DE4107072A1

DE4107072A1 - Vorrichtung zur erzeugung von ozon

Info

Publication number: DE4107072A1
Application number: DE4107072A
Authority: DE
Inventors: Melchior Dr Fischer; Helmut Lang
Original assignee: Ozonia AG
Current assignee: Degremont Technologies AG
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1991-03-06
Publication date: 1991-10-02
Anticipated expiration: 2011-03-07
Also published as: FR2660301A1; JPH04214004A; FR2660301B1; JP3404405B2; DE4107072C2; CH679304A5; US5145653A

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon aus Sauerstoff oder einem Sauerstoff enthaltenden Gas durch stille elektrische Entladungen in einem von dem Gas durchströmten Entladungsspalt, der im wesentlichen gebildet ist aus einer rohrförmigen Außenelektrode und von der Au ßenelektrode konzentrisch umgebener, mit einem Dielektrikum versehener rohrförmiger Innenelektroden, die untereinander galvanisch verbunden sind, sowie Mitteln zur Distanzierung des Dielektrikums von der Außenelektrode.

Die Erfindung nimmt dabei Bezug auf einen Stand der Technik, wie er sich beispielsweise aus der EP-A-03 13 802.

Technologischer Hintergrund und Stand der Technik

Ozon ist ein sehr starkes Oxidationsmittel für organische Substanzen und für anorganische Verbindungen, die Elemente mit mehreren Oxidationsstufen enthalten. Neben vielfältigen Anwendungen in der Chemie wird es seit Jahrzehnten bei der Wasseraufbereitung eingesetzt. Obwohl es theoretisch viele Möglichkeiten gibt, Ozon zu erzeugen, hat bis heute praktisch nur die Ozonerzeugung durch stille elektrische Entladung Be deutung erlangt.

Im Gegensatz zu Plattenozonerzeugern bereitet es bei Rohro zonerzeugern Schwierigkeiten, eine exakte Abstandhaltung der Elektroden zu gewährleisten. Dies wird vor allem durch Maß abweichungen der Rohrdurchmesser und Durchbiegungen verur sacht. Abhilfe schafft hier die Segmentierung der Innenrohre gemäß EP-A-03 13 802. Anstelle eines Rohres sind zwei oder mehrere Innenrohre vorgesehen, die unabhängig voneinander im Außenrohr abgestützt und distanziert sind. Die Segmentierung bringt jedoch einen erhöhten Aufwand bei der elektrischen Verbindung der Innenrohre mit sich.

Kurze Darstellung der Erfindung

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Auf gabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon zu schaffen, bei welcher die elektrische Verbindung der Innen rohre untereinander und deren Anschluß an die Stromversor gung vereinfacht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Innenrohre stirnseitig mit Kontaktflächen versehen sind und zumindest gruppenweise durch in Rohrlängsrichtung wirkende Spannmittel zusammengehalten sind.

Die erfindungsgemäße Kontaktierung eignet sich insbesondere für Innenrohre, die mit einem Dielektrikum auf Emailbasis oder Kunststoffbasis beschichtet sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Weise dargestellt, anhand dessen die Erfindung näher erläutert wird. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen stark vereinfachten Längsschnitt durch einen Ozonerzeuger mit segmentierten Innenelektroden;

Fig. 2 einen vergrößerten, mehr ins Detail gehenden Quer schnitt durch ein Element des Ozonerzeugers nach Fig. 1;

Fig. 3 ein vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2, welcher die Kontaktstelle zweier Innenrohre zeigt;

Fig. 4 ein Abwandlung der Kontaktstelle von Fig. 3 mit ei ner duktilen Metallscheibe zwischen zwei benachbar ten Rohren;

Fig. 5 eine Abwandlung der Kontaktstelle von Fig. 3 bzw. Fig. 4 mit separaten Kontaktscheiben auf jeder Stirnfläche;

Fig. 6 eine weitere Abwandlung der Erfindung mit Kontakt flächen, die gleichzeitig auch Zentrierfunktion ha ben.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung einen Ozoner zeuger, wie er derzeit für den industriellen Einsatz ausge führt wird.

