JP2014015375A - オゾナイザおよびオゾン生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い濃度のオゾンを効率良く生成することができる技術を提供することを課題とする。
【解決手段】二個の電極２・３のうちいずれか一方に誘電体４が設けられ、二個の電極２・３間の放電空間６に原料ガスを供給しながら電圧を印加して放電を発生させることによってオゾンを生成するように構成されるオゾナイザ１であって、断続的に放電空間６に電圧を印加して断続的に放電空間６で放電を発生させるように構成されるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、オゾナイザおよびオゾン生成方法の技術に関する。

従来、酸素が含まれる原料ガスからオゾン（オゾンガス）を生成するオゾナイザ（オゾン生成装置）またはオゾン生成方法に関する技術は、種々知られている。

前記オゾナイザには、二個の電極のうちいずれか一方に誘電体が設けられ、二個の電極間の放電空間に原料ガスを供給しながら電圧を印加して放電を発生させることによってオゾンを生成するように構成されるものが公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
前記オゾナイザは、例えば、二個の電極のうち一方の電極が円筒状の外側電極（接地電極）とされ、二個の電極のうち他方の電極が高圧電線の内側電極（高電圧電極）とされ、一方の電極の内面（内周面）に誘電体が設けられて構成される。
また、前記オゾナイザは、連続して放電空間に電圧を印加して連続して放電空間で放電を発生させて、オゾンを生成するように構成される。

特開２００９−６２２７６号公報

しかしながら、前記オゾナイザでは、放電空間において放電を発生させてオゾンを生成する動作を行うと、放電空間の温度が上昇していくこととなる。
そして、前記オゾナイザでは、オゾンを生成する動作を行ったときに放電空間で温度上昇が起こると、生成されたオゾンの一部が放電空間の熱によって分解される（酸素に還元される）こととなる。
このように、前記オゾナイザでは、一度生成された放電空間においてオゾンが分解されるため、高い濃度のオゾンを効率良く生成することができない、という問題があった。

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、高い濃度のオゾンを効率良く生成することができる技術を提供することを課題とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、二個の電極のうちいずれか一方に誘電体が設けられ、前記二個の電極間の放電空間に原料ガスを供給しながら電圧を印加して放電を発生させることによってオゾンを生成するように構成される、オゾナイザであって、断続的に前記放電空間に電圧を印加して断続的に前記放電空間で放電を発生させるように構成されるものである。

請求項２においては、二個の電極間の放電空間に原料ガスを供給しながら電圧を印加して放電を発生させることによってオゾンを生成する、オゾン生成方法であって、断続的に前記放電空間に電圧を印加して断続的に前記放電空間で放電を発生させて、前記オゾンを生成するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

即ち、本発明によれば、高い濃度のオゾンを効率良く生成することができる。

本発明の実施形態に係るオゾナイザの内部構造を示した模式図。 同じく側面模式図。 本発明の実施形態に係るオゾナイザの電源の波形を示した図。 同じくオゾナイザの電源の波形を示した図。 同じくオゾナイザの電源の波形を示した図。 同じくオゾナイザの電源の波形を示した図。 同じくオゾナイザの電源の波形を示した図。 同じくオゾナイザの電源の波形を示した図。

次に、本発明の実施形態に係るオゾナイザ１について、図１から図８を用いて説明する。

オゾナイザ１は、原料ガス（酸素が含まれるもの（例えば、酸素濃度９９．９％以上の高純度酸素ガス））からオゾン（オゾンガス）を生成するものである。
オゾナイザ１は、図１または図２に示すように、二個の電極２・３と、誘電体４と、電源（交流電源）５と、放電空間６と、を備える。

オゾナイザ１の二個の電極２・３は、金属電極であり、互いに間隔を空けるようにして配置される。
オゾナイザ１の二個の電極２・３のうち、一方の電極２は接地電極として構成され、他方の電極３は高電圧電極として構成される。
オゾナイザ１の一方の電極２は、外側電極として構成される。オゾナイザ１の一方の電極２（外側電極）は、筒状に構成される。
オゾナイザ１の誘電体４は、例えば、ガラス素材からなる部材で構成される。
オゾナイザ１の誘電体４は、一方の電極２の内面（内周面）の全体に亘って設けられる。
オゾナイザ１の他方の電極３は、内側電極として構成される。オゾナイザ１の他方の電極３（内側電極）は、外側電極２および誘電体４の内経よりも小さい外径を有する円柱状に構成される。オゾナイザ１の他方の電極３は、その軸心と外側電極２の軸心とが一致するように、外側電極２（誘電体４）の内側に配置される。

