WO2001007360A1 - Ozonerzeuger mit keramischem dielektrikum - Google Patents

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ozone generator
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Uwe Klein
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Wedeco Umwelttechnologie Gmbh
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/10—Preparation of ozone
    • C01B13/11—Preparation of ozone by electric discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2201/00—Preparation of ozone by electrical discharge
    • C01B2201/30—Dielectrics used in the electrical dischargers
    • C01B2201/34—Composition of the dielectrics

Definitions

  • the present invention relates to an ozone generator with the features of the preamble of the main claim.
  • ozone generators are known from the prior art, which are based on the principle of ozone generation from oxygen in a silent electrical discharge.
  • Such an ozone generator in tubular form is known from DE 34 22 989, from which the structure of the generic ozone generator can also be seen.
  • the basis is a capacitor construction based on two opposite capacitor plates, between which a dielectric is inserted. In general, the dielectric is in direct contact with one of the two electrodes. A gap remains between the dielectric and the second electrode, through which an oxygen-containing gas flows. This is converted into ozone in a silent electrical discharge.
  • Such ozone generators can be designed in a plate-shaped arrangement and in a tubular concentric arrangement of the electrodes.
  • ozone generators which use glass or glass-enamel dielectrics. Furthermore, from DE 23 54 209 and DE 20 65 823 ozone generators are known which use ceramic materials as dielectrics. All such dielectrics can be designed as self-supporting elements or as a coating on one or both electrodes of an ozone generator.
  • a tubular ozone generator is known, the min- at least has two discharge gaps and uses a ceramic dielectric.
  • This ceramic dielectric has a composition consisting of 70 to 95% Al2O3, less than 25% SiO2 and additives less than 10% of one or more metal oxides of alkali or alkaline earth metals such as K2O, Na2O, CaO, MgO, BaO.
  • the resulting mixed ceramic has a relative dielectric constant ⁇ of 5 to 10.
  • the achievable ozone yield is primarily determined by the quotient ⁇ (D) / d (D). Secondly, the performance of an ozone generator is determined by the absolute value of the relative dielectric constant ⁇ (D) of the dielectric.
  • the dielectric materials known from the prior art achieve the following typical values:
  • a generic ozone generator whose dielectric consists of a mixed ceramic, which is composed of at least two components.
  • Steatite is used as the first component
  • the second component consists of at least one element of the amount of magnesium oxide (MgO), barium oxide (BaO), barium titanate (BaTi ⁇ 3), zirconium oxide (Zr ⁇ 2) and titanium dioxide (Ti2).
  • a ceramic material can be produced from the at least two components mentioned, which is referred to below as mixed ceramic and which has a number of essential advantages for use as a dielectric in generic ozone generators.
  • the first component steatite is in DIN VDE0335 Part 3 characterized.
  • the material steatite has a very high electrical insulation capacity, the minimum electrical breakdown field strength E (D) is 20 kV / mm.
  • E (D) is 20 kV / mm.
  • Steatite is therefore used very advantageously as an insulator in high-voltage applications.
  • Steatite has a relatively low relative dielectric constant ⁇ (D) of about 6.
  • the possible components of the second component magnesium oxide, barium oxide, barium titanate and titanium dioxide have a relatively low electrical breakdown field strength E (D), which is in the range of a maximum of 11 kV / mm and in some cases considerably lower.
  • E (D) electrical breakdown field strength
  • all elements of this set have high to very high values of the respective dielectric constant ⁇ (D), which can be between 9 for magnesium oxide and about 3,000 barium titanate.
  • the second component of the mixed ceramic therefore provides the mixed ceramic with a high relative dielectric constant ⁇ (D).
  • ⁇ (D) / d (D) By combining a first component with high insulation capacity with a second component with high relative dielectric constant, it is possible to obtain mixed ceramics, the resulting quotient ⁇ (D) / d (D) of which can be varied. Values for ⁇ (D) / d (D) between 8 / mm and 26.5 / mm can be easily implemented. At the same time, the resulting relative dielectric constant ⁇ (D) can be set over a wide range, in particular between 10 and 100 and preferably to about 30. Furthermore, the achievable electrical dielectric strength is sufficiently large that a thickness d (D) of the is used for generic ozone generators Dielectric of about 1.5 - 2 mm is sufficient.
