NO841269L - Generator for fremstilling av ozon - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse er rettet mot fremstilling

av oson fra en oksygenholdig gass. Mere spesielt er oppfinnelsen rettet mot fremstilling av oson i et koronautladnings-område som tildannes mellom to motsatt ladede elektroder. Oppfinnelsen er videre rettet mot den forbedrede kjøle- og driftseffektivitet for en koronautladningsosongenerator og for å oppnå øket cellelevetid i en slik generator.

Oson er blitt i stigende grad viktig ved rensing eller desinfisering av vanntilførsler såvel som ved behand-ling av awannsstrømmer eller kloakkbehandling.

Oson fremstilles vanligvis ved en koronautladning

ved gjennomføring av en oksygenholdig gass slik som luft, oksygenanriket luft eller ren oksygen gjennom utladningsområdet. Koronautladningen dannes ved et elektrisk utladnings-felt mellom to elektroder med forskjellig elektrisk potensi-al.

Tidlige forsøk på å tilveiebringe kommersielle mengder oson benyttet elektroder i form av flate plater anbragt nær hverandre med et utladningsrom derimellom. Et eksempel på en slik osongenerator er vist i US-PS 2 822 327. I tillegg viser patentet også den mere populære osongenerator av i dag der konstruksjonen omfatter en indre rørformet elektrode konsentrisk med en ytre rørformet elektrode.

Det er konstruert osongeneratorer der de indre og

ytre elektroder omfatter metallrør. En slik konstruksjon er vist i US-PS 3 730 874. Dette patent har et dielektrisk rør anbragt mellom den ytre og indre metalliske elektrode. Et kjølekammer befinner seg mellom den dielektriske rørformede del og den indre metalliske elektrode. Kjølemiddelet som til-føres til rommet mellom den indre elektrode og den dielektriske del er fortalt å være vann som virker som elektrisk jord for den indre elektrode. Kjølekammeret er konstruert for å sikre strøm av flytende kjølemiddel nær overflaten av den indre elektrode.

Alternativt har det vært tatt sikte på å avkjøle en osongenerator ved bruk av kryogene væsker. I US-PS 3 921 0 02 avkjøles en osongenerator ved anvendelse av flytende oksygen. Det flytende oksygen holdes inne i den indre elektrode mens gassformig oksygen sirkuleres mellom den indre og ytre elektrode og omdannes til oson. På grunn av den meget lave temperatur for flytende oksygen er osonet når det dannes, i flytende form.

Osongeneratorer er foreslått der den ytre og indre elektrode individuelt avkjøles ved hjelp av et flytende kjøle-middel. I US-PS 4 234 800 vises det en osongenerator hvori den indre jordelektrode avkjøles ved hjelp av en strøm av vann gjennom hele det tomme rom i den rørformede jordelektrode. Den ytre høyspenningselektrode avkjøles ved hjelp av olje som strømmer mellom den ytre elektrode og generatorens ytre konstruksjon. Et slikt system krever to separate kjøle-sirkulasjonssystemer.

Driften av osongeneratorer danner vesentlige varme-nivåer på grunn av dannelsen av oson fra oksygen og på grunn av den elektriske strøm gjennom elektrodene i generatoren og som danner koronautladningen. For høye temperaturer som dannes ved denne varme i en osongenerator hemmer den effektive fremstilling av oson ved dekomponering av osonprodukt kort etter dannelsen. For høy temperatur eller for stor tempera-turvariasjon reduserer også osongeneratorens levetid, spesielt de strukturelt svake dielektriske elementer, men dette i mindre grad, elektrodene kan også påvirkes ugunstig ved for høy temperatur under drift. Den kjente teknikk har tatt sikte på å redusere opptreden av for stor oppvarming i osongeneratorer ved innføring av forskjellige flytende kjølemidler i de områder som omgir en eller begge osongeneratorelektrodene. Imidlertid lider kjøleevnen for et flytende kjølemiddel som tilmåtes til det generelt store området mellom generator-veggene og ikke-utladningsoverflåtene av elektroder av den lave varmeoverføringsevne som resulterer fra strømningskarak-teristika for væsken nær overflatene av slike elektroder. Etter hvert som flytende kjølemiddel strømmer gjennom en rør-ledning eller sin strømningsvei i generatoren får man en redusert strømningshastighet på de ytre områder av væske-strømmen på grunn av friksjonskrefter med rørledningen eller generatoroverflaten. Ved kjærnen av væskestrømmen forblir strømningshastigheten høy på grunn av reduksjonen av friksjonskrefter. Forsøk har vært gjort på å øke den relative strøm av kjølemiddel nær elektrodeoverflaten for å danne turbulent strøm for derved å øke varmeoverføringsevnen ved reduksjon i størrelsen av rommet mellom elektrode og beholderveg-gen for kjølemiddelstrømmen. Imidlertid krever denne løsning ytterligere apparatur og medfører muligheten for brodannelse over redusert rom mellom elektrode og generatorkonstruksjon. Foreliggende oppfinnelse overvinner manglene ved den kjente teknikk og løser effektivt problemet med overheting eller for høye temperaturer ved bruk av et unikt kjølemiddelsystem med øket varmeoverføringsevne.

I tillegg overvinner oppfinnelsen problemet med svak strukturell,integritet for de dielektriske elementer i en osongenerator.

