NO773398L - Anordning for fremstilling av oson - Google Patents

Description

Anordning for fremstilling av oson.

Oppfinnelsen vedrorer en anordning for fremstilling av oson, hvorved luft eller oksygen ledes gjennom to hoyspenningselek-troder, anordnet overfor hverandre i et utladingsror, og omdannes til oson ved elektrisk utlading.

For syntese av osonmolekyler kreves energi, som bare kan brin-ges til virkning ved hjelp av fotoner eller elektroner. Apparater som benytter fotoner til C^-syntesen er ultrafiolette lamper, rotgenapparater eller kjemonukleære reaktorer. De apparater som benytter elektroner for O^-syntesen, fremkaller vekselstroms-eller likestroms-koronautlading. Frem til i dag fins det bare en okonomisk utnyttelse av likestroms-koronautlading, som er angitt i den tyske, ikke tidligere publiserte patentansokning nr. P 25 39 715.3.

Vekselstromskorona-anordninger for fremstilling av oson har vært kjent siden begynnelsen av,dette århundre som "siemens osonisatorer". Grunnprinsippet for slike vekselstroms-osonisatorer er den kjente vekselstromskorona, som fremkalles i rommet mellom elektrodene som er dekket med dielektrika. Basert på dette prinsipp fins det osonisatorer med plateelektroder eller rorformede elektroder. I "siemens osonisatorer" er bruk av et dielektrikum nodvendig for tilveiebringelse av vekselstromskoronaen. Uten nevnte dielektrikum har det frem til i dag ikke vært mulig å fremkalle en vekselstromskorona. I dielektrikumet produseres derved Joule<1>sk varme, som må fjernes fra osonisatoren ved kjoling. Dessuten krever siemens osonisator torr gass i rommet mellom elektrodene. Vannet må fjernes fra den oksygenholdige gass til 0,ol g H20/m , hvilket svarer til et duggpunkt på ca. -60°C. Det er umulig å fremkalle en vekselsstromskorona, hvis gassens fuktighet f.eks. ligger på et duggpunkt på pluss 20°C/hvilket svarer til 17,5 g I^O/m .

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å tilveiebringe

en anordning for fremstilling av oson på basis av vekselstrbms-hoyspenning samtidig som man unngår bruk av et dielektrikum, kjoling av anordningen og forhåndstorking av den oksygenholdige gass som skal omsettes til oson.

Denne oppgave loses med en anordning av innledningsvis omtalte type ved at det ifolge oppfinnelsen i utladingsroret, hvis vegger består av elektrisk ikke ledende materiale, i innbyrdes avstand er anordnet to motstående plateelektroder, som står i forbindelse med en vekselstroms-hoyspenningskilde og/eller hoyspenningskilde for pulserende likestrom og mellom hvilke minst en bipolar elenktrode er anordnet uten stromtilkobling.

Til grunn for denne losning ligger folgende prinsipp: Atmosfæreluft eller oksygen er delvis ionisert ved kosmisk stråling eller ultrafiolett stråling. Når slik delvis ionisert luft strommer gjennom anordningens utladingsror og vekselspenning oscillerer mellom elektrodene, vil ionene bevege seg ifolge den kjente skinneffekt fra utladingsrorets sentrum mellom elektrodene til dets vegger, hvor det samles et tynt sjikt av elektrisk ladede gassmolekyler eller gassatomer. Dette sjikt er to til tre ganger mer elektrisk ledende enn hele gassen i utladingsroret.

Ved ytterligere okning vil det som folge av det tynne ionesjikt begynne å flyte strom på overflaten, dvs. det fremkalles en vekselstromskorona, som selv igjen produserer mange ytterligere ioner av den molekulære gass. Disse ioner vil igjen ifolge skinn-effekten samle seg på utladingsrorets vegger. Koronavekselstrommen (i mA) på utladingsrorets vegger kan styres ved hjelp av den regulerbare vekselspenning.

