DE102015104729A1

DE102015104729A1 - Ozongenerator

Info

Publication number: DE102015104729A1
Application number: DE102015104729.2A
Authority: DE
Inventors: c/o NGK INSULATORS LTD. Kondo Yoshimasa; c/o NGK INSULATORS LTD. Yokoi Shoji; c/o NGK INSULATORS LTD. Terazawa Tatsuya; c/o NGK INSULATORS LTD. Takase Naoya
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2015-10-01
Also published as: US20150274525A1; JP2015189649A

Abstract

Ein Ozongenerator (10) weist ein oder mehr Elektrodenpaare (16) auf, wobei die Elektrodenpaare (16) jeweils zwei Elektroden (20) enthalten, die in einem Abstand einer vorbestimmten Spaltlänge (Dg) angeordnet sind, und Ozon produziert wird, wenn zumindest zwischen den zwei Elektroden (20) des Elektrodenpaars (16) ein Ausgangsgas (12) strömt und zwischen den zwei Elektroden (20) eine Entladung erzeugt wird. Eine (20a oder 20b) der zwei Elektroden (20) befindet sich auf einer stromaufwärtigen Seite des Ausgangsgases (12) und die andere (20b oder 20a) befindet sich auf einer stromabwärtigen Seite des Ausgangsgases (12). Eine Richtung (La) von der einen Elektrode (20a oder 20b) zur anderen Elektrode (20b oder 20a) ist bezogen auf eine Zufuhrrichtung (Lb) des Ausgangsgases (12) geneigt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Ozongenerator, um zwischen Elektroden ein Ausgangsgas strömen zu lassen und zwischen den Elektroden eine Entladung zu erzeugen, wodurch Ozon produziert wird.
Beschreibung des Stands der Technik
Ein Ozongenerator ist eine Vorrichtung, die dazu in der Lage ist, in einem thermischen Ungleichgewichtsplasma ein sauerstoffhaltiges Gas wie Luft strömen zu lassen, damit Ozon produziert wird. Das thermische Ungleichgewichtsplasma wird erzeugt, indem eine Entladung genutzt wird, für die durch eine Entladungserzeugungseinrichtung gesorgt wird. Zum Beispiel kann die Ladungserzeugungseinrichtung einer Glimmentladungsbauart entsprechen. Zum Beispiel wird in dieser Einrichtung auf einen Entladungsspalt zwischen einer Hochspannungselektrode und einer Masseelektrode durch eine Hochspannungswechselstromquelle eine Hochspannung von mehreren bis mehreren zehn kV aufgebracht, damit eine Entladung aus einer Anhäufung gestreckter Mikroentladungen erzeugt wird. Das sauerstoffhaltige Gas wird durch die Entladung zerlegt, sodass Ozon produziert wird.
Ein herkömmlicher Aufbau eines solchen Ozongenerators ist z. B. in der JP H10-324504 A und der JP 2013-060327 A offenbart.
Die JP H10-324504 A beschreibt im Absatz [0002], dass ein Ozongenerator der Glimmentladungsbauart einander zugewandte Elektroden und ein oder zwei dazwischen angeordnete dielektrische Körper hat, dass auf die Elektroden eine hohe Wechselstromspannung aufgebracht wird, während in einem Spalt zwischen der Elektrode und dem dielektrischen Körper oder in einem Spalt zwischen den dielektrischen Körpern ein sauerstoffhaltiges Ausgangsgas (etwa ein hochkonzentriertes Sauerstoffgas (PSA-Sauerstoff) oder entfeuchtete Luft) strömen gelassen wird, und dass durch eine Glimmentladung Sauerstoff dissoziiert wird, sodass Ozon produziert wird. Der Spalt hat eine Länge von etwa 1 mm, und der dielektrische Körper besteht aus einem Glas- oder Keramikmaterial, das eine hohe dielektrische Festigkeit hat.
Die JP 2013-060327 A beschreibt im Absatz [0008], dass ein Ozongenerator eine Entladungselektrode, eine der Entladungselektrode zugewandte Induktionselektrode, eine zwischen der Entladungselektrode und der Induktionselektrode ausgebildete dielektrische Körperschicht und eine auf der Entladungselektrode ausgebildete wasserabweisende Schicht enthält.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Allerdings sind die herkömmlichen Ozongeneratoren insofern nachteilig, als dass das produzierte Ozon durch ein Wassermolekül oder eine OH-Gruppe (Hydroxylgruppe) zerlegt wird, was in einer hochgradig feuchten Umgebung zu einer geringeren Ozonproduktionsleistung führt.
In der JP H10-324504 A strömt das Ausgangsgas zwischen den zwei Elektroden (einem Elektrodenpaar) mit dem dazwischen angeordneten dielektrischen Körper. Wie in den 4 und 5 der JP H10-324504 A gezeigt ist, liegt die Elektrodenpaarrichtung (die Richtung von einer Elektrode zur anderen Elektrode) senkrecht (in einem Winkel von 90°) zur Ausgangsgasströmungsrichtung. Daher werden die Entladungsflächen der Elektroden in direkten Kontakt mit dem befeuchteten Ausgangsgas gebracht, wodurch die Ozonproduktion durch die Wasser- oder OH-Moleküle gehemmt werden kann, sodass sich die Ozonproduktionsleistung verringern kann oder die Ozonproduktion aufhören kann.
