DE2537124A1

DE2537124A1 - Ozonisator

Info

Publication number: DE2537124A1
Application number: DE19752537124
Authority: DE
Inventors: Norikazu Tabata; Takanori Ueno; Shigenori Yagi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1974-08-28
Filing date: 1975-08-20
Publication date: 1976-03-11
Also published as: GB1516741A; FR2283090B1; DE2537124C3; US4025441A; CH598135A5; FR2283090A1; DE2537124B2

Description

ME-233(F-1357)
1A-865

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokyo / Japan

Ozonisator

Die Erfindung betrifft einen Ozonisator. Im folgenden soll der Aufbau und die Arbeitsweise eines herkömmlichen auf stillen Entladungen beruhenden Ozonisators gemäss Figur 1 erläutert werden. Gemäss Figur 1 umfasst der Ozonisator/einen Aussenzylinder 1, eine geerdete zylindrische Metallelektrode 2, eine aus einem Dielektrikum bestehende Hochspannungselektrodenröhre 3, eine eng an der Innenfläche der Hochspannungselektrodenröhre 3 anliegende Hochspannungselektrode 4, eine Durchführung 5, einen Einlass für ein flüssiges Kühlmittel zum Kühlen der geerdeten zylindrischen Metallelektrode 2, einen Auslass 7 für dieses Kühlmittel, einen Einlass C iür das gasförmige Ausgangsmaterial und einen Auslass 9 für das ozonisierte Gas.

Wenn die Hochspannungselektrode 4 mit einer Wechselspannung (1o bis 2o KV) beaufschlagt wird, so findet im Spalt zwischen der Hochspannungselektrodenröhre 3 und der zylindrischen geerdeten Metallelektrode 2 eine stille Entladung statt. Das Ausgangsgas strömt vom Einlass 8 für das als Ausgangsmaterial dienende Gas in den Entladungsspalt, und hier wird ein Teil des Sauerstoffs des Ausgangsgases ozonisiert und das ozonisierte Gas strömt durch den Auslass für das ozonisierte Gas aus. Bei dem als Ausgangsmaterial dienenden Gas handelt es

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sich entweder um getrocknete Luft oder um Sauerstoff. Nur ein Teil der Entladungsenergie (etwa 5/J, wenn man Luft als Äusgangsmaterial einsetzt, und etwa 1o?&, wenn man Sauerstoff als Ausgangsmaterial einsetzt) wird zur Bildung von Ozon genutzt. Die übrige Energie geht in Form von VJarme verloren. Wenn man die gebildete Värme nicht wirksam entfernt und einen übermässigen Temperaturanstieg im Entladungsspalt verhindert, so ist die Ozonausbeute recht gering. Daher wird die Aussenfläche der zylindrischen geerdeten Metallelektrode 2 mit einem flüssigen Kühlmittel gekühlt. Gewöhnlich dient als flüssiges Kühlmittel Wasser. Bei diesem herkömmlichen Ozonisator ist es erforderlich, eine Entladungsdichte (Entladungsleistung' pro Flächeneinheit der Entladung) von weniger als etwa o,2 Watt/cm vorzusehen, um die Temperatur im Entladungsspalt unterhalb des Grenzwerts für die Ozonbildung zu halten. Demgemäss ist für den praktischen Betrieb eine grosse Entladungsfläche, dh. ein grossdimensionierter Ozonisator erforderlich.

Die Erfindung befasst sich mit dem Problem, diese Nachteile zu beseitigen und einen kompakten Ozonisator zu schaffen, welcher mit einer hohen Entladungsdichte arbeitet, indem man sowohl die zylindrische geerdete Metallelektrode als auch die Hochspannungselektrodenröhre wirkungsvoll kühlt. Zur wirkungsvollen Kühlung der Hochspannungselektrodenröhre ist es erforderlich, ein flüssiges Kühlmittel zu verwenden. Dabei müssen jedoch verschiedene technische Probleme gelöst werden. Die Hochspannungselektrodenröhre muss unter Isolierung gegen hohe Spannung gekühlt v/erden. Die mit dem flüssigen Kühlmittel gefüllten Räume müssen vollständig abgeschlossen sein, um zu verhindern, dass das Ausgangsmaterialgas, zum Beispiel die Luft, mit der Kühlflüssigkeit verunreinigt wird. Die Gefahr einer Entflammung für den Fall, dass die Hochspannungselektrodenröhre bricht, muss vermieden werden und die Apparatur soll leicht reparierbar sein. Aufgrund dieser schwerwiegenden praktischen Anforderungen wurde bisher ein solches System nicht geschaffen.

