WO2004046028A1 - Direktgekühlter ozongenerator - Google Patents

Direktgekühlter ozongenerator Download PDF

Info

Publication number
WO2004046028A1
WO2004046028A1 PCT/EP2003/012892 EP0312892W WO2004046028A1 WO 2004046028 A1 WO2004046028 A1 WO 2004046028A1 EP 0312892 W EP0312892 W EP 0312892W WO 2004046028 A1 WO2004046028 A1 WO 2004046028A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ozone generator
jacket
steel
ozone
evaporator
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/012892
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ernst-Martin Billing
Ralf Fiekens
Uwe Hofer
Justus Linnert
Original Assignee
Wedeco Gesellschaft Für Umwelttechnologie Mbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wedeco Gesellschaft Für Umwelttechnologie Mbh filed Critical Wedeco Gesellschaft Für Umwelttechnologie Mbh
Priority to AU2003283411A priority Critical patent/AU2003283411A1/en
Priority to EP03775369A priority patent/EP1565399A1/de
Priority to CA002504992A priority patent/CA2504992A1/en
Priority to US10/535,519 priority patent/US20060088453A1/en
Publication of WO2004046028A1 publication Critical patent/WO2004046028A1/de

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/10—Preparation of ozone
    • C01B13/11—Preparation of ozone by electric discharge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/02—Apparatus characterised by being constructed of material selected for its chemically-resistant properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
    • B01J2219/025—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties characterised by the construction materials of the reactor vessel proper
    • B01J2219/0295—Synthetic organic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2201/00—Preparation of ozone by electrical discharge
    • C01B2201/10—Dischargers used for production of ozone
    • C01B2201/14—Concentric/tubular dischargers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2201/00—Preparation of ozone by electrical discharge
    • C01B2201/20—Electrodes used for obtaining electrical discharge
    • C01B2201/22—Constructional details of the electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2201/00—Preparation of ozone by electrical discharge
    • C01B2201/70—Cooling of the discharger; Means for making cooling unnecessary
    • C01B2201/74—Cooling of the discharger; Means for making cooling unnecessary by liquid