In der JP 2013-060327 A ist auf der Entladungselektrode die wasserabweisende Schicht ausgebildet. Wie allerdings im Absatz [0020] der JP 2013-060327 A beschrieben ist, kann die wasserabweisende Schicht während einer Langzeitnutzung abblättern, selbst wenn zwischen der dielektrischen Körperschicht und der wasserabweisenden Schicht ein Schutzfilm zum Verhindern des Abblätterns ausgebildet wird. Darüber hinaus verringert sich in einer hochgradig feuchten Umgebung mit der Nutzungszeit nachteiliger Weise die Ozonproduktionsleistung.
Angesichts der obigen Probleme ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Ozongenerator zur Verfügung zu stellen, der dazu in der Lage ist, die Änderungen bei der Ozonproduktion sogar in einer Nutzungsumgebung mit hoher Feuchtigkeit zu verringern und in einem großen Bereich von Feuchtigkeitsumgebungen (mit einer absoluten Feuchtigkeit von 0 bis 50 g/m³) stabil Ozon zu produzieren.

[1] Ein erfindungsgemäßer Ozongenerator weist ein oder mehr Elektrodenpaare auf, wobei die Elektrodenpaare jeweils zwei Elektroden enthalten, die in einem Abstand einer vorbestimmten Spaltlänge angeordnet sind, und Ozon produziert wird, wenn zumindest zwischen den zwei Elektroden des Elektrodenpaars ein Ausgangsgas strömt und zwischen den zwei Elektroden eine Entladung erzeugt wird. Eine der zwei Elektroden befindet sich auf einer stromaufwärtigen Seite des Ausgangsgases, und die andere befindet sich auf einer stromabwärtigen Seite des Ausgangsgases. Eine Richtung von der einen Elektrode zur anderen Elektrode ist bezogen auf eine Zufuhrrichtung des Ausgangsgases geneigt.

In diesem Fall wird eine Seite der Entladungsflächen der Elektrodenpaare mit dem Ausgangsgas nicht in direkten Kontakt gebracht, wodurch die eine Seite der Entladungsflächen nicht in direkten Kontakt mit Wasser- oder OH-Molekülen gebracht wird und in einem Zustand geringer Feuchtigkeit gehalten werden kann. Somit kann der Rückgang der Ozonproduktionsmenge verringert werden.

[2] Bei der Erfindung ist es vorzuziehen, dass ein Winkel zwischen der Richtung von der einen Elektrode zur anderen Elektrode (nachstehend als eine Elektrodenpaarrichtung bezeichnet) und der Zufuhrrichtung des Ausgangsgases einen Absolutwert von 80° oder weniger hat. In diesem Fall wird eine Seite der Entladungsflächen des Elektrodenpaars nicht in direkten Kontakt mit dem Ausgangsgas gebracht. Daher wird die eine Seite der Entladungsflächen nicht in direkten Kontakt mit den Wasser- oder OH-Molekülen gebracht und kann in einem Zustand geringer Feuchtigkeit gehalten werden. Somit kann der Rückgang der Ozonproduktionsmenge verringert werden.
[3] Bei der Erfindung ist es vorzuziehen, dass ein Winkel zwischen der Richtung von der einen Elektrode zur anderen Elektrode und der Zufuhrrichtung des Ausgangsgases einen Absolutwert von 60° oder weniger hat. In diesem Fall kann der Rückgang der Ausgangsgasmenge zwischen den zwei Elektroden verringert werden, eine Seite des Elektrodenpaars kann in einem Zustand geringer Feuchtigkeit gehalten werden, und die Ozonproduktionsmenge kann erhöht werden.
[4] Bei der Erfindung ist es vorzuziehen, dass ein Winkel zwischen der Richtung von der einen Elektrode zur anderen Elektrode und der Zufuhrrichtung des Elektrodengases einen Absolutwert von 10° oder mehr hat. In diesem Fall kann der Rückgang der Ozonproduktionsmenge aufgrund eines Mangels des Ausgangsgases zwischen der einen Elektrode und der anderen Elektrode (im Entladungsraum) verringert werden.
[5] Bei der Erfindung ist es vorzuziehen, dass ein Winkel zwischen der Richtung von der einen Elektrode zur anderen Elektrode und der Zufuhrrichtung des Ausgangsgases einen Absolutwert von 30° oder mehr hat. In diesem Fall kann der Rückgang der Ausgangsgasmenge zwischen den zwei Elektroden verringert werden, eine Seite des Elektrodenpaars kann in einem Zustand geringer Feuchtigkeit gehalten werden, und die Ozonproduktionsmenge kann erhöht werden.
[6] Bei der Erfindung kann das Ausgangsgas atmosphärische Luft sein, die eine absolute Feuchtigkeit von 0 bis 50 g/cm³ hat.
