DE3942844A1 - Einrichtung zur erzeugung von ozon - Google Patents

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung von Ozon gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung nimmt dabei Bezug auf einen Stand der Technik, wie er sich beispielsweise aus der EP-Anmeldung mit der Veröffentli­ chungsnummer 02 53 131 ergibt.

TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK

Der zunehmende Einsatz von Ozon in Industrie, Wasser- und Abwas­ serwirtschaft bringt ein wachsendes Bedürfnis nach Ozonerzeu­ gungsanlagen mit sich, die große Mengen Ozon erzeugen können, und dies auf möglichst wirtschaftliche Weise.

Dabei muß der eigentliche Ozonerzeuger in möglichst optimaler Weise in die Gesamtanlage integriert sein. Dies kann durchaus dazu führen, daß z. B. der Ozonerzeuger für sich genommen unter nicht ganz optimalen Bedingungen, z. B. bezüglich Wirkungsgrad, Druck etc. betrieben werden muß, weil andere Prozeßgrößen am Eingang oder Ausgang des Ozonerzeugers hingenommen werden müs­ sen.

So erfordert beispielsweise der Einsatz von Ozon in der Zell­ stoffbleiche (Mittelkonsistenz) die Bereitstellung von Ozon bei Absolutdrücken über 5 bar und Ozonkonzentrationen größer als 6% Gew.%. Der typische Arbeitspunkt von Ozonisatoren für solch hohe Konzentrationen liegt jedoch bei 1.5 bis 2 bar.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ozonerzeuger zu schaffen, der auch bei Drücken größer als 2 bar absolut hohe Ozonkonzentrationen zu liefern imstande ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spaltweite des Entladungsspaltes kleiner als 0,5 mm beträgt und als Einsatzgas Sauerstoff verwendet wird, dem ein gegenüber Sau­ erstoff weniger elektronegatives Gas mit einem Anteil von 3% bis 50% beigemischt ist.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn beide Elektroden di­ elektrisch beschichtet sind. Eine weitere Steigerung der Ozonausbeute läßt sich durch eine inhomogene Spaltgeometrie er­ reichen.

Durch geeignete elektrische Ansteuerung, z. B. Betriebsfrequen­ zen deutlich über 1 kHz, kann die Entladung auf die Bereiche mi­ nimaler Spaltweite begrenzt werden. Auf diese Weise sind noch kleinere "effektive" Entladungs-Spaltweiten realisierbar als mit den herkömmlichen Röhrenozonisatoren.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie die damit erzielbaren Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläu­ tert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schema­ tisch dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Blockschaltbildes einer Ozonanlage, die für den Einsatz in der Zellstoffbleiche bestimmt ist;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Ozonerzeugers mit inho­ mogener Spaltgeometrie;

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ozonerzeugers mit inhomogener Spaltgeometrie.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In Fig. 1 ist schematisch eine Anlage zur Zellstoffbleiche darge­ stellt. Aus einem Sauerstoffreservoir S und einem Stickstoffre­ servoir N werden über einen Mischer M Sauerstoff und Stickstoff im Verhältnis 3 bis 50% Stickstoff bzw. 97 bis 50% Sauerstoff zu einem Einsatzgas gemischt. Eine nachgeschaltete Pumpe P erhöht den Gasdruck auf etwa 6 bar absolut, falls ein ausreichender Druck nicht bereits vorhanden sein sollte. Das Einsatzgas ge­ langt dann in den Ozonerzeuger O. Das nunmehr einen Ozonanteil von etwa 6 Gew.% Ozon aufweisende Gasgemisch wird dann der Zell­ stoff-Bleichstation Z zugeführt.

Der Ozonerzeuger O weist abgesehen von Entladungsspalten unter 0,5 mm und einer dielektrischen Beschichtung auch auf der Innen­ seite der auf Erdpotential liegenden Außenrohre den herkömmli­ chen Aufbau auf.

