DE1257121B - Vorrichtung zur Herstellung von Ozon - Google Patents

Description

DEUTSCHES PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 12 i-13/12

Nummer: 1 257 121

Aktenzeichen: K 48117IV a/12 i

Anmeldetag: 2. November 1962

Auslegetag: 28. Dezember 1967

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Ozon aus Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Gasen in der stillen elektrischen Entladung, die in den vom Ausgangsgas durchströmten Zwischenräumen zwischen zwei rohrförmigen Elektroden und einem zwischen diesen angeordneten Dielektrikum unterhalten wird.

Zur wirtschaftlichen Herstellung von Ozon bedient man sich im allgemeinen der stillen elektrischen Entladung, da die geringe Energiedichte dieser Entladungsform eine entscheidende Voraussetzung für eine günstige Einstellung des stark temperaturabhängigen Bildungs- bzw. Zerfallsgleichgewichtes des Ozons ist und die Verwendung strömender Gase eine einfache und kontinuierliche Arbeitsweise ermöglicht. Durch unterschiedliche Verweilzeiten der Gase in der Entladungszone können z. B. die Ozonkonzentration, die in der Zeiteinheit erzeugte Ozonmenge und der spezifische Verbrauch elektrischer Arbeit beeinflußt werden. Eine Einwirkung auf diese Größen gelingt aber auch durch rein bauliche Maßnahmen und durch Variation der zugeführten elektrischen Leistung.

Die technische Ausführung von Ozonisatoren muß hauptsächlich der Forderung nach großflächigen Elektroden, die eine geringe Energiedichte ermögliehen, Rechnung tragen. In der Regel kommen platten- oder rohrförmige Elektroden zur Verwendung, wobei zur Vergrößerung der gesamten wirksamen Oberfläche gewöhnlich eine große Anzahl von Elektrodenpaaren sowohl elektrisch als auch gasströmungsmäßig parallel geschaltet wird. Zur Stabilisierung der Entladung ist ein geeignetes Dielektrikum, z. B. Glas oder Keramik, vorgesehen. Da ein beträchtlicher Teil der aufgewandten elektrischen Arbeit auch bei der stillen Entladung als Verlustwärme frei wird, muß zur Vermeidung nennenswerter Verluste an Ozon durch thermischen Zerfall desselben bei solchen Anordnungen für eine wirksame Kühlung entweder indirekt durch Kühlung der Apparatur von außen durch z. B. Wasser oder direkt durch Verwendung eines vorgekühlten Ausgangsgases gesorgt werden.

Nach dem heutigen Stand der Technik läßt sich zwar ein PIattenozonisator mit beispielsweise runden oder rechteckigen Platten wegen der einfachen Formgebung der Elektroden und des Dielektrikums raumsparend ausführen. Die Verwirklichung einer wirksamen Kühlung und vor allem die einer gleichmäßigen Gasführung bereitet jedoch insbesondere bei großen Anordnungen, sogenannten Batterien, erhebliche Schwierigkeiten.

Der Rohrozonisator dagegen beansprucht wohl Vorrichtung zur Herstellung von Ozon

Anmelder:

Knapsack Aktiengesellschaft, Hürth-Knapsack

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Chem. Dr. Josef Cremer,
Friedrich Thomas, Hermülheim

mehr Raum, er weist jedoch nicht die vorstehend angeführten Schwierigkeiten auf, sondern er besitzt den Vorteil, daß man bei ihm auf das bewährte System des Rohr-Wärmeaustauschers zurückgreifen kann. Bei einem solchem System sind z. B. im Inneren der einzelnen gekühlten Metallrohre geeignet geformte Rohre aus Glas oder Keramik als Dielektrika und zugleich zur Führung der Gase eingehängt. Die Außendurchmessej der dielektrischen Rohre sind etwas kleiner als die Innendurchmesser der Metallrohre, so daß Ringräume entstehen, durch die die zu ozonisierenden Gase geleitet werden können. Die Innenseite der Glas- oder Keramikrohre ist mit einer Metallfolie belegt oder mit einem aufgedampften, elektrisch leitenden Metallfilm versehen. Bringt man nun die gekühlten Metallrohre auf Erdpotential, so bilden die Glas- oder Keramikrohre das Dielektrikum, und die auf der Innenseite derselben aufgebrachte Metallschicht kann als Gegen- bzw. Hochspannungselektrode geschaltet werden.

