FI75328B - Anordning foer producering av ozon. - Google Patents

Description

1 75328

Laite otsonin tuottamiseksi

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen laite otsonin valmistamiseksi hapesta tai 5 happea sisältävästä kaasusta.

Otsoni on erittäin voimakas hapetusaine orgaanisia aineita ja epäorgaanisia yhdisteitä varten, jotka sisältävät elementtejä, joilla on useita hapetusvaiheita. Monipuolisen käytön ohella kemiassa otsonia on jo vuosikymme-10 niä käytetty veden puhdistuksen yhteydessä. Korkeat investointi- ja käyttökustannukset otsonin tuottamiseksi rajoittavat kuitenkin käyttömahdollisuuksia.

Vaikka teoreettisesti on olemassa useita mahdollisuuksia otsonin tuottamiseksi, tähän asti on käytännössä 15 ollut merkitystä ainoastaan otsonin tuottamisella hiljaisen sähköpurkauksen avulla. Tämä pätee sekä suurien paikallaan olevien että pienien kuljetettavien otsoninkehityslaitteis-tojen osalta. Otsoninkehittimet, jotka työskentelevät tämän periaatteen mukaisesti, muodostuvat oleellisesti kahdesta 20 elektrodista, jotka on erotettu toisistaan eristeellä ja kaasutilalla. Elektrodeihin kytketään suurjännitevaihtovir-ta. Samanaikaisesti annetaan hapen tai happipitoisen kaasun virrata kaasutilan läpi. Tällöin tapahtuu elektrodien välissä sähköinen suurjännitepurkaus ilman kipinöintiä ja kirkas-25 ta valoilmiötä. Tämä suurjännitepurkaus johtaa otsonin muodostumiseen. Tällä periaatteella tunnetaan kaksi otsonin-kehitintyyppiä, nimittäin levymäinen otsoninkehitin, jonka yhteydessä elektrodit muodostuvat yhdensuuntaisista levyistä, ja putkimainen otsoninkehitin, jonka yhteydessä elektro-30 dit muodostuvat samankeskisistä putkista. Keksinnön kohteena on viimeksi mainittu otsoninkehitintyyppi.

Tunnetaan lukuisia putkimaisia otsonikehittimien rakenteita, tyypillisiä rakenteita esittävät esimerkiksi DE-patenttijulkaisu 1 767 109 ja DE-hakemusjulkaisu 3 221 895. 35 Useita yrityksiä on tehty otsoninkehittimien tehon parantami- 2 75328 seksi, erityisesti kohottamalla kenttävoimakkuuden intensiteettiä. Tätä tarkoitusta varten on esimerkiksi elektrodien pinta karhennettu päällysteellä, kuten DE-patentti-julkaisu 1 240 831 esittää, tai eriste on varustettu sähköä 5 johtavilla "saarilla", kuten EP-patenttijulkaisu 0 019 307 esittää. Tunnetaan myös erikoisrakenteita. Esimerkiksi EP-patentti julkaisu 0 018 318 esittää langasta muodostuvan si-säelektrodin, joka on kierretty lieriövaipalle, kun taas ulkoelektrodi on tehty tavanomaisella tavalla putkeksi.

10 DE-patenttijulkaisu esittää sitä vastoin spiraalimaisesti kierretyn ulkoelektrodin ja sisäelektrodin, joka on tehty putkeksi tai sauvaksi.

Spiraalimaiset elektrodit vaativat rakenteellisista syistä suhteellisen suuria purkaustiloja ja johtavat sen 15 vuoksi alhaisiin ja epätasaisiin purkaustiheyksiin sekä alhaisiin otsonipitoisuuksiin. Spiraalimaisten ulkoelektro-dien yhteydessä ei sitä paitsi voida jäähdytystä suorittaa nesteellä, kun ulkoelektrodin ja eristeen välistä välitilaa on käytettävä purkaustilana.

