-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Gebiet der Erfindung:
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ozongenerator zum Strömen eines Quellengases zwischen Elektroden und Erzeugen einer Entladung zwischen den Elektroden, wodurch Ozon erzeugt wird.
-
Beschreibung des Standes der Technik:
-
Ein Ozongenerator ist eine Vorrichtung, die dazu in der Lage ist, ein Sauerstoff enthaltendes Gas wie etwa Luft in einem thermischen Nichtgleichgewichtsplasma zu strömen bzw. strömen zu lassen, um Ozon herzustellen. Das thermische Nichtgleichgewichtsplasma wird unter Verwendung einer Entladung erzeugt, die durch eine Entladungserzeugungseinrichtung bereitgestellt wird. Die Entladungserzeugungseinrichtung kann zum Beispiel von der Art einer stillen Entladung sein. Bei dieser Art von Einrichtung wird zum Beispiel eine hohe Spannung von mehreren bis mehreren zehn kV durch eine Hochspannungs-Wechselstromenergiequelle an einen Entladungsspalt zwischen einer Hochspannungselektrode und einer Erdungselektrode angelegt, um eine Entladung einer Sammlung von Mikroentladungssäulen zu erzeugen. Das Sauerstoff enthaltende Gas wird in dem Entladungsprozess zersetzt, um Ozon zu produzieren.
-
Herkömmliche Strukturen von solchen Ozongeneratoren sind zum Beispiel in den
japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 10-324504 ,
2013-193893 und
2013-060327 offenbart.
-
Die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-324504 offenbart in Absatz [0002], dass "ein Ozongenerator der Art einer stillen Entladung zwei Elektroden aufweist, die einander gegenüberstehen, und einer oder zwei dielektrische Körper zwischen den Elektroden angeordnet sind. Eine hohe Wechselspannung wird an die Elektroden angelegt, während ein Sauerstoff enthaltendes Quellengas (wie etwa ein Sauerstoffgas mit hoher Konzentration (PSA-Sauerstoff) oder getrocknete Luft) in einer Spalte zwischen der Elektrode und dem dielektrischen Körper oder zwischen den dielektrischen Körpern strömt, und Sauerstoff wird durch eine stille Entladung getrennt bzw. aufgespaltet, um Ozon zu erzeugen. Die Spalte besitzt eine Länge von ungefähr 1 mm und der dielektrische Körper besteht aus Glas oder keramischem Material mit einer hohen dielektrischen Festigkeit".
-
Die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-324504 offenbart weiterhin in Absatz [0005] in [Aufgabe, die durch die Erfindung zu lösen ist], dass "die Raumenergie unter einer niedrigeren angelegten Spannung durch weiteres Verengen der Spalte zwischen der Elektrode und dem dielektrischen Körper oder zwischen den dielektrischen Körpern (von 0,5 bis 1 mm) erhöht wird ".
-
Die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-193893 offenbart in Absatz [0011], dass "ein Ozongenerator eine zylindrische Hochspannungselektrode, eine zylindrische Niederspannungselektrode, die koaxial mit der Hochspannungselektrode angeordnet ist, und einen dielektrischen Körper zwischen den Elektroden umfasst. Trockene Luft wird als Quellengas zwischen den Elektroden zugeführt und eine vorbestimmte hohe Spannung wird durch den dielektrischen Körper zwischen den Hochspannungs- und Niederspannungselektroden angelegt, um eine Entladung zu erzeugen, wodurch durch die Entladung Ozon hergestellt wird. Die Entladungsspaltlänge d ist 0,3 bis 0,5 mm".
-
Die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-060327 offenbart in Absatz [0008], dass "ein Ozongenerator eine Entladungselektrode, eine Induktionselektrode, die der Entladungselektrode gegenüberliegt, eine dielektrische Körperschicht, die zwischen der Entladungselektrode und der Induktionselektrode gebildet ist, und eine wasserabweisende Schicht, die auf der Entladungselektrode gebildet ist, umfasst".
-
In der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-324504 besitzt der Ozongenerator Elektroden, die einander gegenüberliegen, und dielektrische Körper, die zwischen diesen liegen, und die Ozonausbeute wird durch Verengen des Spalts zwischen der Elektrode und dem dielektrischen Körper oder zwischen den dielektrischen Körpern (genauer auf 0,5 bis 1 mm) und durch forcierte Luftkühlung der gegenüberliegenden Elektroden, um einen Temperaturanstieg zu verhindern, erhöht. Die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-324504 offenbart jedoch ebenso, dass ein Spalt zwischen den Elektroden nur bis zu einem begrenzten Ausmaß verengt werden kann und die Ozonkonzentration nicht einfach erhöht werden kann. Somit, obwohl das Verengen des Spalts zwischen der Elektrode und dem dielektrischen Körper oder zwischen den dielektrischen Körpern auf 0,5 bis 1 mm in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-324504 beschrieben ist, weist Absatz [0005] der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-324504 darauf hin, dass es schwierig ist, die Verengung zu erreichen.
