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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ozonzuführungsvorrichtung. Speziell
betrifft sie eine Ozonzuführungsvorrichtung
zum Erzeugen und Speichern von Ozon unter Anwendung von Elektrizität, wobei
die Vorrichtung imstande ist, einem Ozon verbrauchenden Objekt kontinuierlich
oder intermittierend gespeicherten Ozon in bestimmten Verhältnissen
zuzuführen.
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Herkömmlicherweise
ist eine Ozonzuführungsvorrichtung
vom intermittierenden Typ zur vorübergehenden Speicherung von
Ozon bekannt, welche die folgenden Komponenten aufweist, die in 1 gezeigt
sind: einen Ozongenerator 50, eine Sauerstoffzuführungsquelle 51,
ein Umwälzgebläse 52,
einen Adsorptions-/Desorptionsturm 53 zum vorübergehenden
Speichern von erzeugtem Ozon, eine Kühlquelle 54 zum Kühlen des
Adsorptions-/Desorptionsturms 53, eine Heizquelle 55 zum
Heizen des Adsorptions-/Desorptionsturms 53, einen Wasserstromejektor 56 zum
Entnehmen von Ozon aus dem Adsorptions-/Desorptionsturm 53 durch
Dekompression und Saugwirkung, und eine Gruppe von Schaltventilen 57a bis 57g.
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Der
Adsorptions-/Desorptionsturm 53 ist vom Doppelzylindertyp,
wie 2 zeigt, wobei ein Innenzylinder 58 mit
einem Ozonadsorbens 59 gefüllt ist und ferner eine Wärmeübertragungs-Rohrwendel 60 zum
Heizen aufweist (siehe die geprüfte
JP-Patentschrift 64484/1985). Ein Kühlrohr 61, durch das man
ein Kühlmittel
strömen
läßt, ist
wendelförmig
um eine äußere Oberfläche des
Innenzylinders 58 gewickelt. Andererseits ist ein Außenzylinder 63 mit
einem Heizmedium 62 gefüllt.
Kieselgel wird gewöhnlich
als das Adsorbens 59 verwendet, und Ethylenglykol oder
eine Alkoholgruppe wird als das Heizmedium 62 verwendet.
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Es
ist zu beachten, daß 53a ein
Einlaß für das Heizmedium 62 und 53b ein
Auslaß für das Heizmedium 62 ist.
Das Umwälzgebläse 52,
der Ozongenerator 50 und der Adsorptions-/Desorptionsturm 53 bilden
in der genannten Reihenfolge ein einziges Zirkulationssystem.
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Nachstehend
wird die Funktionsweise erläutert.
Es gibt zwei Betriebsarten, und zwar eine Ozonadsorptionsbetriebsart
und eine Ozondesorptionsbetriebsart.
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Zuerst
wird die Adsorptionsbetriebsart beschrieben. Sauerstoff wird von
der Sauerstoffzuführungsquelle 51 durch
einen Einlaß 53c zugeführt, so daß der Druck
in dem Zirkulationssystem immer ein Konstantdruck ist. Dabei wird
der Druck normalerweise auf 1,5 kg/cm2 gehalten.
Wenn Sauerstoff durch das Umwälzgebläse 52 in
dem Zirkulationssystem strömt,
während
die Schaltventile 57c und 57c in einem geöffneten
Zustand sind, wird ein Teil des Sauerstoffs durch stille Entladung
in Ozon umgewandelt, um Ozonsauerstoff zu erzeugen, während der
Sauerstoff durch den Abgaberaum des Ozongenerators 50 geleitet
wird, und der Ozonsauerstoff wird dann zu dem Adsorptions-/Desorptionsturm 53 überführt.
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Das
Adsorbens in dem Adsorptions-/Desorptionsturm 53 adsorbiert
selektiv Ozon, und der verbleibende Sauerstoff wird durch das Schaltventil 57c zum
Umwälzgebläse 52 zurückgeführt. Sauerstoff, der
als Ozon verbraucht worden ist, wird von der Sauerstoffzuführungsquelle 51 aufgefüllt. Zu
diesem Zeitpunkt wird das Ozonadsorbens von der Kühlquelle 54 auf
nicht mehr als –30 °C gekühlt.
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Der
Grund dafür
ist, daß die
Ozonadsorptionsmenge des Ozonadsorbens sich in Abhängigkeit von
der Temperatur stark ändert.