20 Nykyisin käytettyjen otsoninkehittimien yhteydessä käytetään pääasiassa suurjännitepurkauselektrodeja. Näissä on joko lasia, keramiikkaa tai muovia oleva metalloitu eriste tai metallilevyjä ja metalliputkia, jotka on päällystetty eristeellä. Suurjännite kytketään tällöin metalli-25 kerrokseen. Tätä suurjännitepurkauselektrodia vastapäätä sijaitsee tavallisesti välittömästi tai välillisesti jäähdytetty elektrodi, joka tietyissä tapauksissa voi samoin kantaa eristävää kerrosta. Jäähdytysväliaineen välityksellä on johdettava pois kaasunpurkausessa syntyvä lämpö. Hyvällä 30 jäähdytyksellä voidaan lisätä otsonin saantia. Tästä syystä suurjännitesisäelektrodeja pyritään useissa tapauksissa jäähdyttämään toisella, monimutkaisella jäähdytyskierrolla.

Vallitsevien rakenteiden yhteydessä voidaan hiljaisessa sähköpurkausessa syntyvä lämpö johtaa jäähdytettyyn 35 ulkoelektrodiin ainoastaan diffuusion ja konvektion avulla.

Il 3 75328

Suhteellisen vähäisen kenttävoimakkuuden vuoksi voidaan otsonin tuoton yhteydessä kaasunpurkausmatkoja syöttää ainoastaan suhteellisen suurella kaasutilavuudella ja hyvin pienellä nopeudella. Näiden pienien kaasun nopeuksien 5 yhteydessä ovat lämmönsiirtoluvut käytännöllisesti ottaen yhtä kuin 0, niin että virtaavan kaasun välityksellä ei voida johtaa pois lämpöä. Vastakohtana levymäisille otso-ninkehittimille on putkimaisten otsoninkehittimien yhteydessä lisäksi suurena vaikeutena taata elektrodien välin 10 säilyminen täsmällisesti. Tämä johtuu ennen kaikkea putken-halkaisijoiden massavaihteluista ja taipumista. Niinpä ei ole edes keskiöintielementtien käytön yhteydessä mahdollista pitää putkien väliä vakiona koko pituudelta. Putkien jäykkyyden vuoksi, joiden putkien halkaisija on 30 mm tai enem-15 män, ei myöskään joustava muotoutuminen keskiöintielementtien vaikutuksesta ole mahdollista. Näiden epätasaisuuksien seurauksena esiintyy voimakkaasti erilaisia purkaustiheyk-siä, mikä johtaa otsonin saannin huomattaviin vähenemisiin.

Keksinnön tehtävänä on parantaa putkimaisten otsonin-20 kehittimien yhteydessä rakenteellisten parannusten avulla purkaustiheyksiä ja kaasun virtausta siten, että otsonin välmistamiseksi tarvittava erityisenergia vähenee.

Pitäen lähtökohtana patenttivaatimuksen 1 johdannossa esitettyä tekniikan tasoa tämä tehtävä on ratkaistu 25 keksinnön mukaisesti patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkki-osassa annetuilla tuntomerkeillä.

Keksinnön edullinen suoritusmuoto on esitetty epäitsenäisessä patenttivaatimuksessa.

Sisä- ja ulkoelektrodin pienen halkaisijan ansiosta 30 saadaan aikaan pienempi kapasitanssi kuin tähän asti tavanomaisesti otsoninkehittimien yhteydessä, joten vir-rantarve pienenee. Sitä paitsi kasvaa kaasun nopeus, joten jäähdytys paranee. Koska keksinnön mukaisesti sisäelektrodi voi olla tehty yksittäiseksi tai kierretyksi sauvaksi, 35 voidaan ulkoelektrodin halkaisijaa pienentää huomattavasti 75328 tunnettuihin rakenteisiin verrattuna, ulkoelektrodin si-sähalkaisija on esimerkiksi ainoastaan 5-10 mm. Sisäelekt-rodin voi muodostaa esimerkiksi lanka, jonka halkaisija on 0,5-3 mm. Tämä sisäelektrodi voidaan ilman muuta sovit-5 taa maksimaalista kenttävoimakkuutta varten. Pieni kaare-vuussäde aikaansaa suuremman kenttävoimakkuuden. Keksinnön mukainen putkimainen otsoninkehitin mahdollistaa tunnettujen rakenteiden edullisten tunnusmerkkien säi yttämisen. Eristeinä voidaan käyttää esimerkiksi suuren jännitekeston omaa-10 via materiaaleja, kuten lasia, muovia, alumiinioksidia tai titaanioksidia. Sisemmän suurjännite-elektrodin vastaelektro-dina ulkoelektrodi voidaan ympäröidä ylimääräisellä eristeellä varustetulla metalliputkella. Sen voi muodostaa myös muoviputki, joka on ulkoapäin sähköä johtavan nesteen huuh-15 telema. Jännitekestoinen muovi on tällöin eristeenä. Ulkoelektrodi voi muodostua myös muoville asetetusta metalli-kerroksesta. Tämä rakenne on edullinen erityisesti langasta muodostuvan sisäelektrodin yhteydessä, koska täten voidaan tehdä hyvin pitkiä otsoninkehitinelementtejä, ilman 20 että sisä- ja ulkoelektrodin välisten rakojen tarkkuus kärsii edes edullisten hyvin pienien rakojen, alle 1 mm, yhteydessä. Tällaiset otsoninkehitinelementit voidaan muotoilla myös taipuisiksi. Niitä voidaan käsitellä silloin esimerkiksi voimakkaasti kaarevina ja rullattuina metritavaroina.