  • the composition of the mixed materials used as dielectric ceramic chosen such that the resulting quotient ⁇ (D) / d (D) is at least 10 / mm.
  • the resulting dielectric constant ⁇ (D) of the dielectric lies in the interval between 10 and 100, preferably between 20 and 50.
  • composition of the mixed ceramic should be selected such that the resulting dielectric strength E (D) of the dielectric is greater than 5 kV / mm, preferably greater than 10 kV / mm.
  • a mixed ceramic with the required properties can advantageously be realized in that the proportion by weight of the two components mentioned in claim 1 makes up more than 80% by weight, preferably more than 90% by weight, of the total weight.
  • the dielectric constant ⁇ (D) and / or the quotient ⁇ (D) / d (D) of the dielectric should change by less than 20%, preferably by less than 10%, if the further 100% by weight are still missing Ingredients are added to the mixed ceramic.
  • Advantageous properties of the mixed ceramics according to the invention result if at least one of the components used to produce the dielectric has a grain size in the starting material which is between 1 ⁇ m and 10 ⁇ m. With this grain size there is naturally an inhomogeneity of the dielectric properties of the mixed ceramic, whereby an inhomogeneity of the electric field in the discharge gap of the ozone generator according to the invention is achieved. Such has proven to be beneficial ⁇ way to achieve high ozone yields. On the other hand, with such grain sizes, stable ceramics can be produced in any case by a sintering process, which contain only small enclosed pore volumes.
  • At least one component is used in the starting material of the mixed ceramic according to the invention, the grain size of which is between 15 ⁇ m and 150 ⁇ m.
  • the volume fraction of the pores enclosed in the mixed ceramic should not be more than 1%. In this way, electrical breakdown through the dielectric itself can be reliably ruled out.
  • a mixed ceramic according to the invention is advantageously produced by extrusion of a basic mixture which contains the at least two required components, and is then subjected to a sintering process.
  • mixtures may be prepared which is sprayed onto a suitable carrier substrate and subsequently a thermal treatment Nachbe ⁇ be subjected.
  • all common processing methods from the field of powder processing and ceramic production apply.
  • the construction of the ozone generator according to the invention is simplified if the dielectric used in the ozone generator is designed to be mechanically self-supporting, in particular as a self-supporting plate or as a self-supporting tube. In this case, additional support or holding elements for the dielectric can be omitted.
  • the second electrode which directly adjoins the dielectric inserted into the discharge gap, is formed by a metal film which is applied to a surface of the dielectric.
  • this metal film can be evaporated, sputtered on or galvanically deposited.
  • the ceramics can be glazed to smooth the surface. This can further increase the surface's resistance to ozone attack and material removal through ion bombardment. Furthermore, a more homogeneous distribution of the electric field in the discharge gap can be achieved.
  • Steatite e.g. Type FR53 / 10B from the company Quarzsandtechnike Weissenbrunn
  • BaCO 3 eg type barium carbonate submicron from Solvay Barium
  • Steatit C221 is also characterized by a higher flexural strength.
  • mixed ceramics according to mixtures 3 and 4 are particularly preferred. It has also been shown that ceramic particles with a high relative dielectric constant can also be introduced into a glass melt.
  • the advantages of a ceramic-glass composite material are a smooth and ozone-resistant surface and the use of the higher dielectric strength and lower costs of glass compared to ceramics. In this case, the reduction in the strength of the glass due to the particle storage should be compensated for by constructive measures.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ozonerzeuger mit einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode, die von der ersten Elektrode durch einen Spalt getrennt ist, und einem Dielektrikum, welches in den Spalt zwischen der ersten und der zweiten Elektrode eingebracht ist. Das Dielektrikum besteht aus einer Mischkeramik, die aus mindestens zwei Komponenten zusammengesetzt ist, von denen die erste Komponente Steatit ist, und die zweite Komponente aus mindestens einem Element der Menge Magnesiumoxid, Bariumoxid, Bariumtitanat, Zirkonoxid und Titandioxid besteht.