Es sind zahlreiche Varianten einzelner Bauelemente dieser beiden Grundsysteme bekanntgeworden, wobei möglichst einfache und dauerhafte Ausführungsformen und zugleich Verbesserungen der stofflichen und elektrischen Ausbeute angestrebt wurden.

Eine bekannte Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon der eingangs genannten Art besteht aus einem senkrecht angeordneten Glasrohr mit einer Innenelektrode und einem das Glasrohr umschließenden, wassergefüllten Behälterteil als Außenelektrode. Dabei ist die Innenelektrode hohl ausgebildet und dient als Zuleitung für die dem wassergefüllten Behälterteil am oberen Ende zugeführte Frischluft zum Glasrohrboden. Gleichzeitig steht die zwischen der Glasrohrinnenwand und der Außenseite der Innenelektrode nach oben strömende Luft unter der Wirkung der Glimmentladung und wird nach oben abgeführt. Das Glasrohr mündet mit seinem oberen Ende in eine oberhalb des wassergefüllten Behälterteiles gelegene Ozonkammer, und die hohle Innenelektrode ragt

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durch die Ozonkammer hindurch in eine darüber befindliche Kammer für die Frischluftzufuhr. Dabei befindet sich im unteren geschlossenen Ende des Glasrohres eine geringe Menge Öl, die beim Eindringen von Wasser in das Glasrohr an die Wasseroberfläche innerhalb von Glasrohr und Hohlelektrode steigt und dort eine Trennschicht gegenüber der Ozonatmosphäre bildet.

Die Erfindung verfolgt das Ziel, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon zu schaffen, die einen wesentlich höheren Ozongehalt in den ozonisierten Gasen ermöglicht, als es bei den herkömmlichen Ozonisatoren üblich ist. Das wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch erreicht, daß als spannungsführende Elektroden zwei mit Abstand koaxial ineinandersteckende, am oberen Ende eingespannte, frei tragende, gerade Metallrohre, von denen jedes am unteren Ende geschlossen ist und als Dielektrikum zwischen diesen mit Abstand und frei tragend ein am oberen Ende eingespanntes, am unteren Ende offenes, dielektrisches Rohr koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die zu einem System gehörenden beiden Metallrohre und das dielektrische Rohr mit einem zur Einspannung, zur Zentrierung sowie zur Gaseinströmung und Gasausströmung dienenden, ihnen gemeinsamen Teil versehen sind. Auf diese Weise gelangt man zu einer Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon, mit der man bei einem geringen spezifischen elektrischen Energieverbrauch und einem bekannter Rohrozonisatoren vergleichbaren Raumbedarf und Gasdurchsatz gegenüber bekannten Rohrozonisatoren nahezu eine Verdopplung der Ozonkonzentration und mithin auch der in der Zeiteinheit erzeugten Ozonmenge erreicht.

Bei der einen Ausführangsform der Vorrichtung ist der radial gemessene Abstand zwischen der Innenseite des äußeren Metallrohres und der Außenseite des dielektrischen Rohres gleich dem ebenfalls radial gemessenen Abstand zwischen der Innenseite des dielektrischen Rohres und der Außenseite des inneren Metallrohres.

Bei der anderen Ausführungsform der Vorrichtung ist jedoch der radial gemessene Abstand zwischen der Innenseite des äußeren Metallrohres und der Außenseite des dielektrischen Rohres größer als der ebenfalls radial gemessene Abstand zwischen der Innenseite des dielektrischen Rohres und der Außenseite des inneren Metallrohres.

Die radial gemessene Breite der Entladungsräume liegt zwischen 0,5 und 5,0 mm, vorzugsweise zwischen 1,0 und 3,0 mm.

Das äußere und das innere Metallrohr sind in der Nähe des oberen Randes mit kalibrierten Überströmöffnungen versehen.