オゾナイザ１は、一方の電極２と他方の電極３との間（誘電体４と他方の電極３との間）に電源５からの電圧（交流電圧）が印加されることによって、一方の電極２と他方の電極３との間の空間に放電するように構成される。
オゾナイザ１における一方の電極２と他方の電極３との間（誘電体４と他方の電極３との間）の空間は、放電空間６として構成される。オゾナイザ１の放電空間６は、誘電体４の近傍に配置される。

このようなオゾナイザ１では、原料ガスが導入されて放電空間６に至った状態で、電源５からの電圧が印加されて放電空間６で放電されることによって、放電空間６内における原料ガス中の酸素分子から酸素原子が解離し、前記解離した酸素原子と酸素分子とが結合して、オゾン（Ｏ３）が生成される。
このようにして、オゾナイザ１は、一方の電極２と他方の電極３との間（二個の電極２・３）の放電空間６に、原料ガスを供給しながら電圧を印加して放電を発生させることによって、オゾンを生成するように構成される。

図中白色矢印は、原料ガスがオゾナイザ１内に供給されてオゾナイザ１内において生成されたオゾンがオゾナイザ１内から流出する、オゾナイザ１内における原料ガスまたはオゾンの流通方向を示す。
オゾナイザ１は、一方の電極２の軸心方向に沿って、原料ガスまたはオゾンが流通するように構成される。
オゾナイザ１は、一方の電極２における一方の開口部から原料ガスがオゾナイザ１内に供給されるように構成される。
オゾナイザ１は、原料ガスがオゾナイザ１内に供給されて放電空間６に至った状態で、放電空間６で放電を発生させることによって、オゾナイザ１内においてオゾンを生成するように構成される。
オゾナイザ１は、オゾナイザ１内において生成されたオゾンが一方の電極２における他方の開口部から流出されるように構成される。
オゾナイザ１は、例えば、一方の電極２における一方の開口部または他方の開口部にファンが設けられて、当該ファンが駆動することによって原料ガスがオゾナイザ１内に供給され、または、オゾンがオゾナイザ１内から流出するように構成される。

オゾナイザ１は、断続的に放電空間６に電圧を印加して、断続的に放電空間６で放電を発生させるように構成される。
オゾナイザ１は、放電空間６への電圧の供給が行われている時間ｔ１と、放電空間６への電圧の供給が行われていない時間ｔ２と、を有するように構成される（図３参照）。
オゾナイザ１の電源５は、回路またはソフト等によって、放電空間６への電圧の供給を断続的に行うように構成される。

以上のように、オゾナイザ１は、断続的に放電空間６に電圧を印加して、断続的に放電空間６で放電を発生させるように構成される。
そして、オゾナイザ１では、放電空間６に電圧が印加されないときには、前記放電空間６では放電の発生による温度上昇が起こらない。
このため、オゾナイザ１では、オゾンを生成する動作を行ったとき（放電空間６に電圧が印加されてオゾンが生成されたとき）においても、放電空間６での温度上昇が抑制されることとなる。
このようにして、オゾナイザ１では、連続して放電空間６に電圧を印加して連続して放電空間６で放電が発生するように構成されるもの、に比べて、オゾンを生成する動作を行ったときの放電空間６の温度上昇を抑制することができる。
したがって、オゾナイザ１では、オゾンを生成する動作を行ったときに、生成されたオゾンが熱によって分解されること（酸素に還元されること）を抑制することができる。
よって、オゾナイザ１によれば、放電空間６において連続して放電空間６に電圧を印加して連続して放電空間６で放電が発生するように構成されるものに比べて、高い濃度のオゾンを効率良く生成することができる。
また、オゾナイザ１によれば、オゾンを生成する動作を行ったときの放電空間６の温度上昇が抑制されるため、高温環境（例えば、６０℃以上）に設置されている場合においても、放電空間６において連続して放電空間６に電圧を印加して連続して放電空間６で放電が発生するように構成されるものに比べて、より高い濃度のオゾンを効率良く生成することができる。

また、オゾナイザ１は、交流電圧の波形を変換して、放電空間６への電圧の供給が行われていない時間ｔ２（電圧ＯＦＦ時の時間）が長くまたは短くなるようにようにしてもよい（図４または図５参照）。
そして、オゾナイザ１では、放電空間６への電圧の供給が行われていない時間ｔ２（電圧ＯＦＦ時の時間）を長くする（図５参照）ことによって、オゾンを生成する動作を行ったときの放電空間６の温度上昇をより確実に抑制することができる。
したがって、オゾナイザ１では、オゾンを生成する動作を行ったときに、生成されたオゾンが熱によって分解されることをより確実に抑制することができる。
よって、オゾナイザ１によれば、高い濃度のオゾンを、放電空間６において連続して放電空間６に電圧を印加して連続して放電空間６で放電が発生するように構成されるものに比べてより効率良く生成することができる。

