DE4107072C2 - Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon - Google Patents

Description

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 Aus­ senelektrode konzentrisch umgebener, mit einem Dielektrikum versehener Innenelektrode aus segmentierten Innenrohren, 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-0313 802.

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 Mas­ sabweichungen der Rohrdurchmesser und Durchbiegungen verur­ sacht. Abhilfe schafft hier die Segmentierung der Innenrohre gemäss EP-A-0313 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.

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 Innenrohrsegmente stirnseitig mit Kontaktflächen versehen sind und 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.

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.

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 Uebersichtlichkeit 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. Ueber 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. Ueber 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.

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-4,650,648 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 Ausnehmungen 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 (7)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon aus Sauerstoff oder einem Sauerstoff enthaltenden Gas durch stille elektrische Entladungen in einem von dem Gas durchströmten Entladungsspalt (9), der im wesentlichen gebildet ist aus einer rohrförmigen Aussenelektrode (4) und von der Aussenelektrode konzentrisch umgebener, mit einem Dielektrikum (18) versehener Innen­ elektrode aus segmentierten Innenrohren (7), die untereinander galvanisch verbunden sind, sowie Mitteln (8) zur Distanzierung des Dielektrikums (18) von der Aussenelektrode (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Innen­ rohrsegmente (7) stirnseitig mit Kontaktflächen (10) versehen sind und gruppenweise durch in Rohrlängsrichtung wirkende Spannmittel (11) zu­ sammengehalten sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kon­ taktfläche (10) eben ist und orthogonal zur Längsachse der Innenrohrseg­ mente (7) verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kon­ taktfläche (10) am Innenrohrsegment (7) selbst ausgebildet ist.

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

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kon­ taktfläche (10) an einer Kontaktscheibe (20), die an der Stirnseite der In­ nenrohrsegmente (7) befestigt ist, ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kon­ taktflächen (10) als halbkugelartige oder kegelstumpfartige, zentrische Ausnehmungen (22) in den Stirnflächen der Innenrohrsegmente (7) aus­ gebildet sind, welche mit einem auf dem Spannmittel (11) aufgefädelten Kontaktkörper (23) zusammenwirken, wobei die Ausnehmungen (22) zu­ sammen mit den Kontaktkörpern (23) Zentrierfunktionen für die Innen­ rohrsegmente (7) ausüben.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß als Spannmittel eine alle Innenrohrsegmente (7) durchsetzende Zugstange (11) vorgesehen ist.