Ende des Sicherungsdrahtes 7 durch eine metallene Klemmhülse 9 gemäss Fig. 4,

die auf das Rohrende aufgeschoben und gequetscht wird, fixiert. Die im wesentlichen zylindrische Klemmhülse 9 weist zum freien

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Ende des Sicherungsrohres 6 hin eine konische oder im Radius verlaufende Erweiterung 10 auf, so dass sie in einer entsprechenden Ausnehmung einer metallenen Halterung 11, die auch als Heissleiter 12 dient, zu elektrisch verbindender Auflage kommen kann.

Konzentrisch zum Elektrodenrohr 3 und zur Erdelektrode 1 ist in einem Ozonerzeuger nach Fig. 1 ein ebenfalls rohrförmiger Körper 13 aus vorzugsweise Keramik oder einem Spezialglas angeordnet, der einseitig am von der Hochspannungssicherung 7 abgewandten Ende der Anordnung verschmolzen ist und als Dielektrikum 13 dient. So entsteht zwischen dem Elektrodenrohr 3, dem Dielektrikum 13 und der Erdelektrode 1, wie an sich bekannt, der doppelte, extrem enge, ringförmige Entladungsspalt 14, 15.

Wird zwischen dem Heissleiter 12 und der Erdelektrode 1 eine Wechselhochspannung von derzeit maximal 14 kV angelegt, so entsteht in dem Entladungsspalt 14, 15 eine stille elektrische Entladung. Dem Ozonerzeuger wird bei A in Fig. 1 das Einsatzgas zugeführt; es kann dies z.B. getrocknete Luft mit einem Taupunkt von ca. 50° oder technischer Sauerstoff sein. Das Einsatzgas durchströmt zunächst das Sicherungsrohr 6 und das Elektrodenrohr 3 und dann den doppelten Entladungsspalt 14, 15 wo unter der Wirkung der dort stattfindenden, stillen elektrischen Entladung durch Stossionisation und Rekombination Ozon entsteht, das in einem Ozon-Sauerstoff-Gemisch bei B die Anordnung verlässt. Zur Variation der Ozonproduktion sind sowohl die angelegte Hochspannung als auch deren Frequenz veränderbar.

Da erfindungsgemäss jede Hochspannungselektrode 3 einzeln abgesichert ist, haben auftretende Durchschläge nicht mehr den Aus-

• t *

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&Agr;/&Egr;

fall der gesamten Anlage oder ganzer Gruppen von Ozonerzeugern zur Folge; es fallen nur einzelne Elektroden aus, wodurch der Betrieb der Gesamtanlage nicht beeinträchtigt wird. Es muss nicht mehr wie vormals für die Strom-Spannungs-Versorgung gruppiert werden. Durch die erfindungsgemässe Ausbildung der Hochspannungselektrode samt Einzelabsicherung als eine integrale Einheit können diese bei Wartungsarbeiten als Ganzes ausgetauscht werden, es müssen nicht gekaufte Sicherungen erneuert werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist in der Herstellung aus herkömmlichen, preisgünstigen Materialien zu sehen.

KURT ALLGBIBR. Patentanwalt, D-79618 Rheinfelden

AKTE - CASE

STICHWORT - key-word

BEZUGS-ZEICHEN-LISTE ANMELDER

Bl. 1

4611 DE

Hochsp.-Elektrode Dipl.-Ing. Martin Kaufmann

POS.	BENENNUNG / DESIGNATION	4 I	POS.	BENENNUNG / DESIGNATION
1	Erdelektrode	58
2	Kühlmittel	59
3	Elektrodenrohr	60
4	öffnung	61
5	Stopfen	62
6	Sicherungsrohr	63
7	Hochsp.-Sicherungsdraht	64
8	Quetschverbindung	65
9	Klemmhtilse	66
10	Erweiterung	67
11	Halterung	68
12	Heissleiter	69
13	Keraraik-Körp. Dielektrik.	70
14	Entladungsspalt	71
15	&Iacgr;	72
16		73
17		74
18		75
19	ob.öffng. Elektr.rohr	76
20		77
21		78
22		79
23		80
24		81
25		82
26		83
27		84
28		85
29		86
30		87
31		88
32		89
33		90
34		91
35		92
36		93
37		94
38		95
39		96
40		97
41		A	Einsatzgas-Zufuhr
42		B	Ozon-Sauerstoff-Austritt
43		E	Hochspannungsquelle
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55	·* **J &iacgr; I !
56			* *
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Claims

Dipl.Ing. 4611 DE AA2 Martin Kaufmann A/E/ma Plienkenstrasse 5 79664 Wehr Rohrförmige Hochspannungselektrode Ansprüche

1. Rohrförmige Hochspannungselektrode mit Einzelabsicherung,
insbesondere für den Einsatz in Ozongeneratoren,

gekennzeichnet durch

ein metallisches Elektrodenrohr (3), mit welchem eine Hochspannungssicherung (6, 7, 9) zu einer integralen baulichen Einheit verbunden ist.

2. Hochspannungselektrode nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch

a) ein metallisches Elektrodenrohr (3),

b) mit einem Sicherungsrohr (6) aus einem isolierenden Werkstoff, welches mit seinem unteren Teil (T) in die obere Öffnung (19) des Elektrodenrohrs (3) eingesetzt und durch welches

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A/E/ma/ro

c) ein Hochspannungssicherungsdraht (7) hindurchgeführt ist, dessen eines Ende mit dem Elektrodenrohr (3) elektrisch verbunden, und dessen anderes Ende mit einer Hochspannungsquelle (E) elektrisch verbindbar ist.

3. Hochspannungselektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Hochspannungs-Sicherungsdrahtes (7)

um die Enden des Sicherungsrohres (6) nach aussen zurückgebogen sind und an der Verbindungsstelle zwischen dem Elektrodenrohr (3) und dem Sicherungsrohr (6) durch eine Quetschverbindung (8) die elektrische Verbindung zwischen dem Elektrodenrohr (3) und dem Sicherungsdraht (7) hergestellt ist und dass am freien Ende des Sicherungsrohres (6) der Sicherungsdraht (7) mit Hilfe einer metallischen Klemmhülse (9) fixiert ist.

4. Hochspannungselektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im wesentlichen zylindrische Klemmhülse (9) an

ihrem dem freien Ende des Sicherungsrohres (6) zugewandten Ende eine konisch oder im Radius verlaufende Erweiterung (10) aufweist, die in eine entsprechende Ausnehmung einer metallischen Halterung (11) passt, die mit einer Hochspannungsquelle (E) elektrisch verbindbar ist.

5. Hochspannungselektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Material

des Sicherungsrohres (6) Teflon (PTFE) ist.

6. Hochspannungselektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Elektrodenrohres (3) Aluminium oder Edelstahl ist.

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A/E/ro

7. Hochspannungselektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenrohr (3) an

seinem von der Einzelabsicherung {6, 7, 9) abgewandten Ende
durch einen eine durchgehende Öffnung (4) aufweisenden Stopfen (5) abgeschlossen ist.

8. Hochspannungselektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (5) aus Teflon (PTFE) besteht.