Durch Senken der Temperatur wird also die Ozonadsorptionsmenge erhöht, und
durch Erhöhen
der Temperatur wird die Ozonadsorptionsmenge verringert. Wenn daher Ozon
adsorbiert wird, wird das Adsorbens gekühlt, und wenn Ozon desorbiert
wird, wird die Temperatur des Adsorbens erhöht.
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Wenn
das Adsorbens in dem Adsorptions-/Desorptionsturm 53 so
viel Ozon adsorbiert hat, daß die
Menge an die Ozonsättigungs-Adsorptionsmenge
angenähert
ist, findet der Desorptionsbetrieb für Ozon statt. Bei dem Desorptionsbetrieb
wird der Betrieb des Ozongenerators 50, des Umwälzgebläses 52 und
der Kühlquelle 54 beendet,
und die Schaltventile 57a und 57d werden geschlossen.
Danach beginnen die Heizquelle 55 und der Wasserstromejektor 56 ihren
Betrieb, und die Schaltventile 57e und 57g werden
geöffnet.
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Um
eine leichte Desorption des an dem Adsorbens adsorbierten Ozons
zu ermöglichen,
wird Wärme
des Heizmediums 62, das von der Heizquelle 55 durch
den Einlaß 53a eingepreßt worden
ist, sowohl von der inneren als auch der äußeren Oberfläche des
Innenzylinders 58 aufgebracht, um die Temperatur des Adsorbens 59 zu
erhöhen.
Dann wird durch Dekompression zum Ansaugen von in dem Adsorptions-/Desorptionsturm 53 vorhandenem
Ozon in einem Hub zum Auslaß 53d durch
den Wasserstromejektor 56 Ozon veranlaßt, in Wasser in dem Wasserstromejektor 56 verteilt
und gelöst
zu werden, das dann als Ozonwasser zu Stellen gefördert wird,
an denen Ozon verbraucht wird.
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Durch
Dekompression zum Zweck des Ansaugens wird der erreichte Druck in
dem Adsorptions-/Desorptionsturm 53 auf ungefähr 0,1 kg/cm2 (Absolutdruck) gebracht. Wenn die Desorptionsperiode
auf diese Weise abgeschlossen ist, kehrt der Prozeß zu dem
ursprünglichen
Adsorptionsbetrieb zurück
und wird kontinuierlich wiederholt.
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Eine ähnliche
intermittierend arbeitende Ozonzuführungsvorrichtung ist in der
US-A-4 453 953 beschrieben.
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Eine
herkömmliche
Ozonzuführungsvorrichtung
vom intermittierenden Typ ist insofern nachteilig, als durch das
Erhöhen
der Menge an eingefülltem Kieselgel
zum Speichern einer großen
Ozonmenge die erforderliche Zeit zum Kühlen des Kieselgels verlängert wird,
so daß Ozon
nicht auf effiziente Weise gespeichert werden kann, und ferner ist
nachteilig, daß durch
Erhöhen
der Zahl der vorgesehenen Ozonadsorptions-/-desorptionstürme der
Anlagenbereich vergrößert wird
oder der Betrieb der Vorrichtung kompliziert wird. Da ferner die
Heiz- und die Kühlquelle separat
angeordnet sind, wird die Vorrichtung komplex, und die Wartung des
Kieselgels in den Adsorptions-/Desorptionstürmen wird erschwert.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Umstände gemacht,
und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ozonzuführungsvorrichtung
anzugeben, die imstande ist, die zur Kühlung des Ozonadsorbens erforderliche
Zeit zu verkürzen
und Ozon auf effiziente Weise zu speichern, und die auf kompakte
Weise angeordnet werden kann.
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Eine
Ozonzuführungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung weist folgendes auf: einen Ozongenerator zum Erzeugen
von Ozonsauerstoff aus unbehandeltem Sauerstoff; eine Adsorptions-/Desorptionseinrichtung
zum Adsorbieren und Speichern von Ozon aus Ozonsauerstoff und zum Desorbieren
des Ozons; und eine Ozondesorbiereinrichtung zum Desorbieren des
adsorbierten und gespeicherten Ozons für die Zuführung, wobei die Vorrichtung
dazu ausgelegt ist, um Sauerstoff zu dem Ozongenerator zurückzuführen, nachdem
von der Adsorptions-/Desorptionseinrichtung Ozon daraus adsorbiert
worden ist, und Ozon aus der Adsorptions-/Desorptionseinrichtung
zu desorbieren und zuzuführen,
wobei die Adsorptions-/Desorptionseinrichtung folgendes aufweist:
mindestens einen Ozonspeicherbereich, der mit einem Adsorbens gefüllt ist, und
einen Flüssigkeitsspeicherbereich
zum Füllen
einer äußeren Umfangsoberfläche des
Ozonspeicherbereichs mit dem Temperaturmedium, wobei der Ozonspeicherbereich
in Form eines Rohrs ausgebildet ist, das eine konische Gestalt hat.
