CH660875A5 - Ozonerzeuger mit einem dielektrikum auf keramikbasis. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ozonerzeuger gemäss Patentanspruch 1 (DE-OS 3128746).

In der DE-OS 31 28 746 wird ein Dielektrikum, das auf einen rohrförmigen oder plattenförmigen, selbsttragenden Metallkörper, der eine Elektrode bildet, schichtförmig aufgebracht ist, zur Verwendung bei Ozonerzeugera vorgeschlagen. Dieses Dielektrikum ist einige 100 (im dick und besteht aus einem in einem Kuststoff homogen verteilten Keramikpulver. Als Kunststoff kommt vorzugsweise ein Phenylmethylpolysiloxan oder ein modifiziertes Silikon und als Keramikpulver eine eine lineare Temperaturabhängigkeit und eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante besitzende Keramik zur Anwendung, wie sie u.a. zur Herstellung von Keramikkondensatoren verwendet wird.

In dieser Veröffentlichung wird anhand eines Diagramms erläutert, dass mit Erhöhung des Gewichtsanteils des Keramikpulvers sich auch die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht erhöht', jedoch bei Verwendung von mehr als 50 Gew.-% Keramikpulver die Durchschlagfestigkeit des Dielektrikums erheblich abfällt.

Einer an sich wünschenswerten Steigerung der Dielektrizitätskonstante zur Erhöhung der Leistungsdichte des Ozonerzeugers sind damit offensichtlich Grenzen gesetzt. Hinzu kommt, dass sich die erreichbaren Durchschlagfestigkeitswerte auf die Durchschlagfestigkeit des Dielektrikums selbst beziehen. Umfangreiche Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass es beim Betrieb eines Ozon-erzeugers weniger auf diese «Kurzzeit-Durchschlagfestigkeit» ankommt. Von grösster Bedeutung ist das Verhalten der dielektrischen Schicht bei ständiger Belastung durch den Entladungsangriff im Entladungsspalt des Ozonerzeugers. Diese hier mit «Langzeit-Durchschlagfestigkeit» bezeichnete Kenngrösse der dielektrischen Schicht ist um Grössenordnungen niedriger als die «Kurzzeit-Durchschlagfestigkeit»: durch den Entladungsangriff werden ständig kleine und kleinste Bestandteile aus der Dielektrikumsoberfläche herausgelöst. An diesen Fehlstellen wird das Dielektrikum dann lokal noch stärker beansprucht, was ein weiteres Herauslösen von Teilchen zur Folge hat und schlussendlich zum Durchbruch schon bei kleinen Feldstärken führt.

Ausgehend vom oberbegrifflichen Stand der Technik liegt der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen gekennzeichnet ist, die Aufgabe zugrunde, einen Ozonerzeuger zu schaffen, dessen Dielektrikum eine wesentlich höhere Langzeit-Durchschlagfestigkeit aufweist und Gewichtsanteile des dielektrischen Füllmaterials über 50 Gew.-% hinaus ermöglicht.

Die Erfindung geht dabei von der folgenden neuen Erkenntnis aus:

Werden in die dielektrische Schicht neben dem Bindemittel und dem feinkörnigen Keramikpulver grössere Körner aus einem koronafesten Material eingelagert, so werden zwar im oberflächlichen Bereich der Schicht durch den Entladungsangriff feinkörnige Pulverteile und Bindemittel herausgeschlagen. In die so gebildeten Löcher zwischen «groben» Körnern kann jedoch das elektrische Feld nicht beliebig eindringen, weil sich dort keine elektrische Entladung mehr ereignet. Ein mechanisches Analogon hierzu wäre der «Pflastersteineffekt»: bei gepflasterten Strassen und Wegen sind dem Erosionsangriff auf das Füllmaterial zwischen den Pflastersteinen durch die Pflastersteine selbst Grenzen gesetzt.

Als Keramikpulver kommt vorzugsweise Bariumtitanat zur Verwendung. Als grobkörnige dielektrische Bestandteile der dielektrischen Schicht eignen sich neben einer Mischung aus Glaskügelchen und Elektrokurund oder Elektrokorund vor allem auch Ti02-Körner entsprechenden Durchmessers. Da Ti02 im Handel nur als feinkörniges Pulver erhältlich ist, werden die groben Körner durch Zermahlen von gesintertem Ti02 gewonnen.

Als härtbarer Kunststoff eignet sich insbesondere anhydridgehärtetes Epoxidharz.

Das Aufbringen des Dielektrikums erfolgt beispielsweise durch Vakuumguss, nach dem Druckgelierverfahren oder nach der Verdrängermethode.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Ozonerzeuger in stark vergrös-sertem Massstab nach längerer Betriebszeit,

Fig, 2 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Wirkungsweise der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine erste metallische Elektrode mit 1, eine zweite metallische Elektrode mit 2 bezeichnet. Die zweite Elektrode 2 weist auf der der ersten Elektrode zugewandten Oberfläche eine dielektrische Schicht 3 auf. Zwischen der Schicht 3 und der ersten Elektrode 1 erstreckt sich der typisch 0,6-2 mm breite Entladungsspalt 4 des Ozonerzeugers.