[7] Bei der Erfindung ist es vorzuziehen, dass die Spaltlänge mindestens 0,1 mm und weniger als 1,0 mm beträgt. In diesem Fall kann der Ozongenerator die Änderungen bei der Ozonproduktion auch in einer Nutzungsumgebung bei hoher Feuchtigkeit verringern, und er kann in einem großen Bereich an Feuchtigkeitsumgebungen (mit einer absoluten Feuchtigkeit von 0 bis 50 g/cm³) stabil Ozon produzieren.
[8] Bei der Erfindung kann jede Elektrode einen rohrförmigen dielektrischen Körper, der einen hohlen Abschnitt hat, und einen leitenden Körper enthalten, der im hohlen Abschnitt des dielektrischen Körpers angeordnet ist.
[9] Bei der Erfindung kann zwischen den zwei Elektroden ein Entladungsraum ausgebildet sein, die Elektrodenpaare können parallel, in Reihe oder parallel und in Reihe angeordnet sein, und der Ozongenerator kann auf einer Ausgangsgasdurchgangsebene, die eine Normalenrichtung hat, die parallel zu einer Hauptströmungsrichtung des Ausgangsgases ist, einen Nichtentladungsabschnitt haben.

Der erfindungsgemäße Ozongenerator kann die Änderungen bei der Ozonproduktion sogar in einer Nutzungsumgebung bei hoher Feuchtigkeit verringern und stabil so agieren, dass er in einem großen Bereich von Feuchtigkeitsumgebungen (mit einer absoluten Feuchtigkeit von 0 bis 50 g/cm³) Ozon produziert.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen mittels illustrierenden Beispiels eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGNEN
1 ist ein Längsschnitt eines Hauptteils eines Ozongenerators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II von 1;
3 ist eine erläuternde Ansicht, um eine Arbeitsweise des Ozongenerators gemäß der Ausführungsform darzustellen;
4 ist ein Längsschnitt des Hauptteils des Ozongenerators gemäß einem weiteren Beispiel der Ausführungsform;
5 ist ein Längsschnitt eines Hauptteils eines Ozongenerators gemäß einem ersten Abwandlungsbeispiel;
6 ist ein Längsschnitt eines Hauptteils eines Ozongenerators gemäß einem zweiten Abwandlungsbeispiel;
7 ist ein Längsschnitt eines Hauptteils eines Ozongenerators gemäß einem dritten Abwandlungsbeispiel; und
8 ist eine grafische Darstellung, die Änderungen bei der Ozonproduktionsmenge unter verschiedenen Zufuhrdurchflussraten eines Ausgangsgases bei Mustern 1 bis 7 zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGFORMEN
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 wird unten nun eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ozongenerators beschrieben. In dieser Beschreibung schließt der numerische Bereich von "A bis B" die beiden numerischen Werte A und B als unteren und oberen Grenzwert ein.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, weist ein Ozongenerator 10 gemäß dieser Ausführungsform ein Gehäuse 14, durch das ein Ausgangsgas 12 strömt, ein oder mehr Elektrodenpaare 16, die in dem Gehäuse 14 angeordnet sind, und eine Wechselstromquelle 18 auf. Jedes Elektrodenpaar 16 enthält zwei Elektroden 20 (eine erste Elektrode 20a und eine zweite Elektrode 20b), die in einem Abstand einer vorbestimmten Spaltlänge Dg angeordnet sind. Die Wechselstromquelle 18 bringt zwischen den zwei Elektroden 20 eine Wechselstromspannung v auf.
In dem Ozongenerator 10 wird Ozon produziert, wenn zumindest zwischen den zwei Elektroden 20 im Elektrodenpaar 16 das Ausgangsgas 12 strömt und zwischen den zwei Elektroden 20 eine Entladung erzeugt wird. Ein zwischen den zwei Elektroden 20 ausgebildeter Raum, in dem die Entladung erzeugt wird, wird als Entladungsraum 22 definiert.
In dem Ozongenerator 10 sind auf einer Ausgangsgasdurchgangsebene 24, die eine Normalenrichtung parallel zur Hauptströmungsrichtung des Ausgangsgases 12 hat, Nichtentladungsabschnitte 26 ausgebildet. Wie in 1 gezeigt ist, sind die Ausgangsgasdurchgangsebenen 24 zum Beispiel in einer Ebene 27 (die als eine Zweipunkt-Strichellinie angegeben ist), die eine Normalenrichtung parallel zur Hauptströmungsrichtung des Ausgangsgases 12 hat, als dicke Zweipunkt-Strichellinien angegeben. In den Ausgangsgasdurchgangsebenen 24 wird für die Nichtentladungsabschnitte 26 durch einen Abschnitt zwischen der ersten Elektrode 20a und einer Innenwand 28a des Gehäuses 14 (einer näher an der ersten Elektrode 20a liegenden Innenwand) und einen Abschnitt zwischen der zweiten Elektrode 20b und einer anderen Innenwand 28b des Gehäuses 14 (einer näher an der zweiten Elektrode 20b liegenden Innenwand) gesorgt. Die Hauptströmungsrichtung des Ausgangsgases 12 ist die Strömungsrichtung, die sich an der Mitte des Ausgangsgases 12 orientiert. Somit unterscheidet sich die Hauptströmungsrichtung von Strömungsrichtungen nicht orientierter Randströmungskomponenten des Ausgangsgases 12.