Oppfinnelsen omfatter således en osongeneratorappa-ratur for fremstilling av oson fra en oksygenholdig gass ved koronautladning omfattende to i avstand fra hverandre anordnede elektroder som mates med høy spenning, og midler for av-kjøling av oson ved å bringe en elektrode i kontakt med et kjølemiddel, idet forbedringen omfatter midler for å bevirke koking av kjølemiddelet under anvendelse av varmen i generatoren, hvorved det resulterende kokende kjølemiddelfluid kommer i kontakt med minst en elektrode i varmevekslingsforbindelse for å øke varmeoverføringsevnen og å utvide apparaturens levetid.

Fortrinnsvis omfatter osongeneratoren en indre rør-formet elektrode som er konsentrisk i avstand fra en ytre rør-formet elektrode hvori en rørformet dielektrisk konstruksjon, f.eks. av glass eller keramikk, er anordnet mellom de to elektroder på konsentrisk måte. Elektrodekonstruksjoner befinner seg i en beholder som har midler for koking av et kjølemiddel som sirkulerer rundt ikke-utladningsoverflåtene av elektrodene, men ikke i rommet eller området imellom elektrodene der det slippes inn en oksygenholdig gass og oson dannes. Dampen fra det kokende kjølemiddel kondenseres mot et andre kjølemiddel ved indirekte varmeveksling mellom dampen fra det kokende kjølemiddel og det andre kjølemiddel.

Det kondenserte kokende kjølemiddel tilbakeføres så til området nær elektrodene for ytterligere avkjøling der det kokes igjen på grunn av varmen i generatoren.

I en forenklet generatorkonstruksjon tillater kokende kjølemiddel med en kondensator over topp en naturlig sirkulasjon av det kokende kjølemiddel uten hjelp av pumpeappara-turer for kjølemiddelsirkulasjon. Denne termo-sifongvirkning reduserer kapitalomkostningene for osongeneratoren ifølge oppfinnelsen.

I den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen har generatoren midler for å bevirke koking omfattende kjernedannelsesseter for å fremme bobledannelse i den kokende kjø-levæske på ikke-utladningsoverflater av elektrodene. Økningen av boblekjernedannelse og to-fasevarmeoverføring kan gjennom-føres ved å rue opp overflaten av elektroden som kommer i kontakt med kjølemiddelet, påføring av et høyvarmeflussmiddel-overflatepreparat slik som plasmaavsetning av metall, eller å tilveiebringe et varmeelement ved den nedre del av generator-cellen for å initiere bobler av kokende kjølevæske i det nedre område av sirkulasjonen av kjølemiddelet forbi overflaten av generatorelektrodene. Varmeelementet kan bestå av en liten motstandsvarmer som befinner seg nær elektrodeelementene eller kan bestå av et høyresistivitetsareal på elektroden, fortrinnsvis elektroden forbundet med det dielektriske materiale.

Fordelaktig består en av elektrodene i osongeneratoren av et metallisk rør som er belagt med et dielektrisk materiale. Dette gir en strukturell integritet for det dielektriske materiale. Fortrinnsvis er metallrøret stål eller aluminium.

Figur 5 er et spesielt tverrsnitt av osongeneratoren ifølge oppfinnelsen som vist i figur 1 inkludert et høyresis-tivitetsområde på den ytre elektrode.

Osongeneratorer ifølge den kjente teknikk har vært ineffektive ved fremstilling av oson på grunn av dekomponering av allerede dannet oson på grunn av den varme som har utviklet seg i generatoren og som ikke effektivt har vært fjernet på grunn av begrensninger av de kjente kjølesystemer for generatorer. I tillegg krever kjølesystemer som i dag benyttes i osongeneratorer kostbart rørledningsutstyr og pumpeapparatur for å sørge for kjølefunksjonen. Når det gjelder nedbrytning eller krafttap i pumpeanordningene er slike systemer i virkeligheten uten noe vesentlig nivå for kjøle-evnen og fremstilt oson dekoponeres hurtigere.

Kjølemiddelet har når det strømmer forbi ikke-utladningsoverflåtene av elektrodene i en osongenerator, strøm-ningskarakteristika der strømmen av kjølemiddelet er ulik på tvers av hele tverrsnittet av kjølemiddelstrømmen. Når kjøle-middelet strømmer forbi elektrodeoverflåtene forhindrer med andre ord friksjonskrefter i faststoff-kjølemiddelgrenseflaten . kjølemiddelet fra å strømme med en hastighet lik den til kjø-lemiddelstrømmen nær sentrum eller kjernen av kjølemiddelets passasje. På tross av tilsynelatende høye kjølemiddelstrøm-ningshastigheter er derfor den effektive strøm av kjølemiddel nær overflaten av elektrodene, der det er viktigst å ha effektiv kjøling, sterkt redusert i forhold til det som er nødven-dig for god varmefjerning.

Kjølemiddelet undergår heller ingen vesentlig turbulent strømning, den strømning som ikke er parallell med kjøle-overflaten. En måte å løse de statiske forhold for kjøle-middelet nær kjølemiddel-faststoffgrenseflaten på har vært å redusere tverrsnittsarealet for kjølemiddelstrømmen for å fremtvinge en mere enhetlig strøm på tvers av strømningsveien for kjølemiddelet, og spesielt, strømmen nær grenseflaten faststoff-kjølemiddel. Dette øker turbulent strømning men reduserer selvfølgelig den totale kjølemiddelstrøm, såvel som det reduserer rommet mellom konstruksjonsdelene. Et slikt rom kan være viktig når en elektrode må isoleres fra en bærekon-struksjon til jord.