Das dielektrische Rohr ist am oberen Ende mit einem mit einer zentrisch eingearbeiteten Bohrung versehenen Zentrierflansch gasdicht verschlossen, der im äußeren Metallrohr gasdicht gehalten und an dem auch das innere Metallrohr gasdicht befestigt ist.

Auf den Zentrierflansch ist gasdicht eine mit einer oder mehreren Einströmöffnungen und einem Ausströmstutzen versehene Sammelkammer aufgesetzt.

Durch die gasdichte Anordnung eines mit einem seitlich angebrachten Einströmstutzen versehenen Ringes oder Rahmens zwischen dem zur Befestigung des äußeren Metallrohres im Kühlmittelbehälter dienenden Rohrboden und der Sammelkammer ist eine Einströmkammer für das Ausgangsgas gebildet.

Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung ist eint Anzahl von aus jeweils einem äußeren Metallrohr einem dielektrischen Rohr und einem inneren Metallrohr bestehenden System in einem für alle Systeme gemeinsamen Kühlmittelbehälter untergebracht, an einen für alle Systeme gemeinsamen Einströmverteiler und an eine für alle Systeme gemeinsame Ausströmkammer angeschlossen.

Bei einer anderen Ausführungsform ist eine Anzahl von aus jeweils einem äußeren Metallrohr, einem dielektrischen Rohr und einem inneren Metallrohr nebst Zentrierflanschen bestehenden Systemen in einem für alle Systeme gemeinsamen Kühlmittelbehälter eingesetzt, wobei das äußere und das innere Metallrohr des in Richtung des einströmenden Ausgangsgases ersten Systems in der Nähe des oberen Randes mit Überströmöffnungen versehen sind, der zugehörige Zentrierflansch in einer mit Zuführungsstutzen für das Ausgangsgas versehenen Einström-

ao kammer angeordnet und mit einem innerhalb des inneren Metallrohres beginnenden Ausströmkanal versehen ist, das zweite und die darauf folgenden Systeme durch Zentrierflansche gehalten werden, die mit einem an den Ausströmkanal des jeweils vorhergehenden Systems anschließenden, in den zwischen dem äußeren, bei dieser Ausführungsform ohne Überströmöffnungen ausgeführten Metallrohr und dem dielektrischen Rohr vorhandenen Ringraum mündenden Überströmkanal versehen sind, und der Aus-Strömkanal des letzten Systems in eine mit einem Entnahmestutzen verseheneAusströmkammermündet.

Zum inneren Metallrohr eines jeden Systems ist eine Hochspannungszuleitung, elektrisch isoliert, durch den zugeordneten Zentrierflansch hindurchgeführt, an die eine Schmelzsicherung angehängt ist, deren unten herausragende Kontaktfedern eine elektrisch leitende Verbindung zu dem betreffenden inneren Metallrohr schaffen, während die äußeren Metallrohre über den für sämtliche Systeme gemeinsamen Kühlmittelbehälter an die als Rückleitung dienende Erde gelegt sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in den Zeichnungen schematisch im Längsschnitt dargestellt. Es ist hierbei

F i g. 1 ein Längsschnitt durch ein einzelnes System,

F i g. 2 ein Längsschnitt durch eine Anordnung von drei strömungsmäßig und elektrisch miteinander parallelgeschalteten Systemen,

F i g. 3 ein Längsschnitt durch eine Anordnung von zwei strömungsmäßig in Reihe und elektrisch miteinander parallelgeschalteten Systemen;

F i g. 4 zeigt in Diagrammform Ergebnisse, die bei Vergleichsversuchen des Erfindungsgegenstandes gegenüber einem Ozonisator bekannter Bauart bei einem Durchmesser der äußeren Metallrohre von 35 mm erhalten wurden;

F i g. 5 zeigt ebenfalls in Diagrammform gleichartige Werte für Durchmesser der äußeren Metallrohre von 45 mm.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht in ihrer einfachsten Form aus einem einzelnen Doppelsystem, wie es in F i g. 1 schematisch im Längsschnitt wiedergegeben ist. Die wesentlichen Teile desselben sind das unten geschlossene äußere Metallrohr 1, das innere, koaxial zu dem äußeren, 1, angeordnete, unten geschlossene Metallrohr 5 sowie das ebenfalls koaxial zu den beiden MetaIlrohren 1 und 5 zwischen

diesen unter Bildung der Entladungsräume 2 und 4 angebrachte, unten offene dielektrische Rohr 3.

