DE3638382C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Für Ozon gibt es eine Vielzahl Anwendungsbereiche. Diese Anwendungsbereiche erstrecken sich von der Anwendung des Ozons als "reines" Oxidationsmittel bspw. in der Parfümerie- und Arzneimittelindustrie, oder zur Anwendung als Bleich- bzw. Desinfektionsmittel in der Nahrungsmittelindustrie, sowie zur Anwendung in der Hydrometallurgie von Buntmetallen, wo das Ozon als hochaktives Oxidationsmittel bei der Trennung verschiedener Metalle verwendet wird. Ozon wird auch zur Reinigung und zur Entkeimung von Trinkwasser in städtischen Wasserversorgungsanlagen, sowie zur Reinigung von Industrieabwässern angewandt. Ferner wird Ozon bei der Oxidation von Kohlenwasserstoffen bei der Kunstfaserproduktion, in der Erdölchemie, als aktives Oxidationsmittel bei der Extraktion von Brom aus Grubenwässern, oder bei der Herstellung reiner chemischer Reaktionsmittel angewandt. In der Zellstoff-, Papier- und Textilindustrie wird Ozon als Bleichmittel verwendet. In verschiedenen Betrieben dient Ozon als Oxidationsmittel bei der Entgiftung von Abgasen, welche Dämpfe organischer Verbindungen o. dgl. enthalten. Man kann Ozon auch zum Oxidieren und Entgiften der Abgase von Wärmekraftwerken und zum Entgiften der Abgase von magnetohydrodynamischen Generatoren verwenden.

Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art besteht der Dielektrikumkörper aus Glas in Rohr- oder Plattenform. Derartige Dielektrikumkörper weisen zwar eine hohe Durchschlagfestigkeit auf, sie müssen jedoch auch mit einer relativ hohen Spannung und einer relativ hohen Leistungsdichte betrieben werden, um eine ausreichende Ozonausbeute zu erzielen. Das liegt u. a. auch daran, daß ein erheblicher Teil des in einer solchen Vorrichtung erzeugten Ozons unmittelbar nach seiner Erzeugung wieder in Sauerstoff zurückgewandelt wird.

Anstatt für den Dielektrikumkörper einen Glaskörper zu verwenden, ist aus der DE-OS 31 28 746 ein Dielektrikum für Ozongeneratoren bekannt, bei dem ein Kunststoff homogen mit einem dielektrischen Keramikpulver gefüllt ist. Bei diesem Keramikpulver kann es sich bpsw. um ein Pulver aus einer Typ I- Keramik handeln.

Ein ähnliches Dielektrikum für Ozongeneratoren ist aus der DE- OS 34 42 121 bekannt. Keines der beiden zuletzt genannten Dielektrika weist jedoch Inhibitoren auf, so daß die unerwünschte Rückwandlung eines Teiles des erzeugten Ozons in Sauerstoff bei Ozonerzeugern, die derartige Dielektrika anwenden, nicht ausgeschlossen werden kann.

Die Typ I-Keramiken und die Typ II-Keramiken sind allgemein bekannt, so daß darauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 34 24 889 A1 bekannt. Dort ist die der zweiten Elektrode zugewandte Oberfläche mit einem dünnen glasartigen Überzug bedeckt, um eine glatte Oberfläche des Dielektrikumkörpers zu schaffen. Auf diese Weise wird die Gasentladung vergleichmäßigt.

Die DE 35 21 981 A1 beschreibt einen Ozonerzeuger mit einer ersten und einer zweiten metallischen Elektrode und einer Schicht aus dielektrischem Material auf der der ersten Elektrode zugewandten Oberfläche der zweiten Elektrode. Zwischen der ersten Elektrode und der dielektrischen Schicht ist ein Entladungsspalt vorhanden. Die dem Entladungsspalt zugewandte Oberfläche der dielektrischen Schicht ist mit einer Siliziumdioxid enthaltenden Schutzschicht überzogen. Bei der Schicht aus dielektrischem Material kann es sich um eine Titandioxid-Keramik handeln.