25 Tässä tapauksessa on välikkeeksi erityisen sopiva spiraali-maisesti sisäelektrodille kierretty ja liimattu nauha. Tarkkuuden ylläpidon ohella kohoaa tällöin myös kaasun nopeus ja jäähdytys paranee.

Keksinnön kolmea suoritusesimerkkiä selitetään oheis-30 ten piirustusten yhteydessä. Tällöin esittää kuvio 1 suoraan suuntautuvalla otsoninkehitinelemen-tillä varustettua laitetta; kuvio 2 taivutetulla otsoninkehitinelementillä varustettua laitetta; 35 kuvio 3 spiraalimaisesti kierretyllä välikkeellä va rustettua sisäelektrodia.

ti « 75328

Kuvioissa on saman tehtävän omaavat rakenneosat varustettu samoilla viitenumeroilla.

Kuviossa 1 esitetyn laitteen yhteydessä johtaa suurjänniteläpivienti 1 eristävää hapen ja otsonin kestä-5 vää materiaalia olevan pääosan 2 läpi jakolevyn 3, siirto-jousien 4 ja lukkojousien 5 kautta sisäelektrodiin 6, jonka muodostaa lanka. Suurjännitettä johtava sisäelektrodi 6 on eristeen 7 ja ulkoelektrodin 8 ympäröimä. Välikkeet 9a ja 9b takaavat sisäelektrodin 6, eristeen 7 ja ulkoelektrodin 10 8 välisen välin tarkan säilyttämisen. Ulkoelektrodit 8 on laajennettu päistään kuusikulmaisiksi ja hitsattu reunoistaan kiinni ilman pohjalevyä. Laite sisältää kaikkiaan viisi sisäelektrodista 6, eristeestä 7 ja ulkoelektrodista 8 muodostuvaa otsoninkehitinelementtiä, jotka ovat jäähdytysvaip-15 paputken 10 ympäröimät. Jäähdytysvaippaputki 10 on yhdistetty ruuviliitoksilla 17 ja 18 pääosaan 2 ja pohjaosaan 11. Jäähdytysvesi johdetaan sisään nysän 12 ja ulos nysän 13 kautta. Liitosjohdon 14 kautta syötetään happea ja tuotettu otsoni-happiseos johdetaan pois liitosjohdon 15 kautta. Eris-20 teen 7 muodostavat putket tukeutuvat pohjaosassa 11 olevalle, urilla varustetulle levylle 16.