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Der
Ozonspeicherbereich kann so angeordnet sein, daß er in dem Flüssigkeitsspeicherbereich gelegen
ist.
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Ein
in den Ozonspeicherbereich zu füllendes Adsorbens
kann von einem integrierten Typ sein, der einer Gestalt des Ozonspeicherbereichs
entspricht und aus porösem
Material besteht.
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Die
Adsorptions-/Desorptionseinrichtung kann in einem Gasbeschickungsbehälter zum
Befüllen
mit Gas angeordnet sein, und eine Druckeinstelleinrichtung zum Einstellen
des Gasdrucks in dem Gasbeschickungsbehälter kann vorgesehen sein.
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Der
Gasdruck in dem Gasbeschickungsbehälter kann derart eingestellt
sein, daß er
zum Zeitpunkt des Speicherns von Ozon ein Unterdruck ist.
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Eine
Abzweigleitung kann in einer Ozonumwälzleitung gebildet sein, die
zwischen dem Ozongenerator und der Adsorptions-/Desorptionseinrichtung vorgesehen
ist, und die Abzweigleitung ist mit einer Gasansaugeinrichtung zum
Ansaugen von Gas in die Adsorptions-/Desorptionseinrichtung und
einem Gasspeicherbehälter
zum vorübergehenden
Speichern von Gas darin verbunden.
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Eine
Sauerstoffraffinationseinrichtung kann zwischen der Gasansaugeinrichtung
und dem Gasspeicherbehälter
vorgesehen sein.
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Die
Ozonzuführungsvorrichtung
kann ferner eine Temperatureinstelleinrichtung zum Einstellen der
Temperatur in der Adsorptions-/Desorptionseinrichtung und eine Temperaturmeßeinrichtung
zum Messen einer Temperatur in der Adsorptions-/Desorptionseinrichtung
aufweisen.
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Die
Adsorptions-/Desorptionseinrichtung kann nach Beendigung der Ozondesorption
von der Temperatureinstelleinrichtung erwärmt werden.
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Weitere
Merkmale, Ausführungsformen
und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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3 zeigt
schematisch eine Anordnung einer Ozonzuführungsvorrichtung gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung
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4 zeigt
schematisch eine Anordnung einer Ozonadsorptions-/-desorptionseinrichtung
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
ein Schnitt entlang der Linie II-II und zeigt die Ozonadsorptions-/-desorptionseinrichtung der
vorliegenden Erfindung;
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1 zeigt
schematisch eine Anordnung einer herkömmlichen Ozonzuführungsvorrichtung
vom intermittierenden Typ; und
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2 zeigt
eine Anordnung eines Ozondesorptionsbereichs in einer herkömmlichen
Ozonzuführungsvorrichtung
vom intermittierenden Typ.
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3 zeigt
schematisch eine Anordnung einer Ozonzuführungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Eine solche Vorrichtung weist, wie 1 zeigt,
folgendes auf: einen Ozongenerator 1 zum Erzeugen von Ozonsauerstoff,
eine Sauerstoffzuführungsquelle 2,
ein Umwälzgebläse 3,
eine Adsorptions-/Desorptionseinrichtung 4 zum vorübergehenden
Speichern des erzeugten Ozons, eine Temperatureinstelleinrichtung 7 zum
Einstellen der Temperatur eines Temperaturmediums 6, das
in einen Flüssigkeitsspeicherbereich
zu füllen
ist, der sich im Inneren eines Außenzylinders 5 in
der Adsorptions-/Desorptionseinrichtung 4 befindet, einen
Wasserstromejektor 8, der eine Ozondesorptionseinrichtung
ist, und Schaltventile 9a bis 9e.