なお、オゾナイザ１の電源５は、交流電圧の波形を矩形波（パルス波）に変換して、放電空間６への電圧の供給が断続的に行われる（電圧がＯＮ／ＯＦＦされる）ように構成してもよい（図６参照）。このとき、オゾナイザ１の電源５は、直流電源で構成してもよい。
またこのとき、オゾナイザ１の電源５は、高圧極が正極となるように放電空間６へ電圧を供給する構成（図７参照）とすることもできるが、斯かる構成よりも高圧極が負極となるように放電空間６へ電圧を供給する構成（図８参照）とする方が、高圧極から電子が飛び出して電子がより集中するためオゾンを効率良く発生させることができ、好ましい。

また、オゾナイザ１は、原料ガスがオゾナイザ１内に供給されてからオゾナイザ１外に流出する時間Ｔ（秒）内に、少なくとも、放電空間６への電圧の供給が行われている時間ｔ１と放電空間６への電圧の供給が行われていない時間ｔ２とを二回ずつ有するように構成すること（オゾナイザ１は「Ｔ＞（ｔ１＋ｔ２）×２」の関係を満たすように構成すること）が好ましい。
このようにオゾナイザ１を構成することによって、放電空間６において連続して放電空間６に電圧を印加して連続して放電空間６で放電が発生するように構成されるものに比べて、高い濃度のオゾンをより効率良く生成することができる。

次に、本発明の実施形態に係るオゾン生成方法について説明する。
オゾン生成方法は、オゾナイザ１を用いて原料ガスからオゾンの生成を行う。
オゾン生成方法は、オゾナイザ１の一方の電極２と他方の電極３との間（二個の電極２・３）の放電空間６に、原料ガスを供給しながら電圧を印加して放電を発生させることによって、オゾンを生成する。

さらに、オゾン生成方法は、断続的に放電空間６に電圧を印加して断続的に放電空間６で放電を発生させて、オゾンを生成する。
そして、オゾン生成方法では、オゾナイザ１の放電空間６に電圧が印加されないときには、前記放電空間６では放電の発生による温度上昇が起こらない。
このため、オゾン生成方法では、オゾンを生成する動作を行ったとき（オゾナイザ１の放電空間６に電圧が印加されてオゾンが生成されたとき）においても、放電空間６での温度上昇が抑制されることとなる。
このようにして、オゾン生成方法では、連続して放電空間６に電圧を印加して連続して放電空間６で放電を発生させてオゾンを生成すること、に比べて、オゾンを生成する動作を行ったときのオゾナイザ１の放電空間６の温度上昇を抑制することができる。
したがって、オゾン生成方法では、オゾンを生成する動作を行ったときに、生成されたオゾンが熱によって分解されること（酸素に還元されること）を抑制することができる。
よって、オゾン生成方法によれば、放電空間６において連続して放電空間６に電圧を印加して連続して放電空間６で放電を発生させてオゾンを生成することに比べて、高い濃度のオゾンを効率良く生成することができる。
また、オゾナイザ１によれば、オゾンを生成する動作を行ったときの放電空間６の温度上昇が抑制されるため、高温環境（例えば、６０℃以上）に設置されている場合においても、放電空間６において連続して放電空間６に電圧を印加して連続して放電空間６で放電が発生するように構成されるものに比べて、より高い濃度のオゾンを効率良く生成することができる。

１ オゾナイザ
２ 一方の電極
３ 他方の電極
４ 誘電体
５ 電源
６ 放電空間

Claims (2)

1. 二個の電極のうちいずれか一方に誘電体が設けられ、前記二個の電極間の放電空間に原料ガスを供給しながら電圧を印加して放電を発生させることによってオゾンを生成するように構成される、オゾナイザであって、
   断続的に前記放電空間に電圧を印加して断続的に前記放電空間で放電を発生させるように構成される、オゾナイザ。
2. 二個の電極間の放電空間に原料ガスを供給しながら電圧を印加して放電を発生させることによってオゾンを生成する、オゾン生成方法であって、
   断続的に前記放電空間に電圧を印加して断続的に前記放電空間で放電を発生させて、前記オゾンを生成する、オゾン生成方法。

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