DE968411C

DE968411C - Apparat zur Erzeugung von Ozon

Info

Publication number: DE968411C
Application number: DER14669A
Authority: DE
Original assignee: Rheno A G
Current assignee: Rheno A G
Priority date: 1953-09-24
Filing date: 1954-07-21
Publication date: 1958-02-13
Also published as: FR1108567A; CH317444A; CH324664A; GB792053A

Description

AUSGEGEBEN AM 13./FEBRUAR 1958

R 1466p IVa j 12 i

ist in Anspruch· genommen

Ozon wird in der Regel hergestellt durch Elektrolyse oder durch stille Entladung zwischen an eine Hochspannungsquelle angeschlossenen Elektroden. Bei den Entladjungsapparaturen bedient man sich im Prinzip als Elektroden zweier konzentrischer Röhren (Siemens-Röhren) oder paralleler Platten.

Die Apparate mit Röhren benötigen verhältnismäßig viel Raum und außerdem ist .es sehr schwierig, die zwei Röhren genau zu zentrieren. Bei nicht genau gleichem Abstand ist die Entladung nicht überall dieselbe, d. h. die nutzbare Fläche schlecht ausgenutzt und die Ausbeute· gering. Außerdem ist es erforderlich, daß die zu ionisierende Luft oder ein entsprechend sauerstoffhakiges Gasgemisch vollständig staubfrei ist, denn in dem Hochspannungsfeld zwischen den Elektroden werden die Staubteilchen niedergeschlagen und verbrannt. Es bildet sich auf den Elektroden selbst oder dem dazwischengeschalteten ·Dielektrikum ein Belag, welcher die Entladungsverhältnisse verändert und die nutzbare Fläche für die Entladungen verkleinert. Die Reinigung der Röhren gestaltet sich sehr schwierig.

709 881/9

Um die Schwierigkeiten der Zentrierung zu umgehen, wurden an Stelle der Röhren parallele Platten vorgeschlagen. Diese besitzen den Vorteil, daß sie nur wenig Raum einnehmen, da mehrere Platten übereinander angeordnet werden können. Es ist einfach, glatte Platten herzustellen und zwischen solchen einen gleichmäßigen Abstand einzustellen. Bei diesen Apparaturen ist aber eine gleichmäßige Bestreichung der gesamten Entladungsfläche mit dem Gas nur schwer zu erreichen.

Um die erwähnten Nachteile der bekannten Apparate zu vermeiden, sind beim Apparat gemäß vorliegender Erfindung die Elektroden als kegelförmige Teller ausgebildet, wobei mindestens zwei solche gleichen Teller übereinander angeordnet sind _ und ein Ozonisierelement bilden.

Ferner ist bei den bis heute bekannten Ozonanlagen, welche mit stillen Entladungen arbeiten, die Ausbeute rund 8o g/kWh, wä'hrend nach der ao Theorie etwa 1,2 kg/kWh erhalten werden, sollten. Die Ursachen für diesen schlechten Wirkungsgrad sind verschiedener Natur. Ein großer Teil der aufgewendeten Energie geht duroh die Ionenrekombinationen verloren, ein nicht zu vernaohlässigender .Teil wird im Dielektrikum in Wärme, sogenannte Verlustwärme, umgesetzt, weshalb die meisten Geräte gekühlt werden müssen. Ebenfalls geht Energie durch Strahlung verloren und schließlich wird gebildetes Ozon durch homogene und heterogene Katalyse zerstört, bevor es analytisch erfaßt werden kann.

Um die Ionenrekombinationen zu verringern, hat man den Weg zwischen den beiden Elektroden verkleinert und die Strömungsgeschwindigkeit des Gases erhöht. Diese Maßnahmen führen zu einer wesentlichen Verbesserung der Energieausbeute. Dadurch aber, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Gases erhöht wird, sinkt die Verweildauer in der Entladungszone und damit die Konzentration an Ozon. Außerdem werden die Energieaufwendungen für den Gastransport, gerechnet pro Gewichtseinheit Ozon, sofort wesentlich größer, so daß die Wirtschaftlichkeit in Frage gestellt ist.

Damit sich die dielektrischen Verlustwärmen nicht anstauen, wird bei den meisten Anlagen mit Kühlung gearbeitet; dabei wird durch geeignete Maßnahmen mit einem flüssigen oder gasförmigen Kühlmittel die gebildete Wärme abgeführt. Eine bessere Ausnützung der aufgewendeten Energie wird durch die Kühlung allerdings nicht erreicht, hingegen wird durch die Abfuhr der Wärme der Ozonzerfall ein etwas langsamerer, da die Zerfallkonstante dieses Gases stark temperaturabhängig ist.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung läßt sich eine wesentliche Verbesserung der Ozonausbeute dadurch erreichen, daß man die Entladungsfläche des Ozonisators in kleine Einzelflächen unterteilt, deren Kanten möglichst scharf sind, um Kugeleffekt zu vermeiden. *

Dadurch wird erreicht, daß man auf einem möglichst großen Teil der Entladungsfläcke den starken Randeffekt efreicht und daß die Feldstärke gegen das Innere des Feldes nicht abnimmt. Man erreicht so eine größere Stromdichte, die maßgebend für die Ozonausbeute und -konzentration ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung läßt sich die Ozonausbeute auch noch erheblich steigern, wenn man im Entladungsraum des Ozonisators photochemische Sensibilisatoren vorsieht. Dadurch wird bewirkt, daß auch die mit der Entladung in Erscheinung tretende Strahlung ausgenutzt wird. Als solche Sensibilisatoren kommen natürlich nur Stoffe in Frage, welche ozonbeständig sind, z.B. verschiedene, vorzugsweise weiße Metalloxyde, z. B. Zinkoscyd.