Jede Elektrode 20 hat eine Stabform und enthält einen rohrförmigen dielektrischen Körper 32, der einen hohlen Abschnitt 30 hat, sowie einen leitenden Körper 34, der im hohlen Abschnitt 30 des dielektrischen Körpers 32 angeordnet ist. In dem Beispiel der 1 und 2 hat der dielektrische Körper 32 eine Zylinderform, und der darin ausgebildete hohle Abschnitt 30 hat eine kreisförmige Querschnittsform. Der leitende Körper 34 hat ebenfalls eine kreisförmige Querschnittsform. Natürlich sind die Formen der Bestandteile nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Der dielektrische Körper 32 kann eine Rohrform mit einem mehreckigen Querschnitt, etwa einem dreieckigen, viereckigen, fünfeckigen, sechseckigen oder achteckigen Querschnitt, haben. Der leitende Körper 34 kann eine Säulenform mit einem mehreckigen Querschnitt, etwa einem dreieckigen, viereckigen, fünfeckigen, sechseckigen oder achteckigen Querschnitt, haben, der der Form des dielektrischen Körpers 32 entspricht.
Bei dieser Ausführungsform wird das Ausgangsgas 12 zu dem Zweck verwendet, Ozon zu produzieren, und daher kann es atmosphärische Luft, ein sauerstoffhaltiges Gas usw. sein. In diesem Fall kann das Ausgangsgas 12 nichtentfeuchtete Luft sein.
Das Material des leitenden Körpers 34 enthält vorzugsweise eine Substanz, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Molybdän, Wolfram, Silber, Kupfer, Nickel und Legierungen besteht, die mindestens eines dieser Elemente enthalten. Beispiele solcher Legierungen schließen Invar, Kovar, Inconel (eingetragene Marke) und Incoloy (eingetragene Marke) ein.
Das Material des dielektrischen Körpers 32 ist vorzugsweise ein Keramikmaterial, das bei einer geringeren Temperatur als der Schmelzpunkt des leitenden Körpers 34 gebrannt werden kann. Zum Beispiel ist das Material vorzugsweise ein Einzeloxid-, Mischoxid- oder Mischnitridmaterial, das ein oder mehr Substanzen enthält, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Bariumoxid, Bismutoxid, Titanoxid, Zinkoxid, Neodymoxid, Titannitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Aluminiumoxid, Siliciumoxid und Mullit besteht.
Bei dieser Ausführungsform befindet sich, wie in den 1 und 3 gezeigt ist, die erste Elektrode 20a von zwei Elektroden in einem Elektrodenpaar auf der stromaufwärtigen Seite des Ausgangsgases 12, und die zweite Elektrode 20b befindet sich auf der stromabwärtigen Seite des Ausgangsgases 12. Darüber hinaus ist eine Richtung La von der stromaufwärtigen ersten Elektrode 20a zur stromabwärtigen zweiten Elektrode 20b bezogen auf eine Zufuhrrichtung Lb des Ausgangsgases 12 geneigt.
Wie in 3 gezeigt ist, sind daher in dem Entladungsspalt 22 zwischen der ersten Elektrode 20a und der zweiten Elektrode 20b ein Bereich 36a, in den das Ausgangsgas 12 strömt, und ein Bereich 26b ausgebildet, in den kaum Ausgangsgas 12 strömt. Somit wird auf der Oberfläche des dielektrischen Körpers 32 in der ersten Elektrode 20a eine Oberfläche im Entladungsraum 22 (eine Entladungsfläche 32a) nicht in direkten Kontakt mit dem Ausgangsgas 12 gebracht. Folglich wird die Entladungsfläche 32a des dielektrischen Körpers 32 in der ersten Elektrode 20a nicht in direkten Kontakt mit den Wasser- oder OH-Molekülen gebracht und kann dadurch in dem Zustand geringer Feuchtigkeit gehalten werden, sodass der Rückgang der Ozonproduktionsmenge verringert werden kann.
Natürlich kann sich, wie in 4 gezeigt ist, die zweite Elektrode 20b von den zwei Elektroden 20 in jedem Elektrodenpaar 16 auf der stromaufwärtigen Seite des Ausgangsgases 12 befinden, und die erste Elektrode 20a kann sich auf der stromabwärtigen Seite des Ausgangsgases 12 befinden. Auch in diesem Fall ist die Richtung La von der stromaufwärtigen zweiten Elektrode 20b zur stromabwärtigen ersten Elektrode 20a bezogen auf die Zufuhrrichtung Lb des Ausgangsgases 12 geneigt.
Dementsprechend wird die Entladungsfläche 32a des dielektrischen Körpers 32 in der zweiten Elektrode 20b nicht in direkten Kontakt mit dem Ausgangsgas 12 gebracht. Folglich wird die Entladungsfläche 32a des dielektrischen Körpers 32 in der zweiten Elektrode 20b nicht in direkten Kontakt mit den Wasser- oder OH-Molekülen gebracht und kann daher in dem Zustand geringer Feuchtigkeit gehalten werden, sodass der Rückgang der Ozonproduktionsmenge verringert werden kann.