In einem Kessel 1 sind eine Vielzahl von Elementen unterge bracht. Der Kessel weist endseitig Trennwände 2, 3 auf, in welche Metallrohre 4 eingeschweißt sind. Diese Metallrohre 4 bilden die (auf Erdpotential liegenden) Außenelektroden ei nes jeden Elements. Aus Gründen der Üersichtlichkeit sind nur fünf Rohre eingezeichnet; in der Praxis können es 100 und mehr Rohre sein. Die Rohre sind an ihren Einschweißstellen in den Trennwänden 2, 3 gegenüber dem Kesselinneren abgedich tet. Über Stutzen 5, 6 in der Kesselwand wird ein Kühlmittel, z. B. Wasser, in das Kesselinnere geleitet bzw. aus ihm abge führt, das zur Außenkühlung der Metallrohre 4 dient. In die Metallrohre 4 sind im Beispielsfall vier segmentierte Innen rohre 7 aus Metall eingebracht, die mit einer äußeren Di elektrikumsschicht versehen sind. Die Innenrohre sind durch je zwei Distanzelemente 8 gegenüber den Metallrohren 4 di stanziert und lassen zwischen sich und den Metallrohren 4 ringförmige Entladungsspalte 9 frei. Die Kontaktierung der Innenelektroden 7 unter einander und der äußere Anschluß an die Stromversorgung erfolgt über Kontaktflächen 10 an den Stirnseiten der Innenrohre 7. Eine metallische Zugstange 11 dient dem Zusammenspannen aller Innenrohre 7 eines Elements und gleichzeitig als Anschlußelement an eine Sammelschiene 12. Über eine elektrische Durchführung 13 ist die Sammel schiene 12 mit dem einen Pol einer Wechselstromquelle 14 ein stellbarer Frequenz und/oder Amplitude und/oder Kurvenform verbunden, deren anderer Pol auf Erdpotential liegt. Das sau erstoffhaltige Einsatzgas wird dem Ozonerzeuger über einen Gaseinlaßstutzen 15 zugeführt und verläßt den Kessel wieder durch den Gasauslaßstutzen 16.

Der detaillierte Aufbau der Innenrohre 7 sowie deren elektri sche Kontaktierung ist in Fig. 2 und Fig. 3 näher verdeutlicht. Das Innenrohr ist abgesehen von zwei zentralen Bohrungen in den Stirnseiten geschlossen. Es besteht aus Stahl oder Edel stahl und ist an beiden Stirnseiten mit einer Ausbuchtung 17 versehen, in deren Zentrum die Bohrung liegt. Die Innenrohre 7 sind mit einer äußeren ein- oder mehrlagigen Emailschicht 18 überzogen, wie sie beispielsweise in der Europäischen Pa tentanmeldung 90 10 279.4 der Anmelderin vom 13.2.1990 be schrieben sind. Alternativ besteht das Dielektrikum aus di elektrischen Pulvern unterschiedlicher Korngröße und Bindung mit Kunstharz. Einzelheiten über Aufbau und vorteilhaften Ei genschaften derartiger Dielektrika auf Kunststoff-Basis sind beispielsweise in der DE-A-34 42 121 oder der US-A-46 50 648 beschrieben.

Zur Verwirklichung einer (elektrischen) Kontaktfläche 10 an der Stirnseite der Innenrohre ist an der Ausbuchtung 17 rund um besagte Bohrung die Dielektrikumsschicht 18 nachträglich entfernt, oder es wurde beim Aufbringen des Dielektrikums dieser Bereich ausgespart. Die Kontaktflächen 10 sind darüber hinaus plan geschliffen, so daß sie orthogonal zur Rohr längsachse liegen. Die im Beispielsfall vier Innenrohre 7 sind durch die Spannstange 11, die an einem oder beiden Enden eine Feder 19 aufweist, zusammengespannt. Der Durchmesser der Spannstange 11 ist nur um wenige Zehntelmillimeter kleiner - liegt demgemäß in der Größenordnung der Weite des Entla dungsspalts 9 - als der Durchmesser der besagten Bohrungen in den Stirnseiten der Rohre 7. Das definitive Verspannen er folgt dabei erst, wenn die Innenrohre 7 in die Metallrohre 4 eingebracht und in diesen distanziert sind. Die bearbeiteten Kontaktflächen 10 und die Zentrizität der Bohrungen sichern dabei die Einhaltung der erforderlichen Homogenität des Ent ladungsspalts 9.