Definitions

  • the present invention relates to an ozone generator with the features of the preamble of claim 1.
  • Generic ozone generators are known from the prior art, for example from WO97 / 09268. They comprise a multiplicity of hollow cathode tubes which are arranged parallel to one another between two tube plates in the manner of a tube bundle heat exchanger. The tubes form discharge spaces in the form of hollow cathodes in their interior. Anode rods with dielectric are arranged in these discharge spaces, which are subjected to a high voltage during operation and which cause a silent discharge between the anode rod and the tube. Oxygen-containing gas or pure oxygen is passed through this space. The silent discharge creates in the oxygen-containing gas from oxygen molecules, ozone molecules. The gas stream enriched with ozone in this way can then be used, for example, for disinfection purposes or for chlorine-free bleaching.
  • the efficiency of ozone generation depends heavily on the temperature of the pipes.
  • One mechanism that worsens the efficiency of an ozone generator is the partial heating of the hollow cathodes in the area of the heat nests that form and the temperature gradient that unavoidably develops along the tubes between the cooling water inlet and the cooling water outlet.
  • the ozone-containing gas flowing inside through the hollow cathodes in this area will experience a decomposition of the ozone due to the higher temperature, which reduces the actual content of usable ozone in the gas stream produced. This temperature-induced depletion of ozone reduces the overall efficiency of the ozone generator.
  • the coolant can be 1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane (CF 3 -CH 2 F).
  • a regulation of the pressure in the jacket space can be provided, particularly in such a way that the pressure above the boiling coolant is set such that a boiling temperature of less than 6 ° C. and in particular less than 5 ° C. is established. It may be advantageous to choose a boiling point below 0 ° C. Exemplary embodiments of the present invention are described below with reference to the drawing.
  • FIG. 1 An ozone generator according to the invention with the associated cooling unit in a block diagram; such as
  • Figure 2 a diagram of the specific ozone generation per tube versus the specific energy consumption in relative units when using air and a temperature of 5 ° C for a conventional ozone generator and a directly cooled ozone generator.
  • the ozone generator comprises an inflow chamber 1 which is delimited by a tube sheet 2.
  • a plurality of hollow cathode tubes 3 are inserted into the tube sheet 2 in such a way that the interior of the hollow cathode tubes is connected to the inflow chamber 1, while a jacket 4, which surrounds the hollow cathode tubes 3 on the outside, is hermetically sealed with respect to the inflow chamber 1.
  • the hollow cathode tubes 3 are also hermetically connected to a second tube sheet 5, which in turn delimits an outflow chamber 6.
  • Anode rods or anode wires with dielectrics, which cannot be seen in FIG. 1, are arranged in the interior of the hollow cathode tubes 3, which in turn are supplied with the required operating voltage by a high-voltage supply 7. Annular gaps are formed between the anodes and the hollow cathode tubes 3.
  • the jacket 4 of the ozone generator is filled with a coolant 10.
  • This coolant 10 is in a liquid physical state up to a surface 11, while it is in vapor form above the surface 11.
  • the coolant 10 is circulated through a coolant circuit, which is at the top of the Ozone generator from the jacket space 4 has a steam line 14.
  • the steam line 14 opens into a phase separator 15, in which any aerosols contained therein are separated from the steam.
  • a further line 16 leads to a coolant compressor 17, which conducts the coolant, which is still in vapor form, to a cooler 19 via a pressure line 18 under increased pressure.
  • the compressed steam is cooled in the cooler 19, the thermal energy contained therein is dissipated and the refrigerant is liquefied in this way.
  • a pressure line 20 leads to a level control valve 21, which feeds the pressurized liquid coolant back into the jacket space 4.
  • the coolant 11 absorbs the waste heat generated in the ozone generation, evaporates and re-enters the coolant circuit via the lines 14-22.