-
In der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-193893 umfasst der Ozongenerator die zylindrische Hochspannungselektrode und die zylindrische Niederspannungselektrode, die koaxial angeordnet sind, und die Entladungsspaltlänge d ist 0,3 bis 0,5 mm. In diesem Fall gibt es Wassermoleküle oder OH-Gruppen, die an den Hochspannungs- und Niederspannungselektroden anhaften und gibt es ebenso Wassermoleküle und OH-Gruppen in einem Raum zwischen den Hochspannungs- und Niederspannungselektroden. Um die Menge des erzeugten Ozons in dem Ozongenerator der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-193893 zu erhöhen, muss der Entladungsbereich erweitert werden. Deshalb ist es notwendig, die Durchmesser oder Längen der zylindrischen Elektroden zu erhöhen. Wenn die Durchmesser erhöht werden, wird das Volumen des gesamten Ozongenerators erhöht. Somit hat der Ozongenerator nachteilhafterweise eine größere Größe. Wenn die Längen erhöht werden, verbleiben die Wassermoleküle und die OH-Gruppen in dem größeren Raum zwischen den Hochspannungs- und Niederspannungselektroden. Folglich wird die Ozonproduktion gehemmt und die Ozonproduktionseffizienz nachteilig verringert.
-
In der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-060327 ist eine wasserabweisende Schicht auf der Entladungselektrode gebildet. Wie jedoch in Absatz der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-060327 beschrieben ist, könnte die wasserabweisende Schicht während einer lang anhaltenden Operation abgelöst werden, auch wenn ein Schutzfilm zum Verhindern des Ablösens zwischen der dielektrischen Körperschicht und der wasserabweisenden Schicht gebildet ist. Des Weiteren wird die Ozonproduktionseffizienz mit der Operationszeit in einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit nachteilig verringert.
-
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Angesichts der vorstehenden Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ozongenerator bereitzustellen, der dazu in der Lage ist, Ozon in einem breiten Bereich von Feuchtigkeitsumgebungen (mit einer absoluten Feuchtigkeit von 0 bis 50 g/m3) stabil herzustellen, wobei die Ozonproduktionseigenschaften auch in einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit nur leicht geändert werden.
- [1] Ein Ozongenerator gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein oder mehrere Elektrodenpaare, die jeweils zwei Elektroden umfassen, die bei einer Entfernung einer vorbestimmten Spaltlänge angeordnet sind, wobei in dem Ozongenerator Ozon produziert wird, wenn ein Quellengas zumindest zwischen den zwei Elektroden strömt und eine Entladung zwischen den zwei Elektroden erzeugt wird, jede der zwei Elektroden einen röhrenförmigen dielektrischen Körper mit einem hohlen Abschnitt und einen leitenden Körper, der in dem hohlen Abschnitt angeordnet ist, umfasst, und die Spaltlänge weniger als 1,0 mm ist.
-
Bei diesem Ozongenerator sind auch in einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit Wassermoleküle und OH-Gruppen, die die Ozonproduktion negativ beeinflussen können, größtenteils auf der Oberfläche des dielektrischen Körpers adsorbiert. Deshalb sind die Mengen an Wassermolekülen und der OH-Gruppen, die um den dielektrischen Körper herum und in der Mitte des Entladungsraums verbleiben, reduziert. Folglich kann eine Ozonproduktionshemmung verhindert werden und kann die Ozonproduktionsmengenreduzierung verhindert werden. Des Weiteren kann ein Bereich, in dem die Wassermoleküle und die OH-Gruppen um den dielektrischen Körper herum und in der Mitte des Entladungsraums verbleiben, verengt werden. Somit kann ein Bereich, in dem die Ozonproduktion gehemmt wird, verengt werden und kann die Ozonproduktionsmengenreduzierung verhindert werden.
-
Als ein Ergebnis wird die Ozonproduktionsperformance auch unter einer hohen Feuchtigkeit nur leicht geändert und somit kann der Ozongenerator in einem breiten Bereich von Feuchtigkeitsumgebungen (mit einer absoluten Feuchtigkeit von 0 bis 50 g/m3) stabil Ozon produzieren.
-
Zusätzlich wird in der vorliegenden Erfindung die wasserabweisende Schicht, die in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-060327 offenbart ist, nicht verwendet. Deshalb kann der Ozongenerator einen stabilen Ozonproduktionsbetrag über eine lange Periode erzeugen, ohne dass sich die wasserabweisende Schicht während einer lang anhaltenden Operation ablöst.
- [2] In der vorliegenden Erfindung ist die Spaltlänge vorzugsweise 0,5 mm oder weniger. In diesem Fall kann eine größere Menge der Wassermoleküle und der OH-Gruppen, die die Ozonproduktion hemmen können, an dem dielektrischen Körper adsorbiert werden. Somit können die Verhältnisse der Wassermoleküle und der OH-Gruppen, die um den dielektrischen Körper herum und in der Mitte des Entladungsraums verbleiben, zu der Gesamtmenge weiter reduziert werden, so dass die Ozonproduktionsmengenreduzierung weiter verhindert werden kann.
- [3] In der vorliegenden Erfindung ist die Spaltlänge vorzugsweise 0,1 mm oder mehr. In diesem Fall kann ein Kurzschluss des Entladungsraums aufgrund der Wassermoleküle und der OH-Gruppen verhindert werden, um dadurch die Ozonproduktionsmengenreduzierung zu unterdrücken.
- [4] In der vorliegenden Erfindung ist die Spaltlänge vorzugsweise 0,2 mm oder mehr. In diesem Fall kann der Kurzschluss des Entladungsraums aufgrund der Wassermoleküle und der OH-Gruppen weiter verhindert werden, um die Ozonproduktionsmengenreduzierung zu unterdrücken.
- [5] In der vorliegenden Erfindung kann das Quellengas Atmosphärenluft sein. In diesem Fall kann das Quellengas eine nicht getrocknete Luft sein.
- [6] In der vorliegenden Erfindung kann das Quellengas eine Atmosphärenluft sein, die eine absolute Feuchtigkeit von 0 bis 50 g/m3 aufweist.