Foreliggende oppfinnelse har overvunnet manglene ved varmeoppbygning i en osongenerator som nemlig er den medføl-gende dekomponering av dannet oson, ved bruk av midler for å bevirke koking av kjølemiddel i osongeneratoren. Det kokende kjølefluid har en drastisk høyere varmeoverføringsevne enn flytende kjølemidler ifølge den kjente teknikk. Den medføl-gende fordel av å bruke et kjølemiddel med høy varmeoverfø-ringsevne slik som en kokende væske, er at oson som dannes i generatoren mindre sannsynlig vil dekomponere, med det resultat at man øker osonfremstillingseffektiviteten. Bruken av et kjølemiddel med høy varmeoverføring, slik som en kokende kjø-levæske, er spesielt viktig ved avkjøling av det dielektriske materiale eller en elektrode som er i kontakt med dette. Det dielektriske materiale benyttes fortrinnsvis for å unngå gap-dannelse eller brodannelse mellom flere elektroder i generatoren. Imidlertid har dielektrikumet også den virkning at det forhindrer god varmeledning fra utladningssonen til elektroden og kjølevæsken. En metallelektrode uten dielektrisk materiale har en større evne til konduktans og fjerning av varme fra utladningssonen og derfor det gassformige medium hvori produktoson foreligger. Derfor er det fordelaktig å avkjøle en dielektrikumholdig elektrode med kokende kjølevæske for å optimalisere varmeoverføring som inntrer gjennom en slik elektrode. I det minste noen osongeneratorer bruker ikke dielek-trikum, og i slike tilfeller forbedrer det kokende kjølemid-del varmeoverføringen gjennom metallelektrodene.

Kokende kjølevæske omfatter et kjølemiddel i flytende form som er i stand til å koke og bli et fluid med to-fase-sammensetning inneholdende væske og gass eller damp ved det trykket og de temperaturer ved hvilke generatoren holdes, og ved hvilke elektrodene er konstruert for drift. Optimalt bør området der oson eksisterer holdes så kjølig som mulig. Hvis området der osonproduktet foreligger kan holdes relativt kjølig vil effektiviteten for osonproduksjonen øke vesentlig.

Den kokende kjølevæske når større varmeoverførings-evne ved kombinert virkning av fordamping og dynamisk strøm, av dampbobler nær elektroden som skal avkjøles, noe som in-duserer turbulent strøm for kjølevæsken nær elektrodene. Ved koking av kjølemiddelet foreligger punktet for bobledannelse eller kjernedannelse generelt langs overflaten av elektroden der det foreligger relativt høye temperaturer på elektrodeoverflaten. Når en boble av damp fra kjølemiddelet dannes på elektrodeoverflaten fjernes varme fra denne overflate for å forandre kjølemiddelet fra flytende tilstand til damptilstand. Denne koking eller fordamping fjerner en vesentlig mengde varme sammenlignet med kun varmeveksling ifølge den kjente teknikk ved hjelp av varmevekslingsvæske som kun får øket temperatur uten at de underkastes faseendring. Denne koking eller boblekjernedanning skjer spesifikt på overflaten av de varme elektroder når elektrodene benyttes for å fremme koking. Derfor skjer denne varmeveksling eller avkjølingsfunksjon umiddelbart ved siden av det områdét der kjøling er mest ønskelig, ikke-utladningsoverflaten av elektrodene, og virker mot den tidligere kjente kjøling som opptrer i en enkelt sir-kulert kjølevæske der den høyeste sirkulasjonshastighet skjer i kjernen av kjølemiddelstrømmen istedenfor i ytterkantene av denne. Varmevekslingen ved de kjente elektrodeoverflater reduseres på grunn av redusert kjølemiddelstrøm. Alternativt kan koking av kjølemiddelet forårsakes av varme i generatoren annen enn den fra elektrodene.

I tillegg stiger boblene som dannes ved koking av kjølevæsken ifølge oppfinnelsen gjennom den gjenværende kjø-levæske og ved dette dannes det en dynamisk kraft for ytterligere sirkulering av gjenværende flytende fase av kjøle-væsken nær overflaten av elektrodene som skal avkjøles. De stigende bobler av kokende kjølevæske danner en turbulent strøm i kjølemiddelet eller en større grad av turbulent strøm. Turbulent strøm er en strøm som sirkulerer fra ikke-utladningsoverflaten av elektroden til det indre eller kjernéarealet av kjølestrømmen. Boblene øker denne turbulente strøm ved å danne forskjellige hvirvelstrømmer som trekker kjølemiddel fra elek-trodeoverf laten til midten av kjølemiddelstrømmen. Denne turbulente strøm er ikke parallell med hovedkjølemiddelstrømmen eller med overflaten av elektrodene som avkjøles. Slik ikke-parallell strøm overfører varme fra elektrodene til midten av kjølemiddelstrømmen i mere effektiv grad enn varmeoverføring ved varmeledning gjennom kjølemiddelet. Ved således å danne turbulent strøm i kjølemiddelet tilveiebringer kokingen en mere effektiv varmeoverføring for en gitt kjølemiddelstrøm. Dette gjelder spesielt for en elektrode som er nedsenket i et kjølemiddel og som har en vertikal overflate som avkjøles. Når boblene fjerner seg fra kjernedannelsessetene på overflaten av elektroden stiger de nær den vertikale overflate av elektroden på grunn av den reduserte densitet og fremtvin-ger ytterligere sirkulering av kjølemiddelstrøm på de ekstreme kanter av den totale kjølemiddelstrøm både i parallell og ikke-parallell retning med henblikk på hovedkjølemiddelstrøm-men . Noe av kjølevæskeboblene treffer mot overflaten av elektrodene etter dannelse og antas å danne ytterligere bobler. Det vil si at man. antar de virker som podingsbobler eller ytterligere kjernedannelsesseter for ytterligere koking eller bobledannelse. Dette bevirker en fordelaktig forbedring i boblevirkningen rundt elektrodene og fordamping av flytende kjølemiddel fra overflaten av elektrodene. Begge disse virk-ninger, fordampning og dynamisk turbulent strøm av bobler, øker varmeoverføringsevnen for kjølemiddelstrømmen mot elektroden eller elektrodene i en osongenerator.