In der, Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Fig. ι zeigt einen senkrechten Schnitt durch das erste Beispiel;

Fig. 2 ist ein gleicher Schnitt des zweiten Beispiels;

Fig. 3 ist ebenfalls ein senkrechter Schnitt des dritten Beispiels, und

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf Fig. 3.

In den Fig. 2 und 3 ist das Dielektrikum zwecks Vereinfachung der zeichnerischen Darstellung weggelassen worden.

In Fig. ι bezeichnet 1 ein zylindrisches Gehäuse, in welchem unten in der Mitte ein Lufteintrittsstutzen 2 vorhanden ist, während oben ein Rohr 3 aus Isoliermaterial angeordnet ist. Auf diesem Rohr 3 sind auf dem 'in das Gehäuse 1 hineinreichenden Teil mehrere kegelförmige Elektrodenteller 4 übereinander mit Zwischenraum angeordnet. Diese Elektrodenteller 4 sind hohl, und es sind Zu- und Ableitungen 5 und 6 vorhanden, damit sie von einem Kühlmittel, z. B. Wasser, durchströmt werden können. Das Rohr 3 besitzt zwischen den Tellern 4 Durchbrechungen 7. Ferner ist zwischen den Elektrodentellern 4 ein gleichförmiges, festes, ozonbeständiges Dielektrikum 8 vorhanden, das entweder von beiden Elektroden einen Abstand haben oder auf einer Elektrodenfläche aufgebracht sein kann. Wenn an die Elektroden eine Hochspannungs'quelle angeschlossen und ein sauerstoffhaltiges Gas, ζ. Β. Luft, durch den Apparat hindurchgesaugt oder -gepreßt wird, so entstehen zwischen den Elektrodentellern 4 stille Entladungen, durch welche Ozon erzeugt wird.

Beim Beispiel nach Fig. 2 sind an der Innenwand eines aus Isoliermaterial bestehenden' Gehäuses 9 mehrere kegelförmige Elektrodenteller 10 mit Abstand übereinander angeordnet. Diese besitzen in der Mitte je eine Öffnung 11. Ferner weist'die Gehäusewand zwischen den Tellern 10 Durchbrechungen 12 auf, welche an einen Ringraum 13 angeschlossen sind, der das Gehäuse 9 umgibt und in den durch einen Stutzen 14 Luft eintreten kann. Oben am Gehäuse ist in der Mitte ein Austrittsstutzen 15 vorhanden. Auch hier entstehen zwischen den Elektrodentellern 10 beim. Anlegen derselben an eine Hochspannungsquelle stille Entladungen.

Beim Beispiel nach Fig: 3 und 4 sind mehrere Elektrodenteller 16 übereinander angeordnet und durch Distanzstücke 17 voneinander entfernt. Der