  • the coolant 10 is in the jacket 4 in the boiling state, in which a constant temperature is established in the entire liquid coolant volume, that is to say from the point of entry of the line 22 to the surface 11. This temperature corresponds to the boiling temperature of the coolant 10 under the prevailing conditions, which are defined solely by the pressure above the surface 11.
  • the temperature of the entire liquid coolant volume in the jacket 4 can be adjusted via the pressure above the surface 11. A temperature gradient along the hollow cathode tubes 3 does not occur.
  • the steel used to manufacture the ozone generator is a relatively low-alloy steel which has a nickel content of less than 10% by weight and / or a molybdenum content of less than 2%. % having.
  • These steels are not resistant to the corrosion to be expected in water-cooled ozone generators, in particular by chlorine ions, which induce pitting. They can still be used to build directly cooled ozone generators.
  • a particularly good heat transfer can be achieved with such steels, in particular with ferritic chromium steels, since these steels have approximately twice as high a thermal conductivity than the chromium-nickel steels known to be used.
  • the efficiency of the 0-zone generator is therefore further improved, since not only is the heat distribution particularly uniform, but the heat is also dissipated particularly well. This further reduces the temperature-induced ozone depletion at high ozone concentrations.
  • Ferritic chromium steels with a chromium content of 10 to 17% by weight are currently preferred as materials, for example steels 1.4000 (X6Crl3), 1.4001 (X7Crl4), 1.4002 (X6CrA113) or 1.4510 (X3CrTil7), which have a thermal conductivity of approximately 30 W / mK exhibit.
  • the previously used steel 1.4571 (X6CrNiMoTil7-12-2) has a thermal conductivity of only 15 W / mK.
  • the designation of the steels corresponds to the "steel key" applicable in Germany.
  • the jacket 4 not exposed to ozone is made from a normal steel such as ST37. Compared to the heat-conductive stainless steels mentioned above, this has the advantage of a considerably lower price, as a result of which the costs for producing the ozone generator can be further reduced.
  • a further embodiment provides that a thermally conductive non-ferrous alloy, preferably an aluminum alloy, is used to manufacture the electrode tubes 3, the tube sheets 2 and 5 and the jacket 4. This has a thermal conductivity of approximately 200 W / mK, which further improves the efficiency of the ozone generator.
  • a thermally conductive non-ferrous alloy preferably an aluminum alloy
  • FIG. 2 This relationship, which compares generic ozone generators with the water-cooled generators known from practice, is illustrated in FIG. 2.
  • the specific pipe output (for example in g / h) of a hollow cathode pipe 3 in relative units on the x-axis compared to the specific energy used for this purpose, for example in kWh / kg) on the y-axis is also shown in relative units.
  • the solid line 40 shows the specific energy expenditure as a function of the pipe capacity with air as feed gas and a cooling water temperature of 5 ° C. in a conventional ozone generator which has a cooling water circuit and a downstream indirect cooling unit.
  • the curve 41 below shows the corresponding specific energy expenditure for the same feed gas and the same generated ozone concentration with a device according to the invention at an evaporation temperature of likewise 5 ° C. It can be seen that the energy consumption in the middle range of the specific pipe power is about 0.70% less than that of a conventional ozone generator. This advantage comes into play particularly with low specific pipe capacities. The process was controlled so that an ozone concentration of 50g / m 3 air was generated under standard conditions. This advantage of the directly cooled ozone generators known per se is further improved by the choice of the materials proposed according to the invention.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ozonerzeuger mit einer Anzahl von Hohlkathodenrohren, die zwischen Rohrböden angeordnet sind und die einerseits einen von Gas durchströmbaren Innenraum sowie andererseits einen mit Kühlmittel beaufschlagbaren Mantelraum begrenzen, wobei zur Kühlung ein Kühlaggregat von der Bauart mit Verdampfer, Kompressor und Kondensator vorgesehen ist. Der Wirkungsgrad ist besonders gross, weil der Verdampfer des Kühlaggregats unmittelbar in den Mantel des Ozonerzeugers integriert ist. Die Herstellungskosten werden verringert, weil die Verwendung weniger korrosionsbeständigerer Materialien vorgeschlagen wird.