Beide Metallrohrel und 5 sind an den unteren Enden geschlossen und in der Nähe des oberen Randes mit Überströmöffnungen 6 und 7 versehen. Sie bestehen aus einem gegen Ozon resistenten Werkstoff, z. B. aus einem mit Chrom und Nickel legierten Stahl (V4A-Stahl). Das dielektrische Rohr 3 ist dagegen aus einem hochspannungsfesten und ozonbeständigen Material, beispielsweise Glas oder Keramik, gefertigt.

Diese drei Rohre sind in einem Zentrierflansch 8 befestigt, der aus dem gleichen Werkstoff wie das dielektrische Rohr 3 besteht. Man kann daher entweder, wie es in Fig. 1 angegeben ist, den Zentrierflansch 8 und das dielektrische Rohr 3 aus einem Stück herstellen oder aber den Zentrierflansch 8 mit einer ringförmigen Eindrehung versehen, in die das dielektrische Rohr 3 als getrenntes Stück eingepaßt wird. Der Zentrierflansch 8 ist mit einer zentrisch eingearbeiteten Bohrung 9 versehen, die in der Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 1 durch eine Bohrung 10 verlängert ist und bis in eine mit dem Ausströmstutzen 12 versehene Sammelkammer 11 für das entstehende Sauerstoff-Ozon-Gemisch durchgeht.

Das Doppelsystem ist in einen Kühlmittelbehälter 16 eingesetzt, dem das Kühlmittel, z. B. Wasser, durch den Stutzen 17 zugeführt wird, während es durch Stutzen 18 wieder abfließen kann. Am oberen Ende des Kühlmittelbehälters 16 ist ein Ring 14 festgeschweißt, in dem das äußere Metallrohr 1 durch Schweißen, Löten oder Einwalzen befestigt ist.

Zwischen dem Ring 14 und der Sammelkammer 11 ist ein aus hochspannungsfestem und ozonbeständigem Material, z. B. Glas oder Keramik, gefertigter Hohlzylinder 13 angeordnet, der mit einem Einströmstutzen 15 für das zu verarbeitende Ausgangsgas (Sauerstoff) versehen ist und eine Einströmkammer 29 bildet. Der in diese Einströmkammer 29 eingeführte Sauerstoff gelangt zunächst durch die Überströmöffnungen 6, wie durch einen Pfeil in F i g. 1 angegeben, in den äußeren Entladungsraum 2 zwischen dem äußeren Metallrohr 1 und dem dielektrischen Rohr 3, verläßt diesen nach Umkehr der Strö- , mungsrichtung an der unteren Kante des dielektrischen Rohres 3, steigt in dem inneren Entladungsraum 4 aufwärts, dringt durch die Überströmöffnungen 7 ins Innere des inneren Metallrohres 5 und verläßt dieses durch die Bohrungen 9 und 10, um in die j Sammelkammer 11 zu gelangen, aus deren Ausströmstutzen 12 das entstandene Reaktionsgemisch von O₂ und O₃ entnommen werden kann.

Durch den Kühlmittelbehälter 16 wird während des Betriebes ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, ; geleitet, das durch den Einströmstutzen 17 eintritt und durch den Ausströmstutzen 18 wieder abläuft.

Die elektrische Hochspannung wird dem System durch die Leitung 20 zugeführt, die durch die Sammelkammer 11 und die zentralen Bohrungen 9 und ( 10 des Zentrierflansches 8 hindurchgeht und in einer Schmelzsicherung 21 endet, deren Kontaktfedern 22 den Stromübergang zum inneren Metallrohr 5 als der Hochspannungselektrode vermitteln. Die mit Ozon in Berührung kommenden Teile 20, 21 und 22 be- < stehen aus einem gegen Ozon beständigen Werkstoff, z. B. einem aus mit Chrom und Nickel legierten Stahl (V4A-Stahl).