Eine weitere Steigerung der Ozonausbeute läßt sich erreichen, wenn von den üblichen homogenen Entladungsspalten abgewichen wird und Spaltgeometrien verwendet werden, wie sie in der jüng­ sten Vergangenheit in den CH-Patentanmeldungen 3383/88-8 vom 9.9.1988 und 845/89-1 vom 7.3.1989 der Anmelderin vorgeschlagen wurden. Prinzipiell können alle Ausführungsformen der in diesen Anmeldungen vorgestellten Ozonerzeuger eingesetzt werden. Des­ halb sollen hier nur zwei typische Vetreter beschrieben werden.

Der Ozonerzeuger nach Fig. 2 umfaßt zwei distanzierte Metallplat­ ten 1, 2, welche die Außenelektroden bilden. Zwischen den Me­ tallplatten liegt dicht an dicht eine Lage Glasrohre oder Kera­ mikrohre 3, welche das Dieletrikum bilden, deren Außendurchmes­ ser dem Abstand der Metallplatten entspricht. Die den Glasrohren 3 zugewandten Oberflächen der Metallplatten 1, 2 sind zusätzlich mit einer dielektrischen Schicht 3a, z. B. aus Email oder Kera­ mik, versehen. Die Innenwand der Glasrohre 3 ist mit einer Me­ tallisierung 4 versehen. Diese bilden die Innenelektroden. Der Außendurchmesser der Glasrohre 3 liegt typisch zwischen 3 und 15 mm, die Wandstärke beträgt typisch 1 mm. Eine Wechselstrom­ quelle 5 mit einstellbarer Ausgangsspannung (typisch einige kV bis 20 kV) und Frequenz (50 Hz bis weit über 10 kHz) ist mit dem einen Pol an beide Außenelektroden 1, 2 mit dem anderen Pol an alle Innenelektroden 4 angeschlossen.

Die Kontaktierung der Inneneelektroden 4 erfolgt üblicherweise über (nicht dargestellte) Kontaktbürsten bekannter Bauart. Die stillen elektrischen Entladungen bilden sich in den durch die Glasrohre 3 und die Metallplatten 1, 2 begrenzten Räumen 6 aus. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs vom Dielektrikum (Glasrohre 3) bzw. Entladungsräumen 6 zu den Metallplatten 1, 2 sind in die Entladungsräume 6 Stäbe 7 aus Metall, Glas oder einem sonstigen dielektrischen Material eingelegt. Diese sollen sowohl die Glas­ rohre 3 als auch die Metallplatten 1, 2 möglichst linienförmig berühren. Eine weitere Intensivierung der Kühlung kann durch ein Gas oder eine elektrisch nichtleitende Flüssigkeit erfolgen, welche durch die Glasrohre 3 hindurchgeleitet wird.

Bei dieser Anordnung stellen sich effektive Entladungsspaltwei­ ten ein, die noch unter den erfindungsgemäß geforderten 0,5 mm liegen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind in einem metallischen Gehäuse 7 (Vierkantrohr) mehrere Lagen von Glasrohren oder Kera­ mikrohren 3 dicht an dicht gepackt. Der Raum 8 außerhalb der Rohre 3 ist mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit oder einem leicht schmelzenden Metall 10 gefüllt. In die Rohre 3 sind wendelförmige Metallleiter 9 lose eingelegt. Im Gegensatz zur Ausführungsform nach Fig. 2 liegen hier die Entladungsräume in­ nerhalb der Rohre 3.

Auch hier stellen sich sehr kleine wirksame Entladungsspalte ein, welche unter den vorstehend angegebenen Bedingungen (Druck und Stickstoffanteil) eine hohe Ozonausbeute ergeben.

Claims (3)

1. Einrichtung zur Erzeugung von Ozon mit einem elektrischen Ozonerzeuger, insbesondere für die Zellstoffbleiche, durch dessen Entladungsspalte ein Sauerstoff enthaltendes Einsatz­ gas unter Druck hindurchleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Spaltweite des Entladungsspaltes (6) klei­ ner als 0,5 mmm ist und als Einsatzgas Sauerstoff verwendet wird, dem ein gegenüber Sauerstoff weniger elektronegatives Gas mit einem Anteil von 3% bis 50% beigemischt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Gas Stickstoff ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektroden mit einer dielektrischen Schicht ver­ sehen sind.