JP2009035468A

JP2009035468A - オゾン発生装置

Info

Publication number: JP2009035468A
Application number: JP2007223235A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yasumoto; 悟司安本
Original assignee: Eco Planner Kk
Current assignee: Eco Planner Kk
Priority date: 2007-08-02
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2009-02-19

Abstract

【課題】圧電トランスの素子表面に高電圧が発生している点を利用し、２枚の圧電トランスの出力表面の間に誘電体無声放電をおこさせ、この放電を利用して効率的なオゾン生成を行う。
【解決手段】電源に接続した圧電トランス１と、該圧電トランス１の発電面に近接する位置に平行対面して発電面を配置した、該圧電トランスとは反対方向に電源部を有する別の圧電トランス２と、両方の圧電トランスの間に平行して配置された誘電体３と、両方の圧電トランスと誘電体の間を純酸素、空気或いは酸素を含む気体を流通させる気体流通部材４とよりなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸素を含有するガス中での放電により、オゾンを発生させるオゾン発生装置に関するものである。

オゾン発生方式については、紫外線方式、電気分解方式、放電方式などがあり、この中でよく用いられる放電方式は、さらに、コロナ放電、無声放電、沿面放電などに分類される。そして、工業的に効率よく大容量のオゾンを発生するには、この中の無声放電による方法が、多く用いられている。
例えば、難分解性の物質を含む産業廃水のオゾン処理や下水処理における余剰汚泥の減容化・漂白・殺菌・殺藻等の水処理には、高濃度・大容量のオゾンが必要であり、この要求に応える技術として、誘電体無声放電を用いた大型のオゾン発生装置がある。

一般的に使用されている、ガラス管挿入式オゾン発生装置の構造は、例えば長さ約１ｍ、直径約７ｃｍのガラス管の外側に、約１ｍｍの放電ギャップを経て接地電極が配置され、該ガラス管の内面には、高電圧電極として、金属の皮膜が形成されている。このガラス管内側の皮膜電極に高電圧を印加すると、接地電極との間に放電が生じ、この空間に流された酸素の一部が、放電による化学作用によってオゾンになる。
しかしこれは、放電の投入エネルギーがオゾン生成に十分利用されているとは言い難い。そこで、高濃度のオゾンを、いかに低コストで、効率良く生成するかという点が、最大の関心であり、オゾンの反応過程からオゾン発生装置の構造最適化に関する研究が国内外問わず多数行われている。

そこで、コンパクトな装置で、効率的にオゾンを発生させるために、圧電トランスが注目されてきており、これを用いたオゾン発生装置について、過去に幾つかの報告例がある
例えば、特開平０６−２４３９５２では、交流発振器と、圧電素子を基本に駆動部と出力部からなる圧電トランスとを備えた高電圧発生器、およびコロナ放電器から構成され、高電圧発生器の出力電圧はコロナ放電器の負荷インピーダンスに対応して変化する装置を提案している。

また、特開平０７−１６５４０３で提案する装置は、圧電トランスを駆動電源とするとともに、その圧電トランスの発電部の端面に絶縁層を介して放電電極を設ける。また、他の構成として、圧電トランスの発電部の端部上面にはこの圧電トランスの長さ方向に略垂直に出力電極を形成し、この発電部の端面にアース電極を形成した圧電トランス素子と、その出力電極を含む発電部の端部上面に絶縁層を介して放電電極を設けたものである。

また、特開２００６−２６５００９で提案する装置は、圧電トランスの素子表面に高電圧が発生している点に着目し、素子自体を用いて、圧電トランスの出力表面から誘電体無声放電をおこさせ、この放電を利用して効率的にオゾン生成を行なうこととした。

これを、一歩進めたのが、「圧電トランスの並列運転を利用したオゾン発生器：寺西研二、鈴木進、伊藤晴雄：第１７回オゾン協会年次報告会研究講演会講演集」である。この装置は、２枚の圧電トランスの２次側電極を向かい合わせて配置し、この１次側電極を並列接続して、１つの電源により駆動している。これら２枚の圧電トランスの上下面には、スペーサを介して誘電体及び背後電極を配置し、圧電トランスとの間で無声放電を行なうものである。

しかし特開平０６−２４３９５２、特開平０７−１６５４０３の場合は、圧電トランスは高電圧電源としてのみ用い、外部電極と接続しコロナ放電によりオゾン生成を行っている。この場合、生成できるオゾン濃度は低く、低濃度のオゾン生成を目的としている。

