WO1996034824A1 - Ozonerzeuger mit einer kondensatoranordnung aus zwei elektroden und mit einem kühlmedium - Google Patents
Ozonerzeuger mit einer kondensatoranordnung aus zwei elektroden und mit einem kühlmedium Download PDFInfo
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Definitions
- the invention relates to an ozone generator with a capacitor arrangement comprising a) two electrodes which can be connected to the poles of a high-voltage source, with b) a dielectric, preferably of tubular design, arranged between these two electrodes and with a space through which to be ozonized, oxygen-containing gas flows, which is located on one side of the dielectric, and with a cooling medium.
- a problem with ozone generators is adequate cooling. It must be avoided that the gas to be ozonized or already partially ozonized comes into contact with surfaces that are too hot, for example electrodes that are too hot or a dielectric that is too hot. Basically, the yield of ozone is increased at a lower temperature. In this regard, cooling is inexpensive and, if the design is correct, the measures required for a cooling device and cooling are economical.
- cooling medium is in direct contact with that surface of the dielectric which faces away from the space mentioned, optionally with the interposition of a thin, flat surface , metallic electrode layer between the dielectric and the cooling medium.
- the invention thus proposes, called the cooling medium, which may be a liquid or a gas in direct contact with the dielectric to brin ⁇ .
- the cooling medium which may be a liquid or a gas in direct contact with the dielectric to brin ⁇ .
- This electrode layer is essentially flat, that is to say two-dimensional, and has a thickness of less than 0.5 mm, preferably 0.1 mm. Because of its metallic thermal conductivity, this electrode layer causes practically no thermal separation between the cooling medium and the dielectric.
- the dielectric is therefore cooled directly and directly.
- the dielectric has the temperature of the cooling medium. This achieves a very effective cooling of the dielectric and the process gas which has not been achieved before.
- the cooling medium is in electrical connection with an electrode. Let there be no insulation problems, etc. is proposed in a preferred development, to lay the cooling medium Erdpo ⁇ potential.
- a cooling medium can be made conductive by means of suitable additives or it can already be sufficiently conductive from the start, such as mercury or an aqueous NaCl salt solution.
- the invention is suitable for both plate-shaped and tubular capacitor arrangements. It is not limited to any form for capacitor arrangements.
- Capacitor arrangements in contact with one and the same coolant.
- many tubes can be introduced into a large tank filled with a liquid as a coolant, which tubes are in direct contact with the cooling medium on their outer wall or on their inner wall and form the dielectric. The same can be done with a gaseous coolant.
- the cooling medium is circulated continuously in order to prevent local heating from occurring.
- the cooling medium preferably circulates in a closed circuit, in this case a cooling device is provided in the circuit which always cools the cooling medium down again to a desired initial temperature.
- FIG. 1 shows a perspective illustration in a sectional view from obliquely from above onto a container in which a cooling liquid is accommodated and in which there are two ozone generator elements,
- FIG. 3 is a perspective view of a tubular container in which there is an ozone generator element
- Figure 1 shows a schematic representation of two structurally identical ozone generator elements. They each have a capacitor arrangement made up of two electrical 20, 22 between which there is a dielectric 24 that the inner designs according to FIGS. 1 and 3 are tubular. Between the dielectric 24 and the inner electrode 22 there is a space 26 through which oxygen-containing gas to be ozonized flows, the gas flow being represented by the arrows 28.
- the inner electrode 22 is not shown in detail, in the practical embodiment it can be formed from a plurality of thin, rod-shaped individual profiles, from a polygonal profile or otherwise.
- Both ozone generator elements are located within a cut-open container 30 which is filled with an electrically conductive liquid, for example water, to which common salt or the like has been added.
- the liquid has the highest possible heat capacity.
- the conductivity of the liquid does not have to correspond to metallic conductivity, since the flowing currents are relatively low.
- the expert knows that typically flowing currents for kon ⁇ concrete ozone arrangements and the conductivity of the liquid is adjusted by means known to him in the geeig ⁇ Neten way. It should be avoided that an excessive voltage drop occurs across the liquid.
- the liquid represents the coolant 32.
- the liquid 32 is in direct contact with the outer surface of the tubular dielectric 24. Furthermore, the liquid 32 is in contact with the container 30 made of metal. This is connected to the negative pole of a high voltage source , the inner electrode 22 is connected to the positive pole.
- the liquid 32 forms the outer electrode 20. It is therefore not necessary to provide the dielectric 24 with a metallic layer, as it forms the outer electrode in some tubular ozone generators.
- the dielectric 24 is cooled by all-round contact with the liquid 32, the temperature of the coolant 32, that is to say the liquid, assumes.