- [7] In der vorliegenden Erfindung kann der Ozongenerator eine Vielzahl der Elektrodenpaare aufweisen, die parallel, in Reihe oder parallel und in Reihe angeordnet sind, und kann eine Gasdurchlassebene, die eine Normalenrichtung aufweist, die parallel zu der Hauptströmungsrichtung des Quellengases ist, einen Entladungsraum, der zwischen den zwei Elektroden gebildet ist, und einen Nichtentladungsraum, der auf der Gasdurchlassebene gebildet ist, aufweisen.
- [8] In der vorliegenden Erfindung enthält der Ozongenerator vorzugsweise weiterhin eine Energiequelle zum Anlegen einer Wechselspannung zwischen den zwei Elektroden, besitzt der Ozongenerator einen Entladungsraum, der zwischen den zwei Elektroden gebildet ist, und erfüllt der Ozongenerator die Bedingung 0,5 < V/f/L, wobei V (m/s) die Strömungsgeschwindigkeit des Quellengases darstellt, das durch den Entladungsraum strömt, f (Hz) die Frequenz der Wechselspannung darstellt und L (m) die Länge des Entladungsraums in der Hauptströmungsrichtung des Quellengases darstellt.
-
In diesem Fall werden die Ozonmoleküle, die durch die Entladung produziert werden, kaum wieder der Entladung ausgesetzt. Deshalb werden die Ozonmoleküle über eine Reaktion mit einem O-Atom, einem Wassermolekül oder einer OH-Gruppe kaum zersetzt. Somit kann die Ozonproduktionsmengenreduzierung verhindert werden.
- [9] In der vorliegenden Erfindung erfüllt der Ozongenerator vorzugsweise die Bedingung 1 < V/f/L. In diesem Fall wird eine kleinere Menge der produzierten Ozonmoleküle wiederholt der Entladung ausgesetzt. Deshalb werden die Ozonmoleküle kaum über eine Reaktion mit dem O-Atom, dem Wassermolekül oder der OH-Gruppe zersetzt. Somit kann die Ozonproduktionsmengenreduzierung weiterhin verhindert werden.
- [10] In der vorliegenden Erfindung erfüllt der Ozongenerator vorzugsweise die Bedingung 50 > V/f/L. In diesem Fall kann die Menge des nicht reagierten Quellengases, das durch den Entladungsraum strömt, reduziert werden, so dass die Ozonproduktionsmengenreduzierung verhindert werden kann.
- [11] In der vorliegenden Erfindung erfüllt der Ozongenerator vorzugsweise die Bedingung 20 > V/f/L. In diesem Fall kann die Menge des nicht reagierten Quellengases, das durch den Entladungsraum strömt, weiter reduziert werden, so dass die Ozonproduktionsmengenreduzierung weiter verhindert werden kann.
-
In dem Ozongenerator gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Ozonproduktionsperformance auch unter einer hohen Feuchtigkeit nur leicht geändert, und somit kann der Ozongenerator in einem breiten Bereich von Feuchtigkeitsumgebungen (mit einer absoluten Feuchtigkeit von 0 bis 50 g/m3) stabil Ozon produzieren.
-
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, wenn diese in Verbindung mit den anhängigen Zeichnungen vorgenommen wird, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als illustratives Beispiel gezeigt ist.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine längsverlaufende Querschnittsansicht eines Hauptteils eines Ozongenerators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
-
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II von 1;
-
3A ist eine erklärende Ansicht zum Darstellen eines Nachteils eines Ozongenerators mit einem Elektrodenpaar mit einer größeren Spaltlänge;
-
3B ist eine erklärende Ansicht zum Darstellen eines vorteilhaften Effekts des Ozongenerators des vorliegenden Ausführungsbeispiels;
-
4 ist eine längsverlaufende Querschnittsansicht eines Hauptteils eines Ozongenerators gemäß einem ersten Modifikationsbeispiel;
-
5 ist eine längsverlaufende Querschnittsansicht eines Hauptteils eines Ozongenerators gemäß einem zweiten Modifikationsbeispiel;
-
6 ist eine längsverlaufende Querschnittsansicht eines Hauptteils eines Ozongenerators gemäß einem dritten Modifikationsbeispiel;
-
7 ist eine erklärende Ansicht zum genauen Darstellen der Strömungsgeschwindigkeit V (m/s) eines Quellengases, das durch einen Entladungsraum strömt, der Frequenz f (Hz) einer Wechselspannung v und der Länge L (m) des Entladungsraums in der Hauptströmungsrichtung des Quellengases in dem Hauptteil des Ozongenerators des vorliegenden Ausführungsbeispiels;
-
8 ist ein Graph, der die Ozonproduktionseffizienzänderungen mit einer absoluten Feuchtigkeit in Proben 1 bis 6 zeigt; und
-
9 ist ein Graph, der die Ozonkonzentrationsänderungen mit einer Änderung des V/f/L-Werts in Proben 11 bis 13 unter Verwendung von unterschiedlichen Quellgasströmungsraten zeigt.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
Ein Ausführungsbeispiel des Ozongenerators der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf 1 bis 9 beschrieben. In dieser Beschreibung umfasst ein numerischer Bereich von "A bis B" beide numerischen Werte A und B als den unteren Grenzwert und den oberen Grenzwert.
