DE3602238A1

DE3602238A1 - Vorrichtung zur ionisierung von molekuelen

Info

Publication number: DE3602238A1
Application number: DE19863602238
Authority: DE
Inventors: Rolf Schoenenberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-01-25
Filing date: 1986-01-25
Publication date: 1987-07-30

Description

Für bestimmte physikalische oder chemische Vorgänge, wie zum Beispiel die Erzeugung von Ozon, ist die Ionisation von Molekülen erforderlich. Diese Ionisation wird im elektrischen Feld durch hohe elektrische Feldstärke bewirkt, wobei von Elektrode zu Elektrode durchgehende Lichtbögen vermieden werden. Andererseits sollen die Entladungen, die mit dieser Ionisation verbunden sind, im Sinne des gewünschten Effektes energiereich sein. Deshalb werden Anordnungen gewählt, bei denen die Feldstärke weit über der Durchschlagfeldstärke des umzuwandelnden Mediums liegt, während der Lichtbogen mit Hilfe einer durchgehenden Schicht aus festem Isolierstoff verhindert wird. Die Bedingungen für die Ionisation sollen in einem genügend grußem Volumen gegeben sein.

Eine übliche Vorrichtung zur Ozonerzeugung ist ein Glasrohr-Ozoneur. Zwischen dem leitenden Belag auf der Innenseite eines Glasrohres und der konzentrischen rohrförmigen metallischen Außenelektrode wird eine hohe Wechselspannung angelegt. Das Glasrohr verhindert einen Durchschlag von Elektrode zu Elektrode. Zwischen dem Glasrohr und der Außenelektrode kann deshalb eine elektrische Feldstärke erzeugt werden, die weit oberhalb der Durchschlagfeldstärke des hier eingebracten Mediums liegt. Durch diese hohe Feldstärke wird der Sauerstoff ionisiert und zu Ozon umgewandelt. Die Menge des entstehenden Ozones ist von der Intensität der Ionisation abhängig. Es hat sich gezeigt, daß ein möglichst geringer Abstand zwischen Glasrohr und Außenelektrode anzustreben ist.

Gegenstand der Erfindung ist es, zur Steigerung der elektrischen Feldstärke im zu ionisierenden Medium ferroelektrische Dielektrika einzusetzen. Dadurch wird die Verschiebungsflußdichte in diesem Material bis zu drei Zehnerpotenzen erhöht, so daß die elektrische Feldstärke in den in Reihe zu diesen Teilen liegenden Isolierstrecken, je nach Länge dieser Strecken, um einen ähnlichen Faktor vergrößert wird. Die erforderliche Spannung zur Erzeugung der hohen Feldstärken wird entsprechend geringer. Gasstrecken, die zwischen den ferroelektrischen Teilen, also parallel zu Ihnen im elektrischen Feld liegen, haben eine sehr geringe elektrische Feldstärke, so daß dadurch das Entstehen eines Lichtbogens - eines Durchschlages von Elektrode zu Elektrode - vermieden wird. Eine durchgehende feste Isolierstoffschicht, wie das Glasrohr bei der geschilderten Konstruktion, erübrigt sich deshalb. Zu dem Vorteil einer sehr hohen elektrischen Feldstärke im Ionisierungsgebiet kommt noch der Vorteil einer geringeren notwendigen Spannungshöhe.

Für die konstruktive Ausführung der Vorrichtung zur Erzeugung von Ionen ergeben sich einige verschiedene Möglichkeiten.
Eine ebene Anordnung zeigt Bild 1: Zwischen zwei ebenen Elektroden (1, 2) sind die aus ferroelektrischem Material bestehenden Teile (5) angeordnet. Die elektrische Feldstärke zwischen diesen Teilen - parallel dazu im elektrischen Feld liegend - ist sehr gering (3). Ein vollständiger Durchschlag wird deshalb erst bei sehr hohen elektrischen Spannungen an den Elektroden auftreten. Die elektrische Feldstärke der in Reihe zu diesen Teilen liegenden Islierstoffstrecken (4) ist dagegen sehr groß, so daß dort intensive Ionisation stattfindet, wie sie für den chemischen Prozeß erwünscht ist.
Wenn die dielektrischen Körper (5) an der Fläche zum Spalt (4) scharfkantig ausgeführt werden, so ist die elektrische Feldstärke an diesen Kanten größer als auf der übrigen Fläche. Zur Vergleichmäßigung der Feldstärke im Ionisierungsraum (4) ist es deshalb vorteilhaft, den dielektrischen Körpern auf dieser Fläche eine spezielle Form zu geben (6), die von der Spaltbreite abhängig ist. (Bild 2)