Happi tulee sisään liitosjohdon 14 kautta ja jakautuu pääosaan 2. Se virtaa sitten rakojen läpi, jotka sisäelektrodi 6, eriste 7 ja ulkoelektrodi 8 muodostavat. Lukko-25 jouset 5 ja välikkeet 9a, 9b on tehty sellaisiksi, että ne mahdollistavat hapen läpikulun rakojen läpi. Sisäelektrodin 6 ja ulkoelektrodin 8 välissä tapahtuneiden hiljaisten sähköpurkausten johdosta muodostuu osasta happea otsonia. Otsoni-happiseos kerääntyy pohjaosaan 11, jolloin eristeen 7 sisässä 30 virtaava kaasu pääsee levyssä 16 olevien urien kautta pohjaosaan. Seos poistetaan liitosjohdon 15 kautta. Suurjännite on kytketty suurjännitteen läpivientiin 1, jakautuu jakole-vylle 3 ja siirtyy sieltä siirtojousien 4 ja lukkojousien 5 kautta, jotka ovat kosketuksessa sisäelektrodien 6 kanssa, 35 kaikkiaan viiteen sisäelektrodiin 6. Tunnetulla tavalla voi- 6 75328 daan mielivaltaisesti useita tällaisia laitteita kytkeä yhdensuuntaisesti ja käyttää.

Kuvion 2 mukainen laite eroaa kuvion 1 mukaisesta laitteesta oleellisesti siten, että otsoninkehitinelement-5 ti, joka muodostuu sisäelektrodista 6, eristeestä 7 ja ulkoelektrodista 8, on taipuisa ja on asetettu kaarelle taitettuna jäähdytysväliaineeseen. Ulkoelektrodi 8 on tällöin taipuisalle eristeelle 7 asetettu metallikerros. Tarkka välin säilyminen taataan jälleen välikkeillä 9a. Pääosa 10 2 ja pohjaosa 11 on kiinnitetty yhteiselle aluslaatalle 19.

Pääosa 2 ja pohjaosa 11 voidaan valmistaa myös yhdestä kappaleesta.

Kuvio 3 esittää sisäelektrodia 20,joka on varustettu kahdella yhdensuuntaisesti kulkevalla spiraalimaisesti kier-15 retyllä muovinauhalla 21 välikkeinä eristeenä toimivan muo-viletkun 22 ja sille höyrystetyn metallisen ulkoelektrodin 23 suhteen. Ulkoelektrodina voidaan käyttää myös ohutseinäistä päällystettyä metalliputkea. Tässä tapauksessa metalli-putki voidaan erottaa muoviletkusta samoin spiraalimaisesti 20 päälle liimatulla välikkeenä toimivalla muovinauhalla.

Kuten kuvioiden 1 ja 2 mukaiset suoritusesimerkit esittävät, on keksinnön mukainen laite huokea valmistaa, koska monimutkaiset tiivisteet ja keskiöinnit eivät ole tarpeen. Koska purkaustilat ovat molemmista päistä avonai-25 set, tehokas kaasujäähdytys on mahdollinen. Elektrodit muodostavat kapeat, täsmälliset purkausraot ja niillä on pienet halkaisijat. Siten ovat tuloksena suuremmat nopeudet ja parempi jäähdytys. Minkäänlaiset kalliit erityisprofiilit eivät ole tarpeen, erityisesti eristysputket voidaan valmistaa 30 saatavissa olevista putkista, jotka ovat lasia, alumiinioksidia tai titaanioksidia. Myös elektrodeja varten voidaan käyttää saatavissa olevia putkia ja lankoja, joilla on valmiiksi suuri tarkkuus. Välikkeiden avulla voidaan vaikeuksitta muodostaa pitkiä otsoninkehitinelementtejä, esim. 2,5 m 35 pitkiä. Otsoninkehittimen kokonaismitoitukset pienenevät.

Il 7 75328

Kalliiden, lasisien päälle höyrystettyjen alumiinipeili-kerrosten asemesta voidaan yksinkertaista lankaa käyttää suurjännite-elektrodina. Vieläpä sähkötaajuuden ollessa ainoastaan 50 Hz on yhden otsonikilon tuottamiseksi tar-5 vittava ominaisenergiankulutus alhainen. Tämän osoittavat keksinnön mukaisen otsoninkehittimen seuraavassa annetut käyttötulokset: 3 9 kWh/1 kg pitoisuuden ollessa 100 g/m 8 kWh/1 kg " " 90 g/m3 10 7 kWh/1 kg " " 70 g/m3 3 6,7 kwh/1 kg " " 60 g/m 3 6,3 kWh/1 kg " " 50 g/m 6,0 kWh/1 kg " " 45 g/m3