Als Gegenelektrode dient das äußere Metallrohr 1, das elektrisch leitend über den Kühlmittelbehälter 16 durch die Leitung 19 mit der Erde als Rückleitung verbunden ist.
Die Erzielung günstiger stofflicher und elektrischer Ausbeuten setzt unter anderem eine optimale Bemessung des äußeren, 2, und des inneren Entladungsraumes 4 voraus. Man kann hierbei die radial gemessenen Abstände zwischen der Innenwandung des äuße- :o ren Metallrohres 1 und der Außenwandung des dielektrischen Rohres 3 sowie zwischen der Innenwandung des dielektrischen Rohres 3 und der Außenwandung des inneren Metallrohres 5, d. h. also die Breiten der Entladungsräume 2 und 4, einander gleich oder aber einander ungleich machen.

Die Toleranzen für die Bemessung insbesondere des äußeren, 1, und des inneren Metallrohres 5 sowie des dielektrischen Rohres 3 sind dabei in engen Grenzen zu halten. Günstige Breiten der Entladungsräume 2 und 4, radial gemessen, liegen zwischen 0,5 und 5,0 mm, vorzugsweise zwischen 1,0 und 3,0 mm, wobei, wie vorstehend erwähnt, die Breiten der Entladungsräume 2 und 4 einander gleich oder ungleich sein können.

Verläuft die Strömungsrichtung des zu ozonisierenden Gases z. B. vom inneren Entladungsraum 4 zum äußeren Entladungsraum 2, also umgekehrt, als es in F i g. 1 durch die durch die Uberströmöffnungen 6 und 7 gehenden Pfeile angedeutet ist, so erwärmt sich

ο das einströmende Gas auf eine bestimmte Temperatur, wird jedoch anschließend auf seinem Wege durch den äußeren, gekühlten Entladungsraum 2 trotz des Auftretens weiterer Verlustwärme im Entladungsraum 2 auf etwa der gleichen Temperatur gehalten.

In diesem Fall ist es zweckmäßig, das Volumen des inneren Entladungsraumes 4 kleiner als das des äußeren, 2, auszuführen, damit infolge der dadurch erhöhten Strömungsgeschwindigkeit längere Verweilzeiten des ozonisierten Gases in einer Zone mit höhe-

a rer Temperatur vermieden werden.

Die Baulänge der Systeme ist durch die technischwirtschaftliche Möglichkeit, die Rohre gerade auszuführen, begrenzt, da sonst die Einhaltung gleichmäßiger Abstände über die gesamte Baulänge nicht gewährleistet ist. Erfahrungsgemäß werden, von der Anwendung besonderer Maßnahmen abgesehen, Rohrlängen bis zu 3,0 m in genügend gerader Ausführung geliefert.

Zur Vergrößerung der in der Zeiteinheit in techni-

) schem Maßstab erzeugten Ozonmenge werden Systeme der erfindungsgemäßen Art in mehr oder weniger großer Anzahl gasströmungsmäßig parallel geschaltet. Zur Herstellung höherer Ozonkonzentrationen, z. B. im Laboratoriumsmaßstab, ist es dagegen vorteilhaft, eine Anzahl von Systemen gasströmungsmäßig hintereinander zu schalten. In elektrischer Hinsicht sind die Systeme sowohl bei Parallelschaltung der Gasströme als auch bei Hintereinanderschaltung derselben miteinander parallel geschaltet.