Und zwar ist es, wie in den 1 und 4 gezeigt ist, vorzuziehen, dass der Winkel (±θ) zwischen der Richtung von der stromaufwärtigen Elektrode (der ersten Elektrode 20a oder der zweiten Elektrode 20b) zur stromabwärtigen Elektrode (der zweiten Elektrode 20b oder der ersten Elektrode 20a) (nachstehend als Elektrodenpaarrichtung La bezeichnet) und der Zufuhrrichtung Lb des Ausgangsgases 12 einen Absolutwert von 80° oder weniger hat. Der Winkel beträgt in 1 –θ und in 4 +θ. In diesem Fall kann der Rückgang der Ozonproduktionsmenge aufgrund eines Mangels des Ausgangsgases 12 in dem Entladungsraum 22 zwischen der ersten Elektrode 20a und der zweiten Elektrode 20b verringert werden.
Es ist vorzuziehen, dass der Winkel (±θ) zwischen der Richtung La des Elektrodenpaars 16 und der Zufuhrrichtung Lb des Ausgangsgases 12 einen Absolutwert von 10° oder mehr hat. In diesem Fall wird eine der Entladungsflächen 32a in jedem Elektrodenpaar 16 nicht in direkten Kontakt mit dem Ausgangsgas 12 gebracht. Folglich wird eine der Entladungsflächen 32a nicht in direkten Kontakt mit den Wasser- oder OH-Molekülen gebracht und kann dadurch in dem Zustand geringer Feuchtigkeit gehalten werden, sodass der Rückgang der Ozonproduktionsmenge verringert werden kann.
Es ist vorzuziehen, dass der Winkel (±θ) zwischen der Richtung La des Elektrodenpaars 16 und der Zufuhrrichtung Lb des Ausgangsgases 12 einen Absolutwert von 60° oder weniger hat. Es ist vorzuziehen, dass der Winkel (±θ) zwischen der Richtung La des Elektrodenpaars 16 und der Zufuhrrichtung Lb des Ausgangsgases 12 einen Absolutwert von 30° oder mehr hat. In diesem Fall kann der Rückgang der Zufuhrmenge des Ausgangsgases 12 zwischen den zwei Elektroden verringert werden, eine der Elektroden 20 im Elektrodenpaar 16 kann in dem Zustand geringer Feuchtigkeit gehalten werden, und es kann eine große Ozonproduktionsmenge erreicht werden.
Somit kann bei dieser Ausführungsform selbst dann, wenn das zugeführte Ausgangsgas 12 eine hohe Feuchtigkeit hat, der Rückgang der Ozonproduktionsmenge aufgrund der Ozonzerlegungsreaktionen verringert werden, und die Restmenge des nicht umgesetzten Ausgangsgases 12, die durch die Entladungsräume 22 strömt, kann verringert werden. Folglich kann der Ozongenerator 10 eine hohe Ozonproduktionsleistung zeigen.
Infolgedessen kann der Ozongenerator die Änderungen bei der Ozonproduktion auch bei hoher Feuchtigkeit verringern und kann stabil so agieren, dass er in einem großen Bereich an Feuchtigkeitsumgebungen (mit einer absoluten Feuchtigkeit von 0 bis 50 g/m²) Ozon produziert.
Außerdem wird bei der Erfindung keine wasserabweisende Schicht wie die verwendet, die in der JP 2013-060327 A beschrieben ist. Daher kann der Ozongenerator über eine lange Zeitdauer hinweg eine stabile Ozonproduktionsmenge zeigen, ohne dass die wasserabweisende Schicht während einer Langzeitnutzung abblättert.
Es werden nun mehrere bevorzugte Abwandlungen des Ozongenerators 10 gemäß dieser Ausführungsform beschrieben.
Die Spaltlänge Dg zwischen den zwei Elektroden 20 meint den kürzesten Abstand zwischen dem dielektrischen Körper 32 in der ersten Elektrode 20a und dem dielektrischen Körper 32 in der zweiten Elektrode 20b. Die Spaltlänge Dg beträgt vorzugsweise mindestens 0,1 mm und weniger als 1,0 mm.
Wenn die Spaltlänge Dg übermäßig groß ist, wird der Abstand zwischen den dielektrischen Körpern 32 übermäßig hoch, wodurch die Menge der Wasseroder OH-Moleküle im zentralen Abschnitt des Entladungsraums 22 erhöht wird. In der hochgradig feuchten Umgebung wird daher durch die Wasser- oder OH-Moleküle, die in dem Ausgangsgas 12 enthalten sind und um die dielektrischen Körper 32 herum oder im zentralen Abschnitt des Entladungsspalts 22 zurückbleiben, die Ozonproduktion gehemmt, die Ozonproduktionsleistung verringert oder die Ozonproduktion angehalten.