Bobledannelsen fra kjernedannelsessetene på elektrodene vil generelt være avhengig av valget av egnet kjøle-middel, trykket i osongeneratorbeholderen og den temperatur ved hvilken elektrodene holdes under drift. For imidlertid å forbedre eller endre kilden for dannelse av bobler fra kjølemiddelet kan det være fordelaktig å tilveiebringe ytterligere varmetilførsel eller ytterligere kjernedannelsesseter. For å tilveiebringe ytterligere varmetilførsel har man tenkt at et lite elektrisk motstandselement kan anordnes i osongeneratorbeholderen nær den nedre del av elektrodene. Mot-standsvarmeelementet vil gi en ytterligere kilde for dampbobler fra den kokende kjølevæske og motstandselementet vil be-finne seg slik at boblene stiger opp nær den vertikale overflate av elektrodene. Alternativt kan den ledende del av elektrodene ha et areal med høy motstand nær den nedre del. Dette område kan dannes ved innarbeiding av en ytterligere komponent i elektrodematerialet eller kan tilveiebringes ved endrede eller i reduserte dimensjoner i elektroden nær der varmen skal økes. Den sistnevnte utførelsesform er spesielt hensiktsmessig der en av elektrodene består av en tynnsjiktsmetallelektrode på et dielektrikumsubstrat. Ytterligere kjernedannelsesseter kan dannes ved å rue opp elektrodeoverflaten som befinner seg i kontakt med den kokende kjølevæske. Ytterligere kjernedannelsesseter kan også tilveiebringes ved påføring av et høyvarmeflussmiddeloverflatepreparat på overflaten av elektrodene i kontakt med den kokende kjølevæske. Et slikt overflate-preparat kan eksemplifiseres ved plasma- eller flammespray-avsetning av metall for å tilveiebringe et svamplignende ytre sj ikt.

Midlene for bevirking av koking i kjølemiddelet inkluderer kjernedannelsessetene som tilveiebringes på elektrodene, høyvarmeflussoverflatepreparater, ytterligere innven-dige varmeelementer såvel som ledsagende ytre varmeelementer eller trykkopprettholdende apparaturer som kan bevirke koking av kjølevæsken. Andre apparaturer kan benyttes for å hjelpe til eller forårsake at kjølemiddelet koker under generator-driften, og disse apparaturer er ansett å ligge innenfor oppfinnelsens ramme der kjølemiddelet bringes til koking. Man kan tenke seg at bruken av temperaturkontrollutstyr eller trykk-kontrollutstyr, slik som en ytterligere varmekilde, eller en trykkopprettholdelsesventil, kan benyttes for å oppnå til-stander i generatoren som bringer kjølemiddelet til koking. Alle disse midler er tatt i betraktning for en slik osongenerator med kokende kjølevæske.

For alternativt å danne bobler i kjølemidler uten virkelig å koke det kan gassinnføringsmidler innarbeides i generatoren for å danne gassbobler i kjølemiddelet og derfor øket turbulent strøm i den resulterende to-fasekjølevæske. Disse innføringsmidler kan bestå av munninger eller dyser i generatorbeholderen, fortrinnsvis anordnet ved bunnen av elektrodene for å slippe ut gass der. Dysen eller munningen vil være forbundet med en egnet gasstransportledning. En gass-frigjøringsventil vil være anbragt i den øvre ende av generatoren for å slippe ut og eventuelt tilbakeføre gassen. Slike gasser kan være nitrogen, oksygen, luft og forskjellige av-gasser fra industrielle prosesser.

Oppfinnelsen er ansett å være generelt anvendelig på osongeneratorer, men oppfinnelsen skal beskrives spesielt i en foretrukket utførelsesform som imidlertid ikke skal anses å begrense oppfinnelsen.