■ In F i g. 2 ist eine Anordnung mit drei Systemen wiedergegeben, die, soweit es die Gasströmungsverhältnisse betrifft, miteinander parallel geschaltet sind. Gleiche Bezugszeichen bedeuten hierbei die gleichen Teile wie bei F i g. 1. Die Systeme sind unter sich gleich und entsprechen der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform. Sie sind hier in einem Kühlmittelbehälter 33 eingebaut, der nach oben durch den Rohrboden 30 geschlossen ist. In den Bohrungen des-

selben sind die äußeren Metallrohre 1 durch Einwalzen, Schweißen oder Löten befestigt. Auf den Zentrierflanschen 8 sitzt die für die drei Systeme gemeinsame Sammelkammer 32 für das entstehende O₂+O₃-Gemisch auf. Zwischen der Unterseite der Sammelkammer 32 und der Oberseite des Rohrbodens 30 ist gasdicht ein Rahmen 31 eingesetzt, so daß die für die drei Systeme gemeinsame Einströmkammer 34 entsteht.

Zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Verteilung des Ausgangsgases auf die sämtlichen vorhandenen Systeme wird in der Einströmkammer 34 ein geringer Überdruck, beispielsweise etwa 10 bis 50 mm Wassersäule, gegenüber dem Druck in den Systemen aufrechterhalten. Die Druckdifferenz wird durch Kalibrierung der Überströmöffnungen 6 und 7 in der Nähe des oberen Randes des äußeren, 1, oder des inneren Metallrohres 5 auf den gewünschten Wert gebracht. Der freie Querschnitt der Überströmöffnungen 6 und 7 richtet sich nach dem geforderten Gasdurchsetz und liegt in der Größenordnung von einem bis zu mehreren Quadratmillimetern.

Da die Einströmkammer 34 und die Sammelkammer 32 übereinander angeordnet sind und eine Wand gemeinsam haben, die ebenso wie die Wände des Kühlmittelbehälters 33 nicht druckfest zu sein braucht, kann eine Apparatur dieser Art auch für höhere Gasdrücke mit relativ geringem Materialaufwand ausgeführt werden.

Es hat sich gerade bei der beschriebenen Parallelschaltung einer Anzahl von Systemen, die, wie erwähnt, auch elektrisch parallel geschaltet sind, bewährt, jedes einzelne der Systeme elektrisch abzusichern. Treten, z.B. als Folge von Durchschlägen durch das Dielektrikum, Kurzschlüsse auf, so werden durch die Einzelabsicherung größere Zerstörungen, Ausfall der Anlage und Schäden am Transformator verhütet. Die angewandte Art der Stromzuführung zum inneren Metallrohr 5 von einer Hochspannungszuleitung 22 aus durch eine Schmelzsicherung 21 und Kontaktfedern 22 ist bereits weiter oben beschrieben. Beim Durchbrennen der Schmelzsicherung 21 fallen deren Teile, soweit sie nicht verdampft sind, auf den Boden des Metallrohres 5, wo sie bis zu einer gelegentlichen Überholung der Gesamtanlage liegenbleiben.

Eine Betriebsunterbrechung erfolgt durch den Ausfall eines oder mehrerer der Systeme nicht, sondern nur eine geringfügige Verminderung der Gesamtausbeute.

Die F i g. 3 stellt eine Apparatur mit zwei in bezug auf die Gasströmung in Reihe geschalteten Systemen dar, die im gemeinsamen Kühlmittelbehälter 39 untergebracht sind. Dabei sollten die äußeren, gekühlten Entladungsräume 2 ein größeres Volumen haben als die inneren Entladungsräume 4, die ohne besondere Kühlung sind. Durch diese Maßnahme wird die Verweilzeit des durchströmenden Gases im ungekühlten inneren Entladungsraum 4 kleiner als im gekühlten äußeren Entladungsraum. Die Neigung des Ozons zum thermischen Zerfall wird dadurch vermindert. Das in Einströmkammer 35 befindliche Ausgangsgas tritt durch die Überströmöffnungen 6 in den äußeren Entladungsraum 2, strömt nach Richtungsumkehr an der Unterkante des dielektrischen Rohres 3 in den inneren Entladungsraum 4 und aus diesem durch die Überströmöffnungen 7 in das Innere des dielektrischen Rohres 3. Es nimmt dann als ozonisierter Sauerstoff seinen Weg durch die Bohrung 9 des Zentrierflansehes 36, den Ausströmkanal 24 und gelangt durch den Einströmkanal 25 in den äußeren Entladungsraum 2 des sich anschließenden zweiten Systems. Nach Umlenkung um die Unterkante des dielektrischen Rohres 3 strömt es durch den inneren Entladungsraum 2, durch die Uberströmöffnungen 7, durch die Bohrung 9 des Zentrierflansches 23 und gelangt durch den Ausströmkanal 24 in die Ausströmkammer 26, aus der es durch den Ausströmstutzen 27 mit einem bestimmten Ozongehalt entnommen werden kann. Die Einströmkammer 35 und die. Ausströmkammer 26 sind im Falle der Reihenschaltung von Systemen gebildet durch gasdichtes Einsetzen von Rahmenteilen 28 zwischen dem gemeinsamen Rohrboden 30 und einer gemeinsamen auf den Zentrierflanschen 36 aufliegenden Deckplatte 38 sowie von Trennwänden 37 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Systemen.