Ein Ozonerzeuger mit einer ersten und einer zweiten Elektrode und einer zwischen den beiden Elektroden angeordneten Isolierschicht ist aus der DE-PS 6 96 081 bekannt. Dort besteht die Isolierschicht aus mindestens einer Titan- oder Zirkon- Verbindung. Durch die Titan- und/oder Zirkon-Verbindung wird das gebildete Ozon nur in geringen Mengen zersetzt, d. h. in Sauerstoff rückumgewandelt.

Die DE-PS 2 00 302 beschreibt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon, bei der die Entladungspole, d. h. die Elektroden aus Bleisuperoxid, Mangansuperoxid, Eisenoxid oder Bleioxid in massiver Form oder in Form von Überzügen dieser Körper auf geeigneten Unterlagen bestehen. Bei dieser Vorrichtung kommt im Entladungsraum zwischen den beiden Elektroden nur Luft zur Anwendung, so daß die Ozonausbeute infolge der niedrigen Dielektrizitätskonstante von Luft relativ klein ist. Durch die spezielle Ausbildung der Entladungspole soll die korrodierende Wirkung des Ozons auf die Entladungspole beseitigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Ozonausbeute verbessert ist, wobei die Vorrichtung mit vergleichsweise niedrigen Spannungen und niedrigen Leistungsdichten betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Inhibitoren wird die Umwandlung von Ozon in Sauerstoff innerhalb der Vorrichtung größtenteils vermieden, so daß auch bei relativ niedrigen Betriebsspannungen und relativ kleinen Leistungsdichten eine gute Ozonausbeute erzielt wird.

Die Inhibitoren werden bspw. durch Aufdampfen oder durch chemische Absorption nach Art einer an sich bekannten Bekeimung auf der der zweiten Elektrode zugewandten Oberfläche des Dielektrikumkörpers aufgebracht.

Der Dielektrikumkörper kann an der der zweiten Elektrode zugewandten Oberfläche zur Glättung derselben mit einer Glasurschicht bedeckt sein. Durch eine solche Glättung wird die Oberflächenrauhigkeit der Dielektrikumschicht erheblich reduziert, wodurch ein unerwünschtes Sprühen vermieden werden kann. Ein derartiges Sprühen kann sich sonst bei Anlegen einer Spannung an die Vorrichtung infolge der Spitzenwirkung einer rauhen Oberfläche ergeben.

Bei einer Vorrichtung der zuletzt genannten Art kann die Glasurschicht eine Dicke zwischen einigen µm und einigen hundert µm besitzen. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß die Inhibitoren nicht nur an der der zweiten Elektrode zugewandten Oberseite der Glasurschicht vorgesehen sind, sondern auch im Inneren der Glasurschicht.

Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Ozonerzeugung sind der Dielektrikumkörper und die zweite Elektrode koaxial ineinander angeordnet. Bei einer anderen Ausbildung der Vorrichtung sind der Dielektrikumkörper und die zweite Elektrode plattenförmig ausgebildet. Es ist auch möglich, mehrere Dielektrikumkörper sandwichartig in bestimmten Abständen übereinander bzw. koaxial ineinander anzuordnen, um einen mehrschichtigen Ozongenerator auszubilden.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon,

Fig. 2 einen Ausschnitt gemäß Fig. 1 durch den Dielektrikumkörper und die zweite Elektrode in einem vergrößerten Maßstab, um auch die gegebenenfalls vorhandene Glasurschicht und die Inhibitoren schematisch zu verdeutlichen,

Fig. 3 den Zusammenhang zwischen der Ozonausbeute A und der Durchflußmenge an Luft, die durch die Vorrichtung hindurchgeleitet wird, bei verschiedenen Betriebsspannungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zu einer Vorrichtung mit einem Glaskörper als Dielektrikum,

Fig. 4 die Abhängigkeit der Ozonausbeute A pro Zeiteinheit von der Durchflußmenge D bei verschiedenen Betriebsspannungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zu einer einen Glaskörper verwendenden Vorrichtung, und