-
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst ein Ozongenerator 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Gehäuse 14, in dem ein Quellengas 12 strömt, ein oder mehrere Elektrodenpaare 16, die in dem Gehäuse 14 angeordnet sind, und eine Wechselstromquelle 18. Jedes der Elektrodenpaare 16 umfasst zwei Elektroden 20 (eine Elektrode 20a und die andere Elektrode 20b), die in einer Entfernung einer vorbestimmten Spaltlänge Dg angeordnet sind. Die Wechselstromquelle 18 dient zum Anlegen einer Wechselspannung v (= Asin(2πf)t) zwischen den zwei Elektroden 20.
-
In dem Ozongenerator 10 wird Ozon produziert, wenn das Quellengas 12 zumindest zwischen den zwei Elektroden 20 des Elektrodenpaars 16 strömt und eine Entladung zwischen den zwei Elektroden 20 erzeugt wird. Ein Raum, der zwischen den zwei Elektroden 20 gebildet ist, in dem die Entladung erzeugt wird, ist als ein Entladungsraum 22 definiert.
-
Der Ozongenerator 10 umfasst Nichtentladungsräume 26 auf einer Gasdurchlassebene 24 mit einer Normalenrichtung parallel zu der Hauptströmungsrichtung des Quellengases 12. Speziell umfassen die Nichtentladungsräume 26 einen Raum zwischen der einen Elektrode 20a und einer inneren Wand 28a des Gehäuses 14 (die innere Wand näher zu der einen Elektrode 20a) und einen Raum zwischen der anderen Elektrode 20b und der anderen inneren Wand 28b des Gehäuses 14 (die innere Wand näher zu der anderen Elektrode 20b) auf der Gasdurchlassebene 24. Der Ausdruck "die Hauptströmungsrichtung des Quellengases 12" bedeutet die Strömungsrichtung der ausgerichteten Mitte des Quellengases 12. Somit schließt die Hauptströmungsrichtung Strömungsrichtungen von nicht ausgerichteten peripheren Komponenten des Quellengases 12 aus.
-
Jede der Elektroden 20 besitzt eine Stabform, umfasst einen röhrenförmigen dielektrischen Körper 32 mit einem hohlen Abschnitt 30 und umfasst weiterhin einen leitenden Körper 34, der in dem hohlen Abschnitt 30 des dielektrischen Körpers 32 angeordnet ist. In einem Beispiel von 1 und 2 besitzt der dielektrische Körper 32 eine zylindrische Form und besitzt der darin gebildete hohle Abschnitt 30 einen kreisförmigen Querschnitt. Der leitende Körper 34 besitzt einen kreisförmigen Querschnitt. Natürlich sind die Formen der Komponenten nicht auf die Beispiele beschränkt. Der dielektrische Körper 32 kann eine röhrenförmige Form mit einem polygonalen Querschnitt wie etwa einem dreieckigen, viereckigen, fünfeckigen, sechseckigen, oder achteckigen Abschnitt aufweisen. Der leitende Körper 34 kann eine säulenförmige Form mit einem polygonalen Abschnitt wie etwa einem dreieckigen, viereckigen, fünfeckigen, sechseckigen oder achteckigen Abschnitt entsprechend der Form des dielektrischen Körpers 32 aufweisen.
-
In diesem Ausführungsbeispiel wird das Quellengas 12 zum Zweck des Produzierens von Ozon verwendet und kann deshalb eine Atmosphärenluft, Sauerstoff enthaltendes Gas usw. sein. In diesem Fall kann das Quellengas 12 eine nicht getrocknete Luft sein.
-
Der dielektrische Körper 32 kann aus einem Einzeloxidmaterial, einem Verbundoxidmaterial oder einem Verbundnitridmaterial bestehen, das eine oder mehrere Substanzen enthält, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Bariumoxid, Bismutoxid, Titanoxid, Zinkoxid, Neodymoxid, Titannitrid, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Siliziumoxid, und Mullit besteht.
-
Der leitende Körper 34 besteht vorzugsweise aus einem Material, das eine Substanz enthält, die aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Molybdän, Wolfram, Silber, Kupfer, Nickel und Legierungen, die zumindest eine von diesen enthalten, besteht. Beispiele von solchen Legierungen umfassen Invar, Kovar, Inconel (registrierte Marke) und Incoloy (registrierte Marke).
-
Der dielektrische Körper 32 besteht vorzugsweise aus einem keramischen Material, wie etwa LTCC ("Low Temperature Co-fired Ceramics"), die bei einer Temperatur gebrannt werden können, die geringer als der Schmelzpunkt des leitenden Körpers 24 ist. Speziell besteht der dielektrische Körper 32 vorzugsweise aus einem Einzeloxidmaterial, einem Verbundoxidmaterial oder einem Verbundnitridmaterial, das eine oder mehrere Substanzen enthält, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Bariumoxid, Bismutoxid, Titanoxid, Zinkoxid, Neodymoxid, Titannitrid, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Siliziumoxid und Mullit besteht.
-
Die Spaltlänge Dg zwischen den zwei Elektroden 20 bezeichnet die kürzeste Entfernung zwischen dem dielektrischen Körper 32 der einen Elektrode 20a und dem dielektrischen Körper 32 der anderen Elektrode 20b. Die obere Grenze der Spaltlänge Dg ist vorzugsweise weniger als 1,0 mm.
-
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst jede Elektrode
20 den röhrenförmigen dielektrischen Körper
32 mit dem hohlen Abschnitt
30 und den leitenden Körper
34, der in dem hohlen Abschnitt
30 angeordnet ist. Deshalb kann die Entfernung zwischen den Elektroden
20 einfach angepasst werden. Somit kann die Spaltlänge Dg zwischen den Elektroden
20 einfach auf weniger als 1,0 mm reduziert werden, im Vergleich mit der Kriechentladungsartstruktur, die in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-324504 offenbart ist.
