CH652381A5 - Vorrichtung und verfahren zur erzeugung von ozon. - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur erzeugung von ozon. Download PDF

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CH652381A5
CH652381A5 CH7293/81A CH729381A CH652381A5 CH 652381 A5 CH652381 A5 CH 652381A5 CH 7293/81 A CH7293/81 A CH 7293/81A CH 729381 A CH729381 A CH 729381A CH 652381 A5 CH652381 A5 CH 652381A5
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Rainer Dr Koehne
Ralf Krauss
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Krauss Innovatron
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon mit zwei im Abstand voneinander angeordneten und Zuleitungen für den Anschluss an eine Spannungsquelle wechselnder Amplitude aufweisenden Elektroden und mit mindestens einer zwischen diesen Elektroden angeordneten, elektrisch isolierenden Trennwand, auf deren einer Seite ein Ozonisierraum vorgesehen ist, der mit einem Einlass für ein sauerstoffhaltiges Medium und mit einem Auslass für das ozonangereicherte Medium verbunden ist, sowie auf ein Verfahren zur Erzeugung von Ozon mittels einer derartigen Vorrichtung.
Ozon wird ganz allgemein durch Einwirkung von Sauerstoffatomen auf Sauerstoffmoleküle dargestellt. Die Spaltung eines Sauerstoffmoleküls kann z.B. durch Zufuhr elektrischer, optischer, chemischer oder thermischer Energie erreicht werden. Die Erfindung bezieht sich auf die Sauerstoffspaltung mittels elektrischer Energie, wobei die zwischen den beiden Elektroden (Elektrode und Gegenelektrode) anliegende Spannung eine sich zeitlich ändernde Amplitude hat, z.B. also eine Wechselspannung oder eine pulsierende Gleichspannung ist.
Die bekannten Vorrichtungen der eingangs genannten Art gehen zumeist auf den «Siemensschen Ozonisator» zurück. Dieser besteht im Prinzip aus zwei ineinandergestell-ten, koaxialen Glasrohren, zwischen denen ein schlauchartiger Ozonisierraum ausgebildet wird. Auf mindestens einer vom Ozonisierraum abgewandten Seite einer Trennwand befindet sich Wasser.
Obwohl derartige, inzwischen weiter verbesserte Vorrichtungen grosstechnisch zur Wasseraufbereitung von Trinkwasser, zur Reinigung und Entkeimung von Schwimmbädern, zur Erzeugung von Sauerstoffträgern für Raketentreibstoff usw. umfangreich eingesetzt werden, ist ihr Wirkungsgrad noch nicht zufriedenstellend und liegt derzeitig selbst bei den besten Anlagen noch unter 50% des theoretisch erreichbaren Wirkungsgrades, wenn man von einem nach der Theorie möglichen Energieverbrauch von etwa 2,4 W . h pro Gramm Ozon ausgeht. Typischerweise liegt der Wirkungsgrad bekannter Vorrichtungen der eingangs genannten Art bei etwa 25%. Der grösste Anteil der eingesetzten Energie wird dabei in Wärme umgesetzt, die über Kühlwasser abgeführt werden muss. Eine Temperaturerhöhung des am Einlass des Ozon:sieiraums eintretenden, sauerstoffhaltigen Mediums auf Werte über 38 Grad Celsius am Auslass muss verhindert werden, da mit steigender Tem5
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peratur auch die Wahrscheinlichkeit des Zerfalls des Ozons ansteigt.
Weiterhin liegen die Zünd- und Betriebsspannungen der bekannten Vorrichtungen bei relativ hohen Werten, insbesondere häufig über zwanzig Kilovolt, um die Ausbeute im angegebenen Rahmen möglichst gross zu machen. Bei derartig hohen Zünd- und Betriebsspannungen treten Isolationsprobleme auf, die durch das Vorhandensein von Kühlwasser und Wasserdampf noch erhöht werden. Nachteilig ist zudem die Bildung von Stickoxyden, die bekanntlich bei Betriebsspannungen über 15 Kilovolt einsetzt und insbesondere bei der Wasseraufbereitung mittels Ozon stört, da sich salpetrige Säure und später Salpetersäure bilden kann, wenn das Ozon zusammen mit den unerwünscht gebildeten Stickoxyden in Wasser eingeleitet wird. Auch Korrosionsproble-me entstehen dabei.