- the coolant 32 is circulated as shown by arrows 34.
- the container 30 is provided with an inlet 36 and an outlet 38 and in a closed circular run provided with a pump 40 and a heat exchanger 42. It is thereby achieved that the temperature of the coolant 32 remains at a constant, desired level.
- the exemplary embodiment according to FIG. 2 largely corresponds to that according to FIG. 1, but an electrode layer 44 is now applied to the outer surface of the tubular dielectric 24, for example vapor-deposited or chemically deposited. It is essentially flat. Their thickness is less than 0.1 mm. It is made of a metal. In the exemplary embodiment shown, it is full-area, but can also be network-shaped. It is connected to the negative pole via a resilient contact which is realized by a leaf spring. Because of the electrode layer 44, voltage differences along the dielectric 24 are prevented.
- the inner electrode 22 is hollow on the inside, in this way, according to the arrows 46, a coolant, for example a gas, can be sent through the inner electrode 22.
- a coolant for example a gas
- the container 30 is represented by a tube.
- An ozone generator of the design shown in FIG. 2 is located centrally in this tube.
- An electrode layer 44 is applied to the outside of the dielectric 24 and is connected to the negative pole of a high-voltage source (not shown).
- two plate-shaped, known ozone generator elements are shown which are arranged in opposite directions to one another, that is to say are adjacent to electrodes of the same potential.
- the electrode 20 is respectively connected to ground potential, ie with the Mi ⁇ nuspol.
- the coolant 32 which is designed in accordance with the preceding exemplary embodiments, for example as a circulated liquid or as a gas.
- the exemplary embodiment according to FIG. 3 can also be modified as follows: In the space between the container 30 and the dielectric 24 an electrically conductive, good heat-conducting material is filled, is filled with ⁇ game as metal dust, a low-melting metal alloy which is ⁇ or the like. Then does not flow in accordance with arrows ge ⁇ chilled gas through the container 30, but the electrode layer 44 is electrically connected to the metallic container 30th Contacting the electrode layer 44, as drawn in FIG. 3, can thus be omitted.
- the ozone generator element according to Figure 3 in this modification can be ⁇ sets are in one of the arrangements according to FIG. 1 or FIG. Second
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf einen Ozonerzeuger mit einer Kondensatoranordnung aus a) zwei Elektroden, die an die Pole einer Hochspannungsquelle anschließbar sind, mit b) einem zwischen diesen beiden Elektroden (20, 22) angeordneten, vorzugsweise rohrförmig ausgebildeten Dielektrikum (24) und mit einem Raum (26), durch den zu ozonisierendes, sauerstoffenthaltendes Gas strömt, und der sich auf einer Seite des Dielektrikums (24) befindet, sowie mit einem Kühlmedium (32). Das Kühlmedium (32) befindet sich in unmittelbarem Kontakt mit derjenigen Fläche des Dielektrikums (24) die von dem genannten Raum (26) abgewandt ist, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer dünnen, flächigen, metallischen Elektrodenschicht zwischen dem Dielektrikum (24) und dem Kühlmedium.
Description
Bezeichnung: oZOnerzeuger mi t ei ner Konden satoranordnung aus zwei El ektroden und mi t e i nem Kühl medi um.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Ozonerzeuger mit einer Kondensato¬ ranordnung aus a) zwei Elektroden, die an die Pole einer Hochspannungs¬ quelle anschließbar sind, mit b) einem zwischen diesen beiden Elektroden angeordneten, vorzugsweise rohrförmig ausgebildeten Dielektrikum und mit einem Raum, durch den zu ozonisierendes, sauerstoffenthaltendes Gas strömt, und der sich auf einer Seite des Dielektrikums befindet, sowie mit einem Kühlmedium.
Ein Problem bei Ozonerzeugern besteht in der ausreichenden Kühlung. Es muß vermieden werden, daß das zu ozonisierende oder bereits teilweise ozonisierte Gas in Kontakt mit zu heißen Flächen, beispielsweise zu heißen Elektroden oder einem zu heißen Dielektrikum kommt. Grundsätzlich gilt, daß bei geringerer Temperatur die Ausbeute an Ozon erhöht wird. Insoweit ist eine Kühlung günstig und sind bei zutreffender Auslegung die Maßnah¬ men, die für eine Kühlvorrichtung und eine Kühlung notwendig sind, wirt¬ schaftlich.