また、特開２００６−２６５００９は、直接圧電トランスの出力表面から誘電体無声放電をおこさせているため、特開平０６−２４３９５２、特開平０７−１６５４０３のオゾン発生装置に比べて効率的であり、さらに、「圧電トランスの並列運転を利用したオゾン発生器；寺西研二、鈴木進、伊藤晴雄；第１７回オゾン協会年次報告会研究講演会講演集」は、それを発展させたものである。しかし、高濃度のオゾンを低コストで発生させるためには、さらに効率的な装置が求められていた。

本発明のオゾン発生装置は、電源に接続した圧電トランスと、該圧電トランスの発電面に近接する位置に平行対面して発電面を配置した、該圧電トランスとは反対方向に電源部を有する別の圧電トランスと、両方の圧電トランスの間に平行して配置された誘電体と、両方の圧電トランスと誘電体の間を純酸素、空気或いは酸素を含む気体を流通させる気体流通部材とよりなることを特徴とする。

また、前記のオゾン発生装置を圧力容器の中に設置し、高圧の空気あるいは酸素を含む気体が流通するように構成したことを特徴とする。

本発明のオゾン発生装置では、２つの圧電トランスの側面の間で、圧電トランスが１面だけの装置に比べて、より多くの誘電体バリア放電を起こさせ、この放電を利用してオゾン生成を行うことが出来ることにより、効率的にオゾン生成を行うことが出来る。
従って、オゾン発生装置の小規模化が可能であり、設備コスト、運転コストが大幅に削減できる。
また、素子自体を利用し、オゾン発生を行うことより、別途放電を行う部材を不要とすることにより、設備の小型化、他の設備に簡易に付設して簡易にオゾン生成装置を提供することが出来る等優れた効果を有する。

さらに、前記のオゾン発生装置を圧力容器の中に設置し、高圧の空気あるいは酸素を含む気体が流通するように構成することによって、高濃度の酸素が放電部に供給され、高濃度のオゾン生成を行なうことができる。
例えば、高圧タンク内に工場廃液等の処理液を通過させることによって、処理液に溶け込むオゾン量が拡大し、小型の設備で高能率的に工場廃液のオゾン処理を行なうことができる。

図１は、本発明に使用したオゾン発生装置の基本的な構成の概略図である。
本発明のオゾン発生装置は、圧電トランス１と、該圧電トランス１の発電面に近接する位置に平行対面して発電面を配置した、該圧電トランス１とは反対方向に電源部を有する別の圧電トランス２と、両方の圧電トランスの間に平行して配置された誘電体３と、両方の圧電トランスと誘電体の間を純酸素、空気或いは酸素を含む気体を流通させる気体流通部材４とよりなる。圧電トランス１と圧電トランス２は、並列に接続された１つ又は複数の電源５により駆動する。

図２は、効率的な放電を行う異なる圧電トランスが対面する構成部を多くするために、前記の基本的な構成のオゾン発生装置を複数重ね合わせたものである。両端において、発電面が、別の圧電トランスに面していない部分は、誘電体３を介し、背後電極６を設けている。電源部に電圧を印加すると、誘電体３を介して、隣り合った圧電トランスの間、及び両端の圧電トランス１と背後電極の間に無声放電が発生する。

図３は、図２を、Ａ方向から見たものである。基本的な構成のオゾン発生装置を複数重ね合わせたものを、オゾン発生量を増大させるために、例えば４列とし、並列に設置してある。また、圧電トランス群の間を酸素を含む原料ガスを流通させる気体流通部材４を設置してある。

また、図４は本発明に使用したオゾン発生装置を、圧力容器の中に設置した概略構成図である。
以下これらを順次説明する。

図１，図２において、圧電トランス１、２は、例えば５０×１３×２ｍｍのジルコンサンチタン酸鉛系セラミックを用いる。そして図２において、この圧電トランス１、２は、長さ方向の中央部を両面から固定把持具７で保持して設け、圧電トランス駆動部の両面に端子と配線８を設け、交流電源５に接続している。固定把持具７は、圧電トランス群の間を酸素を含む原料ガスが通過するときの通路としての機能も有する。

誘電体３は、例えばガラス等適宜誘電体材料を厚さ１ｍｍ程度に切断し用いる。そして、前記圧電トランス１、２の間に平行に設けられている。ここで、誘電体３と圧電トランス１、２間の間隙は、それぞれ例えば０．５ｍｍ程度設けている。

