JP2002137907A - オゾン発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】オゾンの放電による分解を低減してトータル的
にオゾン生成効率の向上が図れるように放電ユニットの
電極構造を改良する。 【解決手段】放電間隙を隔てて対向配置した高圧電極１
と接地電極２，および誘電体３とで放電ユニットを構成
し、電極間の放電空間をガス流路６としてここに供給し
た酸素を含む原料ガスを、高圧電源４からの電圧印加で
電極間に発生した無声放電によりオゾン化するオゾン発
生装置において、接地電極２を平板電極、高圧電極１を
複数の円柱状電極１ａに分けた上で、その円柱状電極を
ガス流路を横切る方向に並べて分散配置し、放電ユニッ
ト内のガス流路に沿って放電領域Ａと非放電領域Ｂを交
互に形成する。これにより、オゾン化ガスが放電領域に
晒される滞在時間が減少して放電によるオゾン分解反応
が低減し、ガス流路の出口から高いオゾン濃度のオゾン
化ガスが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は上下水処理、パルプ
漂白処理、殺菌処理などに適用する工業用のオゾン発生
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】頭記のオゾン発生装置として、図５ある
いは図６に示す電極構造の放電ユニットを備えたものが
周知である。図５は平板電極型の放電ユニットであり、
図において１は高圧電極、２は接地電極、３は接地電極
２の表面に成層した誘電体（ガラス）、４は交流高電圧
電源であり、高圧電極１と接地電極２とは放電間隙５を
隔てて対向している。ここで、放電間隙５をガス流路と
して一方から酸素を含む原料ガス（空気または酸素）を
供給しながら高圧電極１と接地電極２との間に交流高電
圧を印加すると、電極面の全域で放電間隙にに無声放電
（オゾナイザ放電）が一様に発生し、ここを通過する原
料ガスの酸素分子に電子が衝突して起きるオゾン生成反
応によりオゾンが生成されることは周知の通りである。

【０００３】また、図６は円筒電極型の放電ユニットで
あり、ガラスあるいはセラミックスで作られた片面開放
形のチューブになる誘電体３の内面に金属膜を形成して
高電圧電極１とし、前記チューブ形の誘電体３を包囲す
るように放電間隙５を隔てて円筒形の高圧電極１を同心
的に配置した構成になる。なお、図示してないが、高圧
電極１，接地電極２には冷却ジャケットなどを付設し、
オゾン生成反応（発熱反応）により発熱した電極，およ
び誘電体を冷却するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように無声放電
によるオゾン発生装置では、電極間の放電空間に原料ガ
スを供給するとオゾン発生反応とオゾン分解反応が同時
に起こり、双方の反応のバランスで取り出されるオゾン
化ガスのオゾン濃度が決定れさる。ここで、オゾンの分
解反応には、オゾンＯ₃ と酸素原子Ｏとの結合による分
解反応（吸熱反応），およびオゾンＯ₃ と電子ｅとの衝
突による分解反応があり、このうちオゾンＯ₃ と酸素原
子Ｏとの結合による分解反応（吸熱反応）は原料ガスの
温度を下げることによって抑制できる。これに対して、
オゾンＯ₃ と電子ｅとの衝突による分解反応は、次式で
表すように様々な形態がある。

【０００５】 ｅ＋Ｏ₃ → Ｏ ＋Ｏ₂ ＋ｅ …………(1) ｅ＋Ｏ₃ → Ｏ^- ＋Ｏ₂ …………(2) ｅ＋Ｏ₃ → Ｏ₂ ^- ＋ Ｏ …………(3) ｅ＋Ｏ₃ → Ｏ₂ ⁺ ＋ Ｏ ＋ ２ｅ …………(4) ｅ＋Ｏ₃ → Ｏ⁺ ＋Ｏ^- ＋ Ｏ ＋ｅ …………(5) ところで、図５，図６に示した放電ユニットの電極構造
では、ガス流路の入口から出口までの全長域で高圧電極
１と接地電極２が均一な放電間隙５を隔てて対向してい
てその全長域で一様に無声放電が発生することから、ガ
ス流路の入口側近くでオゾン化されたガスがガス流路の
出口に到達するまでの間に放電にさらされる時間（放電
空間内滞在時間）が長くなって、それだけ前式に示した
オゾン分解反応が進む。その結果としてトータル的なオ
ゾン生成効率が低下し、ガス流路の出口から取り出され
るオゾン化ガスのオゾン濃度が低くなる問題がある。