Hvis det derimot fremkalles en likestroms-spenning mellom elektrodene, vil det overhodet ikke flyte strom mellom elektrodene og således heller ikke på veggene eller mellom plateelektrodene. Når likestrom flyter gjennom en homogen leder, er stromforde-lingen gjennom tverrsnittet homogen, dvs. jevn. Ved vekselstrom eller pulserende likestrom vil stromtettheten forskyve seg til lederens overflate. Denne skinneffekt utnyttes ved losningen ifolge oppfinnelsen, hvilket medforer folgende fordeler: Man kan unnvære anordning av et dielektrikum og den ellers dan-nede Joule'ske varme må ikke fjernes. Ved en forholdsvis lav temperatur av vekselstromskoronaen vil det ikke oppstå nitrose gasser. Anordningen ifolge oppfinnelsen krever ikke forhånds-torket luft og dermed ingen ekstra energi.

Sammenlignet med den ikke tidligere publiserte anordning ifol-

ge tysk patentansokning P 25 39 715.3 oppnås dessuten folgende fordeler:

Elektrodene og de bipolare elektroder krever ingen spisser og

det benyttes en vekselstroms-transformator som er rimeligere enn en likestrømsgenerator. Vekselstromskoronaen starter ved en ve-sentlig lavere spenning enn ved en likestromskorona, dvs. vek-selstromskoronaens spenning ligger mellom 5000 og 40 000, dvs.

at den er regulerbar i en område på 35 000 volt. Likestromskoronaen ved anordningen ifolge tysk patentansokning P 25 39 715.3 har en spenning på 25 000 til 40 000 volt, dvs. det foreligger et halvparten så stort reguleringsområde som ved vekselstromskoronaen. Bredden av koronaens regulerbare spenning er av betydning for osonisatorens elektroniske styring.

Ytterligere en viktig fordel ved foreliggende oppfinnelse i forhold til nevnte tyske patentansokning ligger i det faktum at det ved vekselstromskoronaen kan brukes langt flere bipolare elektroder enn ved likestromskoronaen og derfor er osonytelsen i g/kWh enda storre enn den som oppnås med likestromsanordningen i forhold til tidligere anordninger.

Anordningen ifolge oppfinnelsen likesom fordelaktige viderefø-ringer av denne som angitt i underkravene vil i det folgende bli nærmere beskrevet under henvisning til noen utforelseseksempler som er vist i tegningenes skjematiske figurer.

Fig. 1 viser anordningen ifolge oppfinnelsen i perspektiv og i snitt, med to utladingsror som er anordnet ved siden av hverandre og er flerdelt i seg selv. Fig. 2 viser et utladingsror i sideriss og delvis i lengdesnitt. Fig; 3 viser et utladingsror i en spesiell utforelsesform i tverrsnitt. Fig. 4 viser ytterligere en utforelsesform av utladingsror i blokkanordning. Fig. 5 viser et oppriss av en spesiell utforelsesform av en bipolar elektrode. Fig. 6 er sinuskurven for en vekselstrom i forbindelse med pulserende likestrom. Fig. 7 illustrerer den elektriske stromkrets for tilveiebringelse av vekselstrommen med pulserende likestrom.

Utladingsrorene 1 består av et elektrisk ikke ledende materiale, f.eks. PVC e.l. I spor 5 er det anordnet metallplater, som danner utladingsrorene 4, den jordede elektrode 3 og de bipolare elektroder 2.

En drosselanordning 9 er koblet i serie mellom elektroden 3 og hoyspenningstransformatoren 11. Ved kontinuerlig okning av vek-selstromspenningen i transformatoren 11 vil det ved ca. 7 000 volt dannes vekselstromkoronaer 7 på innerflaten av utladingsrorets 1 vegger. Vekselstromkoronaene 7 starter direkte ved de punkter der utladingsrorets 1 vegger stoter mot elektrodenes 2, 3 eller 4 overflater. Lengden av de lysproduserende vekselstromkoronaer 7 er til enhver tid ca. 2-3 mm. Ved ytterligere okning av vekselspenningen stiger koronavekselstrommen og koronaen 7 forblir stabil til ca. 1000 V spenning pr.mm lengde av avstanden mellom elektrodene 3,4. Hvis vekselspenningen imidlertid okes ytterligere, vil det umiddelbart starte kortslutninger mellom elektrodene 2,3,4, hvilket^betyr at strommen ikke må okes mer. Drosselanordningen 9 bedrer induktansen i utladingskanalene 1', ; men den er ikke viktig for prinsippet for tilveiebringelse av vekselstromskoronaer. Hvér korona 7 vil til enhver tid holde seg på tilsvarende innerflater av kanalene 1' og vil aldri hoppe til de enkelte kanalers 1' midte. Ytterligere spor 6

