JP2001521870A - プラズマオゾン発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高温において分子酸素（７）を開始点とし、単原子酸素による第１の流れ（８）が生成されるプラズマ電気トーチ（１）と、上記トーチの下流に形成され、上記第１の流れ（８）と液体酸素による第２の低温流（９）との相互作用により、オゾンおよび分子酸素からなるガス状の冷却混合物の流れ（１０）を形成する反応器（２）とからなり、特に、１〜１５ｋｇ／ｈの、高オゾン発生能力を有する手段を備えたプラズマオゾン発生器。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、プラズマオゾン発生器、特に、１〜１５ｋｈ／ｈの、高オゾン発生
能力を有する手段を備えたプラズマオゾン発生器に関するものである。

【０００１】 オゾンは、酸素の同素形であり、化学式Ｏ₃ を有するものである。

【０００２】 オゾンは、強力な酸化剤であり、主に、３つの異なる機能を有するものである
。

【０００３】 −オゾン分解による、基質への付加反応による直接酸化 −酸素原子が１つ失われることによる、基質への直接酸化 −オゾン化された空気内の酸素の効果による接触酸化 現在、高能力を有する手段を備えたオゾン発生器は、主に、以下の３種類の技
術処理に用いられている。 １．マンガンおよびその化合物、また、臭い、味、色、および残留する微生物電
荷などの、除去が困難な化学物質を、先行する化学／物理処理後に除去すること
による、上水の飲料水への転用 ２．高濃度の界面活性剤もしくは染料を含み、最初にオゾン処理されるか、より
一般的には、通常の化学／生物処理後にオゾン処理される、繊維産業などから生
じる、処理が困難な退流水の浄化 ３．より優れた漂白度、およびそれに付随する高付加価値の製造物を得るための
、酸化水を共に用いる、または酸化水による処理後のセルロースの漂白。

【０００４】 現在使用されているオゾン発生器は、広く知られているものであり、それらの
装置では、乾燥空気流または酸素流が、２本の電極間の暗ジャンプスパーク中に
導入される（暗ジャンプスパークまたは無声放電は、クラウン効果によるもので
あり、使用される電極にダメージを与えるスパークさらにはアーチなどを生じな
い拡散電子流である）。

【０００５】 上記発生器の機能原理は、現在まで不変のものではあるが、その効率は、さら
なる大幅な向上が得られない実際の技術成熟域まで、継続的にかつ大きく向上し
ている。

【０００６】 現在使用されているオゾン発生器は複雑なものである。

【０００７】 オゾン発生器が空気を供給されるものである場合、それら装置は、以下のもの
から構成される。空気フィルター；圧縮器；凝縮物の放出により圧縮気を冷却す
るための熱交換器；−４０℃、さらには−６０℃の露温度まで残留水分を吸収す
るための二重カラム；上記２つのカラム（交互相で動作する）の、吸収から再生
までのサイクルを相互転換する装置；再生のために温空気を供給する装置；およ
び、水冷され、高圧変圧器を有する電気ボード（ELECTRIC BOARD）、また場合に
よっては、周波数を上げるためのイナータ（INERTER ）を備えた実オゾン発生器
。

【０００８】 オゾン発生器が酸素を供給されるものである場合、それら装置は、上記電気ボ
ードを有するオゾン発生器；液体酸素のための低温容器；および相対蒸発装置（
RELATIVE EVAPORATOR ）からなる。

【０００９】 上記発生器は複雑な装置であるのと同時に、扱い難くで高価であり、保守コス
トが高くなっている。これら３つの要素が、製造されるオゾンのコストを否定的
に決定している。さらに、高エネルギー消費によりオゾンのコストが増加する。
具体的には、空気により２１ｋｗｈ／ｋｇのＯ₃ が製造され、酸素により１２ｋ
ｗｈ／ｋｇのＯ₃ が製造され、後者の場合では、１ｋｇのオゾンを製造するのに
、１７ｋｇの酸素が使用される。

【００１０】 空気を使用するものと酸素を使用するものとの、現在において使用されている
２つの処理間の、第２のおよび関連する相違点は、得られるオゾンの濃度であり
、前者の場合では、オゾン／Ｎｍ³ は１５〜２０ｇであり、後者の場合では、オ
ゾン／Ｎｍ³ は、７０〜８０ｇである。

【００１１】 本発明の目的は、上述したような不具合を解決することである。

【００１２】 本発明の上記目的は、高温において分子酸素を開始点とし、単原子酸素である
第１の流れが生成されるプラズマ電気トーチと、このトーチの下流に形成され、
上記第１の流れと、液体酸素である第２の低温流との相互作用によりオゾンおよ
び分子酸素からなるガス状の冷却混合物の流れを形成する反応器とからなるプラ
ズマオゾン発生器の手段によって達成される。

【００１３】 本発明の手段により得られる主な利点としては、以下のものが挙げられる。 −オゾン製造に使用される装置は、従来のものより簡略である。 −オゾン発生器を実現するためのコストは、従来のものと比較して大幅に削減さ
れる。 −装置の複雑度が低減される。 −エネルギ─消費および保守コストは、従来のものと比較して大幅に削減される
。