図１，図３における気体流通部材４は、圧電トランス１、２と誘電体３の間隙に酸素を含む原料ガスを注入し、ここで発生させる誘電体無声放電より生成するオゾンを速やかに間隙間から排出するためのものであり、オゾン発生装置の原料ガス導入口９に接続する図示しないポンプ、或いは圧力を調整した原料酸素ボンベを接続し酸素を含む原料ガスを押し出す形式のもの、或いは、逆に生成したオゾンを取り出すガス排出口１０に接続する図示しない排出ポンプを設けることにより行う。

次に、圧電トランス１、２を駆動する電源について説明すると、
圧電トランス１、２のトランス駆動部の両面に設けている端子の間に、３０から１００Ｖの正弦波又は、矩形波交流電圧を印加する交流電源５が接続されている。

本発明は、上述のように構成し、圧電トランス１、２に交流電源５から交流電圧３０から１００Ｖを印加すると、誘電体無声放電が、圧電トランス１と圧電トランス２との間隙及び背後電極６の間隙で生じる。この状態で押し出しポンプ或いは排出ポンプを作動させると、酸素を含む原料ガスが原料ガス導入口９から、オゾン発生装置内に引き込まれ、圧電トランス１、２と誘電体３との間隙を経由してガス排出口１０から装置外に引き出される。このとき前記圧電トランス１と圧電トランス２との間隙で生じている誘電体無声放電により、原料酸素がオゾンに変化して、流通ガスと共に装置外に引き出される。

また、図４において、前記オゾン発生装置を圧力容器内に内包した装置について説明する。前記オゾン発生装置は、圧力容器１１内に設置され、圧力容器の外部にある交流電源５から、圧力容器１１の壁面を貫通した配線８が圧電トランスに接続してある。また、原料を供給・排出する気体流通部材４が、圧力容器１１の壁面を貫通して、圧電トランス１、２と誘電体３間の間隙に酸素などの原料ガスを注入し、オゾンを排出できるように設置してある。配線８及び、気体流通部材４が圧力容器を貫通する部分は、シールしてあり、圧力容器の内部と外部の不連続性を保持している。
また、オゾン発生装置に、酸素などの原料ガスを供給する気体流通部材４は、圧力容器１１の壁面と、放電部の間に放出口１２を設けてある。

前記気体流通部材４の原料ガス導入口９から、高濃度のオゾンを発生させるために、高圧の酸素を含む原料ガスが注入された場合、原料ガスは、固定把持具７にそって、圧電トランスの放電部を通過する。その場合、原料ガスの通路壁である固定把持具７の内外の圧力差が生ずると、固定把持具７が破損する恐れがある。そのため気体流通部材４は、圧力容器１１の壁面と、放電部の間に放出口１２を設けてあり、高圧の原料ガスが注入された場合、放出口１２より放出された原料ガスが圧力容器内を満たし、圧力容器内の圧力が均等になる。
その結果、装置を破壊することなく、高圧の原料ガスが放電部を通過して高濃度のオゾンを発生させ、ガス排出口１０より排出させることが出来る。

本発明によれば、小型で高効率のオゾン生成が可能なオゾン発生装置に利用することが可能である。例えば、工場などの排水処理、燻蒸に区分される病院の集中治療室や感染症病室、製薬会社などの医薬品製造室の強力脱臭、除菌の用途のオゾン発生装置に利用することが可能である。

本発明に使用したオゾン発生装置の基本的な構成の概略図である。基本的な構成のオゾン発生装置を複数重ね合わせたものである。図２をＡ方向から見たものである。オゾン発生装置を圧力容器内に設置した概略構成図である。

１圧電トランス
２圧電トランス
３誘電体
４気体流通部材
５交流電源
６背後電極
７固定把持具
８配線
９原料ガス導入口
１０ガス排出口
１１圧力容器
１２放出口

Claims

電源に接続した圧電トランスと、該圧電トランスの発電面に近接する位置に平行対面して発電面を配置した、該圧電トランスとは反対方向に電源部を有する別の圧電トランスと、両方の圧電トランスの間に平行して配置された誘電体と、両方の圧電トランスと誘電体の間を純酸素、空気或いは酸素を含む気体を流通させる気体流通部材とよりなるオゾン発生装置。
請求項１記載のオゾン発生装置を圧力容器の中に設置し、高圧の空気あるいは酸素を含む気体が流通するように構成したことを特徴とするオゾン発生装置。