【０００６】本発明は、上記の点に鑑みなされたもので
あり、その目的は前記課題を解決し、オゾンの放電によ
る分解を低減してトータル的にオゾン生成効率の向上が
図れるように放電ユニットの電極構造を改良したオゾン
発生装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、放電間隙を隔てて対向配置された
電極と、該電極間に介装した誘電体とで放電ユニットを
構成し、前記電極の間に酸素を含む原料ガスを供給しな
がら交流高電圧を印加して電極間に発生する無声放電に
より原料ガスをオゾン化するオゾン発生装置において、
前記した対向電極の一方の電極を複数の分割電極に分け
た上で、各分割電極をガス流路の方向に間隔をおいて分
散配置し、放電ユニット内のガス流路に沿って放電が発
生する領域と放電が発生しない領域を交互に形成する
（請求項１）ものとし、具体的には次記のような態様で
構成することができる。

【０００８】(1) 分割電極を円柱，半円柱ないし角柱に
なる棒状電極、該棒状電極に対向する他方の電極が平板
電極となし、かつ前記棒状電極をガス流路を横切る方向
に並べて分散配置する（請求項２）。 (2) 前項(1) において、各棒状電極を平板状の電極基板
の上に分散配置して一体に組立てた構成とする（請求項
３）。

【０００９】(3) 前項(2) において、電極基板を電極の
冷却ジャケット兼用として電極基板に冷媒を流して電極
を冷却するようにする（請求項４）。 (4) そして、前記構成の放電ユニットを、１ないし複数
段積層してオゾン発生装置を構築する（請求項５） 上記のように、放電ユニット内のガス流路に沿って放電
が発生する領域と放電が発生しない領域を交互に形成す
ることにより、ガス流路の入口から流入し放電領域を通
過する際にオゾン化されたガスは続く非放電領域を通過
する過程で放電に晒されず、トータル的にもガス流路の
下流側に形成された放電領域を通過する滞在時間が短く
なり、それだけ放電に晒されてオゾンが分解される比率
が低下して高いオゾン濃度のオゾン化ガスを取り出すこ
とができるようになる。この点について発明者等が行っ
た実験でも、放電ユニットのガス流路長を同じとして、
従来の電極構造と比べてオゾン化ガスの生成効率を１０
〜２０％向上できることが確認されている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
の実施例に基づいて説明する。なお、各実施例の図中で
図５，図６に対応する部材には同じ符号を付してある。 〔実施例１〕図１(a),(b) は本発明の請求項１，２に対
応る一実施例を示すものである。この実施例による放電
ユニットにおいては、接地電極２を図５と同様に平板電
極とし、その表面に誘電体３を成層して構成する。一
方、接地電極２に放電間隙を隔てて対向する高圧電極１
は次記のような電極構造で構成されている。すなわち、
高圧電極１は分離独立した複数本の円柱状電極１ａに分
けて構成されており、各円柱状電極１ａが上下に並ぶ２
枚の接地電極２の間に画成されたガス流路６に沿って該
流路の方向と直角方向に延在するように並べてガス流路
の入口と出口の間に分散配備し、かつ各円柱状電極１ａ
の相互間をリード線で並列接続した上で交流高圧電源４
に配線されている。