Description

Direktgekühlter Ozongenerator
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ozongenerator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Gattungsgemäße Ozongeneratoren sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der WO97/09268. Sie umfassen eine Vielzahl von Hohlkathodenrohren, die nach Art eines Rohrbündelwärmetauschers parallel zueinander zwischen zwei Rohrböden angeordnet sind. Die Rohre bilden in ihrem Innenraum Entladungsräume in Form von Hohlkathoden. In diesen Entladungsräumen sind Anodenstäbe mit Dielektrikum angeordnet, die im Betrieb mit einer Hochspannung beaufschlagt werden und die eine stille Entladung zwischen dem Anodenstab und dem Rohr hervorrufen. Durch diesen Zwischenraum wird sauerstoffhaltiges Gas oder reiner Sauerstoff geleitet. Die stille Entladung erzeugt in dem sauerstoffhaltigen Gas aus Sauerstoffmolekülen Ozonmoleküle. Der auf diese Weise mit Ozon angereicherte Gasstrom kann dann beispielsweise zu Desinfektionszwecken oder zur chlorfreien Bleichung verwendet werden.
Die elektrische Leistung, die einem Ozongenerator zugeführt werden muss, wird bei dieser Art der Ozonproduktion nur zu etwa 10% - 15% für die Ozonproduktion nutzbar gemacht. 85%-90% der zugeführten elektrischen Leistung fallen als Abwärme an. Diese Abwärme wird in dem die Rohre an ihren Außenseiten umgebenden Mantelraum durch Kühlwasser abgeführt, das zwischen den Rohrböden entlanggeführt wird. Dieses Kühlwasser heizt sich beim Durchtritt durch das Rohrbündel entsprechend auf und wird in einem Kreislauf durch einen weiteren Wärmetauscher in einem Kühlaggregat auf eine Temperatur von wenigen °C abgekühlt.
Der Wirkungsgrad der Ozonerzeugung hängt stark von der Temperatur der Rohre ab. Ein Mechanismus, der den Wirkungsgrad eines Ozonerzeugers verschlechtert, ist die partielle Erwärmung der Hohlkathoden im Bereich von sich ausbildenden Wärmenestern und der sich entlang der Rohre zwischen dem Kühlwassereintritt und dem Kühlwasseraustritt unvermeidbar entstehende Temperaturgradient. Das in diesem Bereich innen durch die Hohlkathoden strömende ozonhaltige Gas wird aufgrund der höheren Temperatur eine Zersetzung des Ozons erfahren, die den tatsächlichen Gehalt an nutzbarem Ozon in dem produzierten Gasstrom verringert. Dieser temperaturinduzierte Abbau von Ozon verringert den gesamten Wirkungsgrad des Ozongenerators.
Im nächstkommenden Stand der Technik, der in der Europäischen Patentanmeldung EP 0 121 235 AI dokumentiert ist, wird deshalb vorgeschlagen, einen möglichst geringen Temperaturgradienten innerhalb des Ozongenerators dadurch zu erreichen, dass der Ozongenerator unmittelbar mit einem siedenden Kältemittel gekühlt wird. Weil bei diesem bekannten Ozonerzeuger der Verdampfer des Kühlaggregats unmittelbar in den Mantel des Ozonerzeugers integriert ist und ein Kühlwasserkreislauf entfällt, befindet sich das gesamte Rohrbündel im wesentlichen auf der Verdampfungstemperatur des Kältemittels. Temperaturgradienten innerhalb des Rohrbündels werden praktisch eliminiert. Es werden im Stand der Technik jedoch keine Materialien vorgeschlagen, die von den Materialien abweichen, welche aus dem Bau von wassergekühlten Ozongeneratoren bekannt sind. Dies sind hochlegierte Edelstahle beispielsweise mit der Bezeichnung 1.4571 entsprechend X6CrNiMoTil7-12-2 mit einem Nickelgehalt von 12 Gew.% und einem Molybdängehalt von 2 Gew.% oder 1.4404 im Bereich der Hohlkathoden und der Rohrböden wegen der zusätzlichen Ozonbeständigkeit.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen direkt gekühlten Ozongenerator zu schaffen, der hinsichtlich des Wirkungsgrades und der Herstellungskosten weiter verbessert ist.
Diese Aufgabe wird von einem Ozongenerator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ein sicherer Betrieb auch mit niedrig siedendem Kühlmittel ist gewährleistet, wenn der Innenraum und der Mantelraum eine Druckfestigkeit von mindestens 16 bar aufweisen. Insbesondere kann das Kühlmittel 1, 1, 1, 2-Tetrafluorethan (CF3-CH2F) sein.
Vorteile bei der Betriebssicherheit ergeben sich auch, wenn zwischen dem Mantelraum und dem Kompressor ein Aerosolabscheider vorgesehen ist.