-
In einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit können Wassermoleküle und OH-Gruppen die Ozonproduktion des Ozongenerators 10 negativ beeinflussen. Deshalb ist es wünschenswert, so viele Wassermoleküle und OH-Gruppen wie möglich an den dielektrischen Körpern 32 der Elektroden 20 zu adsorbieren. In diesem Fall können die Mengen der Wassermoleküle und der OH-Gruppen, die in einem zentralen Abschnitt 22a des Entladungsraums 22 verbleiben, reduziert werden, um den negativen Effekt auf die Ozonproduktion zu verringern. Wenn die Spaltlänge Dg jedoch 1,0 mm oder mehr ist, wie in 3A gezeigt ist, wird die Entfernung zwischen den dielektrischen Körpern 32 erhöht, wodurch eine kleinere Menge an Wassermolekülen und OH-Gruppen an den dielektrischen Körpern 32 adsorbiert wird, und eine größere Menge der Wassermoleküle und der OH-Gruppen um die dielektrischen Körper 32 herum oder in dem zentralen Abschnitt 22a des Entladungsraums 22 verbleibt. Deshalb wird in der Umgebung mit hoher Feuchtigkeit die Ozonproduktion gehemmt, die Ozonproduktionseffizienz reduziert oder die Ozonproduktion gestoppt, durch die erhöhten Wassermoleküle und die OH-Gruppen, die in dem Quellengas 12 enthalten sind und um die dielektrischen Körper 32 herum oder in dem zentralen Abschnitt 22a des Entladungsraums 22 verbleiben.
-
Im Gegensatz dazu ist in diesem Ausführungsbeispiel die obere Grenze der Spaltlänge Dg kleiner als 1,0 mm. Deshalb, wie in 3B gezeigt ist, werden auch bei einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit die Wassermoleküle und die OH-Gruppen, die die Ozonproduktion negativ beeinflussen können, größtenteils an den Oberflächen der dielektrischen Körper 32 adsorbiert und die Mengen der Wassermoleküle und der OH-Gruppen, die um die dielektrischen Körper 32 herum oder in dem zentralen Abschnitt 22a des Entladungsraums 22 verbleiben, werden reduziert. Folglich kann eine Ozonproduktionshemmung verhindert werden und kann die Ozonproduktionsmengenreduzierung verhindert werden. Des Weiteren kann ein Bereich, in dem die Wassermoleküle und die OH-Gruppen um die dielektrischen Körper 32 herum und in dem zentralen Abschnitt 22a des Entladungsraums 22 verbleiben, verringert werden. Somit kann ein Bereich, in dem die Ozonproduktion gehemmt wird, verengt werden, und kann die Ozonproduktionsmengereduzierung verhindert werden.
-
Als ein Ergebnis wird die Ozonproduktionsperformance auch unter einer hohen Feuchtigkeit nur leicht geändert, und deshalb kann der Ozongenerator 10 in einem breiten Bereich von Feuchtigkeitsumgebungen (mit einer absoluten Feuchtigkeit von 0 bis 50 g/m3) stabil Ozon produzieren.
-
Zusätzlich wird die wasserabweisende Schicht, die in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-060327 beschrieben ist, in dem Ozongenerator
10 nicht verwendet. Deshalb kann der Ozongenerator
10 einen stabilen Ozonproduktionsbetrag über eine lange Periode ohne ein Ablösen der wasserabweisenden Schicht während einer lang anhaltenden Operation aufweisen.
-
Die obere Grenze der Spaltlänge Dg ist weiterhin vorzugsweise 0,5 mm oder weniger. In diesem Fall kann eine noch größere Menge der Wassermoleküle und der OH-Gruppen, die die Ozonproduktion hemmen können, an den dielektrischen Körpern 32 adsorbiert werden, während die Wassermoleküle und die OH-Gruppen, die um die dielektrischen Körper 32 herum und in dem zentralen Abschnitt 22a des Entladungsraums 22 verbleiben, dementsprechend weiter reduziert werden können. Deshalb kann die Ozonproduktionsmengenreduzierung weiterhin verhindert werden.
-
Andererseits, wenn die Spaltlänge Dg übermäßig reduziert wird, könnte der Entladungsraum 22 durch die Wassermoleküle und die OH-Gruppen, die an den dielektrischen Körpern 32 adsorbiert sind, kurzgeschlossen werden. Genauer können die dielektrischen Körper 32 über die Wassermoleküle und die OH-Gruppen miteinander verbunden werden. Dieser Fall ist ähnlich zu der Situation, in der eine größere Menge der Wassermoleküle und der OH-Gruppen in dem zentralen Abschnitt 22a des Entladungsraums 22 verbleibt. Somit wird durch das Vorhandensein von Wassermolekülen und OH-Gruppen die Ozonproduktion gehemmt, die Ozonproduktionseffizienz reduziert oder die Ozonproduktion gestoppt. Die untere Grenze der Spaltlänge Dg ist vorzugsweise 0,1 mm oder mehr, weiter vorzugsweise 0,2 mm oder mehr. In diesem Fall kann der Kurzschluss des Entladungsraums 22 aufgrund der Wassermoleküle und der OH-Gruppen verhindert werden, um die Ozonproduktionsmengenreduzierung zu unterdrücken.