Sind die Kontaktflächen 10, z. B. aus Kostengründen, nicht hinreichend planparallel, so können gemäß Fig. 4 durch Zwi schenlegen von duktilen Metallscheiben 20, vorzugsweise aus vergoldetem weichgeglühtem Kupfer, Toleranzen ausgeglichen werden. Dabei steht weniger die elektrische Kontaktgabe zwi schen benachbarten Innenrohren 7 im Vordergrund als das Un terdrücken unerwünschter Leckströmungen aus dem Entladungs spalt in das Innere der Rohre 7. Eine andere Möglichkeit, derartige Leckströme (bei nicht planparallen Kontaktflächen 10 zu unterdrücken besteht darin, zwischen zwei benachbarte Innenrohre 7 einen Kunststoffring 24, vorzugsweise aus wei chem PTFE, einzusetzen, wie es in Fig. 3 veranschaulicht ist.

Anstelle von Ausbuchtungen 17 an beiden Stirnseiten der In nenrohre 7 können dort auch separate Kontaktflächen geschaf fen werden, wie es in Fig. 5 verdeutlicht ist. Auf die Stirn seiten der Innenrohre 7 sind Scheiben 20 aufgelötet oder auf geschweißt, welche Bohrungen aufweisen, die mit den Bohrun gen in den Innenrohren 7 fluchten. Auch hier gilt, daß die freien Stirnseiten der Scheiben 20 nachträglich vom Dielek trikum befreit werden oder diese Flächen bei der Beschichtung ausgespart wurden.

Bei zu großen Toleranzen kann auch hier zusätzlich ein Kunststoffring, wie es im Zusammenhang mit Fig. 3 geschildert wurde, verwendet werden, um Leckströme aus dem Entladungs spalt in das Innere des Rohres 7 zu unterdrücken.

Fig. 6 schließlich zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Kontaktflächen in Verbindung mit einem auf die Zugstange 11 aufgefädelten Kontaktkörper neben der elek trischen Verbindung zweier benachbarter Rohre auch Zentrier funktionen übernehmen können. Zu diesem Zweck sind in den Stirnflächen benachbarter Innenrohre 7 zentrische, halbkugel förmige Ausnahmungen 22 eingebracht, welche mit einem kugel förmigen Kontaktkörper 23, der auf die Zugstange 11 aufge steckt ist, zusammenwirken. Anstelle der Halbkugelform können die Ausnehmungen 22 auch konisch nach innen verlaufend ausge bildet sein. Auch wäre es möglich, an einer Stirnfläche des einen Innenrohrs 7 eine Ausnehmung, an der Stirnfläche des anderen unmittelbar benachbarten Innenrohres 7 einen dement sprechend gestalteten Fortsatz auszubilden. In beiden Fällen kann dann gegebenenfalls auf Distanzelemente 8 an je einem Innenrohrenden zweier benachbarter Innenrohre 7 verzichtet werden.

Diese Lösung eignet sich sowohl für den dargestellten Fall eines Innenrohres mit Ausbuchtungen 17 als auch für die Lö sung mit Kontaktscheiben 20 nach Fig. 5.

Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon aus Sauerstoff oder einem Sauerstoff enthaltenden Gas durch stille elektri sche Entladungen in einem von dem Gas durchströmten Ent ladungsspalt (9), der im wesentlichen gebildet ist aus einer rohrförmigen Außenelektrode (4) und von der Au ßenelektrode konzentrisch umgebener, mit einem Dielektri kum (18) versehener rohrförmiger Innenelektroden (7), die untereinander galvanisch verbunden sind, sowie Mitteln (8) zur Distanzierung des Dielektrikums (18) von der Au ßenelektrode (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Innen rohre (7) stirnseitig mit Kontaktflächen (10) versehen sind und zumindest gruppenweise durch in Rohrlängsrich tung wirkende Spannmittel (11) zusammengehalten sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche (10) eben ist und orthogonal zur Längsachse des Innenrohres (7) verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche (10) am Innenrohr (7) selbst ausgebil det ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, daß zwischen zwei benachbarten Kontaktflächen (10) eine Kontaktscheibe (20) aus duktilem Material vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche (10) an einer Kontaktscheibe (21) , die an der Stirnseite des Innenrohres (7) befestigt ist, aus gebildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen (10) als halbkugelartige oder kegel stumpfartige, zentrische Ausnehmungen (22) in den Stirn flächen der Innenrohre (7) ausgebildet sind, welche mit einem auf dem Spannmittel (11) aufgefädelten Kontaktkör per (23) zusammenwirken, welche Ausnehmungen (22) zusam men mit den Kontaktkörpern (23) Zentrierfunktionen für die Innenrohre (7) ausüben.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüuche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannmittel eine alle Innenrohre (7) durchsetzende Zugstange (11) vorgesehen ist.