Es kann eine Regelung des Drucks in dem Mantelraum vorgesehen sein, besonders derart, dass der Druck über dem siedenden Kühlmittel so eingestellt ist, dass sich eine Siedetemperatur von weniger als 6° C und insbesondere weniger als 5° C einstellt. Es kann vorteilhaft sein, eine Siedetemperatur unter 0° C zu wählen. Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1: Einen erfindungsgemäßen Ozongenerator mit dem dazugehörigen Kühlaggregat in einem Blockschaltbild; sowie
Figur 2: ein Diagramm der spezifischen Ozonerzeugung pro Rohr gegenüber dem spezifischen Energieverbrauch in relativen Einheiten bei Verwendung von Luft und einer Temperatur von 5 °C für einen herkömmlichen Ozonerzeuger und einen direktgekühlten Ozonerzeuger.
In der Figur 1 ist ein Ozonerzeuger in einer schematischen Seitenansicht dargestellt. Der Ozonerzeuger umfasst eine Einströmkammer 1, die von einem Rohrboden 2 begrenzt wird. In den Rohrboden 2 ist eine Vielzahl von Hohlkathodenrohren 3 in der Weise eingesetzt, dass der Innenraum der Hohlkathodenrohre mit der Einströmkammer 1 in Verbindung steht, während ein Mantel 4, der die Hohlkathodenrohre 3 außen umgibt, gegenüber der Einströmkammer 1 hermetisch abgeschlossen ist. An ihrem dem Rohrboden 2 gegenüberliegenden Ende sind die Hohlkathodenrohre 3 ebenso hermetisch mit einem zweiten Rohrboden 5 verbunden, der seinerseits eine Ausströmkammer 6 begrenzt. Im Inneren der Hohlkathodenrohre 3 sind in der Figur 1 nicht erkennbare Anodenstäbe oder Anodendrähte mit Dielektrika angeordnet, die ihrerseits von einer Hochspannungsversorgung 7 mit der erforderlichen Betriebsspannung beaufschlagt werden. Zwischen den Anoden und den Hohlkathodenrohren 3 sind Ringspalte ausgebildet.
Der Mantel 4 des Ozonerzeugers ist mit einem Kühlmittel 10 gefüllt. Dieses Kühlmittel 10 ist bis zu einer Oberfläche 11 in einem flüssigen Aggregatzustand, während es oberhalb der Oberfläche 11 dampfförmig vorliegt. Das Kühlmittel 10 wird über einen Kühlmittelkreislauf umgewälzt, der an der Oberseite des Ozonerzeugers vom Mantelraum 4 ausgehend eine Dampfleitung 14 aufweist. Die Dampfleitung 14 mündet in einen Phasenabscheider 15, in dem eventuell enthaltene Aerosole vom Dampf getrennt werden. Von dort aus führt eine weitere Leitung 16 zu einem Kühlmittelkompressor 17, die das noch dampfförmig vorliegende Kühlmittel über eine Druckleitung 18 unter erhöhtem Druck zu einem Kühler 19 leitet. In dem Kühler 19 wird der komprimierte Dampf abgekühlt, die darin enthaltene Wärmeenergie abgeführt und das Kältemittel so verflüssigt. Eine Druckleitung 20 führt zu einem Niveauregelventil 21, das das unter Druck stehende, flüssige Kühlmittel wieder in den Mantelraum 4 speist. Im Mantelraum 4 nimmt das Kühlmittel 11 die bei der Ozonerzeugung anfallende Abwärme auf, verdampft und tritt erneut über die Leitungen 14 - 22 in den Kühlmittelkreislauf ein.
Das Kühlmittel 10 befindet sich in dem Mantel 4 in siedendem Zustand, bei dem sich in dem gesamten flüssigen Kühlmittelvolumen, also vom Eintrittspunkt der Leitung 22 bis zur Oberfläche 11, eine konstante Temperatur einstellt. Diese Temperatur entspricht der Siedetemperatur des Kühlmittels 10 bei den herrschenden Bedingungen, die allein durch den Druck oberhalb der Oberfläche 11 definiert sind. Über den Druck oberhalb der Oberfläche 11 kann die Temperatur des gesamten flüssigen Kühlmittelvolumens im Mantel 4 eingestellt werden. Ein Temperaturgradient entlang der Hohlkathodenrohre 3 tritt nicht auf.
Der zur Herstellung des Ozongenerators, genauer gesagt zur Herstellung der Elektrodenrohre 3, der Rohrböden 2 und 5 und des Gehäuses verwendete Stahl ist ein relativ niedrig legierter Stahl, der einen Nickelgehalt von unter 10 Gew.% und/oder einen Molybdängehalt von unter 2 Gew.% aufweist. Diese Stähle sind nicht beständig gegenüber der bei wassergekühlten Ozongeneratoren zu erwartenden Korrosion, insbesondere durch Chlorionen, die einen Lochfraß induzieren. Sie können dennoch zum Bau direktgekühlter Ozongeneratoren verwendet werden. Neben dem geringeren Preis ist mit derartigen Stählen, insbesondere bei ferritischen Chromstählen, ein besonders guter Wärmeübergang zu erzielen, da diese Stähle gegenüber den bekanntermaßen verwendeten Chromnickelstählen eine etwa doppelt so hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Der Wirkungsgrad des 0- zongenerators wird deshalb nochmals verbessert, da nicht nur die Wärmeverteilung besonders gleichmäßig wird, sondern auch die Wärme besonders gut abgeführt wird. Dies verringert den temperaturinduzierten Ozonabbau bei hohen Ozonkonzentrationen weiter.