Wenn die Spaltlänge Dg übermäßig klein ist, kann der Entladungsspalt 22 durch die Wasser- oder OH-Moleküle, die an den dielektrischen Körpern 32 adsorbiert werden, kurzgeschlossen werden. Somit können die dielektrischen Körper 32 durch die Wasser- oder OH-Moleküle verbunden werden. In diesem Fall wird durch die Wasser- oder OH-Moleküle wie in dem Fall, in dem im zentralen Abschnitt des Entladungsraums 22 eine große Menge der Wasser- oder OH-Moleküle zurückbleibt, die Ozonproduktion gehemmt, die Ozonproduktionsleistung verringert oder die Ozonproduktion angehalten.
Folglich beträgt die Spaltlänge Dg vorzugsweise mindestens 0,1 mm und weniger als 1,0 mm.
Bei dieser Ausführungsform enthält jede Elektrode 20 den rohrförmigen dielektrischen Körper 32, der den hohlen Abschnitt 30 hat, und den leitenden Körper 34, der im hohlen Abschnitt 30 des dielektrischen Körpers 32 angeordnet ist. Daher kann der Abstand zwischen den Elektroden 20 leicht gesteuert werden. Somit kann die Spaltlänge Dg zwischen den Elektroden 20 verglichen mit dem Glimmentladungsaufbau, der in der JP H10-324504 A beschrieben ist, leichter innerhalb des Bereichs von mindestens 0,1 mm und weniger als 1,0 mm gesteuert werden.
Die Elektrode 20 kann durch das folgende Verfahren hergestellt werden. Und zwar wird zum Beispiel ein rohrförmiger Pressling oder Grünkörper vorgebrannt, um einen vorgebrannten Körper mit einem hohlen Abschnitt anzufertigen, und der leitende Körper 34 wird in den hohlen Abschnitt des vorgebrannten Körpers eingeführt. Dann werden der vorgebrannte Körper und der leitende Körper 34 bei einer höheren Temperatur als der Vorbrenntemperatur gebrannt, um direkt miteinander integriert zu werden, wodurch die Elektrode 20 hergestellt wird, die den dielektrischen Körper 32 mit dem hohlen Abschnitt 30 und den in den hohlen Abschnitt 30 eingeführten leitenden Körper 34 enthält.
Alternativ kann die Elektrode 20 durch ein Gelcasting-Verfahren hergestellt werden. Beim Gelcasting-Verfahren wird der leitende Körper 34 in eine Form gesetzt, ein Schlicker, der ein Keramikpulver, ein Dispersionsmedium und ein Geliermittel enthält, wird in die Form gegossen, der Schicker wird geliert, fest werden gelassen und durch Ändern der Temperatur oder durch Zugabe eines Vernetzers geformt, und der sich ergebende Körper wird gebrannt, um die Elektrode 20 herzustellen.
Bei der obigen Ausführungsform ist ein Elektrodenpaar 16 gezeigt. Alternativ können vorzugsweise auch die in den 5 bis 7 gezeigten ersten bis dritten Abwandlungsbeispiele Anwendung finden.
Wie in 5 gezeigt ist, unterscheidet sich ein Ozongenerator 10a gemäß dem ersten Abwandlungsbeispiel von dem Ozongenerator 10 (siehe 1) dadurch, dass eine Vielzahl der Elektrodenpaare 16 parallel angeordnet sind. Die Wechselstromquelle 18 bringt zwischen den ersten Elektroden 20a und den zweiten Elektroden 20b eine Wechselstromspannung v auf.
Auch in dem Ozongenerator 10a sind auf der Ausgangsgasdurchgangsebene 24 Nichtentladungsabschnitte 26 ausgebildet. Und zwar wird für die Nichtentladungsabschnitte 26 in der Ausgangsgasdurchgangsebene 24 durch Abschnitte zwischen den Elektrodenpaaren 16, einen Abschnitt zwischen der einen Innenwand 28a des Gehäuses 14 und der ersten Elektrode 20a, die näher an der einen Innenwand 28a liegt, und einen Abschnitt zwischen der anderen Innenwand 28b des Gehäuses 14 und der zweiten Elektrode 20b, die näher an der anderen Innenwand 28b liegt, gesorgt.
Im ersten Abwandlungsbeispiel verlaufen zwar sämtliche Elektrodenpaare 16 in der gleichen Richtung La und unter dem gleichen Winkel, doch können einige Elektrodenpaare 16 auch in einer anderen Richtung oder unter einem anderen Winkel verlaufen.
Wie in 6 gezeigt ist, unterscheidet sich ein Ozongenerator 10b gemäß dem zweiten Abwandlungsbeispiel von dem Ozongenerator 10 (siehe 1) dadurch, dass eine Vielzahl der Elektrodenpaare 16 in Reihe angeordnet ist. Die Wechselstromquelle 18 bringt zwischen den ersten Elektroden 20a und den zweiten Elektroden 20b eine Wechselstromspannung v auf.
Auch in dem Ozongenerator 10b sind auf der Ausgangsgasdurchgangsebene 24 die Nichtentladungsabschnitte 26 ausgebildet. Und zwar wird für die Nichtentladungsabschnitte 26 durch Abschnitte zwischen der einen Innenwand 28a des Gehäuses 14 und den ersten Elektroden 20a der mehreren Elektrodenpaare 16 und Abschnitte zwischen der anderen Innenwand 28b des Gehäuses 14 und den zweiten Elektroden 20b der mehreren Elektrodenpaare 16 gesorgt.