Schliesslich ist die auf die Fläche bezogene Leistung der Ozonerzeugung bei den bekannten Vorrichtungen gering, so dass diese relativ gross ausfallen. Dies wiederum erhöht die Herstellungskosten und die Kosten beim praktisch Einsatz.
Es ist bereits bekannt, an einen Siemensschen Ozonisator anstelle einer normalerweise verwendeten Wechselspannung eine Spannung mit sich ändernder Amplitude, insbesondere eine impulsförmige Spannung anzulegen. Dabei wurde festgestellt, dass aufgrund der höheren Anzahl von elektrischen Anregelungsvorgängen pro Zeiteinheit insgesamt auch die Ausbeute an Ozon erhöht wird. Die höhere Anzahl der Anregungsvorgänge bewirkt dabei möglicherweise eine höhere Bildungswahrscheinlichkeit von Ozon oder eine längere Verweildauer der gespaltenen Sauerstoffmoleküle im atomaren Zustand. Der Einsatz von Spannungen mit Frequenzen im Niederfrequenzbereich führte jedoch bei den bekannten Vorrichtungen zu hohen elektrischen Verlusten, insbesondere in der Vorrichtung zur Ozonerzeugung selbst, so dass insgesamt höhere Frequenzen der an den Elektroden anliegenden Spannung keinen Gewinn brachten. Ozonisiergeräte mit Wechselspannungsbetrieb oder für Betrieb an pulsierender Gleichspannung konnten sich daher nicht durchsetzen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der Vorrichtungen zur Erzeugung von Ozon der eingangs genannten Art und ebenso die Nachteile der bekannten Betriebsverfahren zu vermeiden und eine Vorrichtung zu schaffen, die einen erhöhten Wirkungsgrad aufweist, sich bei ausreichend geringen und sicheren Zünd- und Betriebsspannungen effektiv betreiben lässt, die kompakt ausgebildet werden kann und zuverlässig im Dauereinsatz ist, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass auf der anderen Seite der Trennwand ein Glimmentladungsraum ausgebildet ist, in dem sich die zugehörige Elektrode befindet und der mit einem mittels des angelegten Spannungsfeldes ionisierbaren Gases gefüllt ist.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemässen Vorrichtung gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode eine Spannung mit impulsartigem Verlauf und mit einer Impulsfrequenz im Kilohertzbereich angelegt wird. Besonders vorteilhaft hat sich ein Binärsignal erwiesen, also unipolare Imuplse mit Rechteckform, wobei die Anstiegsflanke möglichst steil ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zeichnet sich durch eine sehr geringe Kapazität zwischen den beiden Elektroden aus, und zwar sowohl bei einer Gleichspannungsmessung wie auch im vorgesehenen Betrieb mit einer Spannung höherer Frequenz. Die geringere Kapazität ergibt sich dabei rein rechnerisch durch einen relativ grossen Abstand und zudem durch eine relativ grosse -Entfernung zwischen den beiden Elektroden. Diese geringe Kapazität ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung und ermöglicht es, dass die elektrischen Verluste auch bei höheren Frequenzen geling bleiben.
Beim praktischen Betrieb der erfindungsgemässen Vorrichtung bildet sich innerhalb des Glimmentladungsraumes eine Gasentladung aus, das im Glimmentladungsraum bei Unterdruck befindliche Gas nimmt den Zustand eines Plasmas ein. Die erfindungsgemässe Vorrichtung lässt sich deshalb auch so beschreiben, dass mindestens eine Elektrode als Plasmaelektrode ausgebildèt ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zeichnet sich durch eine ungewöhnlich hohe Ausbeute aus. Dies ist angesichts der langen Entwicklung im Bereich der Ozonisiervorrichtungen überraschend, da die bisher erreichten Wirkungsgrade als eine Art Schwelle angesehen wurden. Die einzelnen, sich im Glimmentladungsraum und der angrenzenden, dielektrischen Trennwand abspielenden, physikalischen Vorgänge sind noch nicht im einzelnen verstanden. Es wird vermutet, dass der überraschend hohe Wirkungsgrad der erfindungsgemässen Vorrichtung, der sich insbesondere bei Betriebsspannungen im Kilohertzbereich einstellt, durch ein Resonanzphänomen im Plasma und möglicherweise auch im Sauerstoff zu erklären ist. Eventuell spielen auch Phasenverschiebungen zwischen Anregungssspânnung und tatsächlich über dem Ozonierraum anfallender Spannung eine entscheidende Rolle. Hierdurch liesse sich auch der verminderte Energiebedarf bei gleich grosser Menge an erzeugtem Ozon im Vergleich mit den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik erklären. Inwieweit Molekülschwingungen im Sauerstoff und ggf. im Plasma eine Rolle spielen ist noch ungeklärt.