Als Materialien werden derzeit ferritische Chromstähle mit einem Chromgehalt von 10 bis 17 Gew.% bevorzugt, beispielsweise die Stähle 1.4000 (X6Crl3) , 1.4001 ( X7Crl4 ), 1.4002 (X6CrA113) oder 1.4510 (X3CrTil7) , die eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 30 W/mK aufweisen. Der bislang verwendete Stahl 1.4571 (X6CrNiMoTil7-12-2) weist demgegenüber eine Wärmeleitfähigkeit von nur 15 W/mK auf. Die Bezeichung der Stähle entspricht hierbei dem in Deutschland geltenden „Stahlschlüssel".
Bei einer anderen Ausführungsform, die sich insbesondere für große Ozongeneratoren eignet, wird der nicht mit Ozon beaufschlagte Mantel 4 aus einem Normalstahl wie beispielsweise ST37 gefertigt. Dieser hat gegenüber den oben genannten wärme- leitfähigen Edelstahlen den Vorteil eines erheblich geringeren Preises, wodurch die Kosten bei der Herstellung des Ozongenerators weitergesenkt werden können.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass zur Herstellung der Elektrodenrohre 3, der Rohrböden 2 und 5 und des Mantels 4 eine wärmeleitfähige Nichteisenlegierung, vorzugsweise eine Aluminiumlegierung verwendet wird. Dies hat eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 200 W/mK, was den Wirkungsgrad des Ozongenerators weiter verbessert.
In der Praxis zeigt sich, dass die gleichmäßige Temperaturverteilung und die Wärmeabfuhr innerhalb des Mantels 4 bei der Erzeugung von Ozon in einem eintretenden Gasstrom 30, der Sau- erstoff enthält, wesentlich effizienter erfolgt. Der erzeugte Gehalt an Ozon in dem austretenden Gasstrom 31 ist bei gleichem Energieeinsatz höher als nach dem Stand der Technik erreichbar. Andererseits ist bei gleicher Ozonkonzentration im austretenden Gasstrom 31 ist weniger Gesamtenergie aufzuwenden als mit herkömmlichen Vorrichtungen.
Dieser Zusammenhang, der gattungsgemäße Ozongeneratoren den aus der Praxis bekannten wassergekühlten Generatoren gegenüberstellt, wird in Figur 2 verdeutlicht. In dieser Figur wird die spezifische Rohrleistung (beispielsweise in g/h) eines Hohlkathodenrohres 3 in relativen Einheiten auf der x-Achse gegenüber der dafür aufgewendeten spezifischen Energie beispielsweise in kWh/kg) auf der y-Achse ebenfalls in relativen Einheiten dargestellt. Die durchgezogene Linie 40 zeigt den spezifischen Energieaufwand in Abhängigkeit von der Rohrleistung bei Luft als Einsatzgas und einer Kühlwassertemperatur von 5 °C in einem herkömmlichen Ozongenerator, der einen Kühlwasserkreislauf und ein nachgeschaltetes indirektes Kühlaggregat aufweist. Die darunter liegende Kurve 41 mit drei durch Rechtecke veranschaulichten Messpunkten zeigt den entsprechenden spezifischen Energieaufwand bei dem gleichen Einsatzgas und der gleichen erzeugten Ozonkonzentration mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer Verdampfungstemperatur von ebenfalls 5 °C. Es zeigt sich, dass der Energieaufwand im mittleren Bereich der spezifischen Rohrleistung etwa bei 0,70 um etwa 5% geringer ist als bei einem herkömmlichen Ozongenerator. Dieser Vorteil kommt insbesondere bei geringen spezifischen Rohrleistungen zum Tragen. Der Prozess wurde jeweils so gesteuert, dass eine Ozonkonzentration von 50g/m3 Luft unter Standardbedingungen erzeugt wurde. Dieser Vorteil der an sich bekannten direktgekühlten Ozongeneratoren wird durch die Wahl der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Materialien weiter verbessert.
Dies bedeutet in der Praxis, dass bei gleichem spezifischem Energieverbrauch der Ozonerzeuger selbst nochmals erheblich kleiner ausgeführt werden kann. Es ist eine Frage der Wirtschaftlichkeit, ob hier einem im Betrieb geringeren Energieverbrauch der Vorzug gegeben wird oder einer verringerten Investitionssumme durch die mögliche kleinere Bauausführung des Ozonerzeugers selbst.
Wirtschaftliche Vorteile ergeben sich durch die Möglichkeit, die Anlagenteile aus einem weniger korrosionsbeständigen Material zu fertigen als es bei Einsatz von Kühlwasser erforderlich und aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Gegenüber dem Stand der Technik ergeben sich auch Vorteile in der Energieeffizienz selbst bei Verdampfertemperaturen von 15°C. Weiterhin ermöglichen es die neuen Materialien, nochmals deutlich höhere Ozonkonzentrationen zu erzeugen als mit konventioneller Technologie unter vergleichbaren Betriebsbedingungen.