Claims

unterste Teller 16 ist in der Mitte bei 18 abgeschlossen, während die andern je eine mittlere öffnung 19 aufweisen und in die Öffnung-19 des obersten Tellers 16 ein Rohr 20 eingesetzt ist. Alle Teller 16 jverden durch ein unteres Tragkreuz 21 und ein oberes Tragkreuz 22, die durch Schraubenbolzen 23 gegeneinandergedrückt werden, zusammengehalten. Auch ,..hier entstehen zwischen den Elektrodentellern 16 beim Anlegen derselben an eine 'Hochspannungsquelle stille Entladungen, durch welche beim Hindurchsaugen eines sauerstoffhaltigen Gases Ozon erzeugt werden kann. Dieses Aggregat kann ebenfalls in ein geschlossenes Gehäuse eingesetzt werden, wodurch ermöglicht wird, mit erhöhtem Druck zu arbeiten. Bei den beschriebenen Beispielen ist es möglich, den Abstand zwischen den Elektroden beliebig zu verstellen, wodurch die Entladungen und somit die Ozonausbeute bequem reguliert werden kann. Es können jeweils beliebig viele Elektrodenteller übereinander angeordnet werden; man hat dadurch die Möglichkeit, auf kleinem Raum eine sehr große Entladungsfläohe zu schaffen. Ferner wird bei der beschriebenen Anordnung und Form der Elektroden stets die gesamte Entladungsfläche von Gas bestrichen. Die Ausbeute ist deshalb sehr groß und macht, wie sich gezeigt hat, bis das Dreifache der Ausbeute aus, die bei gleicher Fläche von Plattenapparaten erreicht wird. Eine weitere Verbesserung solcher Ozonisatoren, welche nach dem Prinzip der stillen Entladung arbeiten, wird dadurch erzielt, daß mindestens eine Entladungsfläche in kleine, möglichst scharfkantig begrenzte Einzelflächen unterteilt ist. Die Unterteilung der Entladungsfläche,kann beispielsweise durch scharfkantige Riffelung oder feine scharfkantige Lochung oder Schlitzung der Elektroden}? latten erfolgen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, ;auf die Elektrodenoberfläche feinkörnige scharfkantige Stoffe aufzubringen. Obwohl durch diese Maßnahme, besonders bei der Lochung oder Schlitzung eine Verkleinerung der Entladungsfläche eintritt, steigt die Ausbeute allein schon durch diese Maßnahme um 15 bis 25 °/o und dies wegen der stärkeren Entladung, d. h. wegen der Ausnutzung des Randeffektes. Es wurde ferner gefunden, daß1 sich die Oz'ona,usbeute noch erheblich steigern läßt, wenn man im Entladungsraum des Ozonisators photochemische Sensibilisatoren vorsieht. Es kann dadurch auch die mit der Entladung in Erscheinung tretende Strahlung ausgenutzt werden. ATs Sensibilisatoren kommen' Sioffe in Frage, welche ozonbeständig sind, z. B. verschiedene, vorzugsweise weiße Metalloxyde, z. B. Zinkoxyd. Die aktiven Substanzen können, falls es sich um Halbleiter handelt, direkt auf die Elektroden oder aber, falls das Leitvermögen gering oder die aufzubringende Austrittsarbeit für Elektronen zu groß ist, zwischen Elektrode und Dielektrikum oder auf letzteres direkt aufgebracht bzw. oder eingebaut sein. Die Sensibilisatoren sensibilisieren den Sauer- ! stoff derart stark, daß schon durch die Strahlung des sichtbaren Spektrums daraus Ozon entsteht, während ohne diese Stoffe eine Bildung nur bei kurzwelligem Utf, d. h. bei Strahlung mit weit größerem Energieinhalt, eintritt. Durch diese Maßnahme wird die Ausbeute eines üblichen Ozonisierungsgerätes von z. B. 70 g/kWh auf 150 bis 160 g/kWh gesteigert. PATEKTANSPRÜCHE:

1. Apparat zur Erzeugung von Ozon nach dem Prinzip der stillen Entladung zwischen an eine Hochspannungsquelle angeschlossenen Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden als kegelförmige Teller (4, 10, 16) ausgebildet sind, wobei mindestens zwei solche gleichen Teller übereinander angeordnet sind und ein Ozonisierelement bilden.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektroden (4) ein gleichförmiges, festes, ozonbeständiges Dielektrikum (8) vorgesehen ist.

3. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Elektrodenteller (4) hohl ausgebildet ist und von einem Kühlmittel durchströmt wird.

4. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektr'odenteller (4, 10) in einem geschlossenen Gehäuse (1, 9) angeordnet sind.

5. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelförmigen Elektrodenteller (4) in der Mitte an einem Isolierrohr (3) befestigt sind, das zwischen den Tellern (4) Durchbrechungen (7) aufweist.

6. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelförmigen Elektrodenteller^ (10) an ihrem äußeren Rand an einem zylindrischen Mantel (9) aus Isoliermaterial angeordnet sind, der zwischen den Tellern (10) Durchbrechungen (12) aufweist.

7. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere kegelförmige Elektrodenteller (16) durch Distanzglieder (17) voneinander getrennt und durch Spannorgane (21, 22, 23) zusammengehalten sind.

' 8. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Entladungsfläche in kleine, möglichst scharfkantig begrenzte Einzelflächen unterteilt ist.

9. Apparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Entladungsfläche scharfkantig geriffelt ist.

10. Apparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Entladungsfläche scharfkantig perforiert ist.

11. Apparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Entladungsfläche scharfkantige Schlitze aufweist.

12. Apparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Entladungsfläche feinkörniges scharfkantiges Material aufweist.

13- Apparat nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß im Entladungsraum des Ozonisators ozanbeständige photochemische Sensibilisatoren vorgesehen sind.

14. Apparat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensibilisator ein weißes Metalloxyd ist.

15. Apparat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der S ensibilisator Zinkoxyd ist.

16. Apparat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensibilisator sich auf mindestens einer Elektrode befindet.

17. Apparat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensibilisator zwischen Elektrode und Dielektrikum angeordnet ist.

18. Apparat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensibilisator sich auf dem Dielektrikum befindet.

19. Apparat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensibilisator selbst als Dielektrikum verwendet wird.

20. Apparat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensibilisator in das Dielektrikum eingebaut ist.

25

In.Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 696081, 96400, 56727;
USA.-Patentschriften Nr. 2 268 093, 1 743 202.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

3 509 656/36 1.56 (709 881/9 2.58)