Description

Bezeichnung: Ozonerzeuger mit keramischem Dielektrikum
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Ozonerzeuger mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs.
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Ozonerzeugern bekannt, die auf dem Prinzip der Ozonerzeugung aus Sauerstoff in einer stillen elektrischen Entladung beruhen. Ein derartiger Ozonerzeuger in Rohrform ist aus der DE 34 22 989 bekannt, aus welcher auch der Aufbau der gattungsgemäßen Ozonerzeuger ersichtlich ist. Grundlage ist eine Kondensatorkonstruktion beruhend auf zwei entgegengesetzten Kondensatorplatten, zwischen die ein Dielektrikum eingebracht ist. Im allgemeinen befindet sich das Dielektrikum in direktem Kontakt mit einer der beiden Elektroden. Zwischen dem Dielektrikum und der zweiten Elektrode verbleibt ein Spalt, durch den ein sauerstoffhaltiges Gas strömt. Dieses wird in einer stillen elektrischen Entladung in Ozon umgewandelt. Derartige Ozongeneratoren können in einer plattenförmigen Anordnung sowie einer rohrförmigen konzentrischen Anordnung der Elektroden ausgebildet sein.
Aus der DE 26 58 913 und der DE 25 34 033 sind Ozongeneratoren bekannt, die Glas- oder Glas-Email-Dielektrika verwenden. Weiterhin sind aus der DE 23 54 209 und aus der DE 20 65 823 Ozongeneratoren bekannt, die keramische Materialien als Dielektrika einsetzen. Alle derartigen Dielektrika können als selbsttragende Elemente ausgeführt sein oder als Beschichtung einer oder beider Elektroden eines Ozongenerators.
Aus der DE 26 18 243 ist ein rohrförmiger Ozongenerator bekannt, der min- destens zwei Entladungsspalte aufweist und ein keramisches Dielektrikum verwendet. Dieses keramische Dielektrikum weist eine Zusammensetzung bestehend aus 70 bis 95 % AI2O3, weniger als 25 % Siθ2 sowie Zusätze geringer als 10 % eines oder mehrerer Metalloxide von Alkali- oder Erdalkalimetallen wie K2O, Na2θ, CaO, MgO, BaO auf. Die resultierende Mischkeramik weist eine relative Dielektrizitätskonstante ε von 5 bis 10 auf.
Im Rahmen von Untersuchungen zur Leistungsfähigkeit gattungsgemäßer Ozongeneratoren hat sich gezeigt, dass deren Leistungsfähigkeit im wesentlichen von zwei materialspezifische Größen des Dielektrikums bestimmt wird. Es ist dies die relative Dielektrizitätskonstante ε(D) des Dielektrikums sowie die minimale Dicke d(D) des Dielektrikums, die erforderlich ist, um elektrische Durchschläge durch das Dielektrikum im Betrieb des Ozongenerators sicher zu verhindern. Wesentlich sind also das dielektrische Verhalten sowie das Isolationsverhalten des Dielektrikums.
In erster Linie wird die erreichbare Ozonausbeute durch den Quotienten ε(D)/d(D) bestimmt. In zweiter Linie wird die Leistungsfähigkeit eines Ozongenerators bestimmt durch den Absolutwert der relativen Dielektrizitätskonstante ε(D) des Dielektrikums. Die aus dem Stand der Technik vorbekannten dielektrischen Werkstoffe erreichen die folgenden typischen Werte:
1. Glas: ε(D) * 5, ε(D)/d(D) < 3,31 /mm,
2. Mischkeramik aus der DE 26 18 243: 5 < ε(D) < 10, ε(D)/d(D) unbekannt,
3. Polymer-Keramik-Compound aus der DE 34 42 121 : ε(D) » 30, ε(D)/d(D) < 12.
Hinsichtlich der Effizienz der gattungsgemäßen Ozonerzeuger hat sich herausgestellt, dass Werte für ε(D)/d(D) im Bereich oberhalb von 10/mm in Kombination mit einer relativen Dielektrizitätskonstante ε(D) im Bereich von etwa 30 ausserordentlich vorteilhaft sind. Solche Werte werden von dem in der DE 34 42 121 angegebenen Polymer- Keramik-Compound bereits erreicht. Jedoch hat sich im praktischen Betrieb herausgestellt, dass die Durchschlagfestigkeit dieses Compounds eine ungenügende Langzeitstabilität aufweist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die eingesetzte Polymermatrix nicht oder nur eingeschränkt ozonresistent ist. Weiterhin kann es zu Materialabtrag aufgrund der im Entladungsspalt aufrechterhaltenen stillen elektrischen Entladung kommen. Aus diesem Grunde werden die genannten Dielektrika in einer verbesserten Ausführung mit einer keramischen Schutzschicht auf Siθ2-Basis versehen. Dies stellt jedoch einen hohen technischen Aufwand bei der Produktion von Ozongeneratoren dar, die auf derartigen Dielektrika beruhen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen gattungsgemäßen O- zongenerator anzugeben, der auf einem Dielektrikum basiert, welches naturgemäß unempfindlich ist gegen den Angriff von Ozon und Materialabtrag durch stille elektrische Entladung, gleichzeitig aus kostengünstigen Inhaltsstoffen besteht und auf einfache Art und Weise herzustellen ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen gattungsgemäßen Ozonerzeuger, dessen Dielektrikum aus einer Mischkeramik besteht, die aus mindestens zwei Komponenten zusammengesetzt ist. Als erste Komponente wird Steatit verwendet, die zweite Komponente besteht aus mindestens einem Element der Menge Magnesiumoxid (MgO), Bariumoxid (BaO), Bariumtitanat (BaTiθ3), Zirkonoxid (Zrθ2) und Titandioxid (Ti2).
Aus den genannten mindestens zwei Komponenten lässt sich mittels vorbekannter Verfahren ein keramischer Werkstoff herstellen, der im folgenden als Mischkeramik bezeichnet wird, und der für die Verwendung als Dielektrikum in gattungsgemäßen Ozongeneratoren eine Reihe wesentlicher Vorzüge aufweist. Die erste Komponente Steatit wird in der DIN VDE0335 Teil 3 charakterisiert. Der Werkstoff Steatit weist ein sehr hohes elektrisches Isolationsvermögen auf, die minimale elektrische Durchschlagfeldstärke E(D) beträgt 20 kV/mm. Steatit wird daher sehr vorteilhaft als Isolator in Hochspannungsanwendungen verwendet. Steatit weist eine verhältnismäßig niedrige relative Dielektrizitätskonstante ε(D) von etwa 6 auf. Durch Verwendung von Steatit als erster Komponente der Mischkeramik wird eine hohe Durchschlagfestigkeit des Dielektrikums erzielt.
Dagegen weisen die möglichen Bestandteile der zweiten Komponente Magnesiumoxid, Bariumoxid, Bariumtitanat sowie Titandioxid eine relativ niedrige elektrische Durchschlagfeldstärke E(D) auf, die im Bereich von maximal 11 kV/mm und teilweise erheblich darunter liegt. Jedoch weisen alle Elemente dieser Menge hohe bis sehr hohe Werte der jeweiligen dielektrischen Konstante ε(D) auf, die zwischen 9 für Magnesiumoxid und etwa 3.000 Bariumtitanat liegen können. Die zweite Komponente der Mischkeramik stellt daher der Mischkeramik eine hohe relative Dielektrizitätskonstante ε(D) zur Verfügung.
Durch Kombination einer ersten Komponente mit hoher Isolationsfähigkeit mit einer zweiten Komponente mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante ist es möglich, Mischkeramiken zu erhalten, deren resultierender Quotient ε(D)/d(D) variiert werden kann. Werte für ε(D)/d(D) zwischen 8 /mm und 26,5/mm sind problemlos zu realisieren. Gleichzeitig ist die resultierende relative Dielektrizitätskonstante ε(D) über weite Bereiche einstellbar, insbesondere zwischen 10 und 100 und vorzugsweise auf etwa 30. Weiterhin ist die erzielbare elektrische Durchschlagfestigkeit ausreichend groß, so dass für die Verwendung in gattungsgemäßen Ozongeneratoren eine Dicke d(D) des Dielektrikums von etwa 1,5 - 2 mm ausreichend ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemässen Ozongenerators wird daher die Zusammensetzung der als Dielektrikum verwendeten Misch- keramik dergestalt gewählt, dass der resultierende Quotient ε(D)/d(D) mindestens 10/ mm beträgt.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die resultierende Dielektrizitätskonstante ε(D) des Dielektrikums im Intervall zwischen 10 und 100, vorzugsweise zwischen 20 und 50 liegt.