Som vist i figur 1 er det vist en osongenerator i tverrsnitt der generatoren befinner seg i en ytre beholder 10 som utgjør bærerkonstruksjonen for generatorelementene.. Inne i beholderen 10 befinner det seg to elektroder, en ytre elektrode 12 og en indre elektrode 18. Den ytre elektrode består av et dielektrisk element 16 som består av glass, keramikk eller porselen, og et metallelektrodeelement som omfatter et stålrør, en aluminiumsfolie eller en dampavsatt metallfilm. Elektroden 12 har rørformet konfigurasjon og er konsentrisk anordnet radialt utover fra den indre elektrode 18. Den indre elektrode 18 består av et metallrørelement, f.eks. av stål eller aluminium. Det er anordnet konsentrisk i den ytre elektrode 12 for å tildanne et koronautladnings-rom eller område 20 mellom elektrodeelementene. Selv om det ikke er vist i tegningen er begge elektroder båret av kjente konstruksjonsanordninger i beholderen 10. Det er nødvendig å sørge for isolert fastholding av i det minste en av elektrodene for å isolere dem fra hverandre. Selv om det ikke er nødvendig å jorde noen elektrode er det vanlig praksis å jorde den indre metallelektrode, mens den ytre kompositt-elektrode 12 anses som høyspennings- eller ladet elektrode. Alternativt kan den indre elektrode 18 være utstyrt med det dielektriske element 16 og den ytre elektrode 12 bestå av et metallrør 14. En av elektrodene kan være av et metallrør for soliditetens skyld og så være belagt med et dielektrisk sjikt. Røret har fortrinnsvis en minimumtykkelse på 0,025 cm på grunn av styrken.

Koronautladningsområdet 20 mellom elektrodene står i forbindelse med en ytre gasskilde gjennom innløpet 22 og av-gir produktoson gjennom utløpet 24. Reaktant-produktstrømmen kan hvis ønskelig kjøres på omvendt måte. I drift blir en oksygenholdig gass slik som luft, oksygenanriket luft eller rent oksygen innført gjennom rørledningen 22 til koronautlad ningsområdet 20 mellom elektrodene. Elektrodene har generelt en spenning på 5000 - 50 000 volt mellom seg, en spenning som skaper koronautladningen på grunn av det elektriske felt mellom elektrodene. Uten å ønske å være bundet til noen spe-siell teori med henblikk på osondannelsen antas det at den elektriske utladning bevirker disassosiering av den toatomiske oksygengass hvorved oson dannes ved rekombinering av atomisk oksygen med molekylært oksygen i utladningsområdet 20. Denne osondannelse resulterer i at vesentlige nivåer av varme av-gis i området 20, og denne varme absorberes i sin tur av elektrodene 12 og 18 og det dielektriske materiale 16. Hvis varmen ikke fjernes fra systemet dekomponeres osonproduktet i stor grad, hvorved produksjonens effektivitet reduseres. For derfor å opprettholde en relativt lav og stabil temperatur i utladningsområdet 20 føres et kjølemiddel i varmevekslings-forhold langs ikke-utladningsoverflåtene 28 og 30 av elektrodene. Spesielt føres kjølemiddel langs dens indre overflate 28 av den indre elektrode 18 og langs den ytre overflate 30 av den ytre elektrode 12. Kjølemiddelet strømmer fra bunnen av beholderen 10 oppover langs de vertikale overflater av elektrodene. Kjølemiddelet tar opp varme fra elektrodene og elektrodene fører varme fra utladningsområdet 20 til kjøle-middelet. Ifølge op<p>finnelsen består kjølemiddelet av et flytende dielektrisk materiale som har et kokepunkt under driftstemperaturen for elektrodene ved det trykk systemet er beregnet for. Selv om systemet kan være konstruert for drift ved et vidt spektrum av temperaturer og trykk, er det generelt ansett fordelaktig å arbeide mellom omtrent atmosfærisk trykk og noen atmosfærer, samt nær omgivelsestemperatur. Den indre metallelektrode vil lede varme fra utladningsgapet 20 meget lett til kjølemiddelet 26. Derfor vil denne elektrode være ved omtrent samme temperatur som kjølemiddelet. Imidlertid vil komposittelektroden 12 som har et dielektrisk materiale 16 med isolasjonsevne, ha en høyere temperatur på tross av at den er i varmevekslingskontakt med det samme kjølemid-del. Derfor er det forventet at de høyeste temperaturer vil holdes i utladningsområdet 20 med redusert temperatur i metall- elektroden 18 og bibeholdt temperatur på et midlere nivå i det dielektriske materiale 16 og elektrodesjiktet 14.