Im zweiten Abwandlungsbeispiel verlaufen zwar sämtliche Elektrodenpaare 16 in der gleichen Richtung La und unter dem gleichen Winkel, doch können einige Elektrodenpaare 16 auch in einer anderen Richtung oder unter einem anderen Winkel verlaufen.
Wie in 7 gezeigt ist, unterscheidet sich ein Ozongenerator 10c gemäß dem dritten Abwandlungsbeispiel von dem Ozongenerator 10 (siehe 1) dadurch, dass eine Vielzahl der Elektrodenpaare 16 parallel und in Reihe angeordnet ist. Die Wechselstromquelle 18 bringt zwischen den ersten Elektroden 20a und den zweiten Elektroden 20b eine Wechselstromspannung v auf.
Auch in dem Ozongenerator 10c sind auf der Ausgangsgasdurchgangsebene 24 die Nichtentladungsabschnitte 26 ausgebildet. Im dritten Abwandlungsbeispiel verlaufen zwar sämtliche Elektrodenpaare 16 in der gleichen Richtung La und unter dem gleichen Winkel, doch können einige Elektrodenpaare 16 auch in einer anderen Richtung oder unter einem anderen Winkel verlaufen.
In dem Ozongenerator 10 dieser Ausführungsform beträgt das Durchflussvolumen des Ausgangsgases 12 vorzugsweise 380 l/min oder weniger pro Entladungsraum 22. Das Durchflussvolumen beträgt besser noch 300 l/min oder weniger, noch besser 150 l/min oder weniger.
In diesem Fall kann die Verteilung des Ausgangsgases 12 in dem Entladungsraum 22 reduziert werden, die Ozonmoleküle können gleichmäßig in dem Entladungsraum 22 produziert werden, und das Ausgangsgas 12 kann für die Ozonproduktion aufgebraucht werden, sodass eine unzureichende Produktion der Ozonmoleküle aufgrund von zuviel Ausgangsgas 12 vermieden werden kann.
Daher kann der Rückgang der Ozonproduktionsmenge aufgrund der Ozonzerlegung verringert werden, und die Restmenge des nicht umgesetzten Ausgangsgases 12, die durch den Entladungsraum 22 strömt, kann verringert werden. Folglich kann der Ozongenerator 10 eine hohe Ozonproduktionsleistung zeigen.
Unter verschiedenen Zufuhrdurchflussraten eines Ausgangsgases wurden Änderungen der Ozonproduktionsmenge bei Mustern 1 bis 7 beurteilt. Bei den Mustern 1 bis 7 bestand der dielektrische Körper 32 in jeder Elektrode 20 aus Aluminiumoxid und der leitende Körper 34 aus Kupfer.
– Verfahren zur Messung der Ozonproduktionsmenge –
Bei der Messung der Ozonproduktionsmenge wurde als Ausgangsgas 12 Luft (mit einer absoluten Feuchtigkeit von 30 g/m³) unter einem Gasdruck von 0,10 MPa verwendet.
Als Entladungsspannungsquelle zum Aufbringen einer Wechselstromspannung v wurde die Wechselstromquelle 18 mit einer Spannung (Amplitude A) von ±4 kV und einer Frequenz f von 20 kHz verwendet.
Die Ozonkonzentration im Abgas wurde unter den obigen Bedingungen unter Verwendung eines Ozonkonzentrationsmessgeräts EG-3000 D (erhältlich von Ebara Jitsugyo Co., Ltd.) gemessen. Die Ozonproduktionsmenge wurde durch Multiplizieren des Messwerts mit einer Zufuhrdurchflussrate erzielt.
Die Einzelheiten des Elektrodenaufbaus bei den Ozongeneratoren der Muster 1 bis 7 waren wie folgt.
– Muster 1 –
Das Muster 1 hatte den in den 1 und 4 gezeigten Aufbau, und der Winkel (±θ) zwischen der Richtung La des Elektrodenpaars 16 und der Zufuhrrichtung Lb des Ausgangsgases 12 hatte einen Wert von ±0°. Das heißt, dass die Richtung La des Elektrodenpaars 16 bezogen auf die Zufuhrrichtung Lb des Ausgangsgases 12 nicht geneigt war, sondern parallel zur Zufuhrrichtung Lb des Ausgangsgases 12 war.
– Muster 2 bis 6 –
Der Aufbau der Muster 2, 3, 4, 5 und 6 war der gleiche wie der Aufbau des Musters 1, ausgenommen dass der Winkel (±θ) zwischen der Richtung La des Elektrodenpaars 16 und der Zufuhrrichtung Lb des Ausgangsgases 12 jeweils Werte von +10°, +30°, +45°, +60° und +80° hatte. Das heißt, dass die Richtung La des Elektrodenpaars 16 bezogen auf die Zufuhrrichtung Lb des Ausgangsgases 12 geneigt war.