【００１４】 以下に、本発明に係るプラズマオゾン発生器を、添付の図面を参照し説明する
。図１は、本発明に係るプラズマオゾン発生器の長手方向断面図である。

【００１５】 図の詳細を参照すると、プラズマオゾン発生器は、主に、電気プラズマトーチ
１および反応器２とからなっている。

【００１６】 上記プラズマ電気トーチ１は、さらに、陰極３およびアースブッシング４とか
らなっている。

【００１７】 反応器２は、窓６を有する円筒管部５からなっている。

【００１８】 第１の分子酸素流７が、上記プラズマ電気トーチ１内へ供給され、プラズマ８
が生成される。プラズマ８は、陰極３とアースブッシング４との間で、クラウン
効果により生じるアーチ放電により、上記第１の分子酸素流７が約５，０００℃
まで加熱されることによる効果により生成される単原子酸素からなる。

【００１９】 ５，０００℃の温度は、酸素の分子から原子への完全な転換に要求される温度
である。この温度は、金属を切断および溶接するのに使用され、１５，０００〜
３０，０００℃に達する温度が生じる一般的なプラズマトーチよりも大幅に低い
ものである。この比較的低い作業温度により、タングステン陰極およびブッシン
グの長寿命化が図られるが、高温における酸化を防ぐために、それらは、イリジ
ウムもしくは他の貴金属溶融物によるガルバニック被覆が施されていてもよい（
イリジウムは、６００〜８００℃の温度で簡単に酸化するが、酸化物は、１，３
００℃で分解するので、イリジウムは、それより高温では酸化しないことになる
）。

【００２０】 トーチの供給のための電気ボードは公知のものであり、金属を切断および溶接
するための供給トーチ用と略同一のものである。

【００２１】 陰極の冷却は、−１８０℃のガス状もしくは液体酸素（後にプラズマ生成に使
用される）、または水を用いて行うことができる。ブッシングの冷却は、空気も
しくは水を用いて行われる。反応器２内において、第２の液体分子酸素流９が、
窓６を介して供給され、プラズマ８を形成する単原子酸素と混合されると同時に
該単原子酸素を冷却し、オゾンおよび分子酸素とからなる混合物１０が生成され
る。

【００２２】 単原子酸素と液体分子酸素との重量関係は、約１／３５であり、１ｋｇ毎の原
子酸素に対して２ｋｇのオゾンが生成される。これは、純酸素を用いる実オゾン
発生器により得られるものに対応する、オゾン／Ｎｍ³ 約８０ｇの濃度に相当す
る。

【００２３】 この、１／３５の関係は、液体酸素および電気エネルギーの費用に応じるコス
トを最適化するために変更されてもよい。

【００２４】 また、電気エネルギーの消費は、選択される動作パラメータにより変動するも
のであるが、製造されるオゾンに対して、平均して６〜８Ｋｗｈ／ｋｇであり、
現在まで使用されている発生器の消費量よりも大幅に削減されたものとなってい
る。

【００２５】 プラズマオゾン発生器は、現在まで使用されている発生器と同様に、水中で融
解されるためのさらなる圧縮を必要としないオゾン混合物を供給するために、大
気圧下で動作してもよいし、１もしくは２気圧下で動作してもよい。

【００２６】 上述したプラズマオゾン発生器の変更例では、原子酸素と冷却分子酸素との関
係は１／３５を越えるものであり、酸素の総消費量は少なく、水エジェクタ（WA
TER EJECTOR ）により、雰囲気温度までのさらなる冷却が行われるが、効率は低
いものとなっている。即ち、電気エネルギーの比消費量（オゾンを１ｋｇ製造す
るのに用いられるＫｗｈ）は高く、オゾン内の原子酸素の収率は低減されたもの
となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るプラズマオゾン発生器の長手方向断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温において分子酸素（７）を開始点とし、単原子酸素による第１の流れ（８
   ）が生成されるプラズマ電気トーチ（１）と、このトーチの下流に形成され、上
   記第１の流れ（８）と液体酸素による第２の低温流（９）との相互作用により、
   オゾンおよび分子酸素からなるガス状の冷却混合物の流れ（１０）を形成する反
   応器（２）とからなることを特徴とするプラズマオゾン発生器。
2. 【請求項２】 上記プラズマ電気トーチ（１）が、効能温度である約５０００℃で動作するこ
   とを特徴とする請求項１に記載のプラスマオゾン発生器。
3. 【請求項３】 上記プラズマ電気トーチ（１）の電極（３，４）が、高温で溶融する貴金属に
   て被覆された耐熱性金属からなることを特徴とする請求項１に記載のプラズマオ
   ゾン発生器。
4. 【請求項４】 上記プラズマ電気トーチ（１）の電極（３，４）が、ガルバニックイリジウム
   成膜により被覆されたタングステンからなることを特徴とする請求項１に記載の
   プラズマオゾン発生器。
5. 【請求項５】 上記プラズマ電気トーチ（１）の電極（３，４）が、強制冷却システムにより
   冷却されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマオゾン発生器。
6. 【請求項６】 上記プラズマ電気トーチ（１）および上記反応器（２）が、大気圧下で動作す
   ることを特徴とする請求項１に記載のプラズマオゾン発生器。
7. 【請求項７】 上記プラズマ電気トーチ（１）および上記反応器（２）が、大気圧よりも高い
   圧力下で動作することを特徴とする請求項１に記載のプラズマオゾン発生器。
8. 【請求項８】 酸素とオゾンとの混合物が、水エジェクタにより冷却されることを特徴とする
   請求項１に記載のプラズマオゾン発生器。