Wie ein Corona-Entladung Ozone Generator funktioniert

Was ist Koronaentladung?

Koronaentladung ist ein Prozess, bei dem eine Hochspannung an ein Gas (in der Regel Luft oder Sauerstoff) angelegt wird, um einen kleinen, stabilen elektrischen Lichtbogen zu erzeugen. Dieser Lichtbogen überbrückt nicht vollständig die Lücke zwischen den Elektroden, ionisiert jedoch das Gas in seinem unmittelbaren Bereich, wodurch ein Plasma entsteht. Dieses Plasma enthält hochenergetische Elektronen, die Sauerstoffmoleküle (O₂) in einzelne Sauerstoffatome spalten können.

Wie Ozon gebildet wird

Die grundlegende chemische Reaktion zur Ozonbildung ist:

So funktioniert ein Koronaentladungsozonerzeuger:

1. Sauerstoffversorgung: Der Generator nimmt trockene Luft oder reinen Sauerstoff auf. Feuchtigkeit wird vermieden, da Wasser die Ozonbildung stören und den Generator beschädigen kann.

2. Anwendung von Hochspannung: Eine Hochspannungswechselspannung oder gepulste Gleichspannung wird über Elektroden angelegt, die durch ein Dielektrikum (in der Regel Glas, Keramik oder Teflon) getrennt sind. Dies erzeugt die Koronaentladung.

3. Molekülzersetzung: Energiereiche Elektronen in der Korona kollidieren mit O₂-Molekülen und zerbrechen sie in einzelne Sauerstoffatome (O).

4. Ozonbildung: Diese freien Sauerstoffatome reagieren schnell mit intakten O₂-Molekülen zur Bildung von Ozon (O₃).

5. Ozonausgang: Das ozonangereicherte Gas verlässt den Generator und wird an die gewünschte Anwendung geleitet, wie z.B. einen Luftkanal, Wassertank oder Sterilisationstank.

Schlüsselkomponenten eines Koronaentladungsozonerzeugers

• Dielektrisches Rohr oder Platte: Isoliert die Hochspannung und trägt zur Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Koronaentladung bei.

• Hochspannungstransformator: Liefert die Energie, die zur Erzeugung der Korona benötigt wird.

• Elektroden: Üblicherweise Metallplatten oder -stäbe, wobei eine an die Hochspannung und die andere an den Boden angeschlossen ist.

• Sauerstoffquelle: Trockene Luft oder reiner Sauerstoff gewährleistet eine effiziente Ozonproduktion. Nahezu reiner Sauerstoff wird durch einen Sauerstoffgenerator erzeugt, der in Waboost-Maschinen integriert ist.

• Kühlsystem: Die Ozonerzeugung erzeugt Wärme, und die Kühlung hilft, die Effizienz aufrechtzuerhalten und den Rückabbau von Ozon zu Sauerstoff zu verhindern.

Umwandlungseffizienz und warum wir Sauerstoff verwenden

Die Effizienz der Ozonerzeugung, oft als Umwandlungseffizienz bezeichnet, hängt davon ab, wie viele O₂-Moleküle erfolgreich in O₃ umgewandelt werden. Die Verwendung von reinem Sauerstoff anstelle von Umgebungsluft verbessert diese Effizienz erheblich, da Stickstoff und andere Gase in der Luft Energie absorbieren, ohne Ozon zu bilden, was zu einer geringeren Ausbeute führt. Indem der Generator mit konzentriertem Sauerstoff aus einem Sauerstoffgenerator gespeist wird, erreichen wir höhere Ozonkonzentrationen mit weniger Energie, was das System effektiver und kostengünstiger macht. Dies ist besonders wichtig für industrielle Anwendungen, bei denen eine hohe Ozonproduktion für die Wasseraufbereitung erforderlich ist.

Typische Umwandlungseffizienz

In praktischen Koronaentladungssystemen liegt die Umwandlungseffizienz normalerweise zwischen 10% und 16%, wenn reiner Sauerstoff verwendet wird. Das bedeutet, dass unter optimalen Bedingungen etwa ein Fünftel der Sauerstoffmoleküle in Ozon umgewandelt wird. Die Effizienz wird durch Faktoren wie Gasflussrate, Feuchtigkeit, Temperatur, angelegte Spannung und Elektrodenentwurf beeinflusst. Bei niedrigeren Temperaturen und mit trockenem Sauerstoff wird die Ozonausbeute maximiert, was der Grund ist, warum Sauerstoffgeneratoren für Hochleistungsanwendungen bevorzugt werden.

Vorteile der Koronaentladung

• Kann kontinuierlich über lange Zeiträume betrieben werden.

• Energetisch effizienter im Vergleich zur UV-Ozonerzeugung für größere Systeme.

• Skalierbar für industrielle oder kommerzielle Nutzung.