– Muster 7 –
Im Muster 7 hatte der Winkel (±θ) zwischen der Richtung La des Elektrodenpaars 16 und der Zufuhrrichtung Lb des Ausgangsgases 12 einen Wert von +90°. Das heißt, dass die Richtung La des Elektrodenpaars 16 bezogen auf die Zufuhrrichtung Lb des Ausgangsgases 12 nicht geneigt war, sondern senkrecht zur Zufuhrrichtung Lb des Ausgangsgases 12 war.
– Beurteilungsergebnis –
Die Beurteilungsergebnisse der Muster 1 bis 7 sind in 8 angegeben. Wie in 8 gezeigt ist, war die Menge der Ozonproduktion bei den Mustern 2 bis 6, bei denen die Richtung La des Elektrodenpaars 16 bezogen auf die Zufuhrrichtung Lb des Ausgangsgases 12 geneigt war, bei jeder Zufuhrdurchflussrate größer als bei den Mustern 1 und 7, bei denen die Richtung La des Elektrodenpaars 16 bezogen auf die Zufuhrrichtung Lb des Ausgangsgases 12 nicht geneigt war. Insbesondere bei den Mustern 3, 4 und 5, bei denen der Winkel (±θ) zwischen der Richtung La des Elektrodenpaars 16 und der Zufuhrrichtung Lb des Ausgangsgases 12 jeweils Werte von +30°, +45° und +60° hatte, war die jeweilige Menge der Ozonproduktion größer als die Menge des Musters 1 und die Menge des Musters 7.
Dementsprechend ist es vorzuziehen, dass der Winkel (±θ) zwischen der Richtung La des Elektrodenpaars 16 und der Zufuhrrichtung Lb des Ausgangsgases 12 einen Absolutwert von 80° oder weniger, besser noch von 60° oder weniger hat. Des Weiteren ist es vorzuziehen, dass der Winkel (±θ) zwischen der Richtung La des Elektrodenpaars 16 und der Zufuhrrichtung Lb des Ausgangsgases 12 einen Absolutwert von 10° oder mehr, besser noch von 30° oder mehr hat.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 10-324504 A [0003, 0004, 0007, 0007, 0044]
JP 2013-060327 A [0003, 0005, 0008, 0008, 0038]

Claims

Ozongenerator mit ein oder mehr Elektrodenpaaren (16), wobei die Elektrodenpaare (16) jeweils zwei Elektroden (20) enthalten, die in einem Abstand einer vorbestimmten Spaltlänge (Dg) angeordnet sind, und Ozon produziert wird, wenn zumindest zwischen den zwei Elektroden (20) des Elektrodenpaars (16) ein Ausgangsgas (12) strömt und zwischen den zwei Elektroden (20) eine Entladung erzeugt wird, sich eine (20a oder 20b) der zwei Elektroden (20) auf einer stromaufwärtigen Seite des Ausgangsgases (12) befindet und die andere (20b oder 20a) auf einer stromabwärtigen Seite des Ausgangsgases (12) befindet und eine Richtung von der einen Elektrode (20a oder 20b) zur anderen Elektrode (20b oder 20a) bezogen auf eine Zufuhrrichtung des Ausgangsgases (12) geneigt ist.
Ozongenerator nach Anspruch 1, wobei ein Winkel zwischen der Richtung von der einen Elektrode (20a oder 20b) zur anderen Elektrode (20b oder 20a) und der Zufuhrrichtung des Ausgangsgases (12) einen Absolutwert von 80° oder weniger hat.
Ozongenerator nach Anspruch 1, wobei ein Winkel zwischen der Richtung von der einen Elektrode (20a oder 20b) zur anderen Elektrode (20b oder 20a) und der Zufuhrrichtung des Ausgangsgases (12) einen Absolutwert von 60° oder weniger hat.
Ozongenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Winkel zwischen der Richtung von der einen Elektrode (20a oder 20b) zur anderen Elektrode (20b oder 20a) und der Zufuhrrichtung des Ausgangsgases (12) einen Absolutwert von 10° oder mehr hat.
Ozongenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Winkel zwischen der Richtung von der einen Elektrode (20a oder 20b) zur anderen Elektrode (20b oder 20a) und der Zufuhrrichtung des Ausgangsgases (12) einen Absolutwert von 30° oder mehr hat.
Ozongenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ausgangsgas (12) atmosphärische Luft ist, die eine absolute Feuchtigkeit von 0 bis 50 g/m³ hat.
Ozongenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Spaltlänge (Dg) mindestens 0,1 mm und weniger als 1,0 mm beträgt.
Ozongenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Elektroden (20) jeweils einen rohrförmigen dielektrischen Körper (32), der einen hohlen Abschnitt (30) hat, und einen leitenden Körper (34) enthalten, der im hohlen Abschnitt (30) des dielektrischen Körpers (32) angeordnet ist.
Ozongenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zwischen den zwei Elektroden (20) ein Entladungsraum (22) ausgebildet ist, die Elektrodenpaare (16) parallel, in Reihe oder parallel und in Reihe angeordnet sind und der Ozongenerator auf einer Ausgangsgasdurchgangsebene (24), die eine Normalenrichtung hat, die parallel zu einer Hauptströmungsrichtung des Ausgangsgases (12) ist, einen Nichtentladungsabschnitt (26) hat.