Claims

Pa ten tansp rü che
1. Ozonerzeuger mit einer Anzahl von aus Stahl gefertigten Bauelementen, die Hohlkathodenrohre, Rohrböden und einen Mantel umfassen, wobei die Hohlkathodenrohre zwischen zwei sich gegenüber liegenden Rohrböden angeordnet sind und die einerseits einen von Gas durchströmbaren Innenraum sowie andererseits einen mit Kühlmittel beaufschlagbaren Mantelraum begrenzen, wobei zur Kühlung ein Kühlaggregat von der Bauart mit Verdampfer, Kompressor und Kondensator vorgesehen ist und der Verdampfer des Kühlaggregats unmittelbar in den Mantel des Ozonerzeugers integriert ist, dadur ch gekenn z e i chne t , dass die aus Stahl gefertigten Bauelemente zumindest teilweise aus einem Stahl mit einem Nickelgehalt von unter 10 Gew.% und/oder einem Molybdängehalt von unter 2 Gew.%. gefertigt sind.
2. Ozonerzeuger nach Anspruch 1, dadur ch ge kennz e i chne t , dass der Stahl ein ferritischer Chromstahl mit einem Chromgehalt von 10 Gew.% bis 17 Gew.% ist.
3. Ozonerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadur ch gekenn z e i chne t , dass der Stahl ausgewählt ist aus der Gruppe der Stähle, die eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 20 W/mK aufweisen.
Ozonerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadur ch gekenn z e i chne t , dass der Stahl ausgewählt ist aus der Gruppe, die folgende Stähle umfasst :
1.4000 (X6Crl3)
1.4001 (X7Crl4)
1.4002 (X6CrA113) 1.4510 (X3CrTil7).
Ozonerzeuger mit einer Anzahl von aus Stahl gefertigten Bauelementen, die Hohlkathodenrohre, Rohrböden und einen Mantel umfassen, wobei die Hohlkathodenrohre zwischen zwei sich gegenüber liegenden Rohrböden angeordnet sind und die einerseits einen von Gas durchströmbaren Innenraum sowie andererseits einen mit Kühlmittel beaufschlagbaren Mantelraum begrenzen, wobei zur Kühlung ein Kühlaggregat von der Bauart mit Verdampfer, Kompressor und Kondensator vorgesehen ist und der Verdampfer des Kühlaggregats unmittelbar in den Mantel des Ozonerzeugers integriert ist, dadur ch gekenn z e i chne t , dass der Mantel aus einem Normalstahl gefertigt sind.
Ozonerzeuger mit einer Anzahl von Bauelementen, die Hohlkathodenrohre, Rohrböden und einen Mantel umfassen, wobei die Hohlkathodenrohre zwischen zwei sich gegenüber liegenden Rohrböden angeordnet sind und die einerseits einen von Gas durchströmbaren Innenraum sowie andererseits einen mit Kühlmittel beaufschlagbaren Mantelraum begrenzen, wobei zur Kühlung ein Kühlaggregat von der Bauart mit Verdampfer, Kompressor und Kondensator vorgesehen ist und der Verdampfer des Kühlaggregats unmittelbar in den Mantel des Ozonerzeugers integriert ist, dadur ch gekenn z e i chne t , dass die Bauelemente zumin- dest teilweise aus einer Aluminiumlegierung gefertigt sind.
7. Ozonerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadu r ch ge kenn z e i chne t , dass der Innenraum und der Mantelraum eine Druckfestigkeit von mindestens 16 bar aufweisen.
8. Ozonerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadur ch gekenn z e i chne t , dass das Kühlmittel 1, 1, 1, 2-Tetrafluorethan (CF3-CH2F) ist.
9. Ozonerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kenn z e i chne t , dass zwischen dem Mantelraum und dem Kompressor ein Aerosolabscheider vorgesehen ist.
10. Ozonerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadur ch gekenn z e i chne t , dass eine Regelung des Drucks in dem Mantelraum vorgesehen ist.
PCT/EP2003/012892 2002-11-19 2003-11-18 Direktgekühlter ozongenerator WO2004046028A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2003283411A AU2003283411A1 (en) 2002-11-19 2003-11-18 Directly cooled ozone generator
EP03775369A EP1565399A1 (de) 2002-11-19 2003-11-18 Direktgekuehlter ozongenerator
CA002504992A CA2504992A1 (en) 2002-11-19 2003-11-18 Directly cooled ozone generator
US10/535,519 US20060088453A1 (en) 2002-11-19 2003-11-18 Directly cooled ozone generator

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10254049.7 2002-11-19
DE10254049A DE10254049A1 (de) 2002-11-19 2002-11-19 Direktgekühlter Ozongenerator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2004046028A1 true WO2004046028A1 (de) 2004-06-03

Family

ID=32240186

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2003/012892 WO2004046028A1 (de) 2002-11-19 2003-11-18 Direktgekühlter ozongenerator