Die Reihenschaltung von Systemen eignet sich besonders gut zur Gewinnung höherer Ozonkonzentrationen.

Das in den vorstehenden Ausführungen in mehreren Abwandlungen beschriebene System hat gegenüber den bekannten Rohrozonisatoren den Vorteil, daß eine schwierige und daher kostspielige Beajrbeitung des Glas- oder Keramikrohres, z. B. die Einschmelzung von Metalldurchführungen zur Stromzuleitung und/oder die Metallisierung der Innenseite des dielektrischen Rohres, etwa durch Aufdampfen von Metall im Vakuum oder durch Niederschlagen eines Metalls auf chemischem Wege in Wegfall kommen. Es können statt dessen geringfügig passend gemachte, handelsübliche dielektrische und Metellrohre Verwendung finden.

Bei Zerstörung des Glas- oder Keramikrohres genügt dessen Erneuerung, während die Metallrohre weiter benutzt werden können.

Eine weitere Vereinfachung ergibt sich durch das zur Umkehr der Strömungsrichtung an einem Ende geschlossene äußere Metallrohr. Im Gegensatz zu den üblichen Wärmeaustauscheranordnungen kann das erfindungsgemäße System, einseitig eingespannt, frei im Kühlmittelbehälter hängen, ohne daß durch wechselnde Temperaturen bedingte Änderungen der Abmessungen zum Auftreten von Materialspannungen führen können.

Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß durch die sich zwanglos ergebende Zuführung und Abführung der Gase an ein und demselben Ende der Apparatur sich auch Vorteile in der Konstruktion, bei der Aufstellung und bei der Wartung ergeben.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß zwecks noch besserer Raum- und Materialausnutzung versucht wurde, durch Wiederholung der Ineinanderschachtelung von weiteren metallenen und dielektrischen Rohren im freien Inneren des inneren Metallrohres den Weg der Gasströmung im elektrischen Feld zu verlängern, um so vom beschriebenen System zu einem sogenannten Vierersystem zu kommen. Um aber bei einer solchen Anordnung die zu erwartende Ausbeuteverbesserung wenigstens annähernd zu erhalten, bedurfte es zusätzlicher Maßnahmen zur Abführung der Verlustwärme, sei es durch die Verwendung kälteren Kühlwassers, sei es durch die Verwendung kälterer Ausgangsgase oder durch beides zur gleich. Bei anzustellenden Wirtscfaaftlichkeitsbetrachtungen wird es unter anderem auf das Vorhandensein

Claims (1)

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billiger Kühlenergie ankommen, ζ. Β. auf die Verfügbarkeit flüssigen Sauerstoffs, der nach Verdampfung als Ausgangsgas zu verwenden wäre. Zu bedenken wäre bei solchen Überlegungen aber, daß sich, den allgemeinen Erfahrungen bei der Herstellung von Ozon in der stillen elektrischen Entladung entsprechend, auch beim erfindungsgemäßen System bei niedrigeren Betriebstemperaturen bessere Ausbeuten erzielen lassen.

IO

Versuchsergebnisse

Die Versuche wurden als Vergleichsversuche mit einem Rohrozonisator bekannter Bauart (sogenannter Einraumozonisator) und dem vorstehend beschriebenen Ozonisator durchgeführt. Beide Apparaturen standen mit Außenrohrdurchmessern von 35 und 45 mm und einer Rohrlänge von je 1000 mm zur Verfügung.

Als Voraussetzung für einen Vergleich der bei den beiden Systemen erzielbaren Ausbeuten wurden das

Apparatevolumen (Durchmesser und Länge des Außenrohres), der Durchsatz an Ausgangsgas (Liter O₂ je Stunde) und die elektrische Leistung (Watt) bei den jeweiligen Versuchen gleichgewählt.

Die elektrischen und stofflichen Ausbeuten sind in Watt je Gramm O₃, Gramm O₃ je Stunde und Gewichtsprozent 0₃/0₂ angegeben.

In den in den Tabellen 1 und 2 angeführten Werten für die Aufnahme an elektrischer Leistung sind etwa 30% Gesamtverluste des verwendeten Laboratoriums-Hochspannungstransformators enthalten.

Bei Ozonisatoren in technischem Maßstab (Parallelschaltung vieler Einheiten) und Transformatoren von beispielsweise 20 kVA erniedrigen sich erfahrungsgemäß die Gesamtverluste auf 8 bis 10%, so daß in der Technik mit einem um etwa 20% niedrigeren Leistungsbedarf und einer entsprechend höheren elektrischen Ausbeute gerechnet werden kann.

Die gefundenen Werte lassen die Überlegenheit des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung über bekanntgewordene Ozonisatoren eindeutig erkennen.

Tabelle

Apparaturen

Äußeres Metallrohr 35 mm Durchmesser Sogenannter Einraumozonisator Sogenannter Doppelsystemozonisator Rohrlängen 1000 mm Watt Liter O₂ Watt O₃ Gramm O₃ Gewichtsprozent Watt O₃ Gramm O₃ Gewichtsprozent je Stunde je Gramm je Stunde O₃ZO₂ je Gramm je Stunde o₃/o₂ 60 50 21 2,8 4,0 14 4,2 6,0 60 100 19 3,1 2,4 11 5,3 4,0 60 150 17 3,5 1,8 9 6,4 3,0 60 200 16 3,8 1,4 8,5 7,0 2,5 60 250 15 4,0 1,1 8 7,5 2,1 120 50 32 3,8 5,4 23 5,2 7,4 120 100 27 4,4 3,0 18 6,8 5,0 120 150 23 5,1 2,4 14 8,5 4,0 120 200 22 5,4 2,0 13 9,2 3,4 120 250 21 5,7 1,6 12 9,9 2,8

Tabelle

Apparaturen

Äußeres Metallrohr 45 mm Durchmesser Sogenannter Einraumozonisator Sogenannter Doppelsystemozonisator Rohrlängen 1000 mm Watt Liter O₂ Watt O₃ Gramm O₃ Gewichtsprozent Watt O₃ Gramm O₃ Gewichtsprozent je Stunde je Gramm je Stunde o₃/o₂ je Gramm je Stunde o₃/o₂ 85 70 25 3,3 3,3 16 5,2 5,3 85 140 21 3,8 2,0 13 6,5 3,3 85 210 19 4,3 1,5 11 7,7 2,6 85 280 18 4,6 1,2 10 8,5 2,2 85 350 17 4,9 1,0 9 9,4 2,0 165 70 37 4,5 4,5 26 6,2 6,4 165 140 31 5,3 2,8 21 7,8 4,0 165 210 27 6,1 2,1 17 2,6 3,3 165 280 25 6,7 1,7 15 10,7 2,9 165 350 23 7,1 1,5 13 12,2 2,6

Patentansprüche:
1. VorrichtungzurkontinuierlichenHerstellung von Ozon aus Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Gasen in der stillen elektrischen Entladung, die in den vom Ausgangsgas durchströmten Zwischenräumen zwischen zwei rohrförmigen Elektroden und einem zwischen diesen angeordneten Dielektrikum unterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß als spannungsführende Elektroden zwei mit Abstand koaxial ineinander-

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