【００１１】前記の電極構造において、高圧電極１と接
地電極２との間に交流高圧電源４から電圧を印加する
と、円柱状電極１ａと接地電極２との対向面域に電界が
集中してここに無声放電が一様に発生するが、円柱状電
極１ａの次の円柱状電極１ａとの間の領域には放電が発
生しない。これにより、図１(b) で表すように、放電ユ
ニットの内部にはガス流路に沿って放電領域Ａと非放電
領域Ｂとが交互に形成されることになる。

【００１２】したがって、ガス流路６の入口（図面の左
側）から供給した原料ガスは放電領域Ａと非放電領域Ｂ
を交互に通過して流れ、放電領域Ａを通過する際に無声
放電によりオゾン化され、出口（図面の右側）からオゾ
ン化ガスとして取り出される。なお、放電空間（ガス流
路６）の圧力は絶対圧力で０．０９８ＭＰａ（大気圧）
以上に設定する。

【００１３】この場合に、上記のように放電ユニット内
のガス流路に沿って放電領域Ａと非放電領域Ｂを交互に
形成しておくことにより、放電領域Ａで生成したオゾン
は続く非放電領域Ｂを通過する過程では放電に晒されな
いのでオゾンが分解されることはなく、それだけオゾン
化ガスが下流側の放電領域Ａを通過する際の滞在時間も
短くなる。これにより、オゾン生成に対するオゾン分解
の比率が低下してトータル的にオゾン生成効率が高ま
り、ガス流路６の出口からオゾン濃度の高いオゾン化ガ
スを取り出すことができるようになる。なお、前記の効
果を評価するために、発明者等は図１に示した放電ユニ
ットのガス流路６を図５，図６の電極構造と同じ長さと
して実験を行ったところ、オゾン生成効率が従来の電極
構造と比べて１０〜２０％向上することが確認された。

【００１４】〔実施例２〕図２は先記した実施例１の応
用実施例を示すものであり、この実施例においては、図
１における円柱状電極１ａを角柱状電極１ｂに置き換え
ており、そのほかの構成は図１と同様である。 〔実施例３〕図３は本発明の請求項３，４に対応した実
施例を示すものである。すなわち、この実施例において
は、平板状の接地電極２と放電間隙を隔てて対向する高
圧電極１が、平板状の電極基板１ｃと、該電極基板１ｃ
の上下両面に振り分けて分散配列した複数本の角柱状電
極１ｂ-1，１ｂ-2とからなる。

【００１５】ここで、角柱状電極１ｂ-1，１ｂ-2は、実
施例２に示した断面四角形の角柱状電極１ｂをその長手
方向に沿いスライスして上下に二分したものと同等な断
面三角形の角柱体になり、図３(b) で示すように一方の
電極１ｂ-1を電極基板１ｃの上面側に、他方の電極１ｂ
-2を電極基板１ｃの上下両面に接合して一体化してい
る。

【００１６】また、図示実施例の電極基板１ｃは、図３
(c) で示すように中空板としてその内部空間１ｃ-1に冷
却水などの冷媒を供給して基板上に配列した各電極１ｂ
-1，１ｂ-2を一括して冷却する冷却ジャケットを兼ねた
構造にしている。かかる構成の高圧電極１を用いて接地
電極２と間に交流高電圧を印加すると、角柱状電極１ｂ
-1，１ｂ-2と接地電極２との対向面域にのみ無声放電が
発生し、それ以外の領域では電極基板１ｃと接地電極２
との間のギャップが大で放電が発生しない。これにより
先記実施例１と同様に電極間のガス流路６に沿って放電
領域と非放電領域が交互に形成される。しかも、電極基
板１ｃ上に分散配置した各電極１ｂ-1，１ｂ-2は電極基
板１ｃと電気的に導通されているので、各電極の相互間
のリード線は不要で交流高圧電源４との間の配線が簡素
化される。また、電圧基板１ｃは各電極に対して共通な
冷却ジャケットとして機能するので、高圧電極１の冷却
系統も簡単になるなどの利点が得られる。