Fig. 5 den Funktionszusammenhang zwischen der spezifischen Leistung N pro erzeugter Ozonmenge und der Durchflußmenge D bei verschiedenen Betriebsspannungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zu einer Vorrichtung mit einem Glaskörper als Dielektrikum.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon, die einen Dielektrikumkörper 10 aus einer Typ I-Keramik oder aus einer Typ II-Keramik aufweist. Der Dielektrikumkörper 10 ist an einer Hauptfläche mit einer Elektrode 12 versehen. Diese Elektrode 12 wird bspw. als sog. Dickschicht auf den Dielektrikumkörper 10 aufgestrichen, aufgepinselt, aufgewalzt oder aufgedruckt und in einem Einbrennvorgang mit dem Dielektrikumkörper 10 festhaftend verbunden. Die Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon weist außerdem eine zweite Elektrode 14 auf, die als selbsttragender Körper aus elektrisch leitendem Material besteht. Die zweite Elektrode 14 kann aus nichtrostendem Stahl, Kupfer, Aluminium o. dgl. bestehen. Die zweite Elektrode 14 ist auf der von der ersten Elektrode 12 abgewandten Seite des Dielektrikumkörpers 10 in einem bestimmten Abstand vom Dielektrikumkörper 10 angeordnet. Zu diesem Zweck sind Abstandshalterungselemente 16 vorgesehen, an denen der Dielektrikumkörper 10 mit der ersten Elektrode 12 sowie die zweite Elektrode 14 angeordnet sind. Die Abstandshalterungselemente 16 sind mit Durchgangsöffnungen 18 ausgebildet, so daß es möglich ist, durch den zwischen dem Dielektrikumkörper 10 und der zweiten Elektrode 14 festgelegten Raum 20 Luft hindurchzuleiten. Wird an die beiden Elektroden 12 und 14, die mit schematisch angedeuteten Anschlußelementen 22 elektrisch leitend kontaktiert sind, eine Hochspannung angelegt, so entsteht zwischen den beiden Elektroden 12 und 14 ein elektrisches Feld, dessen Feldstärke insbes. im Raum 20 konzentriert ist. In diesem elektrischen Feld kann ein erheblicher Teil des in der den Raum 20 durchströmenden Luft vorhandenen Sauerstoffs in Ozon umgewandelt werden. Ein großer Teil des im Raum 20 erzeugten Ozons neigt dazu, sich unmittelbar wieder in Sauerstoff zurückzuverwandeln. Um diese unerwünschte Rückwandlung zu vermeiden, ist die Vorrichtung mit Inhibitoren 24 ausgebildet, die in Fig. 1 durch eine strichlierte Linie schematisch angedeutet sind. Die Inhibitoren 24 sind insbes. an der der zweiten Elektrode 14 zugewandten Oberfläche des Dielektrikumkörpers 10 vorgesehen. Bei diesen Inhibitoren 24 handelt es sich um Oxide von Metallen, nämlich um Oxide der Metalle Nickel, Kobalt und/oder Chrom, die als sog. Dünnschicht auf die der zweiten Elektrode 14 zugewandten Oberfläche des Dielektrikumkörpers 10 aufgebracht sind. Die Inhibitoren 24 bilden keine durchgehende elektrisch leitende Schicht, sondern nur kleine Inseln, wie sie sich bei einer an sich bekannten Bekeimung einer elektrisch isolierenden Fläche ergeben.

Fig. 2 zeigt in einer vergrößerten Darstellung einen Abschnitt des Dielektrikumkörpers 10, der auf einer Hauptfläche mit einer die erste Elektrode 12 bildenden Schicht bedeckt ist. Bei dieser Schicht für die erste Elektrode 12 handelt es sich bspw. um eine Silber-, Palladium/Silber- oder um eine beliebige andere Dickschicht. Selbstverständlich wäre es auch möglich, die erste Elektrode 12 als sog. Dünnschicht auszubilden. Von Wichtigkeit ist nur, daß die Schicht der ersten Elektrode 12 mit dem Dielektrikumkörper 10 großflächig und lückenlos festhaftend verbunden ist. Mit der Bezugsziffer 26 ist in dieser Figur eine Glasurschicht bezeichnet, mit deren Hilfe die der zweiten Elektrode 14 zugewandte Oberfläche des Dielektrikumkörpers 10 geglättet wird. Mit der Bezugsziffer 24 sind auch in dieser Figur die als strichlierte Linie angedeuteten Inhibitoren bezeichnet, die auf der der zweiten Elektrode 14 zugewandten Oberfläche der Glasurschicht 26 vorgesehen sind. Die Inhibitoren 24 können selbstverständlich auch im Inneren der Glasurschicht 26 vorhanden sein. Die beste Wirkung wird jedoch mit an der der zweiten Elektrode 14 zugewandten Oberfläche des Körpers 10 bzw. der Glasurschicht 26 erzielt. Mit diesen Inhibitoren 24 wird die unerwünschte Rückwandlung von Ozon in Sauerstoff im Inneren der Vorrichtung, d. h. im Raum 20 größtenteils verhindert, so daß die Ozonausbeute wesentlich besser ist als bei einer Vorrichtung mit einem Glaskörper als Dielektrikum, wie sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Fig. 3 bis 5 ergibt.

Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der Ozonausbeute A von der Durchflußmenge D der durch die Vorrichtung durchströmenden Luft bei verschiedenen an die Vorrichtung angelegten Betriebsspannungen. Die Kurve 28 zeigt den Zusammenhang zwischen der Ozonausbeute A und der Durchflußmenge D bei einer an die Vorrichtung angelegten Betriebsspannung von 5,0 kV, die Kurve 30 bei einer Spannung von 6,0 kV und die Kurve 32 bei einer Spannung von 7,5 kV. Die Kurven 28 bis 32 gelten für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Im Vergleich dazu sind in den strichlierten Kurven 34 und 36 die Abhängigkeit der Ozonausbeute A von der Durchflußmenge D bei einem bekannten Ozonerzeuger dargestellt, der als Dielektrikum einen Glaskörper benutzt. Die Kurve 34 zeigt den Zusammenhang zwischen der Ozonausbeute A und der Durchflußmenge D bei einer an die bekannte Vorrichtung der zuletzt genannten Art angelegten Spannung von 13,5 kV und die Kurve 36 zeigt diesen Zusammenhang bei einer an die bekannte Vorrichtung angelegten Spannung von 14,3 kV. Wird bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die Spannung über 7,5 kV bzw. bei einer ein Glasdielektrikum benutzenden bekannten Vorrichtung die Spannung über 14,3 kV erhöht, so nimmt die Ozonausbeute A wieder ab.

Aus Fig. 3 ist ohne weiteres ersichtlich, daß bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die Betriebsspannung um die Hälfte reduziert sein kann, um dennoch eine höhere Ozonausbeute A zu erzielen als bei einer bekannten, einen Glaskörper benutzenden Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon.

Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit der spezifischen Ozonausbeute A pro Zeiteinheit von der Durchflußmenge D bei verschiedenen Betriebsspannungen im Vergleich mit der spezifischen Ausbeute A pro Zeiteinheit einer bekannten Vorrichtung mit einem Glaskörper als Dielektrikum. Die Kurve 28 zeigt die Abhängigkeit der Ozonausbeute A pro Stunde in Abhängigkeit von der Durchflußmenge der die Vorrichtung durchströmenden Luft bei einer Betriebsspannung der erfindungsgemäßen Vorrichtung von 5,0 kV. Die Kurve 30′ zeigt den entsprechenden Zusammenhang bei einer an die erfindungsgemäße Vorrichtung angelegten Spannung von 6,0 kV. Die Kurve 30′ zeigt den entsprechenden Zusammenhang bei einer an die erfindungsgemäße Vorrichtung angelegten Spannung von 6,0 kV und die Kurve 32′ zeigt diesen Zusammenhang bei einer an die erfindungsgemäße Vorrichtung angelegten Spannung von 7,5 kV. Im Vergleich dazu zeigen die strichlierten Kurven 34′ und 36′ den Zusammenhang zwischen der spezifischen Ozonausbeute pro Zeiteinheit und der Durchflußmenge bei einer bekannten, einen Glaskörper als Dielektrikum verwendenden Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon bei einer Betriebsspannung von 13,5 kV (sh. Kurve 34′) und bei einer Betriebsspannung von 14,3 kV (sh. Kurve 36′). Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die spezifische Ozonausbeute A pro Stunde bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Anlegen einer etwa halb so großen Betriebsspannung (Kurve 30′) ungefähr der Ausbeute eines bekannten Ozonerzeugers mit einem Glaskörper entspricht, der mit 13,5 kV (sh. Kurve 34′) betrieben wird. Aus dieser Figur ist außerdem ersichtlich, daß die spezifische Ozonausbeute A pro Stunde im Vergleich zu einer bekannten Vorrichtung der zuletzt genannten Art wesentlich verbessert werden kann, wenn die Betriebsspannung von 6,0 kV auf 7,5 kV erhöht wird. Auch die zuletzt genannte Betriebsspannung liegt noch erheblich unter der maximalen Betriebsspannung einer bekannten Vorrichtung der beschriebenen Art.