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Somit ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kompakten Ozonisator zu schaffen, welcher eine hohe Ozonausbeute liefert und v/elcher die genannten Nachteile nicht aufweist. Der erfindungsgemässe Ozonisator umfasst einen Einlass und einen Auslass für ein Kühlmittel für die Hochspannungselektrodenröhre. Letztere ist konzentrisch zu einer zylindrischen geerdeten Elektrode angeordnet. Ein Kühlmittel mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit wird in Kreislauf durch die Hochspannungselektrodenröhre geführt, um die Hochspannungselektrodenröhre zu kühlen. Ferner wird ein Kühlmittel im Kreislauf durch die zylindrische geerdete Elektrode geführt, um diese zu kühlen. Bei dem Kühlmittel für die Kühlung der Hochspannungselektrodenröhre handelt es sich zB um entsalztes Wasser, welches durch ein ausserhalb des Ozonisators gelegenes Kühlaggregat gekühlt wird. Die Temperatur des Entladungsspaltes kann durch Kühlung der Hochspannungselektrode auf einem gewünschten niedrigen Wert gehalten werden. Ein unnormal hoher Anstieg der Temperatur des Entladungsspaltes wird somit durch das durch den Innenraum der Hochspannungselektrodenröhre fliessende flüssige Kühlmittel mit geringer elektrischer Leitfähigkeit verhindert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Figur 1 einen Schnitt durch einen herkömmlichen Ozonisator;

Figur 2 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Ozonisators;

Figuren 3 und 4 schematische Darstellungen der Kühlsysteme für den Ozonisator gemäss Figur 2;

Figur 5 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemässen Ozonisators und

Figuren 6 und 7 schematische Darstellungen der Kühlsysteme für den Ozonisator gemäss Figur 5.

Im folgenden v/erden unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis

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verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgernässen Ozonisators erläutert.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Ozonisators, wobei die Bezugszeichen 1 bis 9 im wesentlichen die gleiche Bedeutung haben, wie die entsprechenden Bezugszeichen der Figur 1. Die Hochspannungselektrodenröhre 3 ist jedoch abgeschlossen und mit einem Einlass 31 und mit einem Auslass 32 für das Kühlmittel im oberen Bereich versehen. Das Bezugszeichen 1o bezeichnet ein Einlassrohr für das Kühlmittel und das Bezugszeichen 11 bezeichnet ein Rohr für das Kühlmittel. Das Bezugszeichen 33 bezeichnet ein Einlassverbindungsrohr für das Kühlmittel und das Bezugszeichen 34 bezeichnet ein Auslassverbindungsrohr für das Kühlmittel.

Diese Ausführungsform des erfindungsgemässen Ozonisators hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Ozonisator gemäss Figur 1. Abweichend davon strömt jedoch ein flüssiges Kühlmedium durch das Innere der Hochspannungselektrodenröhre 3, wodurch diese gekühlt wird. Auf diese Weise ist es möglich, eine Entladungsdichte von mehr als 1 Watt/cm zu verwirklichen.

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Kühlsystems. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 3 eine Hochspannungselektrodenröhre, welche das zu kühlende Gefäss bildet. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine Kühl-wendel Das Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Pumpe. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Säule mit einem Ionenaustauscherharz und das Bezugszeichen 16 bezeichnet einen Entlüfter. Bei diesem Kühlsystem wird die geerdete zylindrische Metallelektrode 2 in herkömmlicher Weise mit Kühlwasser gekühlt, während die Hochspannungselektrodenröhre 3 durch umlaufendes entsalztes Wasser gekühlt wird. In dem Kreislaufsystem ist ein Ionenaustauscherharz vorgesehen, um den elektrischen Widerstand des entsalzten Wassers auf einem Wert oberhalb Ί Μ·Ω--αη zu halten. Hierdurch werden die Hochspannungsisolierprobleme vollständig überwunden und man erzielt einen stabilen kontinuierlichen Betrieb. Der erfindungsgemässe Ozonisator

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zeichnet sich bei einfachem Ausbau durch eine grosse Stsbilität aus, und zv.^rar im Gegensatz zu einem herkömmlichen Ozonisator, welcher von der elektrischen Leitfähigkeit von Wasser Gebrauch macht und bei dem Wasser als eine Elektrode dient und der durch Einsprühen von Wasser und durch Kreislaufführung des Wassers gekühlt wird.

Die Hochspannungselektrodenröhre 3 ist verschlossen und sie weist einen kleinen Einlass und einen kleinen Auslass für das flüssige Kühlmittel auf. Demgemäss gelingt die Dichtung auf relativ einfache Weise durch Verbindungsrohre 33 und 34, so dass eine Verunreinigung des Ausgangsmaterialgases durch Wasser verhindert wird. Auch wenn es einmal zu einem Bruch der Hochspannungselektrodenröhre kommen sollte, wird jegliche Gefahr einer Entflammung vermieden, da als Kühlmittel entsalztes Wasser dient. In diesem Fall gelingt die Reparatur einfach dadurch, dass man die Hochspannungselektrodenröhre 3 austauscht und das Innere des Ozonisators trocknet.

Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Kühlsystems. Dieses unterscheidet sich von dem Kühlsystem geiaäss Figur 3 dadurch, dass sowohl die zylindrische geerdete Metallelektrode 2 als auch die Hochspannungselektrodenrohre 3 mit dem im Kreislauf geführten entsalzten Wasser gekühlt werden. Wenn die Apparatur bei einer Kühltemperatur betrieben v/erden soll, welche unterhalb der normalen Wassertemperatur liegt, so ist es bevorzugt, dieses Kühlsystem einzusetzen, da in diesem Fall die Kühlwendel 13 gemeinsam mit den beiden zu kühlenden Elektroden verwendet werden kann. Wenn die Kühlung niedriger als auf 0° erfolgen soll, so verwendet man ein flüssiges Kühlmittel aus entsalztem Wasser und einem Glycol wie Äthylenglycol, Propylenglycol oder dergleichen. In diesem Fall ist es leicht, den elektrischen Widerstand des Kühlmittels auf oberhalb 1 MiX-cm zu halten, indem man ein Ionenaustauscherharz im Kühlmittelkreislauf vorsieht. In diesem Fall besteht nicht die Gefahr_;einer Entflammung. Erfindungsgemäss wird somit ein Ozonisator geschaffen, welcher im Vergleich zu herkömmlichen Ozonisatoren die nach-

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stehenden Vorteile hat:

Der erfindungsgemässe Ozonisator weist eine verschlossene Hochspannungselektrodenröhre auf, welche konzentrisch zur geerdeten zylindrischen Metallelektrode angeordnet ist,und in dem Kühlmittelkreislaufsystem, ist eine lonenaustauscherharzanlage vorgesehen, so dass die Apparatur mit entsalztem Wasser oder mit einer Mischung aus entsalztem Wasser und einem Glycol betrieben wird. Ein solches Kühlmittel weist einen hohen elektrischen Widerstand auf.

Es ergeben sich die folgenden Vorteile:

(a) Die Entladungsdichte kann das 1o-fache der Entladungsdichte eines herkömmlichen Ozonisators betragen. Somit kann der Raumbedarf des erflndungsgemässen Ozonisators im Vergleich zu einem herkömmlichen Ozonisator auf etwa 1/1 ο gesenkt werden.

(b) Eine Hochspannungsisolierung kann leicht verwirklicht werden und man erzielt einen stabilen kontinuierlichen Betrieb, obgleich die Hochspannungselectrodenröhre mit einem flüssigen Kühlmittel gekühlt wird.

(c) Das einzige dielektrische Bauteil, welches beim Transport möglicher v/eise zu Bruch gehen kann, ist die Ho chspannungs el ektr odenr öhre. Die Hochspannungselektrodenröhre kann jedoch leicht eingesetzt werden, so dass der Zusammenbau leicht nach dem Transport erfolgen kann. Auch wenn einmal die Hochspannungselektrodenröhre zu Bruch geht, so gelingt die Reparatur doch sehr einfach dadurch, dass man den Innenraum des Ozonisator^· auswäscht und trocknet und dann anstelle der zu Bruch gegangenen Ho chspannungs el ektr odenröhre eine neue Hochspannungselektrodenröhre einsetzt.

Figur 5 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Ozonisators. Bei dieser Ausführungsform haben die Bezugszeichen 1, 2 und 5 bis 9 die gleiche Bedeutung v/ie die Bezugszeichen in Figur 2. In diesem Fall ist jedoch eine verschlossene Hochspannungselektrοdenröhre aus

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Metall vorgesehen, welche an ihrer Aussenflache eine Beschichtung mit einem dielektrischen Material 3o2 trägt. Am oberen Ende der Hochspannungselektrodenröhre 3o1 sind der Einlass 31 und der Auslass 32 für das flüssige Kühlmittel vorgesehen. Das Bezugszeichen 1o bezeichnet das Einlassrohr für das Kühlmittel und das Bezugszeichen 11 bezeichnet das Auslassrohr für das Kühlmittel. Das Bezugszeichen 33 bezeichnet ein Einlassverbindungsrohr für das Kühlmittel und das Bezugszeichen 34 bezeichnet ein Auslassverbindungsrohr für das Kühlmittel.