-
Die Elektrode 20 kann durch das folgende Verfahren produziert werden. Zum Beispiel wird eine Kompaktröhre („tubular compact“) (oder ein Grünkörper bzw. Grünling) vorläufig gebrannt, um einen vorläufig gebrannten Körper mit einem hohlen Abschnitt vorzubereiten, und danach wird der leitende Körper 34 in den hohlen Abschnitt des vorläufig gebrannten Körpers eingesetzt. Dann werden der vorläufig gebrannte Körper und der leitende Körper 34 bei einer Temperatur gebrannt, die höher ist als die vorläufige Brenntemperatur, um die Elektrode 20, die den dielektrischen Körper 32 und den leitenden Körper 34 enthält, die direkt miteinander integriert sind, zu produzieren, wobei der leitende Körper 34 in den hohlen Abschnitt 30 des dielektrischen Körpers 32 eingesetzt ist.
-
Alternativ könnte die Elektrode 20 durch eine Gießtechnik mit Gel produziert werden. Bei der Gießtechnik mit Gel wird der leitende Körper 34 in einer Gussform platziert, werden eine Schlacke, die Keramikpulver enthält, ein Dispersionsmedium und ein Geliermittel in die Gussform gegossen, wird die Schlacke unter einer Temperaturbedingung oder durch Hinzufügung eines Vernetzers geliert, wodurch die Schlacke sich verfestigt und modelliert wird, und das Ergebnis wird gebrannt, um die Elektrode 20 zu produzieren.
-
Obwohl in dem vorstehenden Beispiel ein Elektrodenpaar 16 beschrieben ist, können ebenso Strukturen gemäß den ersten bis dritten Modifikationsbeispielen, die in 4 bis 6 gezeigt sind, vorzugsweise in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
-
Wie in 4 gezeigt ist, unterscheidet sich ein Ozongenerator 10a gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel von dem Ozongenerator 10 (der in 1 und 2 gezeigt ist) dadurch, dass eine Vielzahl der Elektrodenpaare 16 parallel angeordnet ist. Die Wechselstromquelle 18 dient zum Anlegen der Wechselspannung v zwischen der einen Elektrode 20a und der anderen Elektrode 20b in jedem der Elektrodenpaare 16.
-
Der Ozongenerator 10a besitzt ebenso die Nichtentladungsräume 26 auf der Gasdurchlassebene 24. Speziell umfassen die Nichtentladungsräume 26 Räume zwischen den Elektrodenpaaren 16, einen Raum zwischen der einen Elektrode 20a (neben der einen inneren Wand 28a des Gehäuses 14) und der einen inneren Wand 28a, und einen Raum zwischen der anderen Elektrode 20b (neben der anderen inneren Wand 28b des Gehäuses 14) und der anderen inneren Wand 28b auf der Gasdurchlassebene 24.
-
Wie in 5 gezeigt ist, unterscheidet sich ein Ozongenerator 10b gemäß dem zweiten Modifikationsbeispiel von dem Ozongenerator 10 (der in 1 und 2 gezeigt ist) dadurch, dass eine Vielzahl der Elektrodenpaare 16 in Reihe angeordnet ist. Die Wechselstromquelle 18 dient zum Anlegen der Wechselspannung v zwischen der einen Elektrode 20a und der anderen Elektrode 20b in jedem der Elektrodepaare 16.
-
Der Ozongenerator 10b besitzt ebenso die Nichtentladungsräume 26 auf den Gasdurchlassebenen 24. Speziell umfassen die Nichtentladungsräume 26 einen Raum zwischen der einen Elektrode 20a in jedem der Elektrodepaare 16 und der einen inneren Wand 28a des Gehäuses 14 und einen Raum zwischen der anderen Elektrode 20b in jedem der Elektrodepaare 16 und der anderen inneren Wand 28b des Gehäuses 14.
-
Wie in 6 gezeigt ist, unterscheidet sich ein Ozongenerator 10c gemäß dem dritten Modifikationsbeispiel von dem Ozongenerator 10 (der in 1 und 2 gezeigt ist) dadurch, dass eine Vielzahl von Elektrodepaaren 16 parallel und in Reihe angeordnet ist. Die Wechselstromquelle 18 dient zum Anlegen der Wechselspannung v zwischen der einen Elektrode 20a und der anderen Elektrode 20b in jedem der Elektrodepaare 16.
-
Der Ozongenerator 10c besitzt ebenso die Nichtentladungsräume 26 auf den Gasdurchlassebenen 24.
-
Wie in 7 gezeigt ist, erfüllt der Ozongenerator 10 des vorstehenden Ausführungsbeispiels vorzugsweise die folgende Ungleichung (1), wobei V (m/s) die Strömungsgeschwindigkeit des Quellengases 12, das durch den Entladungsraum 22 strömt, darstellt, f (Hz) die Frequenz der Wechselspannung v darstellt und L (m) die Länge des Entladungsraums 22 in der Hauptströmungsrichtung des Quellengases 12 darstellt. 0.5 < V/f/L (1)
-
Der Wert von V/f/L gibt an, um wie viele Male die Bewegungsentfernung des Quellengases 12 pro Periode der Wechselspannung länger ist als die Länge L.
-
Wenn der Ozongenerator 10 die Ungleichung (1) erfüllt, werden die Ozonmoleküle, die durch die Entladung produziert werden, kaum wiederholt der Entladung ausgesetzt. Deshalb werden die Ozonmoleküle über eine Reaktion mit einem O-Atom, einem Wassermolekül oder einer OH-Gruppe kaum zersetzt. Somit kann die Ozonproduktionsmengenreduzierung verhindert werden.