Bei Ozonerzeugern nach dem Stand der Technik, z.B. DE 34 22 989 C2 und DE 38 19 304 C2 ist eine Kühlung zwar vorgesehen, sie erfolgt allerdings nicht mit der ausreichenden, gewünschten Wirkung. Hier setzt die Erfindung ein. Sie hat es sich zum Ziel gesetzt, die Kühlung zu verbessern und sicherzu¬ stellen, daß mit einfachen Mitteln eine sehr wirkungsvolle Kühlung erre¬ icht werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe ausgehend von dem Ozonerzeuger mit den Merk¬ malen der eingangs genannten Art dadurch, daß sich das Kühlmedium in unmittelbarem Kontakt mit derjenigen Fläche des Dielektrikums befindet, die von dem genannten Raum abgewandt ist, gegebenenfalls unter Zwi¬ schenschaltung einer dünnen, flächigen, metallischen Elektrodenschicht
zwischen dem Dielektrikum und dem Kühlmedium.
Die Erfindung schlägt also vor, das Kühlmedium, das eine Flüssigkeit oder ein Gas sein kann, in unmittelbaren Kontakt mit dem Dielektrikum zu brin¬ gen. Zwischen dem Kühlmittel und dem Dielektrikum soll allenfalls eine dünne, auf dem Dielektrikum haftende metallische Elektrodenschicht vor¬ handen sein. Diese Elektrodenschicht ist im wesentlichen flächig, also zweidimensional, sie hat eine Dicke unter 0,5 mm, vorzugsweise 0,1 mm. Aufgrund ihrer metallischen Wärmeleitfähigkeit bewirkt diese Elektroden¬ schicht praktisch keine thermische Trennung zwischen dem Kühlmedium und dem Dielektrikum.
Erfindungsgemäß wird also das Dielektrikum unmittelbar und direkt ge¬ kühlt. Das Dielektrikum hat die Temperatur des Kühlmediums. Dadurch wird eine bisher nicht erreichte, sehr wirkungsvolle Kühlung des Dielektrikums und des Prozeßgases erreicht.
Erfindungsgemäß ist das Kühlmedium in elektrischer Verbindung mit einer Elektrode. Um keine Isolationsprobleme usw. auftreten zu lassen, wird in einer bevorzugten Weiterbildung vorgeschlagen, das Kühlmedium auf Erdpo¬ tential zu legen.
Verwendet man ein elektrisch leitfähiges Kühlmedium, so kann dieses zu¬ gleich zur Stromleitung eingesetzt werden. Hierzu kann ein Kühlmedium durch geeignete Zusätze leitfähig gemacht werden oder bereits von Hause aus ausreichend leitfähig sein, wie beispielsweise Quecksilber oder eine wässrige NaCl-Salzlösung.
Bei einem gasförmigen Kühlmittel stellen sich Isolationsprobleme nicht oder nur in verminderter Form gegenüber einem flüssigen Kühlmedium. Bei derartigen gasförmigen Kühlmedien ist daher die Möglichkeit gegeben, auch eine in ihrem Potential hochliegende Elektrode zu kühlen.
Die Erfindung eignet sich sowohl für plattenförmige als auch für rohrför- mige Kondensatoranordnungen. Sie ist nicht beschränkt auf irgendeine Form für Kondensatoranordnungen.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind mehrere, vorzugsweise baugleiche
Kondensatoranordnungen in Kontakt mit ein und demselben Kühlmittel. Anders ausgedrückt können in einen großen, mit einer Flüssigkeit als Kühlmittel gefüllten Tank viele Rohre eingebracht werden, die an ihrer Außenwand oder an ihrer Innenwand in direktem Kontakt mit dem Kühl¬ medium stehen und das Dielektrikum bilden. Ebenso kann bei einem gas¬ förmigen Kühlmittel verfahren werden.
In bevorzugter Ausbildung wird das Kühlmedium ständig umgewälzt, um zu vermeiden, daß lokale Erwärmungen auftreten. Vorzugsweise läuft das Kühlmedium in einem geschlossenen Kreislauf um, hierbei ist im Kreislauf eine Kühlvorrichtung vorgesehen, die das Kühlmedium stets wieder auf eine erwünschte Ausgangstemperatur herunterkühlt.