(fig. 1) er ikke vesentlige for funksjonsprinsippet, man utgjor en fordelaktig videreforing med henblikk på mulige stovavlei-ringer ved lengre driftsvarighet. Hvis det nemlig etter en tid skulle avleires stov på kanalenes l<1>vegger, kan ledeevnen på kanalenes 1' vegger endres. Sporene 6 vil imidlertid bryte et mulig stovsjikt på innerveggene og hindre den ekstra ledeevne i et eventuelt stovsjikt.

Av fig. 2 fremgår at de bipolare elektrodene 2 til enhver tid ender et lite stykke foran utladingsrorets 1 ender, mens elektrodene 3,4 på tilkoblingssiden til enhver tid er fort til utladingsrorets 1 ende. Derved unngås direkte utladinger mellom endene av elektrodene 3,4.

Fig. 3 viser en annen utforelsesform av utladingsroret, som består av et metallprofil 14, hvor det på innsiden er satt inn plater 15 som består av et materiale uten elektrisk ledeevne. Platene 15 er fremstilt av PVC, keramikk, glass e.l. Hoyspen-ningselektroden 4 sitter derved midt i roret og metallprofilets 14 ovre og nedre vegger danner samtidig de jordede elektroder 3.

Et slikt ror danner på en måte en dobbeltkanal, hvor det spares materiale med henblikk på elektrodene 4 og en vegg av utladingsroret i forhold til anordningen ifolge fig. 1.

Fig. 4 viser en blokk av flere parallelt anordnede utladingsror. Hele blokken er skrudd sammen av metallplater, isolatorplater og skruer. Metallplatene 16,17 griper over flere kanaler og danner elektrodene 3,4 og bipolare elektroder 2. De vertikale isolatorplatene 18 er fiksert med skruer 19 eller på annen måte forbundet med metallplatene 16,17. Hele blokken er sammenfestet med skruebolter 20. Skruene 20 går gjennom vegger 21 av et elektrisk ikke ledende materiale, dvs. isolasjonsvegger.

Elektrodene 2,3,4, som ganske enkelt skyves inn i spor 5 i leng-deretningen, består normalt av enkle metallstrimler, f.eks. av rustfritt stål e.l. Ifolge fig. 5 kan metallstrimlene for de bipolare elektroder 2 være forsynt med små huller 22, som bedrer utvekslingen av de metastabile ioner i kanalene 1<1>mellom de bipolare elektroder 2.

Til generering av vekselstromskoronaer kan det benyttes en si-nusformet strom med en frekvens på 50 hz. Andre frekvenser,

som 5-10 mhz, er også mulige. Et sinusforlop av vekselstrommen er heller ikke absolutt nødvendig. Ved osonproduksjon med den omtalte anordning kan det også anordnes en blanding av veksel-strøm og pulserende likestrom. En slik blanding er vist i fig.

6. Vekselstrømmens amplityde i fig. 6 går fra den negative halvperiode 23 til den positive halvperiode 25 osv. Hvis det av den positive halvperiode 25 f.eks. filtreres bort en halv perio-de, er hele vekselstrommens sinusform deformert, som vist i fig. 6, dvs. den negative halvperiode 23 forblir intakt, mens den positive halvperiode reduseres til halve amplityden 24. Et slikt forlop av strommen kan man f.eks. oppnå méd koblingen ifolge fig. 7. Hoyspenningstransformatoren 11 virker som kilde for vekselstrommen. I hoyspenningskabelen 8 er det koblet inn en enveis-likeretter 26. Den elektriske krets er sluttet via ka-nalen 1 og den jordete kabel 10, tilbake til hoyspenningstransformatoren 11. I en slik elektrisk krets genereres en pulserende likestrom med halvperioden 23 (fig. 6). Hvis man imidlertid parallelt med likeretteren 26 f.eks. kobler en kondensator 27, en drosselanordning 28 eller en ohmsk motstand 30, vil det gjennom kondensatoren 27 eller drosselanordningen 28 eller motstanden 30 flyte en positiv halvperiode med redusert amplityde 24. Amplity-dens 24 størrelse kan forandres med kondensatorens 27 kapasitet eller med drosselanordningens 28 induksjonsmotstand eller med

motstanden 30.