Sehr vorteilhaft ist die wesentlich geringere Wärmeproduktion der erfindungsgemässen Vorrichtung, insbesondere fällt wesentlich weniger Wärme an den Elektroden an, als dies bei Vorrichtungen nach dem Stand der Technik bekannt ist. Dadurch entfallen bei kleineren Anlagen die Kühlvorrichtungen. Weiterhin ist das Elektrodenmaterial bei der erfindungsgemässen Vorrichtung unkritisch, da es nicht mit dem zu ozonisierenden Medium in Kontakt kommt, was zumindest für eine Elektrode gilt. Diese ist dadurch gegen Berührungen und Oxydation geschützt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist in Aufbau und Wartung sehr einfach und kostengünstig. Sie hat ein sehr geringes Gewicht und eignet sich ebenso für Kleinstanlagen (Zimmerozonisator) wie für grosstechnische Anlagen. Die einfache Herstellung und Wartung wird dadurch begünstigt, dass im Glimmentladungsraum praktisch kein Gas verbraucht wird, so dass dieser hermetisch abgeschlossen werden kann.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist vorzugsweise aus Rohren aufgebaut, da sich hierdurch ein permanent abgeschlossener oder über einen Vakuumhahn zugänglicher, bei Unterdruck befindlicher Gasentladungsraum am einfachsten und günstigsten ausbilden lässt. Insbesondere kann dadurch die Wandstärke der Trennwand sehr klein gewählt werden, was die Ausbeute weiter erhöht. Die im Glimmentladungsraum befindliche Elektrode — die im folgenden als «Elektrode» bezeichnet wird, während die andere Elektrode als «Gegenelektrode» bezeichnet wird — ist nur so gross, dass die Gasentladung sicher aufrecht erhalten wird; bewährt haben sich netzartige Elektroden. Die Zuleitung der Elektrode ist durch eine entlegene Stelle der Trennwand hindurchgeführt, bei der vorzugsweisen Ausbildung der Trennwand aus einem Glasrohr ist die Zuleitung durch
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eine Zylinderfläche des abgeschlossenen Glimmentladungsraums herausgeführt. Die Gegenelektrode befindet sich entweder in geringem Abstand von der Aussenwand dieses den Glimmentladungsraum umschliessenden Rohrs oder ist unmittelbar auf die Aussenwand des Rohres, ggf. auch auf eine, auf diesem Rohr sitzende Isolationsschicht, aufgeblacht. Im letzteren Fall hat die Elektrode zwangsläufig Durchlässe, sie ist netzartig, als Schraubenlinie, in Art eines Lochblechs oder dgl. ausgebildet.
In kinematischer Umkehr kann auch der zylindrische Innenraum der rohrförmigen Trennwand als Ozonisierraum ausgebildet sein. Dabei befindet sich der Glimmentladungsraum ausserhalb der rohrförmigen Trennwand, vorzugsweise in einer ring- bzw. schlauchartigen Kammer. Bei dieser Ausbildung kann auch an die Aussenwand dieser schlauchartigen Kammer ein Ozonisierraum angrenzen. Dann werden zwei Gegenelektroden benötigt, einmal für den Ozonisierraum im Inneren des schlauchartigen Glimmentladungsraums und einmal für den Ozonisierraum ausserhalb dieses Raums. Beide Gegenelektroden können zusammengeschaltet werden, besonders vorteilhaft ist es aber, an die eine Gegenelektrode nur positive Impulse und an die andere Gegenelektrode nur negative Impulse anzulegen.