【００１７】〔実施例４〕図４は先記従来３の応用実施
例を示すものであり、高圧電極１の電極基板１ｃの上下
両面に振り分けて配列した棒状電極を、図１に示した円
柱状電極１ａを長手方向にスライスて二分した形状と同
等な断面半円形の柱状電極１ａ-1，１ａ-2を採用したも
のである。また、電極基板１ｃは図３(c) と同様に冷却
ジャケットを兼ねた構造とする。

【００１８】なお、先記の各実施例で述べたオゾンユニ
ットを用いて工業的な規模のオゾン発生装置を構成する
には、その規模に合わせて複数の放電ユニットを上下，
左右に組合せて構築するものとする。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、放
電間隙を隔てて対向配置された電極と、電極間に介装し
た誘電体とで放電ユニットを構成し、前記電極の間に酸
素を含む原料ガスを供給しながら交流高電圧を印加して
電極間に発生する無声放電により原料ガスをオゾン化す
るオゾン発生装置において、前記した対向電極の一方の
電極を複数の分割電極に分けた上で、各分割電極をガス
流路の方向に間隔をおいて分散配置し、放電ユニット内
のガス流路に沿って放電が発生する領域と放電が発生し
ない領域を交互に形成したことにより、放電によるオゾ
ンの分解反応を低減し、従来装置の電極構造と比較して
オゾン生成効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係るオゾン発生装置の放電
ユニットの略示構成図であり、(a) はガス流路に沿った
側面図、(b) は平面図

【図２】本発明の実施例２に係る放電ユニットのガス流
路に沿った断面を示す略示構成図

【図３】本発明の実施例３に係る放電ユニットの略示構
成図であり、(a) はガス流路に沿った側面図、(b),(c)
はそれぞれ(a) 図における高圧電極の外形斜視図，およ
び断面図

【図４】本発明の実施例４に係る放電ユニットのガス流
路に沿った断面を示す略示構成図

【図５】従来のオゾン発生装置に採用されている平板電
極型放電ユニットのガス流路に沿った断面を示す略示構
成図

【図６】従来のオゾン発生装置に採用されている円筒電
極型放電ユニットのガス流路に沿った断面を示す略示構
成図

【符号の説明】

１ 高圧電極 １ａ 円柱状電極 １ｂ 角柱状電極 １ｃ 電極基板 ２ 接地電極 ３ 誘電体 ４ 交流高圧電源 ５ 放電間隙（ガス流路） ６ ガス流路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放電間隙を隔てて対向配置された電極と、
   電極間に介装した誘電体とで放電ユニットを構成し、前
   記電極の間に酸素を含む原料ガスを供給しながら交流高
   電圧を印加して電極間に発生する無声放電により原料ガ
   スをオゾン化するオゾン発生装置において、前記した対
   向電極の一方の電極を複数の分割電極に分けた上で、各
   分割電極をガス流路の方向に間隔をおいて分散配置し、
   放電ユニット内のガス流路に沿って放電が発生する領域
   と放電が発生しない領域を交互に形成したことを特徴と
   するオゾン発生装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のオゾン発生装置において、
   分割電極が円柱，半円柱ないし角柱になる棒状電極、該
   棒状電極に放電間隙を隔てて対向する他方の電極が平板
   電極であり、かつ前記棒状電極をガス流路を横切る方向
   に並べて分散配置したことを特徴とするオゾン発生装
   置。
3. 【請求項３】請求項２記載のオゾン発生装置において、
   各棒状電極を平板状の電極基板上に分散配置して一体化
   したことを特徴とするオゾン発生装置。
4. 【請求項４】請求項３記載のオゾン発生装置において、
   電極基板が電極の冷却ジャケットを兼ねた構造になるこ
   とを特徴とするオゾン発生装置。
5. 【請求項５】請求項１に記載の放電ユニットを、１ない
   し複数段積層して構築したことを特徴とするオゾン発生
   装置。