De nevnte elektriske elementer kan kobles inn med brytere 29. Med koblingen som vist i fig. 7 kan man således forandre strom-mens form fra 100% pulserende likestrom til en blanding av likestrom og vekselstrøm og videre til 100% vekselstrøm. Koblingen ifolge fig. 7 har stor betydning for forandringen av koronapara-metrene, for osonsyntesens kinetikk, men også for andre kjemiske synteser som gjennomføres med koronautladinger.

I det folgende skal. et spesielt utforelseseksempel beskrives: • Utladingsroret 1 (fig. 1) består av hard PVC. Kanalenes 1<*>innvendige bredde er 14 mm, og kanalenes 1' innvendige hoyde er ca. 40-60 mm. Tykkelsen av utladingsrorets 1 PVC-vegger er 7 mm. Utladingsrorets 1 aksiale lengde ligger mellom 1 og 3 m. Sporenes 5 dybde er 2,5 mm og deres hoyde er 0,8 mm. Elektrodenes 2,3,4 bredde er 18 mm og deres tykkelse er ca. 0,6 mm. Avstanden mellom elektrodene 2,3,4 er 7-20 mm. Elektrodene 2,3,4 består av aluminium, rustfritt stål e.l. Best egnet er rustfritt stål av typen X8 Cr 17, materiale nr. 1 4016. Elektrodene 2 er i midten forsynt med huller med en diameter på ca. 2 mm og en innbyrdes avstand på ca. 8 mm. Hoyspenningstransformatoren 11 må generere en spenning på opp til 40 000 volt, regulerbar fra null til 40 000 volt. Drosselanordningen 19 som er koblet inn i kabelen

10, ligger i området millihenry (mH). Inngangsenergien for et 1

m langt utladingsror ligger mellom 30 og 50 Watt. Inngangsenergien for et utladingsror 1 med en lengde på 3 m ligger på ca. 100 Watt. Inngangsenergien for et dobbelt utladingsror ifolge fig. 3 utgjor det dobbelte av ovennevnte verdier. Kanalene kan settes sammen parallelt i et valgfritt antall. Med 1 kilowatt inngangsenergi kan det forsynes ca. 30 utladingsror på 1 m lengde hvert eller 10 utladingsror med 3 m lengde hvert. For dobbeltror på 1

m lengde hvert kreves femten kanaler for 1 KW inngangsenergi.

Den oksygenholdige gass må være rengjort for støvpartikler. Stov-partiklenes størrelse må ikke være mer enn tre my. Den oksygenholdige gassens fuktighet kan ligge mellom et duggpunkt på minus 41 og pluss.46, dvs. mellom 0,1 g H20/m<3>og 70 g H20/m<3>. Denne luftfuktighet er ca. 2000 ganger storre enn den som de kjente siemens osonisatorer krever. Det vil si at den omtalte anordning ikke krever torr luft, ikke produserer varme og derfor ikke tren-ger avkjoling. Ved 0,5 KW inngangsenergi var f.eks. den oksygenholdige gassens temperatur 23°C ved utladingsrorets inngang og 2,4°C ved utgangen. Det absolutte trykk av den oksygenholdige gass som tilfores med en gassmater 31, kan ligge mellom 0,6 og 2 atm. Et høyere gasstrykk vil imidlertid heller ikke forstyrre koronaen. Osonkonsentrasjonen pr. liter luft ved duggpunkt pluss 20°C (17,5 g H20/m<3>) ligger mellom 1 mg/l og 25 mg/l. Endringen av osonkonsentrasjonen er ved konstant energitilførsel bare avhengig av luftmengden.

Den omtalte anordnings kapasitet, definert som g oson pr. kilo-wattime er avhengig av den elektriske gradient mellom den tota-le avstand mellom elektrodene 3,4 (definert som volt pr. mm - V/mm) og at antallet bipolare elektroder 2 (Nbi) og av en konstant (C). Derved fremkommer folgende matematiske sammenheng:

Med denne ligning kan man beregne osonproduksjonen pr. kilowatt-time av de eksperimentelle data angitt i vedlagte tabeller 1 og 2.