Selv om kjølemiddelet 26 som sirkulerer i beholderen 10 og rundt elektrodeelementene 12 og 18 kan være et hvilket som helst kjølemiddel med de spesielle egenskaper i form av egnet metningstrykk og egnet dielektrisk styrke, er det ansett foretrukket at et dielektrisk kjølemiddel slik som et fluorkarbon, spesielt diklorfluormetan eller triklorfluor-metan benyttes som kjølemiddel. Alternativt kan et blandet kjølemiddel benyttes. Fortrinnsvis velges et kjølemiddel med et metningsdamptrykk nær omgivelsestrykk ved den spesielle temperatur generatoren drives. Omgivelsesdriftstrykk er mest hensiktsmessig for økonomisk drift. Imidlertid kan generatoren arbeide ved trykk generelt innen området 0,1 til 10 atmosfærer, fortrinnsvis opp til 2-3 atmosfærer. Kjølemiddelet velges i henhold til metningsdamptrykket slik at det faller nær sammen med driftstemperaturen og driftstrykket. Drifts-betingelsene er sterkt avhengig av temperaturen for den ut-vendige kjøling som tilføres generatoren via kondensatoren. Kjølemiddelet arbeider ved å sirkulere forbi kjøleoverflåtene 28 og 30 av elektrodene mens en del av kjølevæsken fordampes på grunn av varmen fra elektrodene og gir en kokende kjøle-væske. Fordampet kjølemiddel danner bobler som stiger opp langs elektrodene. Varme fjernes fra elektrodeoverflåtene under påvirkning av fordampingen og ytterligere varme fjernes når boblene danner en dynamisk turbulent strøm av kjølevæske forbi den gjenværende del av elektrodeflåtene og inn i kjernen av kjølemiddelstrømmen i form av hvirvelstrømmer. Denne strøm 34 og 54 dannes på grunn av oppadstigende kjølemiddel-bobler gjennom væskemediet. Etterhvert som boblene stiger danner de strømmer av gjenværende væske som stiger og blir agitert nær elektrodeoverflåtene. Denne virkning er et viktig trekk ved oppfinnelsen og virker motsatt strømningsegenskap-ene for tidligere kjente kjølemidler som ikke tillates å koke når de utøver sin varmevekslingsoppgave i osongeneratorer ifølge den kjente teknikk. Ved å benytte et kokende kjølemid-del blir turbulent strøm 34 og 54 av kjølemiddel nær elektro deoverflåtene øket heller enn redusert slik som tilfellet er når et enkeltfasekjølemiddel strømmer som i den kjente teknikk. Imidlertid er bruken av et tofasekjølemiddel ikke ansett å tilveiebringe varmeoverføringskapasiteten for den kom-binerte virkning av kokende kjølevæske. Ved kokende kjøle-væske er varmeoverføringskapasiteten en kombinasjon av fordampingen av flytende kjølemiddel såvel som øket sirkulasjon og derfor øket varmevekslingsevne for kjølemiddelet. Når kokende kjølevæske omfattende et flytende kjølemiddel og dampbobler stiger, når dampboblene overflaten 36 av kjølevæsken. Dampfasekjølemiddelet 44 kommer så i kontakt med en kondensator 38 som kan ha viklinger eller kontaktflater 40 tilgjenge-lig for varmeveksling mellom kondensatoren og dampfasekjøle-middel 44. Kondensatoren kondenserer dampfasekjølemiddel 44 til væskedråper 42 av kjølemiddel som så ved hjelp av tyngde-kraften føres tilbake til reservoaret av kokende kjølevæske 26 .

Dette nettopp kondenserte kokende kjølemiddel sirkulerer nedover på grunn av virkningen av kokende kjølevæske som stiger nær elektrodene. Det førstnevnte kjølemiddel syn-ker gjennom beholderen 10 slik som ved 52 mot bunnen av beholderen. Når rekondensert kjølemiddel og restkjølemiddel i beholderen 10 blir gjenoppvarmet og nærmer seg overflatene 28 og 30 av elektrodene koker det flytende kjølemiddel igjen og danner et kokende kjølefluid som passerer opp nær de vertikale overflater av elektrodene. Denne sirkelvei for kjøle-middel gjennom sin væske og dampfase bidrar til en termo-sifongsirkulasjon som arbeider uten nødvendigheten av en trykkilde for kjølemiddel eller en sirkulasjonspumpe og deres ledsagende kraftkrav. Denne naturlige sirkulasjon basert på termosifonvirkningen utgjør ytterligere en fordel ved oppfinnelsen. Osongeneratorcellen ifølge oppfinnelsen kan arbeide kontinuerlig uten kjølemiddeltap, mens de tidligere kjente osongeneratorceller kan kreve avstengning hvis en pumpende a<pp>aratur mister kraft eller bryter sammen. Imidlertid kan trekket med kokende kjølevæske ifølge oppfinnelsen også benyttes i en generator som har en pumpe for å resirkulere kjø- lemiddel. Denne fordelaktige forbedring ved varmeoverføringen vil allikevel oppnås.

Kondensatoren 38 er generelt antatt å være tilstrekkelig hvis omgivelsestemperaturkjølevannet tilføres gjennom rørledning 50 og fjernes etter bruk i rørledning 48. Imidlertid kan det være umaken verdt å kjøre elektrodene ved temp-raturer under temperaturen til det tilgjengelige omgivelses-kjølevann. Under disse omstendigheter kan varmefjernings-kravene for kondensatoren kreve at en kjølekilde benyttes for å tilveiebringe kondensasjonsvirkningen i kondensatorviklin-gen 38. I dette tilfelle kan kondensatoren 38 være forbundet med en kjølekilde eller en varmepumpe 46 hvori varmepumpe-kjølemiddelet direkte kan sirkuleres gjennom kondensatoren 38 og omgivelseskjølevannet i rørledningene 50 og 48 utveks-les mot varmenden av varmepumpen 46. Alternativt kan kjøle-vannet i rørledning 50 varmeveksles mot en kjølekilde ved 46 og passere direkte gjennom kondensatoren 38 som under omgi-velsesavkjølt kjølevann.