Fig. 5 zeigt den Zusammenhang zwischen der spezifischen Leistung N pro erzeugter Ozonmenge und der Durchflußmenge der durch die Vorrichtung durchgeleiteten Luftmenge bei verschiedenen Betriebsspannungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (durchgezogene Kurven 28″, 30″ und 32″) im Vergleich zur spezifischen Leistung einer bekannten Vorrichtung mit einem Glasdielektrikum (sh. Kurven 34″ und 36″). Die Kurve 28″ entspricht einer Betriebsspannung von 5,0 kV, die Kurve 30″ entspricht einer Betriebsspannung von 6,0 kV und die Kurve 32″ entspricht einer Betriebsspannung von 7,5 kV bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Kurve 34″ entspricht einer Betriebsspannung von 13,5 kV und die Kurve 36″ entspricht einer Betriebsspannung von 14,3 kV bei einer Vorrichtung mit einem Dielektrikumkörper aus Glas, wobei die Vorrichtungen quasi dieselben Abmessungen besitzen, damit vergleichbare Verhältnisse vorliegen. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, ist die spezifische Leistung pro erzeugter Ozonmenge bei den verschiedenen Durchflußmengen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur etwa halb so groß wie bei einer bekannten Vorrichtung der genannten Art, bzw. noch wesentlich geringer. Daraus ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur mit einem Transformator einer kleineren Spannungsreihe betrieben werden kann, sondern daß insbes. auch die Kühlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich einfacher möglich ist als die Kühlung einer bekannten Vorrichtung mit einem Glaskörper als Dielektrikum. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit einer Luftkühlung anstelle einer Wasserkühlung ausgebildet sein, so daß auch die sonst erforderlichen Anschlußarmaturen entfallen können. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung wesentlich kompakter ausgebildet sein als eine bekannte Vorrichtung der genannten Art, wenn gleiche Ozonausbeuten wie bei einer bekannten Vorrichtung erzielt werden sollen.

Nachfolgend wird die Analyse einer Typ I-Keramik und die Analyse einer Typ II-Keramik angegeben, wie sie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon als Dielektrikumkörper zur Anwendung gelangen können. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die nachfolgend beschriebenen Analysen beschränkt.

Tabelle I

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon, mit einem Dielektrikumkörper (10) aus einem selbsttragenden keramischen Material, der auf einer Hauptfläche eine Elektrode (12) aufweist, und mit einer zweiten Elektrode (14), die auf der von der ersten Elektrode (12) abgewandten Seite des Dielektrikumkörpers (10) vorgesehen ist und vom Dielektrikumkörper (10) mittels Abstandshalterungselementen (16) einen Abstand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dielektrikumkörper (10) zur Verhinderung einer Umwandlung von Ozon in Sauerstoff an seiner der zweiten Elektrode (14) zugewandten Oberfläche Inhibitoren (24) aus Oxiden der Metalle Nickel, Kobalt und/oder Chrom aufweist, die in einer Dünnschicht angeordnet sind, deren Wanddicke im Bereich einiger Angström bis einiger µm liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dielektrikumkörper (10) an der der zweiten Elektrode (14) zugewandten Oberfläche zur Glättung derselben mit einer Glasurschicht (26) bedeckt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasurschicht (26) eine Dicke zwischen einigen µm und einigen hundert µm besitzt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dielektrikumkörper (10) und die zweite Elektrode (14) koaxial ineinander angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dielektrikumkörper (10) und die zweite Elektrode (14) plattenförmig ausgebildet sind.