-
Wenn der Ozongenerator 10 die folgende Ungleichung (2) erfüllt, wird eine kleinere Menge der produzierten Ozonmoleküle wiederholt der Entladung ausgesetzt, im Vergleich mit der Ungleichung (1). Deshalb werden die Ozonmoleküle über eine Reaktion mit dem O-Atom, dem Wassermolekül oder der OH-Gruppe kaum zersetzt. Deshalb kann die Ozonproduktionsmengenreduzierung weiter verhindert werden. 1 < V/f/L (2)
-
Wenn der Ozongenerator 10 die folgende Ungleichung (3) erfüllt, kann die Menge des nicht reagierten Quellengases 12 reduziert werden, so dass die Ozonproduktionsmengenreduzierung verhindert werden kann. 50 > V/f/L (3)
-
Wenn der Ozongenerator 10 die folgende Ungleichung (4) erfüllt, kann die Restmenge des nicht reagierten Quellengases 12 weiter reduziert werden, so dass die Ozonproduktionsmengenreduzierung weiter verhindert werden kann. 20 > V/f/L (4)
-
In dem Ozongenerator 10 dieses Ausführungsbeispiels ist die Strömungsrate des Quellengases 12, das durch den Entladungsraum 22 strömt, vorzugsweise 380 L/min oder weniger. Die Strömungsrate ist mehr vorzugsweise 300 L/min oder weniger, und weiter vorzugsweise 150 L/min oder weniger.
-
In diesem Fall kann die Verteilung des Quellengases 12 in dem Entladungsraum 22 verengt bzw. begrenzt werden, können die Ozonmoleküle in dem Entladungsraum 22 gleichförmig produziert werden und kann das Quellengas 12 für die Ozonproduktion aufgebraucht werden. Deshalb kann die Ozonproduktionsmengenreduzierung aufgrund der Ozonzersetzung verhindert werden und die Menge des nicht reagierten Quellengases 12, das durch den Entladungsraum 22 strömt, kann reduziert werden. Folglich kann der Ozongenerator 10 eine hohe Ozonproduktionseffizienz aufweisen.
-
[Erstes Beispiel]
-
Ozonproduktionseffizienzänderungen mit einer absoluten Feuchtigkeit wurden in Proben bzw. Tests 1 bis 6 evaluiert. Die Ozonproduktionseffizienz entspricht der Ozonkonzentration eines Abgases gemäß einer konstant angelegten elektrischen Energie und einer konstanten Gasströmungsrate.
-
(Verfahren zum Messen einer Ozonproduktionseffizienz)
-
Bei der Messung der Ozonproduktionseffizienz wurde Luft als das Quellengas 12 mit einer Gasströmungsrate von 350 L/min und einem Gasdruck von 0,10 MPa verwendet.
-
Die Wechselstromquelle 18 wurde als eine Entladungsenergiequelle zum Anlegen der Wechselspannung v mit einer Spannung (Amplitude A) von ±4 kV und einer Frequenz f von 20 kHz verwendet.
-
Gemäß den vorstehenden Bedingungen wurde die Ozonkonzentration des Abgases unter Verwendung eines Ozonkonzentrationsmessgeräts EG-3000D (erhältlich von Ebara Jitsugyo Co., Ltd.) gemessen.
-
Die Details der Elektrodenstrukturen in den Ozongeneratoren der Proben 1 bis 6 waren wie folgt.
-
(Probe 1)
-
Die Probe 1 hatte die Struktur, die in 1 und 2 gezeigt ist, mit der Spaltlänge Dg von 0,60 mm in dem Elektrodenpaar 16.
-
(Proben 2 bis 5)
-
Die Proben 2, 3, 4 und 5 hatten die gleiche Struktur wie die Probe 1, außer dass die Spaltlängen Dg in den Elektrodenpaaren 16 entsprechend 0,45, 0,30, 0,15 und 0,05 mm waren.
-
(Probe 6)
-
Die Probe 6 hatte die gleiche Struktur wie die Probe 1, außer dass die Spaltlänge Dg in dem Elektrodenpaar 16 gleich 1,00 mm war.
-
(Evaluierungsergebnis)
-
Die Evaluierungsergebnisse der Proben 1 bis 6 sind in 8 gezeigt.
-
Wie aus 8 ersichtlich ist, wurde in der Probe 6 Ozon innerhalb des absoluten Feuchtigkeitsbereichs von 0 bis 15 g/m3 produziert.
-
Im Gegensatz dazu wurde in den Proben 1 bis 5 Ozon innerhalb des absoluten Feuchtigkeitsbereichs von 0 bis 50 g/m3 produziert. In den Proben 2 bis 4 wurden die Ozonproduktionseffizienzen von 15 g/kWh oder mehr innerhalb des absoluten Feuchtigkeitsbereichs von 0 bis 50 g/m3 beibehalten und somit wurden die Ozonsproduktionsprozesse in einem breiten Bereich von Feuchtigkeitsumgebungen stabil durchgeführt. Insbesondere in den Proben 2 und 3 wurden die Ozonproduktionseffizienzen von 25 g/kWh oder mehr innerhalb des absoluten Feuchtigkeitsbereichs von 0 bis 50 g/m3 beibehalten.
-
Folglich ist klar, dass die obere Grenze der Spaltlänge Dg in dem Elektrodenpaar 16 vorzugsweise weniger als 1,0 mm ist, weiter vorzugsweise 0,5 mm oder weniger. Zusätzlich ist klar, dass die untere Grenze der Spaltlänge Dg vorzugsweise 0,1 mm oder mehr ist, weiter vorzugsweise 0,2 mm oder mehr ist.
-
[Zweites Beispiel]
-
Ozonkonzentrationsänderungen mit einer Änderung des V/f/L-Werts wurden in Proben 11 bis 13 unter Verwendung von entsprechend unterschiedlichen Strömungsraten des Quellengases 12 evaluiert.