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20060088453A1 (de)
EP (1) EP1565399A1 (de)
AU (1) AU2003283411A1 (de)
CA (1) CA2504992A1 (de)
DE (1) DE10254049A1 (de)
WO (1) WO2004046028A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2088121A1 (de) 2008-02-08 2009-08-12 "Oxy 3" Egger KEG Transportable Einheit zur Erzeugung von Ozon

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2354189A1 (de) * 1973-10-30 1975-05-07 Weiss Geb Haensch Lucia Ozonisator
EP0121235A2 (de) * 1983-03-31 1984-10-10 Air Products And Chemicals, Inc. Ozongenerator mit kochendem Kühlmittel
JPH0196001A (ja) * 1987-10-07 1989-04-14 Sumitomo Precision Prod Co Ltd オゾン発生器用冷却装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3977459A (en) * 1973-09-07 1976-08-31 Gruber & Kaja Casting a shaped aluminum part on a work piece
US5499508A (en) * 1993-03-30 1996-03-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Air conditioner
US5408848A (en) * 1994-02-25 1995-04-25 General Signal Corporation Non-CFC autocascade refrigeration system
JP4221518B2 (ja) * 1998-08-31 2009-02-12 独立行政法人物質・材料研究機構 フェライト系耐熱鋼

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2354189A1 (de) * 1973-10-30 1975-05-07 Weiss Geb Haensch Lucia Ozonisator
EP0121235A2 (de) * 1983-03-31 1984-10-10 Air Products And Chemicals, Inc. Ozongenerator mit kochendem Kühlmittel
JPH0196001A (ja) * 1987-10-07 1989-04-14 Sumitomo Precision Prod Co Ltd オゾン発生器用冷却装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 013, no. 308 (C - 617) 14 July 1989 (1989-07-14) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2088121A1 (de) 2008-02-08 2009-08-12 "Oxy 3" Egger KEG Transportable Einheit zur Erzeugung von Ozon

Also Published As

Publication number Publication date
CA2504992A1 (en) 2004-06-03
EP1565399A1 (de) 2005-08-24
US20060088453A1 (en) 2006-04-27
AU2003283411A1 (en) 2004-06-15
DE10254049A1 (de) 2004-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2953795C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Sauerstoff niedriger Reinheit durch Tieftemperaturrektifikation
DE3143161C2 (de)
EP0333632B1 (de) Anlage zur Verdichtung von Wasserstoffgas
WO2007014473A1 (de) Ozongenerator
DE3050577C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Stickstoff und Sauerstoff aus Luft
DE102019216242A1 (de) Dampfturbinenanlage sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Dampfturbinenanlage
EP1921703B1 (de) Brennstoffzellensystem mit Einrichtung zur Kathoden-Zuluft-Vorwärmung
DE3028646C2 (de)
DE60313250T2 (de) Wärmeintegrierte Destillationskolonne
EP3536763B1 (de) Quenchsystem und verfahren zum kühlen von spaltgas eines spaltgasofens
WO2021037391A1 (de) Verfahren zum betreiben eines wärmetauschers, anordnung mit wärmetauscher und anlage mit entsprechender anordnung
EP1743688A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Kryokondensation
DE1257121B (de) Vorrichtung zur Herstellung von Ozon
DE1551234A1 (de) Verfahren zur Umwandlung von Waerme in mechanische Energie
WO2004046028A1 (de) Direktgekühlter ozongenerator
WO2011050789A2 (de) Kleinkraftwerk sowie verfahren und vorrichtung zur gewinnung von hochreinem wasserstoff
EP0616679A1 (de) Kühlluftkühler für gasturbinen.
WO2018141519A9 (de) Verfahren zur behandlung eines synthesegasstroms
DE102014010055B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Reaktors
DE3630546A1 (de) Durchlauf-dampferzeuger und dampfrekuperator
AT512537B1 (de) Elektrolyseur
DE102021117030B4 (de) Gasgemisch-Zerlegungsanlage sowie Verfahren zum Abtrennen von wenigstens einem Hauptfluid aus einem Gasgemisch
DE102015002102A1 (de) Ozongenerator mit positionsabhängiger Entladungsverteilung
DE19813241C2 (de) Wärmetauscher kombiniert mit einem thermoelektrischen Generator
AT524304B1 (de) Verdampfervorrichtung für ein Brennstoffzellensystem

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DK DM DZ EC EE ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NO NZ OM PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2504992

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2003775369

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2006088453

Country of ref document: US

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 10535519

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2003775369

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 10535519

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP