Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ozon ist ein starkes Oxidationsmittel, das – richtig angewendet – einen wesentlichen Beitrag zur Reinerhaltung der Umwelt (Wasser, Luft) leisten kann. Ziel ist die Entwicklung einer neuartigen Ozonerzeugereinheit, die mit geringerer Leistungsaufnahme als markt\u00fcbliche Ger\u00e4te eine h\u00f6here Ozonausbeute erreicht, was wiederum eine kleinere Baugr\u00f6\u00dfe des Ger\u00e4tes mit weniger Materialverbrauch und somit geringere Investitionskosten bedeutet. Die h\u00f6here Ozonausbeute soll durch den Einsatz eines keramischen Dielektrikums erreicht werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Forschungsthema wurde in drei Teilabschnitte unterteilt:
\n1.\tTheoretische Vorstudien und Marktrecherchen;
\n2.\tEntwicklung und Bau von Funktionsmustern f\u00fcr ca. 50 bis 100 g Ozon pro Stunde aus Sauerstoff;
\n3.\tBau Spannungsversorgungen f\u00fcr kleinere und gr\u00f6\u00dfere Ozonmengen (bis 1 kg Ozon pro Stunde).
\nIn der ersten Projektphase wurden Studien zu keramischen Ozonerzeugerelementen und zu Wechselrichtern f\u00fcr Ozonerzeuger durchgef\u00fchrt. Vor- und Nachteile markt\u00fcblicher Ger\u00e4te wurden herausgestellt. F\u00fcr den Ozonerzeuger wurde ein Ersatzschaltbild entwickelt, welches mittels Computersimulation zur Optimierung der Spannungsversorgung f\u00fchrte.
\nEine Spannungsversorgung f\u00fcr 1,8 kW Leistung und 400 Hz Rechteckstrom wurde gebaut. Die Gesamtanlage besteht aus einer Drehstromspannungsquelle (Netz), der Spannungsversorgung f\u00fcr den Ozonerzeuger, bestehend aus Stromumrichter mit einstellbarer Frequenz und Transformator, sowie dem keramischen Ozonerzeugermodul selbst(einerseits beschichtete Edelstahlrohre, andererseits R\u00f6hrchenmodule mit 585 bzw. 1116 R\u00f6hrchen). Mittels Variation von Spannung, Frequenz, Stromform und Sauerstoffdurchsatz wird eine optimale Ozonausbeute ermittelt. Der Ozonerzeuger ist nach dem Baukastenprinzip aufgebaut. F\u00fcr die Erzielung gro\u00dfer Mengen Ozon m\u00fcssen entsprechend viele Module zusammengeschaltet werden. In einem n\u00e4chsten Schritt wurden die Keramikr\u00f6hrchen durch Wabenk\u00f6rper ersetzt. Dies sollte eine verbesserten Wirkungsgrad des Ozonisators ergeben. F\u00fcr gr\u00f6\u00dfere Ozonmengen wurde au\u00dferdem eine gr\u00f6\u00dfere Spannungsversorgung mit 8 kW Leistung gebaut.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
1.\tEs wurden 3 verschiedene Ausf\u00fchrungen von Ozonerzeugermodulen gebaut:
\n\u00b7\tOzonerzeuger aus Edelstahlrohr mit keramischen Spritzschichten als Dielektrikum
\n\u00b7\tQuadratische Module mit 585 bzw. 1116 Keramikr\u00f6hrchen
\n\u00b7\tQuadratische Module mit 36 Keramikwabenk\u00f6rpern
\n2.\tZum Betreiben der Ozonerzeuger wurden 2 verschiedene Spannungsversorgungen gebaut und eine weitere projektiert:
\n\u00b7\t1,6 kW Spannungsversorgung (Frequenz \u00a3 400 Hz) f\u00fcr den Laborbetrieb (Test der Module);
\n\u00b7\t8 kW-Spannungsversorgung (Frequenz 200 – 1200 Hz) zur Erzeugung von ca. 1 kg Ozon pro Stunde;
\n\u00b7\tLaboraufbau einer Spannungsversorgung, die ohne Transformator und Schwingkreisinduktivit\u00e4t arbeitet (Projekt f\u00fcr Diplomarbeit).