-
Wie in 7 gezeigt ist, stellt L die Länge (m) des Entladungsraums 22 in der Hauptströmungsrichtung des Quellengases 12 dar, stellt V die Strömungsgeschwindigkeit (m/s) des Quellengases 12, das durch den Entladungsraum 22 strömt, dar, und stellt f die Frequenz (Hz) der Wechselspannung v der Wechselstromquelle 18 dar.
-
(Probe 11)
-
Die Probe 11 hatte die gleiche Elektrodenstruktur wie die Probe 3 und das Quellengas 12 wurde mit einer Strömungsrate von 350 L/min zugeführt.
-
(Probe 12)
-
Die Probe 12 hatte die gleiche Struktur wie die Probe 11, außer dass das Quellengas 12 mit einer Strömungsrate von 275 L/min zugeführt wurde.
-
(Probe 13)
-
Die Probe 13 hatte die gleiche Struktur wie die Probe 11, außer dass das Quellengas 12 mit einer Strömungsrate von 145 L/min zugeführt wurde.
-
(Evaluierungsergebnis)
-
Die Evaluierungsergebnisse der Proben 11 bis 13 sind in 9 gezeigt. In 9 weist die horizontale Achse des Graphen, die V/f/L darstellt, eine logarithmische Skalierung auf.
-
Wie aus 9 ersichtlich ist, wurde in der Probe 11 die Ozonkonzentration von 0,7 ppm oder mehr innerhalb des Bereichs von 0,5 < V/f/L ≤ 10 beibehalten, und wurde die Ozonkonzentration von ungefähr 0,72 ppm innerhalb des Bereichs von 1 < V/f/L < 10 beibehalten. Des Weiteren wurde die Ozonkonzentration von 0,6 bis 0,7 ppm innerhalb des Bereichs von 10 < V/f/L ≤ 30 beibehalten und wurde die Ozonkonzentration von 0,55 bis 0,6 ppm innerhalb des Bereichs von 30 < V/f/L < 50 beibehalten.
-
In der Probe 12 wurde die Ozonkonzentration von 0,7 ppm oder mehr innerhalb des Bereichs von 0,5 < V/f/L ≤ 20 beibehalten und wurde die Ozonkonzentration von ungefähr 0,75 ppm innerhalb des Bereichs von 1 < V/f/L < 10 beibehalten. Des Weiteren wurde die Ozonkonzentration von 0,6 bis 0,7 ppm innerhalb des Bereichs von 20 < V/f/L < 50 beibehalten.
-
In der Probe 13 wurde die Ozonkonzentration von 0,8 ppm oder mehr innerhalb des Bereichs von 0,5 < V/f/L ≤ 10 beibehalten und wurde die Ozonkonzentration von ungefähr 0,82 ppm innerhalb des Bereichs von 1 < V/f/L < 10 beibehalten. Des Weiteren wurde die Ozonkonzentration von 0,7 bis 0,8 ppm innerhalb des Bereichs von 10 < V/f/L ≤ 35 beibehalten und wurde die Ozonkonzentration von 0,65 bis 0,7 ppm innerhalb des Bereichs von 35 < V/f/L < 50 beibehalten.
-
Folglich ist klar, dass der Ozongenerator vorzugsweise die Bedingung 0,5 < V/f/L erfüllt, und weiter vorzugsweise die Bedingung 1 < V/f/L erfüllt. Wenn der Ozongenerator diese Bedingungen erfüllt, werden die Ozonmoleküle, die durch die Entladung produziert werden, kaum wiederholt der Entladung ausgesetzt. Deshalb werden die Ozonmoleküle über eine Reaktion mit einem O-Atom, einem Wassermolekül oder einer OH-Gruppe unter der erneuten Entladung kaum zersetzt. Folglich kann die Ozonproduktionsmengenreduzierung verhindert werden.
-
Zusätzlich ist klar, dass der Ozongenerator vorzugsweise die Bedingung 50 > V/f/L erfüllt, und weiter vorzugsweise die Bedingung 20 > V/f/L erfüllt. Wenn der Ozongenerator diese Bedingungen erfüllt, kann die Menge des nicht reagierten Quellengases 12 reduziert werden, so dass die Ozonproduktionsmengenreduzierung verhindert werden kann.
-
Weiterhin, wie von den Ergebnissen der Proben 11 bis 13 ersichtlich ist, ist die Strömungsrate des Quellengases 12, das durch den Entladungsraum 22 strömt, vorzugsweise gleich 380 L/min oder weniger. Die Strömungsrate ist mehr vorzugsweise 300 L/min oder weniger und weiterhin vorzugsweise 150 L/min oder weniger. Wenn der Ozongenerator diese Bedingungen erfüllt, kann die Verteilung des Quellengases 12 in dem Entladungsraum 22 begrenzt werden, können die Ozonmoleküle gleichmäßig in dem Entladungsraum 22 produziert werden, und kann das Quellengas 12 für die Ozonproduktion aufgebraucht werden. Deshalb kann die Menge des Restquellengases 12, das ohne Produktionsreaktion durch den Entladungsraum 22 geströmt ist, reduziert werden. Folglich kann der Ozongenerator eine hohe Ozonproduktionseffizienz aufweisen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 10-324504 [0003, 0004, 0005, 0008, 0008, 0008, 0008, 0038]
- JP 2013-193893 [0003, 0006, 0009, 0009]
- JP 2013-060327 [0003, 0007, 0010, 0010, 0014, 0042]