Weiterhin sollte die Zusammensetzung der Mischkeramik so gewählt sein, dass die resultierende Durchschlagfeldstärke E(D) des Dielektrikums größer ist als 5 kV/mm, vorzugsweise größer ist als 10 kV/mm.
Eine Mischkeramik mit den geforderten Eigenschaften lässt sich vorteilhaft dadurch realisieren, dass der Gewichtsanteil der beiden in Anspruch 1 genannten Komponenten mehr als 80 Gewichtsprozent, vorzugsweise mehr als 90 Gew.-% des Gesamtgewichts ausmachen. Insbesondere sollen sich die Dielektrizitätskonstante ε(D) und/oder der Quotient ε(D)/d(D) des Dielektrikums um weniger als 20 %, vorzugsweise um weniger als 10 % ändern, wenn die zu 100 Gew.-% noch fehlenden weiteren Inhaltsstoffe zur Mischkeramik zugegeben werden.
Vorteilhafte Eigenschaften der erfindungsgemässen Mischkeramik ergeben sich, wenn mindestens eine der zur Herstellung des Dielektrikums verwendeten Komponenten im Ausgangsstoff eine Korngröße aufweist, die zwischen 1 μm und 10 μm beträgt. Bei dieser Korngröße ergibt sich naturgemäß eine Inhomogenität der dielektrischen Eigenschaften der Mischkeramik, wodurch eine Inhomogenität des elektrischen Feldes im Entladungsspalt des erfindungsgemässen Ozonerzeugers erzielt wird. Eine solche hat sich als vorteil¬ haft für die Erzielung hoher Ozonausbeuten erwiesen. Andererseits lassen sich mit derartigen Korngrößen auf jeden Fall stabile Keramiken durch einen Sinterprozess erzeugen, die nur geringe eingeschlossene Porenvolumina beinhalten. In einer anderen vorteilhaften Ausführung wird im Ausgangsmaterial der erfindungsgemässen Mischkeramik mindestens eine Komponente verwendet, deren Korngröße zwischen 15 μm und 150 μm beträgt. Auf diese Weise lässt sich der bereits genannte Effekt einer erhöhten Inhomogenität des elektrischen Feldes noch verstärken, andererseits kann eine erhöhte Abtragsresistenz der Mischkeramik gegenüber dem bei der stillen elektrischen Entladung auftretenden Ionenbombardement erzielt werden.
In allen Ausführungsbeispielen soll der Volumenanteil der in der Mischkeramik eingeschlossenen Poren nicht mehr als 1 % betragen. Auf diese Weise kann ein elektrischer Durchschlag durch das Dielektrikum selbst sicher ausgeschlossen werden.
Für eine effiziente Ozonerzeugung mit einem gattungsgemäßen Ozongenerator ist eine effiziente Kühlung des Entladungsspalts unbedingt erforderlich, da erhöhte Betriebstemperaturen in diesem Bereich eine erhöhte Ozonzerfallrate zur Folge haben. Aus diesem Grunde ist ein Wärmetransport aus dem Entladungsspalt über das Dielektrikum zur angrenzenden Elektrode erforderlich. Die Zusammensetzung der erfindungsgemässen Mischkeramik dergestalt gewählt, dass die resultierende Wärmeleitfähigkeit λ(D) > 2 x 10" 6/K beträgt. Eine solche Wärmeleitfähigkeit stellt eine wesentliche Verbesse¬ rung gegenüber einem aus Glas bestehenden Dielektrikum dar.