Med avstanden i mm i vedlagte tabeller 1 og 2 er avstanden mellom elektrodene 3,4 ment. Strommen (mA) er koronastrommen og for den til enhver tid aktuelle bipolare elektrode 2 er spenningen (KV) angitt. V/mm angir koronaens gradient. De data som er angitt i tabellene 1 og 2 gjelder utladingsror på 1 m lengde. Til sammenligning inneholder tabell 1 data for en likestroms-koronautlading med tannformede, bipolare elektroder ifolge tysk patentansokning P 25 39 715.3. Tabell 2 inneholder data for vekselstromskoronaer med bipolare elektroder 2, dvs. data som kan oppnås med foreliggende anordning.

Konstanten C i tabellene er en eksperimentell konstant, som kan beregnes etter ovenfor angitte formel.

Konstanten C er en funksjon av flere fysikalske parametere, som matematisk danner et ikke lineært system.

De angitte data i tabellene 1 og to er målt ved 760 Torr lufttrykk og ved et duggpunkt mellom +15° og +20°C.

Med tabellens verdier kan verdiene av det til enhver tid mulige osonutbytte uten videre beregnes i g/KWh ved hjelp av ovenfor angitte formel.

Claims (9)

1. Anordning for fremstilling av oson, hvorved luft eller oksygen ledes gjennom to hoyspenningselektroder,som står overfor hverandre i et utladingsror, og omdannes til oson ved elektrisk utlading, karakterisert ved at det i utladingsrorets (1) indre rom, hvis vegger består av elektrisk ikke ledende materiale, i innbyrdes avstand og innbyrdes motstående er anordnet to plateelektroder (3,4), som står i forbindelse med en vekselstroms-hoyspenningskilde (11) og/eller en hoyspenningskilde for pulserende likestrom og mellom hvilke minst en bipolar elektrode (2) er anordnet uten stromtilkobling.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at elektrodene (2,3,4) er skjovet inn i spor (5) i utladingsrorets (1) sidevegger.

3. Anordning som angitt i krav 1 og/eller 2, karakterisert ved at hoyspennings-plateelek-troden (4) er anordnet midt i utladingsrorets (1) kanal og at de jordede elektroder (3) under mellomkobling av bipolare elektroder (2) er anordnet overst og nederst i utladingsroret (1).

4. Anordning som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at utladingsrorets (1) elektrisk ikke ledende vegger (32) er utfort som plater (15) som er innsatt i et metallprofil (14) og at metallprofilet (14) er jordet, hvorved de ovre og nedre vegger (14') danner de jordede elektrodene (3).

5. Anordning som angitt i hvert krav 1-3, karakterisert ved at de jordede elektroder (3) i form av metallplater (17) i forbindelse med elektrisk ikke ledende sidevegger (21) er fastspent til et blokklignende utladingsror, over hvis hele indre tverrsnitt dels hoyspenningselektrodene (4) og parallelt med dem og i avstand de bipolare elektroder (2) strek-ker seg, mellom hvilke det er anordnet isolatorplater (18) for dannelse av enkeltkanaler (I <1> ).

6. Anordning som angitt i hvert krav 1-5, k a r a k t e risert ved at det i sideveggene (32) hhv. i isolator platene (15) i tillegg til og parallelt med sporene (5) er anordnet spor (6) .

7. Anordning som angitt i hvert krav 3-6, karakterisert ved at de bipolare elektroder (2) er forsynt med huller (22).

8. Anordning som angitt i hvert krav 1-7, karakterisert ved at de bipolare elektroder (2) til enhver tid ender foran utladingsrorets (1) ender (33) og at elektrodene (3,4) til enhver tid ender på motsatt side, fjernt fra stromtilkob-lingeh for utladingsrorets (1) ender (33).

9. Anordning som angitt i hvert krav 1-8, karakterisert ved at det i kabelen (8) som går til elektroden (4) fra transformatoren (11) er anordnet en likeretter (26) og parallelt med denne en kondensator (27) eller en drosselanordning (28) eller en ohmsk motstand (3), som kan kobles inn via en bryter (29).