Entscheidend für den Betrieb der erfindungsgemässen Vorrichtung ist eine relativ hohe Frequenz der angelegten Betriebsspannung. Frequenzen um dreissig bis vierzig KHz haben sich besonders vorteilhaft erwiesen. Obwohl auch der Einsatz von Wechselspannungen und gleichgerichteten Wechselspannungen möglich ist, werden Impulsfolgen mit rechteckförmigen Einzelimpulsen bevorzugt, da sie höhere Ausbeuten liefern.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert und unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, die teilweise in Richtung der Längsachse aufgeschnitten ist,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht auf den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung mit zwei Glimmentladungsräumen, teilweise aufgeschnitten,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung mit auf die Trennwand aufgebrachter Gegenelektrode, Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel mit ringförmigem Glimmentladungsraum und
Fig. 6 eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs der an den Elektroden angelegten Spannung.
Aus Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau der erfindungsgemässen Vorrichtung zu erkennen: In einem hermetisch abgeschlossenen Glimmentladungsraum 20 befindet sich eine plattenförmige Elektrode 21, sie ist über eine Zuleitung 22 an einen Pol 23 einer Spannungsquelle angeschlossen. Der Glimmentladungsraum 20 ist nach aussen durch eine als Rohr 24 ausgebildete Trennwand abgeschlossen. Die Wandstärke des Glases liegt unter einem Millimeter, das Rohr 24 ist oben und unten dicht abgeschlossen, oben ist in einen Hals 25 die Zuleitung 22 eingeschmolzen.
Die so gebildete Einheit wird von einer ebenfalls als Rohr ausgebildeten Gegenelektrode 26 so umgriffen, dass zwischen der Aussenwand des Rohrs 24 und der Innenwand der Gegenelektrode 26 ein schlauchartiger Raum, der Ozonisierraum 27, frei bleibt. Die rohrförmige Gegenelektrode 26 ist über eine Zuleitung 28 mit dem zweiten Pol 29 der Spannungsquelle verbunden.
Der lichte Abstand zwischen der Innenwand der Gegenelektrode 26 und der Aussenwand des Rohrs 24 liegt unter einem Millimeter, im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt er 0,3 mm. Ein zu ozonisierendes Medium, im Ausführungsbeispiel Luft, tritt von unten durch einen Einlass 30 in den Ozonisierraum 27 ein und verlässt ihn oben durch einen Auslass 31 in Form eines ozonangereicherten Gemischs. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 handelt es sich um eine Kleinstvorrichtung für Ozonerzeugung, bei dieser reicht die geringfügige Erwärmung der Luft zwischen Einlass 30 und Auslass 31, die einen Kaminef-fekt bewirkt, aus um ausreichenden Luftdurchsatz durch den Ozonisierraum 27 zu gewährleisten. Die Gegenelektrode 26 kann auch als rohrförmig gebogenes Netz ausgebildet sein. Diese Gegenelektrode 26 befindet sich auf Massepotential, damit die Vorrichtung berührungssicher ist.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist für grössere Anlagen einsetzbar, seine Länge und seine anderen geometrischen Abmessungen sind entsprechend dem Einsatzzweck gewählt. Dabei entspricht diese Vorrichtung im grundsätzlichen Aufbau dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.
Abweichend von diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung jedoch vollständig aus Glas, insbesondere aus Glasrohren aufgebaut. In dem relativ langen, die Trennwand bildenden Rohr 24, das oben und unten hermetisch abgeschlossen ist, befindet sich eine aus einem metallischen Netz gefertigte, zylinderförmige Elektrode 21, die sich praktisch über die gesamte Länge dieses Rohrs 24 erstreckt. Das Rohr 24 wird von einem Aussenrohr 32 umschlossen, das nur einen geringfügig grösseren Innendurchmesser hat als der Aussendurchmesser des Rohres 24 beträgt. Dadurch ist die lichte Weite des Ozonisierraums 27 ebenfalls gering, so dass eine hohe Anreicherung der Luft an Ozon erzielt wird. Diese Luft strömt durch einen als Rohrstutzen ausgebildeten Einlass 30 in den Ozonisierraum 27 ein und verlässt ihn unten durch einen ebenfalls als Rohrstutzen ausgebildeten Auslass 31. Mittels eines Vakuumhahns 33 kann der Unterdruck im Glimmentladungsraum 20, der mehrere hundert Pascal beträgt, kontrolliert und aufrecht erhalten werden, weiterhin kann Gas entnommen oder nachgefüllt werden, um die jeweils besten Betriebsparameter einstellen zu können. Im praktischen Betrieb wird der Gasdruck so eingestellt, dass sich ein optimaler Wirkungsgrad bei den vorgegebenen Betriebsbedingungen einstellt Voraussetzung hierfür ist eine stabile Glimmentladung.