\n3.\tZur Optimierung der K\u00fchlleistung wurden zwei Arten direkt gek\u00fchlte Erdelektroden entwickelt:
\n\u00b7\tElektroden in Plattenform
\n\u00b7\tElektroden in Gitterform
\n4.\tEs wurde festgestellt, dass f\u00fcr die Erzielung einer hohen Ozonausbeute mehrere Faktoren eine entscheidende Rolle spielen:
\n\u00b7\tArt und Eigenschaften des Dielektrikums (Permittivit\u00e4t soll m\u00f6glichst hoch sein, optimierte Schichtdicke);
\n\u00b7\tOptimale K\u00fchlung der geerdeten Elektroden muss gew\u00e4hrleistet sein (direkte K\u00fchlung);
\n\u00b7\tFrequenz des Umrichters muss m\u00f6glichst hoch sein (es gilt, den Resonanzpunkt zu finden);
\n\u00b7\tAnpassung der Spannungsversorgung an das Ozonerzeugermodul muss optimiert werden (Abgleich);
\n\u00b7\tOptimierung des Luftspaltes (zwischen 0,5 und 1mm, gleichm\u00e4\u00dfiger Abstand zur Elektrode).
\nAls Einsatzgas wurde reiner Sauerstoff gew\u00e4hlt. Dadurch entf\u00e4llt eine aufwendige Gasreinigung sowie Trocknung. Au\u00dferdem wird dadurch die Bildung von giftigen Stickoxiden vermieden. Durch eine geeignete Materialauswahl und die Entwicklung einer Spannungsversorgung, die ohne Transformator auskommt, werden Werkstoffe und Energie eingespart und somit die Umwelt entlastet.Die eingesetzten Werkstoffe haben eine hohe Lebensdauer (Keramik, Glas) und sind recycelbar. Dies liefert einen wichtigen Aspekt zur Umweltvertr\u00e4glichkeit des neuartigen Ozonerzeugers. Die Investitionskosten werden gesenkt.
\nInsgesamt ist die Anordnung auf Grund der kurzen Wegl\u00e4nge der Hochspannungsstrecke durchschlagssicher.
\nJe nach Anzahl der zusammengeschalteten Module (Baukastenprinzip) k\u00f6nnen verschiedene Ozonmengen hergestellt werden. Durch die kompakte Bauweise ist der Platzbedarf f\u00fcr das Gesamtger\u00e4t kleiner als bei herk\u00f6mmlichen Ger\u00e4ten.
\nBei Verwendung von keramischen Schichten als Alternative entf\u00e4llt die Verdrahtung und Versilberung der Elektroden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Auf der DECHEMA- Jahrestagung vom 26. -28. Mai 1998 in Wiesbaden wurde ein Poster mit dem Titel Neuartige und energiesparende Ozonerzeugereinheit pr\u00e4sentiert.Im Jahr 1998 sind noch Ver\u00f6ffentlichungen in Umweltzeitschriften (Umweltmagazin und Wasser, Luft, Boden) geplant.
\nDie Vermarktung der Ger\u00e4te l\u00e4uft \u00fcber Th\u00fcringer Umweltinnovationszentren.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
\u00b7\tDas Ziel des Forschungsthemas wurde erreicht.
\n\u00b7\tEs wurden Labormuster in mehreren Varianten gefertigt und getestet.
\n\u00b7\tBei Ozonerzeugern mit Keramikdielektrikum sind Energiebilanzen bis 4,5 Wh\/g Ozon erreichbar.
\n\u00b7\tDie Ger\u00e4tevarianten mit beschichteten Rohren und versilberten R\u00f6hrchen erbrachten gute Ergebnisse.
\n\u00b7\tDie Ozonausbeute bei Einsatz von Keramik ist h\u00f6her als bei einem Glasdielektrikum
\n\u00b7\tDie Module mit den Keramikwabenk\u00f6rpern erreichten keine auswertbaren Ergebnisse.
\n\u00b7\tDie Einsatzspannung zur Ozonerzeugung kann bei Keramik bis 2 kV abgesenkt werden.
\n\u00b7\tEs ist denkbar, mit einer Spannungsversorgung ohne Transformator zu arbeiten.
\n\u00b7\tEs wurden 2 vermarktungsf\u00e4hige Spannungsversorgungen entwickelt und gebaut.
\n\u00b7\tF\u00fcr die Vermarktung der Ozonerzeugermodule ist der Bau eines gr\u00f6\u00dferen Ger\u00e4tes (mit 5 bis 10 Rohren) erforderlich.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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