DE3442121A1

DE3442121A1 - Ozonerzeuger mit einem dielektrikum auf keramikbasis

Info

Publication number: DE3442121A1
Application number: DE19843442121
Authority: DE
Inventors: Hans-Rudolf Dipl.-Chem. Dr. Binz Beer; Helmut Schinznach-Dorf Britsch; Michael Dipl.-Ing. Dr. Unterentfelden Hirth; Tony Dipl.-Chem. Dr. Buchs Kaiser; Ulrich Dipl.-Phys. Dr. Hausen Kogelschatz
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: Degremont Technologies AG
Priority date: 1984-10-25
Filing date: 1984-11-17
Publication date: 1986-05-07
Anticipated expiration: 2004-11-18
Also published as: FR2572381A1; FR2572381B1; US4650648A; CH660875A5; JPH0535081B2; DE3442121C2; JPS61106404A

Description

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25.10.84 He/SC

Ozonerzeuger mit einem Dielektrikum auf Keramikbasis

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ozonerzeuger gemäss Patentanspruch 1 (DE-OS 31 28 746).

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 Ozonerzeugern vorgeschlagen. Dieses Dielektrikum ist einige 100 jjm dick und besteht aus einem in einem Kunststoff 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.-?o Keramikpulver die Durchschlagfestigkeit des Dielektrikums erheblich abfällt.

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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 Ozonerzeugers 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 worn Oberbegriffliehen 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.-Ä 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 herausge-

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. B-

schlagen. 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 den 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 TiO„-Körner entsprechenden Durchmessers. Da TiO₂ im Handel nur als feinkörniges Pulver erhältlich 1*5 ist, werden die groben Körner durch Zermahlen von gesintertem TiO₇ 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 vergrössertem 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

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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 5 Ozonerzeugers.

Die Schicht 3 enthält eine Vielzahl von TiO^-Körnern 5 in mehr oder weniger gleichmässiger Verteilung und dazwischenliegende Bariumtitanatkörner 6. Beide Körnertypen sind in ein heisshärtendes vorzugsweise anhydridgehärtetes Epoxidharz mit einer relativen Dielektrizitätskonstante

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 2000.

Die groben Körner bestehen aus TiO₂ mit Korngrössen zwischen 5 und 100 um mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 100. Sie werden durch Sintern von feinkörnigem TiO₇ und anschliessendem Zerkleinern gewonnen.

Mit einer derart aufgebauten Schicht, die ca. 42 Vol.-?o Kunstharz, ca. 20 Vol.-?o Bariumtitanatpulver und ca. 38 Vol.-% grobkörniges Ti0_? aufweist, ergab sich eine relative Dielektrizitätskonstante der gesamten Schicht von ca. = 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) herausgeschla-

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gen. Auch im Zwischenraum zwischen zwei benachbarten TiCL·- Körnern 5 findet 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 TiO„-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 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; - der Leistungsfaktor (costp ) ist besser;

- die Erfindung lässt sich sowohl bei Röhren- als auch Plattenozonisatoren verwenden.

- Leer?eite -

Claims

104/84 Patentansprüche

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 härtbarer Kunststoff ist, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht mehr als 1 mm dick ist, dass der Kunststoffanteil der dielektrischen Schicht (3) höchstens 40 Gew.-?o beträgt und das dielektrische Pulver neben einem Keramikpulver mit Korngrössen kleiner als 1 um grobkörnigere dielektrische Bestandteile mit Korngrössen zwischen 5 und 300 um enthält.

2. Ozonerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikpulver Bariumtitanat ist.

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

4. Ozonerzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die grobkörnigeren dielektrischen Bestandteile TiO„-Körner sind, welche durch Zermahlen von gesintertem T1O2 gewonnen sind.

5. Ozonerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als härtbarer Kunststoff anhydridgehärtetes Epoxidharz verwendet wird.

6. Ozonerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum durch Vakuumguss

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auf die zweite Elektrode (2) aufgebracht ist.

7. Ozonerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum nach dem Druckgelierverfahren auf die zweite Elektrode (2) aufgebracht ist.

8. Ozonerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum nach der Verdrängermethode auf die zweite Elektrode (2) aufgebracht ist.