Die Gegenelektrode 26 ist ebenfalls wie Elektrode 21 aus einem metallischen Netz gefertigt und als Zylinder ausgebildet. Sie liegt eng an der Innenwand des Aussenrohrs 32 an. In geänderter Ausführung kann sie auch am Aussen-mantel des Rohrs 24 anliegen oder sich zwischen beiden Rohren 24 und 32 befinden.
Aufgrund der gitterförmigen Ausbildung der Elektroden 21, 26 ist die Kapazität der Vorrichtung klein, so dass auch die elektrischen Verluste gering sind.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem zusätzlich zu dem innenseitigen Glimmentladungsraum 20 der vorangegangenen Ausführungsbeispiele die rohrförmige Gegenelektrode 26 von einem zweiten, ringförmigen und aussenliegenden Glimmentladungsraum 34 umgeben ist. Zwischen den beiden Elektroden 21, 26 befindet sich neben der ersten, als Rohr 24 ausgebildeten Trennwand eine zweite Trennwand 35, die ebenfalls als Rohr ausgebildet ist, das das Rohr 24 konzentrisch umgibt. Nach aussen wird der zweite Glimmentladungsraum 34 durch ein Aussenrohr 32 luftdicht abgeschlossen.
Der Ozonisierraum 27 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel zwischen den beiden Trennwänden 24, 35, beide Elektroden 21, 26 sind als Plasmaelektroden ausge5
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bildet. Dadurch ist die Kapazität zwischen diesen beiden Elektroden 21, 26 auch bei höheren Frequenzen ausgesprochen gering, so dass auch die elektrischen Verluste gering bleiben. Weiterhin sind beide Elektroden 21, 26 vollständig abgekapselt, damit berührungssicher und vor Oxydation usw. geschützt. Die Vorrichtung nach Fig. 3 eignet sich daher auch für die Verwendung an sich aggressiver, ozonhaltiger Medien.
In geänderter Ausführung gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist konzentrisch zu den Rohren 24, 32, 35 im Ozonisierraum 27 und damit zwischen den Rohren 24 und 32 eine zylinderförmige Gegenelektrode angeordnet, die beispielsweise wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ausgebildet sein kann. Beide in den Glimmentladungsräumen 20 und 34 untergebrachten Elektroden arbeiten gegen diese Gegenelektrode, evtl. gleichphasig, wozu sie miteinander verbunden sind, oder gegenphasig, was bevorzugt wird.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist eine Gegenelektrode 26 gezeigt, die unmittelbar auf den Aussenmantel des als Trennwand dienenden Rohrs 24 aufgebracht ist. Sie ist netzartig ausgebildet, so dass das elektrische Feld auch nach aussen treten kann. Derartige Gegenelektroden 26 werden beispielsweise auf den Aussenmantel des Rohres 24 aufgedampft oder aufgetragen. In geänderter Ausführung wird zunächst eine entsprechend der Gegenelektrode 26 geformte, also ebenfalls durchbrochene Isolationsschicht auf die Aussenwand des Rohr 24 aufgetragen, auf diese Schicht wird die eigentliche Gegenelektrode 26 aufgebracht. Diese Ausbildungen der Gegenelektrode 26 führen zu weiterhin gesteigerten Wirkungsgraden der Gesamtvorrichtung.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist der Glimmentladungsraum 20 als Ringraum ausgebildet. Auf beiden Seiten dieses Ringraums befindet sich der Ozonisierraum 27, der entsprechend der eingezeigten Strömungspfeile 36 durchströmt wird. Dabei tritt die Luft in einem als Rohrstutzen ausgebildeten Einlass 30 ein, der tangential zur äusseren, rohrförmigen Wand angeordnet ist und sich in einem sehr kleinen, spitzen Winkel zur Längsachse der Vorrichtung befindet. Dadurch wird eine schraubenlinig umlaufende Strömung erreicht, insgesamt wird die Verweilzeit der zu ozonisierenden Luft erhöht, so dass die Ozondichte am Auslass 31 relativ gross ist. Bei hohem Staubanfall der am Einlass 30 eingedrückten Luft kann durch geeignete Ausbildung der Wandungen des Ozonisators nach Fig. 5 eine Abscheidewirkung wie bei einem Zyklon erreicht werden.