Es ist vorteilhaft, ein Dielektrikum mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit zu verwenden. Auch ist es günstig, ein möglichst dünnes Dielektrikum, über dessen Dicke sich ein nur geringer Temperaturgradient ausbilden kann, einzusetzen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung, die unter Bezugnah¬ me auf die Zeichnung näher erläutert werden. In dieser Zeichnung zeigt:
Fig. 1:. eine perspektivische Darstellung in schnittbildlicher Ansicht von schräg von oben auf einen Behälter, in dem eine Kühlflüssigkeit unterge¬ bracht ist und in dem sich zwei Ozonerzeugerelemente befinden,
Fig. 2: die Anordnung gemäß Fig. 1 in gleicher Darstellung, jedoch in geän¬ derter Ausführung,
Fig. 3: eine perspektivische Darstellung eines rohrförmigen Behälters, in dem sich ein Ozonerzeugerelement befindet und
Fig. 4: eine Draufsicht auf zwei plattenförmige Ozonerzeugerelementen, zwi¬ schen <ifcrfιen sich ein flüssiges Kühlmedium befindet.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung zwei baugleiche Ozonerzeuger¬ elemente. Sie haben jeweils eine Kondensatoranordnung aus zwei Elektro-
den 20, 22 zwischen denen sich ein Dielektrikum 24 befindet, daß Innenaus¬ führungen nach den Figuren 1 und 3 rohrförmig ist. Zwischen dem Dielek¬ trikum 24 und der Innenelektrode 22 befindet sich ein Raum 26, durch den zu ozonisierendes, Sauerstoff enthaltendes Gas strömt, die Gasströmung ist durch die Pfeile 28 dargestellt.
Die Innenelektrode 22 ist nicht detailliert dargestellt, in der praktischen Ausführung kann sie aus mehreren, dünnen, stabförmigen Einzelprofilen, aus einem Vieleckprofil oder anderweitig ausgebildet sein.
Beide Ozonerzeugerelemente befinden sich innerhalb eines aufgeschnitten dargestellten Behälters 30, der mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, dem Kochsalz zugegeben wurde oder dergleichen, ge¬ füllt ist. Die Flüssigkeit hat eine möglichst hohe Wärmekapazität. Die Leit¬ fähigkeit der Flüssigkeit muß nicht metallischer Leitfähigkeit entsprechen, da die fließenden Ströme relativ gering sind. Der Fachmann kennt für kon¬ krete Ozonanordnungen die typischerweise fließenden Ströme und wird die Leitfähigkeit der Flüssigkeit durch ihm bekannte Maßnahmen in der geeig¬ neten Weise einstellen. Vermieden werden soll, daß über die Flüssigkeit ein zu großer Spannungsabfall auftritt. Die Flüssigkeit stellt das Kühlmittel 32 dar.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist die Flüssigkeit 32 in unmittelbarem Kontakt mit der Außenfläche der rohrförmigigen Dielektrika 24. Weiterhin ist die..JFlüssigkeit 32 in Kontakt mit dem aus Metall ausgeführten Behälter 30. Dieser ist an dem negativen Pol einer Hochspannungsquelle angeschlos¬ sen, die Innenelektrode 22 ist an dem positiven Pol angeschlossen.
Die Flüssigkeit 32 bildet die Außenelektrode 20. Es ist also nicht notwen¬ dig, das Dielektrikum 24 mit einer metallischen Schicht zu versehen, wie sie bei manchen rohrförmigen Ozonerzeugern die Außenelektrode bildet. Durch den allseitigen Kontakt mit der Flüssigkeit 32 wird das Dielektrikum 24 gekühlt, es nimmt die Temperatur des Kühlmittels 32, also der Flüssig¬ keit, an.
Um lokale Aufwärmungen zu verhindern, wird das Kühlmittel 32 umgewälzt, wie durch Pfeile 34 dargestellt ist. Hierfür ist der Behälter 30 mit einem Einlaß 36 und einem Auslaß 38 versehen und in einem geschlossenen Kreis-
lauf mit einer Pumpe 40 und einem Wärmetauscher 42 versehen. Dadurch wird erreicht, daß sich die Temperatur des Kühlmittels 32 auf konstantem, gewünschtem Niveau hält.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 stimmt weitestgehend mit demjenigen nach Figur 1 überein, allerdings ist nun auf der Außenfläche des rohrför- migen Dielektrikums 24 eine Elektrodenschicht 44 aufgetragen, beispiels¬ weise aufgedampft oder chemisch abgeschieden. Sie ist im wesentlichen flächig. Ihre Dicke liegt unter 0,1 mm. Sie besteht aus einem Metall. Sie ist im gezeigten Ausführungsbeispiel vollflächig, kann aber auch netzförmig sein. Sie- ist über einen federnd anliegenden Kontakt, der durch eine Blatt¬ feder realisiert ist, mit dem Minuspol verbunden. Aufgrund der Elektroden¬ schicht 44 werden Spannungsunterschiede entlang des Dielektrikums 24 verhindert.