Vorteilhafterweise wird eine erfindungsgemässe Mischkeramik mittels Extru- sion einer Grundmischung hergestellt, die die mindestens zwei erforderlichen Komponenten enthält, und danach einem Sinterprozess unterworfen. Jedoch können auch Mischungen hergestellt werden, die auf ein geeignetes Trägersubstrat aufgespritzt und anschliessend einer thermischen Nachbe¬ handlung unterzogen werden. Weiterhin sind alle gängigen Verarbeitungsmethoden aus dem Bereich der Pulververarbeitung und Keramikherstellung anzuwenden.
Die Konstruktion des erfindungsgemässen Ozongenerators vereinfacht sich, wenn das in den Ozonerzeuger eingesetzte Dielektrikum mechanisch selbsttragend ausgeführt ist, insbesondere als selbsttragende Platte oder als selbsttragendes Rohr. In diesem Fall können zusätzliche Stütz- oder Halteelemente für das Dielektrikum entfallen.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird die zweite Elektrode, die direkt an das in den Entladungsspalt eingesetzte Dielektrikum angrenzt, durch einen Metallfilm gebildet, der auf eine Oberfläche des Dielektriums aufgebracht ist. Insbesondere kann dieser Metallfilm aufgedampft, auf- gesputtert oder galvanisch abgeschieden sein.
Falls erforderlich, können die Keramiken zur Glättung der Oberfläche glasiert werden. Hierdurch kann die Resistenz der Oberfläche gegen Ozonangriff und Materialabtrag durch Ionenbombardement weiter gesteigert werden. Weiterhin kann ein eine homogenere Verteilung des elektrischen Feldes im Entladungsspalt erzielt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemässen Ozongenerators ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nun folgenden Ausführungsbeispielen.
Ausführungsbeispiele:
Als Ausgangsstoffe wurden die im Hauptanspruch genannten Stoffe von den folgenden Lieferanten bezogen:
Steatit: z.B. Typ FR53/ 10B der Firma Quarzsandwerke Weissenbrunn
Bauer & Co. / D -Weissenbrunn T : z.B. Typ Bayoxide TR-HP- 1 der Firma Bayer AG / D-Leverkusen
BaCO3: z.B. Typ Bariumcarbonat submicron der Firma Solvay Barium
Strontium GmbH / D-Hannover MgO: z.B. Typ Ankermag B21 der Firma Magnifm Magnesiaprodukte
GmbH / A-St. Jakob BaTiO3: z.B. Z9500 der Firma Ferro Transeico / US-Penn Yann
Bei Steatit ist es ratsam, das für Hochfrequenzanwendungen geeignete Sonder- bzw. Barium- Steatit (C221) zu verwenden. Im Gegensatz zu anderen Steatit-Qualitäten zeichnet sich Steatit C221 auch durch eine höhere Biegebruchfestigkeit aus.
Aus den Inhaltsstoffen wurden Mischphasen oder Dispersionswerkstoffe hergestellt. Zu diesem Zweck wurden die pulverförmigen Inhaltsstoffe (Korngröße typisch unter 10 μm) mittels der in der Pulververarbeitung üblichen Verarbeitungsverfahren gemeinsam vermischt oder granuliert. Danach erfolgte die Grünformgebung z.B. mittels Schlickerguß, Pressen, Isopressen o- der Extrudieren.