Die Vorrichtung nach Fig. 5 ist grösstenteils aus Metall gefertigt, insbesondere bestehen die beiden Gegenelektroden 26 aus zwei Metallrohren 37, 38. In das äussere Metallrohr 37 ist der tangential einmündende Einlass 30 unten eingesetzt, das innere Metallrohr 38 ist am entgegengesetzten Ende des Metallrohrs 37 an einem Deckel 39 befestigt, durch den das Metallrohr 37 abgeschlossen ist. Innen im inneren Metallrohr 38 wird die Zuleitung 22 der Elektrode geführt,
sie durchtritt isoliert den Deckel 39 mittels einer Durchführung 40.
Der als Rohrstutzen ausgebildete Auslass 31 ist unten in einen ringartigen unteren Abschluss (in der Fig. 5 nicht zu 5 erkennen) des Metallrohrs 37 eingesetzt und ragt in dessen Innenraum. Auf das obere, freie Ende dieses Auslasses 31 ist der aus Glas gefertigte Glimmentladungsteil aufgesetzt, der durch zwei endseitig miteinander verbundene Rohre 24 begrenzt wird, die eine gitterförmig ausgebildete Elektrode io 21 umschliessen. Der Glimmentladungsteil ist am oberen, freien Ende des Auslasses 31 befestigt.
In Fig. 6 ist eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs der an den Elektroden 21, 26 anliegenden Spannung gezeigt. Die erfindungsgemässen Vorrichtungen erfordern eine sich 15 relativ häufig ändernde Speisespannung, bevorzugt wird ein Verlauf, wie er aus Fig. 6 ersichtlich ist. Dort sind schmale Rechteckimpulse (Binärsignal) gezeigt, die in gleichen oder variierenden Zeitabständen aufeinander folgen. Eine unipolare Spannung, wie in Fig. 6 dargestellt, hat sich als 20 zweckmässig erwiesen, da sie elektrisch einfach zu realisieren ist. Hierzu wird auf die DE-OS 29 42 506 verwiesen.
Die Impulshöhe liegt unter 6 Kilovolt. Dies verdeutlicht noch einmal einen Vorteil der Erfindung, der in der geringen Betriebs- und Zündspannung liegt (ca. fünffach gerin-25 ger).
Der Glimmentladungsraum 20 ist vorzugsweise mit einem atomaren Gas gefüllt, als vorteilhaft haben sich Edelgase, insbesondere Neon erwiesen. Die Betriebsparameter sind von der verwendeten Art des Gases abhängig, ebenso 30 von seinem Druck usw.
Neben Glas, wie oben beschrieben, ist als Material für die Trennwand grundsätzlich jedes isolierende Material geeignet, das nicht von Ozon und dem glimmenden Gas, sowie weiteren, ggf. vorhandenen Gasen angegriffen wird. Vor-35 teilhaft ist jedoch eine Trennwand mit sehr hoher Dielektrizitätskonstanten, z.B. keramische Massen, wie sie für Kondensatoren verwendet werden.
Das Glimmlicht der Glimmentladung lässt sich dann zur optischen Erzeugung von Ozon heranziehen, wenn es 40 kurzwelliger als 250 nm ist und die Trennwand entsprechend für diese Strahlung durchlässig ist.
Eine Kühlung der erfindungsgemässen Vorichtungen, z.B. mittels Luft oder Wasser, ist bei grösseren Anlagen erforderlich und erfolgt in bekannter, konventioneller Weise. 45 Durch einen äusseren, die gesamte Vorrichtung um-schliessenden Faradaykäfig wird verhindert, dass Störstrahlung nach aussen treten kann.