Die Schicht 3 enthält eine Vielzahl von Ti02-Körnern 5 in mehr oder weniger gleichmässiger Verteilung und dazwischenliegende Ba-riumtitanatkörner 6. Beide Körnertypen sind in ein heisshärtendes, vorzugsweise anhydridgehärtetes Epoxidharz mit einer relativen Dielektrizitätskonstante sr ~3,5 eingelagert. Die Dicke der dielektrischen Schicht 3 beträgt zwischen 1 und 5 mm, vorzugsweise 2,5 bis 3 mm. Das Bariumtitanatpulver weist eine Korngrösse von weniger als 1 um auf und besitzt eine relative Dielektrizitätskonstante sr ~2000.

Die groben Körner bestehen aus Ti02 mit Korngrössen zwischen 5 und 100 (im mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von Er ~ 100. Sie werden durch Sintern von feinkörnigem Ti02 und anschliessendem Zerkleinern gewonnen.

Mit einer derart aufgebauten Schicht, die ca. 42 Vol.-% Kunstharz, ca. 20 Vol.-% Bariumtitanatpulver und ca. 38 Vol.-% grobkörniges Ti02 aufweist, ergab sich eine relative Dielektrizitätskonstante der gesamten Schicht von ca. er = 30, wobei die Langzeit-Durchschlagfestigkeit über 2000 V/mm betrug.

Vergleichbare Werte lieferte eine Schicht 3 mit einer Mischung aus Glaskügelchen und Elektrokorund als grobkörniger Bestandteil der dielektrischen Schicht.

In Fig. 2 ist veranschaulicht, auf welche Weise die gegenüber dem Bekannten höhere Langzeit-Durchschlagfestigkeit erklärt werden kann:

Mit zunehmender Betriebsdauer werden aus der ursprünglichen Dielektrikumsoberfläche 7 die feinkörnigen Bestandteile durch den Entladungsangriff (Koronafäden 8) herausgeschlagen. Auch im Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Ti02-Körnern 5 findet

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

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dieser Vorgang statt. Dieses Material kann jedoch nicht beliebig tief herausgeschlagen werden, da in ein Loch ein elektrisches Feld (symbolisiert durch Pfeile 9) nicht beliebig tief eindringen kann und sich dort deshalb keine elektrische Entladung mehr ereignet. Die hervorstehenden groben Ti02-Körner 5 werden durch die Entladung nicht angegriffen.

Ein erfindungsgemässer Ozonerzeuger weist folgende Vorteile auf:

— es lassen sich ohne schaltungstechnischen Mehraufwand auf der Anspeiseseite Leistungsdichten über 20 kW/m2 erreichen, kleine Spaltweite und Doppelkühlung beider Elektroden vorausgesetzt;

— es sind sehr kleine (mechanische) Toleranzen einhaltbar, die praktisch nur von der Technik des Aufbringens der dielektrischen Schicht, z.B. Umgiessen, abhängig sind;

— bestmöglicher Wärmeübergang zwischen Dielektrikum und

5 Kühlkörper; im Gegensatz zum klassischen Glasrohr mit Innenelektrode kann hier das flüssige Kühlmittel unmittelbar mit der das Dielektrikum tragenden Elektrode in Kontakt gebracht werden;

— eine besondere Innenkontaktierung ist entbehrlich;

io — der Leistungsfaktor (cos (p) ist besser;

— die Erfindung lässt sich sowohl bei Röhren- als auch Plattenozo-nisatoren verwenden.

R

1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

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1. Ozonerzeuger mit einer ersten (1) und einer zweiten metallischen Elektrode (2) und einer Schicht (3) aus dielektrischem Material auf der der ersten Elektrode zugewandten Oberfläche der zweiten Elektrode, wobei die dielektrische Schicht (3) ein mit einem dielektrischen Pulver gefüllter gehärteter Kunststoff ist, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht mehr als 1 mm dick ist, dass der Kunststoffanteil der dielektrischen Schicht (3) höchstens

40 Gew.-% beträgt und das dielektrische Pulver neben einem Keramikpulver mit Korngrössen kleiner als 1 (im grobkörnigere dielektrische Bestandteile mit Korngrössen zwischen 5 und 300 (im enthält.

2. Ozonerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass das Keramikpulver Bariumtitanat ist.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Ozonerzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die grobkörnigeren dielektrischen Bestandteile Glaskugeln mit einem Durchmesser von vorzugsweise 50 bis 150 (im und Elek-trokorund mit einer Korngrösse von 50 bis 150 (im enthalten.

4. Ozonerzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die grobkörnigeren dielektrischen Bestandteile Ti02-Körner sind.

5. Ozonerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gehärtete Kunststoff ein Epoxidharz ist.