Ein Sintern der genannten Stoffmischungen erfolgte bei Temperaturen zwischen 1220°C und 1370°C (Steatit und TiO2). Es hat sich gezeigt, dass in Abhängigkeit von den Ausgangsstoffen und deren Zusammensetzung die Sinterkurve jeweils angepaßt werden sollte.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass bei Zugabe von BaCO3 zu einem Masseversatz aus Steatit und Tiθ2 mit steigender Zugabemenge an BaCθ3 eine abnehmende Sintertemperatur gewählt werden sollte. Im Fall einer solchen Mi¬ schung aus Steatit, BaCθ3 und Tiθ2 ist eine Sintertemperaturabsenkung von ca. 10°C-20°C je 1 % BaCO3-Zugabe vorteilhaft. BaCO3 wird während des Sinterprozesses zu BaO reduziert. Die auf die beschriebene Weise hergestellten Mischkeramiken weisen für die Verwendung in einem Ozongenerator vorteilhafte Eigenschaften auf, die in der folgenden Tabelle zusammengestellt sind:
Tabelle: Übersicht Materialeigenschaften erfindungsgemäßer Mischkeramiken
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Aufgrund ihrer optimalen dielektrischen Eigenschaften und des guten Isolationsvermögens sind Mischkeramiken gemäss Mischungen 3 und 4 besonders bevorzugt. Weiterhin hat sich gezeigt, dass keramische Partikel mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante auch in eine Glasschmelze eingebracht werden können. Vorteile eines Keramik- Glas Verbundwerkstoffs sind eine glatte und ozonre- sistente Oberfläche und eine Nutzung der im Vergleich zu Keramiken höheren Durchschlagfestigkeit und geringeren Kosten von Glas. Die Verringerung der Festigkeit des Glases durch die Partikeleinlagerung sollte in diesem Fall durch konstruktive Maßnahmen aufgefangen werden.

Claims

Bezeichnung: Ozonerzeuger mit keramischem DielektrikumPatentansprüche
1. Ozonerzeuger mit einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode, die von der ersten Elektrode durch einen Spalt getrennt ist, und einem Dielektrikum, welches in den Spalt zwischen der ersten und der zweiten Elektrode eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum aus einer Mischkeramik besteht, die aus mindestens zwei Komponenten zusammengesetzt ist, von denen die erste Komponente Steatit ist, und die zweite Komponente aus mindestens einem Element der Menge Magnesiumoxid, Bariumoxid, Bariumtitanat, Zirkonoxid und Titandioxid besteht.
2. Ozonerzeuger gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis der beiden Komponenten so gewählt ist, dass der resultierende Quotient ε(D)/d(D) von resultierender Dielektrizitätskonstante ε(D) des Dielektrikums und minimaler Dicke d(D) des Dielektrikums, die zur sicheren Unterdrückung von elektrischen Durchschlägen über das Dielektrikum im Betrieb des Ozonerzeugers erforderlich ist, mindestens 10/ mm beträgt.
3. Ozonerzeuger gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die resultierende Dielektrizitätskonstante ε(D) des Dielektrikums im Intervall zwischen 10 und 100, vorzugsweise zwischen 20 und 50 liegt, und die Durchschlagfeldstärke E(D) des Dielektrikums größer ist als 5 kV/mm, vorzugsweise größer ist als 10 kV/mm.
4. Ozonerzeuger gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Komponenten mehr als 80 Gew.%, vorzugsweise mehr als 90 Gew.% des Dielektrikums ausmachen.
5. Ozonerzeuger gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch Zugabe der zu 100 Gew.% noch fehlenden weiteren Komponenten die Dielektrizitätskonstante ε(D) des Dielektrikums und/ oder der Quotient ε(D)/d(D) um weniger als 20 %, vorzugsweise um weniger als 10 % ändert.
6. Ozonerzeuger gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße mindestens einer zur Herstellung des Dielektrikums verwendeten Komponente zwischen 1 μm und 10 μm beträgt.
7. Ozonerzeuger gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße mindestens einer zur Herstellung des Dielektrikums verwendeten Komponente zwischen 15 μm und 150 μm beträgt.
8. Ozonerzeuger gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil der im Dielektrikum eingeschlossenen Poren nicht mehr als 1% beträgt.
9. Ozonerzeuger gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die resultierende Wärmeleitfähigkeit λ(D) des Dielektrikums mindestens
2 x 10 -6 /K beträgt.
10. Ozonerzeuger gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum aus einer Mischung der mindestens zwei Komponenten mittels Extrusion und nachfolgendem Sinterprozess hergestellt ist.
11. Ozonerzeuger gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das in den Ozonerzeuger eingesetzte Dielektrikum mechanisch selbsttragend ist.
12. Ozonerzeuger gemäss Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode aus einem Metallfilm besteht, der auf eine Oberfläche des Dielektrikums aufgebracht, insbesondere aufgedampft, aufgesputtert oder galvanisch abgeschieden ist.
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