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Eine
Vielzahl von Adsorptions-/Desorptionsrohren 10 als Ozonspeicherbereich
ist innerhalb des Außenzylinders 5 der
Adsorptions-/Desorptionseinrichtung 4 angeordnet, und das
Innere des Adsorptions-/Desorptionsrohrs 10 ist mit einem
Adsorbens 11 gefüllt.
Das Temperaturmedium zum Einstellen der Temperatur des Adsorbens 11 strömt entlang
einer äußeren Oberfläche des
Adsorptions-/Desorptionsrohrs 10. Es wird bevorzugt, ein
Adsorbens zu wählen,
das eine niedrige Zersetzungsrate bei Kontakt mit Ozon hat.
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Beispielsweise
können
Kieselgel, aktiviertes Aluminiumoxid oder mit Fluorkohlenstoff getränkte poröse Materialien
verwendet werden. Andererseits kann als Temperaturmedium 6 Ethylenglykol
oder eine Alkoholgruppe verwendet werden. Es ist zu beachten, daß mit 4a bis 4d ein
Einlaß für Temperaturmedium,
ein Auslaß für Temperaturmedium,
ein Einlaß für Ozonsauerstoff
bzw. ein Auslaß für Ozonsauerstoff
bezeichnet sind.
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Die
Betriebsarten der Vorrichtung werden nachstehend erläutert. Es
gibt insgesamt zwei Betriebsarten, und zwar die Ozonadsorptionsbetriebsart und
die Ozondesorptionsbetriebsart.
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Es
wird zunächst
die Adsorptionsbetriebsart erläutert.
Sauerstoff wird von der Sauerstoffzuführungsquelle 2 zugeführt, so
daß der
Druck in dem Zirkulationssystem ständig konstant ist, beispielsweise 1,5
kg/cm2. Zu diesem Zeitpunkt kann Ozon um
so effizienter gespeichert werden, je höher der Druck in dem Zirkulationssystem
wird. Im Hinblick auf den Ozonerzeugungs-Wirkungsgrad und den Ozonspeicherungs-Wirkungsgrad führt jedoch
eine übermäßige Druckerhöhung in
dem Zirkulationssystem zu einem erhöhten Stromverbrauch während der
Speicherung, so daß es
erwünscht
ist, einen Höchstdruck von
ungefähr
5 kg/cm2G aufrechtzuerhalten.
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Wenn
Sauerstoff durch das Umwälzgebläse 3 in
dem Zirkulationssystem zum Strömen
gebracht wird, während
die Schaltventile 9a und 9c geöffnet sind, so wird ein Teil
des Sauerstoffs durch stille Entladung in Ozon umgewandelt, um einen
Ozonsauerstoff zu erzeugen, während
er durch den Abgaberaum des Ozongenerators 1 strömt, und
der Ozonsauerstoff wird dann zu den Adsorptions-/Desorptionsrohren 10 überführt. Das
Adsorbens in den Adsorptions-/Desorptionsrohren 10 adsorbiert
selektiv Ozon, und der verbleibende Sauerstoff wird durch das Schaltventil 9c zu
dem Umwälzgebläse 3 rückgeführt.
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Sauerstoff,
der als Ozon verbraucht worden ist, wird durch die Sauerstoffzuführungsquelle 2 ersetzt.
Da das Adsorbens die Eigenschaft annimmt, daß die Ozonadsorptionsfähigkeit
ansteigt, je mehr das Adsorbens gekühlt wird, wird die Kühltemperatur von
der Temperatureinstelleinrichtung 7 im allgemeinen auf
nicht mehr als –40 °C gehalten.
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Wenn
das Adsorbens in dem Adsorptions-/Desorptionsrohr 10 so
viel Ozon adsorbiert hat, daß eine
Annäherung
an die Ozonsättigungs-Adsorptionsmenge
vorliegt, so wird die Desorptionsbetriebsart ausgeführt. In
der Desorptionsbetriebsart wird der Betrieb des Ozongenerators 1 und
des Umwälzgebläses 3 beendet,
und die Schaltventile 9a bis 9d werden geschlossen.
Dann beginnt der Wasserstromejektor seinen Betrieb, und das Schaltventil 9e wird
geöffnet.
Zu diesem Zeitpunkt wird das Temperaturmedium 6 von der
Temperatureinstelleinrichtung 7 erwärmt, und das Temperaturmedium 6 wird
von der Außenseite
des Adsorptions-/Desorptionsrohrs 10 zur Wirkung gebracht,
um die Temperatur des Adsorbens 11 zu erhöhen.