Die Steuerung der erzeugten Ozonmenge und damit der Konzentration im Medium ist erfindurigsgemäss dadurch 50 besonders einfach, dass die Häufigkeit der Impulse pro Zeiteinheit besonders einfach variiert werden kann. Eine derartige Steuerung ist bei den bekannten Vorrichtungen aufgrund deren höherer Kapazität nicht möglich gewesen.
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2 Blätter Zeichnungen

Claims (15)

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1. Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon mit zwei im Abstand voneinander angeordneten und Zuleitungen für den Anschluss an eine Spannungsquelle wechselnder Amplitude aufweisenden Elektroden und mit mindestens einer zwischen diesen Elektroden angeordneten, elektrisch isolierenden Trennwand, auf deren einer Seite ein Ozonisierraum vorgesehen ist, der mit einem Einlass für ein sauerstoffhaltiges Medium und mit einem Auslass für das ozonangereicherte Medium verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, das auf der anderen Seite der Trennwand (24) ein Glimmentladungsraum (20) ausgebildet ist, in dem sich die zugehörige Elektrode (21) befindet und der mit einem mittels des angelegten Spannungsfeldes ionisierbaren Gas gefüllt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand zumindest überwiegend als ein Rohr (24), beispielsweise aus Glas, ausgebildet ist.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (24) den Glimmentladungs-raum (20) und die zugehörige Elektrode (21) umschliesst und dass die Gegenelektrode (26) in geringem Abstand von der Aussenwand des Rohrs (24) unter Freilassung eines schlauchartigen, den Ozonisierraum (27) bildenden Raums das Rohr (24) umgreift.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (24) den Glimmentladungsraum (20) und die zugehörige Elektrode (21) umschliesst, dass die Gegenelektrode (26) direkt oder unter Zwischenlage einer Isolationsschicht auf der Aussenwand des Rohrs (24) befestigt ist und mit Durchbrüchen versehen ist, insbesondere netzartig ausgebildet ist, und dass der Ozonisierraum (27) durch ein Aussenrohr (32) nach aussen begrenzt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Elektroden (21, 26) zusätzlich zur ersten Trennwand (24) eine zweite Trennwand (35) vorgesehen ist, dass sich der Ozonisierraum (27) zwischen beiden Trennwänden (24, 35) befindet und dass auf der vom Ozonisierraum (27) abgewandten, anderen Seite der zweiten Trennwand (35) ein zweiter, die zugehörige Gegenelektrode (26) einschliessender Glimmentladungsraum (34) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Glimmentladungsraum (20) als Ringraum ausgebildet ist und von zwei konzentrischen Rohren (24) begrenzt ist, auf deren jeweils vom Glimmentladungsraum (20) angewandten Seite sich der Ozonisierraum (27) befindet.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Trennwand (24; 35) aus einem Material mit einer sehr hohen Dielektrizitätskonstante, insbesondere Keramik, gefertigt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Trennwand (24; 35) für eine Strahlung kürzer als 250 Nanometer durchlässig ist und dass im Glimmentladungsraum (20; 34) ein Gas eingeschlossen ist, das eine Strahlung kürzer als 250 Nanometer emittiert.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (30) einen Rohrstutzen aufweist, der tangential in den Ozonisierraum (27) mündet und vorzugsweise in einem spitzen Winkel zur Achse des Ozonisierraums (27) angestellt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (24; 35) eine Wanddicke unter einem Millimeter aufweist, vorzugsweise 0,3 mm dick ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Glimmentladungsraum (20, 34) hermetisch abgeschlossen ist und über einen Vakuumhahn (33) zugänglich ist.
12. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode eine Spannung mit impulsartigem Verlauf und mit einer Impulsfrequenz im Kilohertzbereich angelegt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Spannung mit impulsartigem Verlauf ein Binärsignal verwendet und dass Vorzugsweise die Impulsfrequenz im Bereich von 10 bis 60 kHz gewählt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Imupls mit möglichst steiler Anstiegsflanke und flachem Plateau verwendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Ozonproduktion die Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit bei ungeändeter Impulsform verändert wird.
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