Die Erhöhung der elektrischen Feldstärke an den Kanten der dielektrischen Körper ist auch vom Abstand abhängig, den diese Körper zueinander haben. Durch die geringere erforderliche Spannung zwischen den Elektroden ist dieser Abstand zwischen den dielektrischen Körpern nicht kritisch. Deshalb ist auch die Ausführung der dielektrischen Körper als zylinderförmige Teile gleicher Höhe und die Anordnung (7) nach Bild 3 möglich. Will man Entladungen beispielsweise zwischen den dielektrischen Körpern (5) und der Elektrode (2) vermeiden, die in den Spalten aufgrund unvermeidlicher Unebenheiten entstehen, so ist der dielektrische Körper an dieser Fläche mit einem leitenden Anstrich (8) zu versehen. (Bild 2)

Für einen optimalen Ionisierungseffekt ist es von Bedeutung, daß das zu ionisierende Medium den Bereich des Feldes mit hoher elektrischer Feldstärke gleichmäßig mit definierter Geschwindigkeit durchströmt. Dafür bietet die Anordnung nach Bild 4 günstige Voraussetzungen. Das Medium strömt von unten durch das Rohr, das als Elektrode (2) dient. Mit einstellbarer Durchlaufzeit strömt es dann durch den Spalt (4) zwischen Elektrode (1) und dem Ring aus ferroelektrischem Material (5). Für rein achsiale Strömungsrichtung des zu ionisierenden Materials eignet sich eine Anordnung, bei der die Elektroden konzentrische Zylinder sind, und das ferroelektrische Material als Ringe zwischen diesen Elektroden angeordnet wird, so daß sinnvollerweise auf der Außenseite der Spalt mit dem Ionisierungsfeld entsteht. In dieser Anordnung lassen sich leicht eine Reihe von Ionisierungsstrecken hintereinander legen.

Claims

1. Vorrichtung zur Ionisierung von Molekülen mit Hilfe der Erzeugung eines elektrischen Feldes mit hoher elektrischer Feldstärke zwischen zwei Elektroden wobei ein von Elektrode zu Elektrode durchgehender Lichtbogen vermieden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem von den beiden Elektroden (1, 2) gebildeten Zwischenraum (4) ferroelektrische Dielektrika angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden als Platten (1, 2) ausgebildet sind und daß zwischen den Elektrodenplatten (1, 2) im Abstand voneinander angeordnete Körper (5) aus ferroelektrischem Material angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrischen Körper aus Quadern (5) bestehen und daß die eine geringe Feldstärke aufweisenden Abstände (3) zwischen den dielektrischen Quadern (5) gleich groß sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Quader (5) zu den beiden Elektroden (1, 2) einen Abstand (4) besitzen, der etwa die gleiche Größe aufweist und einen Zwischenraum bildet in dem eine erhöhte Feldstärke vorhanden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrischen Körper aus aneinanderliegenden Zylindern (7) gleicher Höhe bestehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode (2) als flacher Ring ausgebildet ist, der den ebenfalls ringförmigen dielektrischen Körper (5) trägt, so daß das zu ionisierende Medium durch diesen Ring und den Zwischenraum (4) zur Elektrode (1) hindurchgeführt werden kann.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet daß die eine Fläche der Dielektrischen Körper (5), die zu dem Zwischenraum (4) mit der hohen elektrischen Feldstärke liegt, zur Vergeleicmäßigung dieser Feldstärke eine spezielle ballige Form bekommt (6).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Planfläche der Dielektrischen Körper (5), die mit einer Elektrode unmittelbar in Berührung ist, mit einer leitenden Schicht (8) versehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8 dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Abstände (3) zwischen den dielektrischen Körpern (5) einerseits und der Abstände (4) zwischen den dielektrischen Körpern (5) und der Elektrode (1) andererseits so gewählt ist, daß eine maximale Ionisierung erreichbar ist.