Den konsentriske anordning av elektrodene 12 og 18 vises lett i figur 2. Slik man ser her må volumet som opptas av kokende kjølefluid ifølge oppfinnelsen slik som ved 26/34 og 52/54 ikke reduseres for å tilveiebringe tilstrekkelig kokende kjølemiddel langs overflatene av elektrodene. Derfor kan en stor mengde kjølemiddel tilveiebringes rundt elektrodene for å sørge for et dielektrisk isolasjonsmedium såvel som en varmebrønn. Med forutsetningen tilstrekkelig volum kokende kjølevæske i arealet 54 utenfor den ytre elektrode 12 og innenfor den indre overflate 64 i beholderen 10 er det ingen trusel om jording av de ladede elektroder. Dette volum kan gjøres så stort som nødvendig for å tilveiebringe den isolerende virkning uten å redusere kjøleffektiviteten langs elektrodenes overflate. Denne fordel realiseres ikke i den kjente teknikks osongeneratorer der kjølemiddelstrømmen langs elektrodeoverflaten reduseres og kjølevolumet derfor konstru-eres til begrensning for å tvinge strømmen langs overflatene. Imidlertid er det ifølge oppfinnelsen ment at visse installa-sjoner vil ønske å redusere eller minimalisere volum med kokende kjølefluid mellom den ytre elektrode 12 og beholderen 10. Eksistensen av et høyt antall kjølemiddelbobler i området som omgis av overflatene 30 og 64 kan danne en endring i den dielektriske styrke i fluidet som holdes mellom disse overflater. For å sikre at tilstrekkelig isolasjon holdes mellom disse overflater og at boblene som dannes samler seg nær overflaten av elektrodene, er det ment at en ringformet skille-vegg 58 slik som vist i figur 3 kan tilveiebringes i osongeneratoren. Denne vil anbringes konsentrisk utover fra den ytre elektrode 12 og bestå av et isolerende eller dielektrisk element. Elementet 5.8 forhindrer reduskjon av den effektive dielektriske styrke av kjølemiddelet utvendig for skilleelemen-tet 58.

Som angitt tidligere kan det være fordelaktig å øke damp- og bobledannelsen i det kokende kjølefluid på elektrode-overf låtene 28 og 30 ved hjelp av midler for å bevirke koking. En økning av kokesetene eller kjernedannelsessetene på disse overflater kan oppnås ved å rue opp overflatene under fremstilling. Når det gjelder den indre stålelektrode 18 kan kjø-lemiddeloverflaten 2 8 rues opp for å tilveiebringe kaviteter i metallet ved hvilke kaviteter kjølemiddelet lettere bobler. Disse kaviteter henvises til som kjernedannelsesseter. På den ytre elektrode 12 kan slike kjernedannelsesseter dannes ved å rue opp det dielektriske substratet 16 før dampavsetning på det ytre elektrodeelement 14. Dette ville danne tilsvarende kaviteter som vil utgjøre kjernedannelsesseter for kokende kjølefluid. Alternativt kan den ytre elektrode 12 tildannes med en ytterligere dimensjon av metall belagt på det dielektriske substrat 16. Det ytterligere tykke metallet 14 vil så rues opp etterpå for å tilveiebringe kjernedannelsesseter.

Til slutt kan elektrodeoverflåtene 28 og 30 behandles med et høyvarmeflussoverflatepreparat slik som plasma eller flamme-sprayavsetning av metall for å tilveiebringe ytterligere kjernedannelsesseter.

Under slike omstendigheter kan det være mere hensiktsmessig å tilveiebringe et kjernedannelsessete eller boble-dannelsessete som befinner seg i den nedre del av den verti kale elektrodeoverflate 28 og 30. Dette ville tillate en høy densitet av dampbobler som krysser en vesentlig andel av den vertikale dimensjon av elektrodene med resulterende øket var-meoverf øringskapasitet og muligheten for ytterligere bobledannelse. Det sistnevnte fenomen stammer fra den kjente opptreden av ytterligere bobledannelse som et resultat av opp-rettet boblekontakt på eller nær en kjernedannelsesoverflate. Med andre ord er det kjent at ved koking av en væske vil dampbobler initiere dannelsen av ytterligere bobler når slike bobler kommer i kontakt med eller nærmer seg egnede kjernedannelsesseter. For å trekke fordel av dette fenomen er det ment ifølge oppfinnelsen at en kilde for bobler kan tilveiebringes nær det nedre område av elektrodeoverflåtene 28 og 30.-Figur 4 og figur 5 viser to utførelsesformer av dette konsept. I figur 4 er et lite elektrisk motstandselement 60 anbragt

nær bunnen av elektrodene nær disses ikke-utladningsoverflater 28 og 30 for å danne et initieringssete for koking av kjø-lemiddelet. Et slikt varmeelement 60 kan anbringes rundt basen for hver elektrode 12 og 18 selv om dette ikke er vist. Alternativt, slik som vist i figur 5, kan et høymotstandsområde 62 tildannes på elektrodene for å opprette en høyere temperatur for en gitt elektrisk spenning på elektrodene nær elektrode-bunnen. Dette er spesielt anvendelig på den ytre elektrode 12 som er dannet av et komposittmateriale av et dielektrisk substrat 16 og en potensielt dampavsatt metallfilm 14. Ved til-danning av metallfilmelektroden 14 kan et dimensjonsendret område tildannes nær det nedre område av elektroden som vist ved 62 i figur 5.

Dette igjen vil danne et høytemperaturområde på elektroden med ledsagende dannelse av kjernedannelsesseter ved bunnen av elektroden. En tilsvarende konstruksjon kan tildannes på elektroden 18 selv om dette ikke er vist. Begge disse ytterligere utførelsesformer vil gi høy bobledensitet som så stiger opp langs elektrodene med forbedret virkning av dynamisk turbulent strøm og ytterligere bobledannelse. Disse midler for å bevirke koking kan benyttes i forbindelse med andre kokepromotorer eller de kan benyttes individuelt.