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Durch
Dekompression zum Ansaugen von Ozon in der Adsorptions-/Desorptionseinrichtung 4 durch
den Wasserstromejektor 8 wird Ozon veranlaßt, in dem
Wasser im Wasserstromejektor 8 verteilt und gelöst zu werden,
und wird als Ozonwasser den Stellen zugeführt, an denen Ozon verbraucht
wird. Zu diesem Zeitpunkt beträgt
der erreichte Druck in den Adsorptions-/Desorptionsrohren 10 durch
Dekompression zum Ansaugen ungefähr
0,1 kg/cm2 (Absolutdruck).
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Wenn
auf diese Weise die Desorptionsperiode beendet ist, kehrt der Prozeß zu dem
ursprünglichen
Adsorptionsprozeß zurück, was
kontinuierlich wiederholt wird. Es ist zu beachten, daß der Desorptionsprozeß alternativ
gestartet werden kann, wenn Ozon einer bestimmten Dichte aus der
Adsorptions-/Desorptionseinrichtung 4 auszutreten beginnt.
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Bei
der vorliegenden Erfindung sind die in 4 gezeigten
Adsorptions-/Desorptionsrohre 20 von konischer Trapezgestalt,
deren weite Öffnungsseiten
und schmale Mündungsseiten
alternierend angeordnet sind. 5 ist eine
Schnittansicht entlang der Linie II-II der Adsorptions-/Desorptionseinrichtung 21 der
vorliegenden Ausführungsform.
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In
der Adsorptions-/Desorptionseinrichtung 21 der vorliegenden
Ausführungsform
wird zum Zeitpunkt der Adsorption von Ozon ein gekühltes Temperaturmedium 6 durch
einen Einlaß 21a zu
einem Auslaß 21b geschickt,
und Ozonsauerstoff wird durch einen Einlaß 21c geschickt, um
aus einer schmalen Mündungsseite
im unteren Bereich der Ozonspeichervorrichtung 21 in das
Adsorptions-/Desorptionsrohr 20 zu strömen und aus einer weiten Öffnungsseite
in dem oberen Bereich abgegeben zu werden und erneut in das Adsorptions-/Desorptionsrohr 20 durch
eine schmale Öffnungsseite
in dem oberen Bereich zu strömen
und aus einem Auslaß 21d in
dem unteren Bereich abgegeben zu werden.
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Wenn
die Adsorption auf diese Weise ausgeführt wird, kann das Adsorbens
zuerst an seinem zentralen Bereich nahe der Seite des Einlasses 21c für das Ozongas
gekühlt
werden, und eine Hohlraumgeschwindigkeit (eine Geschwindigkeit,
mit der Ozongas sich durch das Adsorptions-/Desorptionsrohr bewegt)
in der Seite des Auslasses 21d für das Ozongas kann langsam
gemacht werden, so daß Ozon
auf effiziente Weise adsorbiert werden kann.
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Andererseits
wird zum Zeitpunkt der Desorption von Ozon gespeichertes Ozon entnommen,
indem man es aus der weiten Öffnungsseite
zu der schmalen Öffnungsseite
entgegengesetzt zu dem vorher beschriebenen Ozongasstrom strömen läßt. Zu diesem
Zeitpunkt kann Ozon auch desorbiert werden, indem die Adsorptions-/Desorptionsrohre 20 in Reihe ähnlich wie
bei dem Adsorptionsprozeß miteinander
verbunden werden, oder es kann alternativ desorbiert werden, indem
Ozon aus Gasansaugöffnungen
in einem oberen Bereich entnommen wird, ohne diese in Reihe geschaltet
zu verbinden, wobei jedoch die schmalen und weiten Öffnungen
getrennt sind (und die schmalen Öffnungen
geschlossen werden), und dann Ozon aus einer Ansaugöffnung in dem
unteren Bereich entnommen wird.
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Wenn
die Desorption auf diese Weise durchgeführt wird, so kann die Menge
an wieder adsorbiertem Ozon verringert werden. Es ist zu beachten,
daß die
Anordnung, in der Adsorptions-/Desorptionsrohre nicht in Reihe verbunden
sind, zu einer weiteren Verringerung eines Kontakts von Adsorbens
und Ozon führt,
so daß Desorptionseffekte
verbessert werden können.