Weiterhin ist die Innenelektrode 22 innen hohl, auf diese Weise kann, ent¬ sprechend der Pfeile 46, ein Kühlmittel durch die Innenelektrode 22 ge¬ schickt werden, beispielsweise ein Gas.
In der Anordnung gemäß Figur 3 ist der Behälter 30 durch ein Rohr darge¬ stellt. Zentrisch in diesem Rohr befindet sich ein Ozonerzeuger der in Fi¬ gur 2 gezeigten Ausführung. Auf der Außenseite des Dielektrikums 24 ist eine Elektrodenschicht 44 aufgebracht, sie steht mit dem Minuspol einer Hochspannungsquelle (nicht dargestellt) in Verbindung. Durch den Behälter 30 strömt entlang der Pfeile 34 ein gekühltes Gas, das das Kühlmittel 32 bildet. Dadurch wird das Dielektrikum 24 gekühlt. Es kann sich beispiels¬ weise um das Gas aus einer Verflüssigungsanlage handeln.
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 schließlich sind zwei plattenförmige, an sich bekannte Ozonerzeugerelemente dargestellt, die im Gegensinn zu¬ einander angeordnet sind, also mit Elektroden gleicher Potentiale benach¬ bart sind. Die Elektrode 20 ist jeweils auf Erdpotential, also mit dem Mi¬ nuspol verbunden. Zwischen den beiden Elektroden 20 befindet sich das Kühlmittel 32, das entsprechend den vorangegangenen Ausführungsbeispie¬ len ausgeführt ist, beispielsweise als umgewälzte Flüssigkeit oder als Gas.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 kann auch wie folgt abgewandelt werden: In den Zwischenraum zwischen Behälter 30 und Dielektrikum 24
wird ein elektrisch leitendes, gut wärmeleitendes Material eingefüllt, bei¬ spielsweise Metallstaub, eine niedrigschmelzende Metallegierung, die einge¬ füllt wird oder dergleichen. Dann strömt nicht entsprechend der Pfeile ge¬ kühltes Gas durch den Behälter 30, sondern ist die Elektrodenschicht 44 elektrisch mit dem metallischen Behälter 30 verbunden. Eine Kontaktierung der Elektrodenschicht 44, wie in Figur 3 gezeichnet, kann damit entfallen. Das Ozonerzeugerelement gemäß Figur 3 in dieser Abwandlung kann einge¬ setzt werden in einer der Anordnungen gemäß FIG. 1 oder FIG. 2.
Claims
1. Ozonerzeuger mit einer Kondensatoranordnung aus a) zwei Elektroden, die an die Pole einer Hochspannungsquelle anschließbar sind, mit b) ein¬ em zwischen diesen beiden Elektroden (20, 22) angeordneten, vorzugswei¬ se rohrförmig ausgebildeten Dielektrikum (24) und mit einem Raum (26), durch den zu ozonisierendes, sauerstoffenthaltendes Gas strömt, und der sich auf einer Seite des Dielektrikums (24) befindet, sowie mit einem Kühlmedium (32), dadurch gekennzeichnet, daß sich das Kühlmedium (32) in unmittelbarem Kontakt mit derjenigen Fläche des Dielektrikums (24) befindet, die von dem genannten Raum (26) abgewandt ist, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer dünnen, flächigen, metallischen Elektro¬ denschicht zwischen dem Dielektrikum (24) und dem Kühlmedium.
2. Ozonerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektro¬ denschicht innig mit einer Fläche des Dielektrikums (24) verbunden ist, insbesondere durch Aufdampfen oder durch flächiges Auftragen herge¬ stellt ist.
3. Ozonerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl¬ medium (32) eine Flüssigkeit ist, vorzugsweise eine leitfähige und/oder durch Zusätze leitfähig gemachte Flüssigkeit, z.B. ein Elektrolyt, ist.
4. Ozonerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl¬ medium (32) ein Gas, insbesondere ein stark abgekühltes Gas, z.B. aus einer' Verflüssigungsanlage, ist.
5. Ozonerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl¬ medium (32) sich auf Erdpotential befindet.
6. Ozonerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Elektrodenschicht (44) flächig geschlossen und/oder netzförmig ausgebil¬ det ist.
7. Ozonerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl¬ mittel {32) eines Ozonerzeugers in Kontakt ist mit mehreren anderen, vorzugsweise mit baugleichen Ozonerzeugern.
8. Ozonerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl¬ medium aktiv bewegt wird und am Dielektrikum (24) entlang strömt.
9. Ozonerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter (30) für das Kühlmedium (32) vorgesehen ist, der einen Einlaß (36) und einen Auslaß (38) und/oder eine Pumpe (40) aufweist.
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