Foreliggende oppfinnelse er beskrevet med vekt på kjølefunksjonen for osongeneratoren. Aspektene ved osongeneratoren ifølge op<p>finnelsen med henblikk på den virkelige dannelse av oson og sirkulasjon av råstoff- og produktgasser ligger innenfor fagmannens arbeidskunnskap og er ikke nærmere diskutert. Bortsett fra de spesifikke trekk som er beskrevet ovenfor, arbeider osongeneratorene ifølge oppfinnelsen på en måte tilsvarende de som er kjente og tilgjengelige. I tillegg er det ment at de unike aspekter ved oppfinnelsen også kan anvendes på et vidt spektrum spesifikke osonfremstillings-apparaturer. F.eks. er det antatt at konseptet ifølge oppfinnelsen vil være egnet til osondannelse som beskrevet i US-PS 4 234 800, spesielt hva angår patentets diskusjon om oson-fremstilling generelt.

Oppfinnelsen er beskrevet i form av en spesifikk foretrukket utførelsesform som benytter en konsentrisk elektrode-struktur. Imidlertid er det ment at oppfinnelsen vil ha samme anvendelighet på andre osongeneratorkonstruksjoner slik som en plate-til-plate-apparatur som vist i US-PS 2 822 327. Det er også ment at oppfinnelsen skal være anvendelig på en mul-ticelleosongenerator der et antall parrede elektroder er satt sammen i store beholdere og supplerer hverandre hva angår fremstilling av store mengder oson. Derfor skal oppfinnelsens ramme ikke være begrenset til den spesielle utførelsesform som er angitt ovenfor, men leses ut fra de ledsagende krav.

Claims (15)

1. Apparatur for fremstilling av oson fra en oksygenholdig gass ved koronautladning, omfattende to i avstand fra hverandre anordnede elektroder hvorpå det er lagt høyspenning, og midler for avkjøling av oson ved å bringe en elektrode i kontakt med et kjølemiddel, karakterisert j ved/ midler for å bevirke koking av kjølemiddelet under anvendelse av varmen i generatoren, hvorved den resulterende kokende kjølevæske kommer i kontakt med minst en elektrode i varmevekslingskommunikasjon for således å øke varmeoverførin-gsevnen og å utvide apparaturens levetid.

2. Apparatur ifølge krav 1 , karakterisert ved at et dielektrisk materiale er anordnet mellom elektrodene .

3. Apparatur ifølge krav 2, karakterisert ved at midlene for avkjøling inkluderer en kokende kjøle-væske som er i kontakt med begge elektroder.

4. Apparatur ifølge krav 3, karakterisert ved at elektrodene har en rørkonfigurasjon og er anordnet konsentrisk i en beholder som utgjør et kjølevæskekammer med en indre kjølesone som ligger innenfor den indre konsentriske elektrode og en ytre kjølesone som ligger utenfor den ytre elektrode.

5. Apparatur ifølge krav 4, karakterisert ved at kammeret omfatter midler for tilbakeføring av kokende kjølevæske.

6. Apparatur ifølge krav 1 , karakterisert ved at den videre omfatter et rør konsentrisk anordnet mellom nevnte ytre elektrode og beholderen for å danne en ringformet ledeplate som forhindrer reduksjon av den effektive dielektriske styrke i kjølemiddelet utenfor ledeplaten.

7. Fremgangsmåte for fremstilling av oson i en osongenerator omfattende å danne oson fra en oksygenholdig gass ved koronautladning mellom to i avstand fra hverandre anordnede elektroder og avkjøling av oson ved kontakt mellom en elektrode og et kjølemiddel, karakterisert ved at det tilveiebringes en øket varmeoverføringsevne og derav resulterende forbedret osonfremstillingseffektivitet ved av-kjøling av oson ved å bringe minst en elektrode i varmevekslingskontakt med en kokende kjølevæske hvorved varmen i generatoren bringer kjølemiddelet til koking.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at et dielektrisk materiale er anbragt mellom elektrodene.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at dampen fra den kokende kjølevæske kondenseres og tilbakeføres forbi elektrodene.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at kjølevæsken tilbakeføres ved hjelp av termosifongeffekten.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at begge elektroder er i kontakt med den kokende kjølevæske.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at varmen fra minst en elektrode bringer kjølemiddelet til koking.

13. Apparatur for fremstilling av oson fra en oksygenholdig gass ved koronautladning omfattende to i avstand fra hverandre anordnede elektroder hvorpå det er lagt høy spenning, og midler for avkjøling av oson ved kontakt mellom en elektrode og et kjølemiddel, karakterisert ved at den omfatter midler for å danne bobler i kjølemiddelet under anvendelse av en gass, hvorved den resulterende tofase-kjølevæske kommer i kontakt med minst en elektrode i varmevekslingskommunikasjon for å øke varmeoverføringsevnen og å utvide apparaturens levetid.

14. Apparatur ifølge krav 13, karakterisert ved at midlene for å skape bobler i kjølemiddelet omfatter en dyse som slipper en gass ut i kjølemiddelet.

15. Fremgangsmåte for fremstilling av oson i en osongenerator omfattende å danne oson fra en oksygenholdig gass ved koronautladning mellom to i avstand fra hverandre anordnede elektroder og avkjøling av oson ved kontakt mellom en elektrode og et kjølemiddel, karakterisert ved tilveiebringelse av en øket varmeoverføringsevne og derav resulterende forbedret osonfremstillingseffektivitet omfattende avkjøling av nevnte oson ved kontakt med minst en elektrode i varmevekslingsforbindelse med en tofasekjø levæske hvorved en gass som innføres i generatoren bringer kjølemid-delet til øket turbulens.