Die Arbeitsweise dieses Ozonisators ist im wesentlichen gleich der Arbeitsweise des Ozonisators gemäss Figur 2. Bei dieser Ausführungsform kann die Entladungsdichte höher als 1 Watt/cm sein, da die Hochspannungselektrodenröhre 3o1 durch Hindurchleiten des flüssigen Kühlmittels durch den Innenraum derselben gekühlt wird.

Die Figuren 6 und 7 zeigen Ausführungsformen der Kühlsysteme für den Ozonisator gemäss Figur 5. Der Aufbau ,.des Kühlsystems gemäss Figur 6 entspricht dabei dem Aufbau des Kühlsystems gemäss Figur 3 und der Aufbau des Kühlsystems gemäss Figur 7 entspricht dabei dem Aufbau des Kühlsystems gemäss Figur 4. Die Systeme der Figuren 6 und 7 entsprechen hinsichtlich des Aufbaues ihrer Einzelelemente den Kühlsystemen der Figuren

3 bzw. 4 mit Ausnahme der Hochspannungselektrodenröhre. Mit dieser Ausführungsform gemäss den Figuren 5 bis 7 können die Vorteile (a) und (b) der Ausführungsform gemäss Figuren 2 bis

4 erzielt werden. Darüber hinaus erzielt man noch die folgenden Vorteile:

(d) Auch wenn der äussere dielektrische Teil der Hochspannungselektrodenröhre bei einem dielektrischen Durchbruch zu Bruch gehen sollte, so kann doch das Wasser nicht austreten und eine solche Störung beeinträchtigt die anderen Bauteile nicht, da in diesem Fall die Hochspannung abgeschaltet wird.

(e) Die Hochspannungselektrodenröhre kann leicht eingesetzt werden und der Zusammenbau kann einfach nach

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einen Transport erfolgen.

Auch wenn das Dielektrikum an der Aussenseite der Hochspannungselektrodenrohre im Falle eines dielektrischen Durchbruchs zu Bruch gehen sollte, so gelingt die Reparatur doch einfacherweise dadurch, dass man die Ko chspannun rs el el:t roden röhre austauscht. Usnn sich bei dieser Apparatur entweder der Einlass oder der Auslass für das Kühlmittel bis zum Boden der Hochspannungselektrodenrohre erstreckt, und wenn man in diesem Fall den ruslass bzw. den Einlass für das Kühlmittel im oberen Bereich der Hochspannungselektrodenrohre anordnet (Figuren 2 und 5), so strömt das Kühlmittel glatt und gleichmassig durch die Apparatur und es bleibt nicht in der Hochspannungselektrodenrohre stehen.

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Claims

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Patentansprüche

fi) Ozonisator mit einer Hochspannungselektrodenröhre und mit einer konzentrisch zur Hochspannungselektrodenröhre angeordneten geerdeten Elektrode, gekennzeichnet durch eine Hochspannungselektrodenröhre (3, 3o1) mit einem Einlass (31) und einem Auslass (32) für ein im Kreislauf geführtes flüssiges Kühlmittel mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit.
2. Ozonisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungselektrodenröhre (3) aus einem verschlossenen dielektrischen Zylinder besteht, an dem die Elektrode (4) eng anliegt.
3. Ozonisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungselektrodenröhre (3oi) aus einem verschlossenen metallischen Zylinder besteht, dessen Aussenseite eine Beschichtung mit einem dielektrischen Material (3o2) aufweist.
4. Ozonisator nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch einen eine Ionenaustauschanlage (15) umfassenden Kühlmittelkreislauf (io bis 16) für die Kühlung der Hochspannungselektrodenröhre (3» 3o1) mit entsalztem Wasser, dessen elektrische Leitfähigkeit unterhalb einem vorbestimmten Wert liegt.
5. Ozonisator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen eine Ionenaustauschanlage (15) umfassenden Kühlmittelkreislauf (io bis 16) zur Kühlen der Hochspannungselektrodenröhre (3, 3o1) mit einer Mischung aus entsalztem Wasser, dessen elektrische Leitfähigkeit unterhalb einem vorbestimmten Viert liegt, und einem Glycol auf eine Temperatur unterhalb OC. _ ..

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6. Ozonisator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eich entweder der Einlass (31) oder der Auslass (32) für das flüssige Kühlmittel bis zum Boden der Hochspannungselektrodenröhre (3» 3o1) erstreckt, während der Auslass (32) bzw. der Einlass (31) im oberen Bereich der Hochspannungselektrodenröhre (3, 3o1) angeordnet ist, so dass das flüssige Kühlmittel nicht in der Hochspannungselektrodenröhre (31 3o1) steht.
7. Ozonisator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die geerdete Elektrode (2) und die Hochspannungselektrodenröhre (3, 3o1) durch Kreisiaufführung des gleichen flüssigen Kühlmittels kühlbar sind.

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